信息加工速度发展的研究进展，本文主要内容关键词为：研究进展论文,速度论文,加工论文,信息论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
分类号 B842.1
信息加工速度(The speed of information processing)，也称认知加工速度(The speed of cognitive processing)或心理加工速度(Thespeed of mental processing)，最早起源于反应时的研究。在Galton和Spearman的早期智力研究中，他们把心理速度(Mental speed)作为智力的基础或智力的重要组成部分。此后，许多智力研究把心理速度作为衡量智力个体差异的重要指标。
随着认知心理学的兴起，信息加工速度的年龄差异引起了研究者的普遍注意。最早研究信息加工速度年龄差异的是Elliott[1]。他在简单反应时研究中发现，影响简单反应时的年龄差异主要是被试的动机、表征方式和时间间隔的变化等。20世纪70年代至80年代初，在知觉、表象、记忆、思维等领域的发展研究中，许多研究者得出了个共同的结论：即成人的反应时比儿童的短[2,3]。在解释年龄差异的原因方面，他们认为主要有3个因素：成熟、知识经验和策略。这一时期的一个主要特点，是研究任务的单一化，即都是在个别任务的操作中来研究信息加工速度发展的。直到80年代中期，Kail的发展函数研究使这一领域的研究有了突破性的进展[4]。他的研究有两个特点，一是多任务操作，二是用函数来描述信息加工速度的发展变化。到了90年代，整体机能理论、知识经验理论和元认知理论开始形成，并成为信息加工速度发展研究的三大理论支柱。目前，从信息加工速度的发展来揭示儿童、青少年心理发展变化规律及认知机制已成为发展研究的前沿课题[5-7]，其中整体机能说占主要地位。
1 信息加工速度发展的内涵
信息加工(Information processing)是认知心理学的核心概念。根据信息加工的观点，人脑类似于计算机的信息加工系统。这种类比只是功能上的类比，而不是物质结构上的类比。由此可认为，人的认知活动过程在功能上与计算机具有类似的信息加工过程，而这一过程需有信息的输入、编码、储存和提取等一系列的操作，由此可类推，人类的信息加工过程就是人脑对输入信息的获取、编码、储存和提取等一系列的操作过程，个体在这操作过程中都需要一定的时间，不同的个体对同一任务的操作都有快慢的差异，这就是速度问题。速度不仅是衡量心理能力的重要指标，而且也是衡量个体心理发展水平的重要指标，信息加工速度的发展变化代表着认知活动的发展变化。它实质上反映了认知过程的内部心理机制的变化过程。在成人的认知发展变化中，信息加工速度也能反映其认知能力的下降趋势[8]。因此，信息加工速度不仅贯穿于整个生命全程的认知操作中，也不局限于有速度的任务操作中，而且还在有控制的刺激速度、反应速度、反应步数、限时的操作活动中得到体现[9]。
2 信息加工速度发展的年龄差异机制理论
许多研究表明在各种信息加工任务中儿童的加工速度比成人慢。如Bisan等测量了名字的提取时间，任务的内容是要求被试判断成对图画在形状和名字上是否相同。结果，被试判断相同名字比判断相同形状慢。这种差异是由于被试需要花时间专门提取刺激名字造成的。8岁儿童提取相同物体名字的时间是282毫秒，10、12、17岁被试分别为210、142、115毫秒，成人为113毫秒[10]。可见，8岁儿童的提取时间比成人多一倍有余。为此，许多研究者试图探索信息加工速度年龄差异的根源，提出了种种假设，并进行了大量研究，概括起来有三种基本观点：经验说、元认知说和整体机制说。
2.1 经验说及其研究
经验说认为，信息加工速度年龄差异的主要根源，是个体的知识经验。也就是说，随着年龄的增长，个体知识经验愈丰富，其加工速度就愈快。持这种观点的人主要的实验证据是来自于专家与新手的研究[11]。在某些专业领域的加工任务中，专家的加工速度总是明显快于新手。如在Sternberg的词汇搜索任务中，语言能力强的被试加工速度快于语言能力弱的被试[12]。在一项关于计数词熟悉程度的研究中，让成人加工无意义的计数词，让儿童加工常用的计数词，结果发现，成人计数速度与儿童计数速度一样慢。这表明刺激任务或刺激知识的熟悉程度影响了信息加工速度[13]。Roth选择了象棋这一领域，被试有儿童和成人，他们中有专家和新手之分。Roth让被试判断两个棋盘是否相同或不同。结果表明，当儿童和成人加工等同领域的知识时，通常成人的加工速度优势明显减小[14]。知识差异在一定程度上影响了成人和儿童的加工速度，但策略的影响不大。这说明信息加工速度的年龄差异是由于知识的差异造成的。Rabinowitz等考察了词汇项目的相对熟悉性或经验在确定词汇判断时间的年龄模式中所起的作用[15]。实验材料是被试的母语和被试正在学习过程中的第二语言。在他们的研究中所使用的母语是德语，第二语言是英语。其主要目的，是通过比较年幼儿童与年长儿童谁有更多的第二语言的经验来借以区分年龄和经验因素对加工速度的影响。结果表明，当被试使用德语词或非德语词时，年长儿童的加工速度比年幼儿童快；当刺激项目是英语词或非英语词时，这种年龄差异被破坏，反应速度也与第二语言的英语有关。这再一次证明了经验在信息加工速度发展中的作用。
2.2 元认知说及其研究
元认知观点认为，无论是成人还是儿童对速度任务的操作，是一个选择有效策略、合理分配能量、监控任务操作等一系列的操作过程。因此，儿童和成人加工速度的差异主要是使用策略的差异[16,17]。如成人在心理旋转加工任务中，加工效率的比率与被试使用不同的策略（即控制性加工）相联系。可见，完成某项任务所需加工时间的变化是由于选择不同的策略引起的，而不是由于基本的加工比率差异[18]。又如在搜索矩阵目标中，年长儿童比年幼儿童加工速度快是由于年长儿童使用了某种线索（如颜色）[19]；在心理旋转任务中，成人能利用前项刺激信息，使加工速度快，并使加工速度与旋转度数之间不再是一种线性关系[20]；在视觉判断实验中，年长儿童比年幼儿童能更好地调节策略去区别刺激差异。在一组次序判断任务中，要求被试判断一对项目的当前次序，结果在被试的判断中，没有发现发展差异；在连续认知任务中也没有发现这种发展差异[21]。另一种研究范式是观察被试在记忆广度任务中回忆操作是否可通过训练来进行调节。如果策略使用是影响操作水平的，那么，特殊策略的训练和提高应该减少或消除年龄差异。根据这一假设，Lyon把三个数字放在一起产生一个新的数组，并告诉成人被试去使用这种组块策略，即把三个数字组成一个有意义的单元。假设，如果数字广度水平高的个体使用了组块策略，那么他们比数字广度水平低的被试更少受训练和临时数组的影响，所以训练应该减少年龄差异。可是，通过训练提高了所有被试的操作水平后，成人的个体差异仍然存在[22]。Chi为了更进一步证实策略的作用，他设计了一种限制成人加工策略使用方法的假定[23]。他试图在实验中消除或尽量减小成人使用复述和编码策略的可能性，在实验中使用同伴的脸（熟悉刺激）和非同伴的脸（不熟悉刺激）作为实验材料。假定两种操作（快速呈现和使用非编码刺激）能限制成人的复述和编码策略的使用，那么，评价成人与5岁儿童记忆广度差异就能成立，同时操作限制的有效性也能得到反馈。研究结果表明，第一，控制复述和编码策略的使用不能大量减小5岁儿童和成人之间的记忆广度差异；第二，成人根据具体任务使用了各种重要策略，至少有三种策略被发现：标记不熟悉的刺激，命名一些脸，修正指示等。因此不难发现，许多训练研究通过传授一、两种加工策略是不能评价儿童的回忆操作能达到成人的水平；第三，成人除使用策略以外，在初始信息加工速度中占优势，如名字提取和编码；第四，先于记忆策略运用的编码加工是造成记忆广度年龄差异的一个重要成分。
从上述研究可见，信息加工速度任务的一个基本要求是被试必须调节速度与准确性之间的关系。在反应时任务中，被试要交替使用速度与准确性。慢的反应往往与高准确率相联系，快速反应就会降低准确率。调节的关键是把握既快、又准确的度。Rabbitt认为速度－准确性调节是一种控制机制操作的应激状态，在快速、准确操作任务（如选择反应）中，需要用这种控制机制的操作去调节连续的或逐步的实验反应时的轨迹[24]。为此，Brewer和Smith探讨了从儿童到成人加工速度的显著提高与速度－准确性调节机制变化的关系[25]。结果表明，在系列选择反应操作期间，反应时的逐步检验和准确转换揭示了准确监控和速度调节的发展变化。对于5岁儿童来说，对反应速度的控制能力低，这是由于他们不能在逐步检验中有序地进行转换，不能把反应限制在既快又准确的安全范围内；而到了7岁以后，对反应速度的控制能力提高了，但不协调的监控现象仍然存在；从9岁到成人，被试的监控准确性不协调消失了，而且能准确地把反应速度控制在一个既快又准确的安全范围内。这更进一步证明，个体监控能力水平是影响信息加工速度的重要因素。
2.3 整体机能说及其研究
整体机能说，也称整体趋势假设(Global trend hypothesis)，是由Hale(1990)首先提出。她把整体机能说、经验说和元认知说概括为整体趋势假设、局部趋势假设(Local trend hypothesis)和策略假设(Strategic hypothesis)。整体机能说认为，信息加工成分是以和谐的、同比率的速度在发展。这种假设与Kail的观点基本一致。Kail[27]认为，加工资源的绝对量是随年龄增长而增加的，控制加工要争夺资源，这样其效能对于这些资源的量是敏感的。为此，Kail预测，整个控制加工的效能同样受年龄影响，而自动加工的效能相对不受年龄的影响，因为它们不受资源的限制[26]。
加工资源是指心力(Mental effort)或注意力(Attention)。在信息加工理论中，许多认知任务操作需要加工资源，即使有其它因素（如策略）的存在，加工资源的增加就会加快信息加工的速度。因此，与年龄有关的资源增加，其相应的加工速度也会加快[28]。许多研究者认为，由于信息加工效能的增加，加工步骤会逐渐减少，或加工中所需要的时间会逐渐缩短。这说明练习对信息加工速度有一定影响。在多种操作任务的条件下，练习对儿童和成人的加工步骤具有同样的影响，这证明整体趋势假设能解释信息加工速度的发展变化[29]。
Myerson等则从神经机制变化的角度来解释信息加工速度的年龄差异机制，并提出一种信息加工速度年龄差异的数学模型。该模型认为，有两个年龄敏感性参数是和神经生物变化有关，其一是每个成分加工的连续步骤之间的传递功效；其二是每个加工的连续步骤的计算功效。传递功效的差异对后来的一系列信息加工操作的影响越来越大，而计算功效的差异对整个认知操作的影响是相同的[30]。
与年龄有关的传递功效参数的不同在老年组和青年初期组之间产生一种正加速的非线性关系。有些研究者让被试使用加工非语言信息材料，研究了青年组和老年组反应变量之间的关系，发现了这种特殊的数学模型。根据Myerson的理论，在加工信息过程中，老年人损失了更多的信息，或者说，年轻人比老年者有较好的神经传递效能。相比较，与年龄有关的计算功效参数的不同在老年组和青年初期组之间具有一种线性关系。Hale与Kail等在研究中证实了这种数学模型的存在，具体说，成人加工速度之所以比儿童快是由于计算功效的不同造成的，而不是传递功效不同造成的。这从生理机制的角度说明了整体机能说的合理性。
Kail还认为，要区分整体机能说与经验说的界限，可以通过比较不同认知加工发展函数来进行。如果不同的速度任务加工是受一个共同的机制限制（或资源限制），那么，在多任务操作中加工速度的发展模式是相同的。相比较，如果不同速度任务操作反映了具体任务技能的获得，那么各种加工速度的发展变化之间不需要相关。也就是说，假定加工速度的发展变化反映了具体任务知识的获得，假定产生某些加工X的速度变化的事件（如具体经验、成熟变化）与产生第二个加工Y的速度变化事件是各自独立的，那么，这些加工速度的发展变化之间就不一定相关[31]。
Kail为解决这一问题，从1986年开始进行了一系列的实验研究，为共同中心机制有限的观点提供了有力的佐证。在这些实验中，一个共同的特点，是在多任务诸如心理旋转、视觉搜索、心理加法、图形推理、名字提取、选择反应等操作中，选取多个年龄组的被试，用指数函数来描述不同任务参数的发展变化，其公式是：t=a+be[-cx]
这里a表示渐近的加工时间，e是自然对数的底，a+b是截距（当x=0,e[-cx]=1,）c是“衰减”参数，表示函数怎样迅速接近a,x是年龄。在一系列的研究中得出一个共同的结论，即，在不同的加工任务中，这些线性函数的斜率在儿童期迅速下降，以后逐渐减慢。指数函数很好地描述了这种发展变化，它们具有共同的衰减函数c，这说明中心机制有限整体趋势假设说，能解释信息加工速度发展变化的年龄差异。
同时，Hale(1990)也进行了信息加工速度的发展研究，操作任务为选择反应时、字母匹配、心理旋转和抽象匹配等。每个年龄段有8个平均反应时，求儿童反应时与成人反应时之间的相关。结果表明，在4项任务中，儿童反应时是成人反应时的函数。这一结果与加工速度中心机制有限假设完全一致。为此，Hale把这一现象称作“整体趋势假说”。
从上述可见，Kail从多任务操作入手，用发展函数的方法来研究信息加工速度的发展，这无疑是一大进步。但他的观点也引起了争论。与此对峙的主要是元认知观点。他们认为kail的中心机制有限观点忽视了“具体学习”一要素。如在名字提取和记忆搜索任务中，被试会使用转换策略，即把第一任务中操作的经验传递到第二任务中，由于这种传递策略会影响加工速度，因此，“资源有限”不能完全解释信息加工速度的年龄差异。为此，Sigler等人提出了三个可转换模型来解释所获得的数据[32]。
Kail承认加工速度受元成分影响，但他坚持自己的观点。为此，他又把Hale的方法与元分析方法结合起来研究了发展函数。他综合了72项多任务加工速度的研究，计算了儿童与成人反应变量之间斜率通过原点的强迫回归线，Kail称之为强迫回归线渐慢系数(Slowing coeficients)。类似于个体成分的衰减指数函数能较好地描述这种渐慢系数的发展函数。以上研究强有力的支持了整体趋势假设，即中心机制有限的观点。
为了更进一步探讨信息加工速度发展的机制，Kail一方面对以前研究作了两点改进，一是在年幼儿童中增加年龄密度，在7.5-9岁之间，约相隔6个月为一组。因为年幼儿童变化快，增加密度更利于函数描述；二是增加两组大学生，即20、21岁年龄组。这是因为以前许多速度测验得到证据，认为20岁中期是加工速度最快的时期。所以，大学生操作能提供一个加工速度的渐近线比例a的估计值，a值能直接从大学生组中获得，这样能减少自由参数。另一方面，Kail用了两种新的方法来研究信息加工速度问题：第一是，首先求出儿童反应时与成人反应时的线性关系，然后用指数方程来描述线性函数的斜率随年龄增长而变化的趋势。结果表明，儿童和青少年的加工时间是以指数的速率下降的，这从另一个角度证实了中心机制有限的观点。第二是，采用路径分析和结构方程建模，把加工速度、命名速度和阅读理解联系起来，即把机能与经验因素结合起来考察。结果发现，语义命名与加工速度、认知、阅读理解有关，而与年龄无关。但是，年龄与加工速度有关，加工速度的变化反映了“资源有限”机制的作用。在另几项研究中，研究者把加工、计算时间和记忆广度联系起来研究，结果发现，年龄的自然对数与记忆广度有正相关，与加工时间、计算时间有负相关；与年龄有关的加工速度增加就会使命名速度加快和增加工作记忆容量，以此去影响编码速度。他进一步认为加工速度直接影响认知发展，间接影响工作记忆容量的增加。这说明，加工的策略，诸如编码、提取方式等影响加工速度，但并不排斥资源有限的观点。
由上述可见，Kail的主要观点是资源有限或中心机制有限影响了信息加工的速度，但他也承认不排斥策略与经验的影响。
3 研究思考和展望
信息加工速度发展是反映个体信息加工发展特点和规律的重要指标。通过加工速度的发展研究不仅能揭示认知发展的内部变化机制，而且能从发展的角度探讨信息加工的阶段及其变化规律，还能进一步探讨信息的获取、编码、储存和提取等操作特点。这种从微观上来探讨个体心理变化规律及其心理发展阶段的转换机制的新思路，对丰富和完善发展心理学的理论体系具有重要作用，能为检验发展心理学理论的合理性提供实证依据，同时也为建立人类信息加工系统模型提供理论依据。
近10多年来，信息加工速度的发展越来越受到心理学者的重视，研究者试图以时间为变量来揭示人类大脑内部的信息加工过程，探索人类生命全程的认知发展模式，从而揭示认知发展变化的根本特点和规律。目前，主要围绕信息加工的年龄差异机制问题进行深入研究，取得了一定成果。但由于研究时间较短，加上研究问题的复杂性、研究手段的局限性等，还有许多问题有待于进一步探讨。
研究者尽管研究了信息加工速度的发展，但对其发展的实质却缺乏探讨。有的研究者仅涉猎了加工速度在认知活动中的普遍性及其贯穿于个体的生命全程中，就认为信息加工速度的发展能反映个体认知操作的变化趋势，但这种变化趋势说明了什么？研究者并没有深入讨论。而本作者的设想是：信息加工速度发展不仅反映年龄差异的根源问题，而且也应反映个体认知发展内部机制的变化特点和规律问题。
另外，研究者所设计的内容缺乏整体和局部的统一。如有的研究者为验证知识经验或加工策略对加工速度的影响，分析的内容往往单一、片面。Roth为区分年龄、知识和加工策略对加工速度的影响程度，采用的材料是模盘匹配。其实验结果是，儿童“专家组”和成人“专家组”加工速度相近，但并没有比较儿童“新手组”和成人“新手组”的加工速度。实际上，在新手组中，成人加工速度还是比儿童快。对此，研究者并没有加以进一步分析研究。在其它加工策略、监控能力的研究中也表现出同样的弱点。而Kail等从整体内容出发探讨了加工速度的发展趋势，这无疑是一大突破。Kail的突破表现在以下几点：第一，多任务操作。其目的是比较被试对不同任务操作所表现出来的发展差异，这不仅克服了以往研究任务单一的弱点，而且能从整体上把握了信息加工速度发展的变化趋势；第二，用不同的发展函数来描述信息加工速度发展的变化趋势。在他的研究中，采用了线性函数、指数函数和双曲线函数（或幂函数），以此来比较任务之间是否具有共同变化特点。用发展函数方法的优点之一，是不仅能使不同的加工任务之间具可比性，而且具确定性；第三，多年龄段。这主要是为了使函数描述的点更准确。但在他的研究中，也存在一些问题，如从操作任务看，一些诸如名字提取、记忆搜索任务等在性质上类似，而有些在性质上有差异的任务诸如木柱板、心理相加任务等，他自己也发现了不能用指数函数来描述，但并没有进一步分析其原因；从研究思路看，他是从整体出发，却忽视了整体与部分的关系。正如有人指出的那样：这太注重形式了。而本作者却认为这种整体描述很有必要。但加工速度的发展研究决不仅仅是为了揭示年龄的差异源，更重要的是为了揭示信息加工发展的内部变化规律。因此，还必须先从部分即加工成分或加工阶段去研究信息加工速度发展的变化规律，从而再把整体和部分有机地统一起来。
再从研究者所使用的研究方法看，在具体研究中，没有使用多种方法来研究同一个问题，即研究方法单一，缺乏立体研究。这样得出的结论往往不完整，如Chi的策略限制法、Brewer等的速度－准确性调节实验法等都较单一。因此，没能真正把策略因素从年龄差异中分离出来。尽管Kail的发展函数法综合了几种具体方法，但他也没有从信息加工阶段的角度去加以分析研究，这样发展函数的整体描述势必就丢失了许多信息，难以真正揭示信息加工速度发展的年龄差异机制和认识活动的变化规律。