自然科学概念形成过程中外显与内隐学习的比较，本文主要内容关键词为：自然科学论文,中外论文,概念论文,过程论文，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。
1 问题的提出
人类对于自然事物、自然现象和自然规律的认知，以及由这些认知转化而来的各种设计知识和技术，统称为自然科学或科学或理科(Science)，包括数学、物理、化学、生物、自然地理等对人类生存发展至关重要的领域[1]。自然科学体系尽管内容极为庞杂，但都是用语言表达的事实、概念、规则和理论。其中概念最重要。因为事实要用概念来描述，而规则和理论必须在概念的基础上引申发展、重新组合。概念反映事物的本质属性，可以是符号或词语也可以是命题或判断。概念的产生标志着认识过程的质变，而概念的形成必定经过一个学习的过程，所以，概念形成也称为概念学习。对概念形成的研究，不仅在理上为最终了解人类思维奠定基础，而且在实践中也为学习者准确迅速地掌握概念提供指导，因此概念形成研究一直是心理学的重要组成部分。认知心理学兴起后，信息加工理论揭示了人是按概念来分类处理信息的，从而使概念形成研究倍受重视，涌现出许多颇有价值的理论和实验[2][3][4]。尤其是美国心理学家A.S.Reber[5][6]倡导的内隐学习理论，证明了人能够按照本质不同的两种学习模式来学习复杂的知识：一是觉察得到的外显学习(explicit learning)；二是觉察不到的内隐学习(implicit learning)。在外显学习时，人们的行为受意识控制、有明确目的、需注意资源、要作出一定的努力；而在内隐学习时，人们并没有意识到控制他们行为的规则是什么，却学会了这种规则。例如，人们能够辨别哪些发音是合乎语法规则的，但未必都能说出这些语法规则是什么。概念的内隐学习也是如此。
关于概念形成机制的最有影响的学说主要有两家：假设检验理论和样例学习理论。前者认为概念形成是一个不断提出假设、不断验证假设的过程。后者则认为，自然情况下概念形成以样例学习为主。许多学者主张把这两种理论综合起来考虑。Smith等人[7]提出：人的记忆中可能存在两类信息，样例信息（对样例的记忆）和类别信息（概念的定义、关键特征以及特征间的相互关系），前者用于迅速判断，后者用于逻辑证明。每个概念都含有类别信息和样例信息。实际上，概念形成就是通过发现属性、发现属性结合的规则、提出假设和检验假设等阶段来整合信息的。
为了研究概念形成过程，L.Bouthilet提出了假设检验模型(The hypothesis testing model)，采用精心搭配的英文单词来提供正确或不正确的样例，让被试产生并检验假设。中国学者杨治良教授[8]采用Bouthilet模型和由他按同理制作的汉字笔划模型，以中美大学生为被试进行实验，结果发现了人工概念形成过程的总趋势是先渐进、后突变、无明显高原现象。而母小勇和张莉华[9]认为仅用人工概念不能获得自然科学概念形成的规律，他们按Bouthilet模型的原理，制作了熵概念的假设检验模型来对大学生进行实验，结果发现真实的自然科学概念的形成过程是一个“渐进——高原——突变”的过程。
然而，迄今为止关于概念形成的研究，多用人工概念，罕见真实概念，更未见使用真实概念进行的内隐学习研究。因此，本研究拟对真实概念的形成过程进行探究，将其与人工概念形成过程比较异同；同时拟对真实自然科学概念形成过程中的内隐学习来进行探究，首先要证明其存在与否，然后将其与同过程中的外显学习对照比较。本研究选取自然科学的典型概念“力”来进行真实或准真实情境下的研究，以探索外显和内隐学习条件下自然科学概念形成的规律。力概念定义出处为《中国大百科全书》物理学分卷。小学自然科学教学大纲对力概念不作要求，一般来说这个概念到初中物理课上才出现。
2 研究的方法
2.1 实验材料的制作
根据Bouthilet模型原理自制力和概念假设检验模型，每个模型包括六个句子：第一句为关键句，用来代替科学教育中教师对概念的举例和陈述，以避免硬性灌输和其他暗示对被试概念形成的影响；下面五句为选择句，用来检查被试概念形成的抽象、类化、假设、检验和辨别过程。实验时要求被试从五个选择句中找出和关键句性质相同的那一句：同时包含力概念的两个基本特征“物体间的相互作用”和“物体速度或形状的改变”。这个规则一旦被发现，被试就能做对以后的全部选择。所有模型均用10cm×14cm的卡片打印，5张卡片为一单元，正确选项随机分布。整个实验共制作卡片50张，即10个单元。
2.2 被试
正式被试共48名，分为外显学习组和内隐学习组，每组24人，其中男女各12人。被试均为苏州市带城中心小学四年级学生，随机抽取。
2.3 实验过程
实验地点为苏州市带城中心小学一间活动室。实验形式全部采用一对一，被试与主试并排而坐。先是被试与主试一起阅读实验指导语，然后开始正式实验。每张卡片呈现时间为1分钟。要求被试在此时间内讲出答案。主试即时告诉正确答案。外显组被试每做完一个单元就被要求回答：“为什么选择这些答案？”主试记下原因但不作正确与否的反馈。对内隐组被试无此要求。无论哪个组，只要被试连续答对两个单元，就算掌握概念并结束实验。若做完十个单元还未掌握概念，也停止实验。对单个被试的实验过程平均约需1个小时。
2.4 预备实验
先另找8名被试（四年级学生，男女对半）进行预备实验，由此统一实验指导语、每张卡片的呈现时间、记录表格形式等具体事项。
3 结果与分析
3.1 用文生(S.B.Vincent)法整理的力概念形成过程[10]
与人工概念形成一样，被试掌握真实概念的速度差异很大。最快的只用两个单元就能掌握，最慢的甚至需要十个单元以上，一般用四～八个单元。如果我们求出各次学习的平均成绩来画一条曲线，则会与每个被试的成绩都不相符。所以，我们根据文生提出的集体学习曲线的绘制方法整理实验结果。其特点是以每个被试自己的学习总遍数作为100%，把总数百分数计的尝试数作横坐标(X)，同时以最大值成绩分数作100%，把总数百分数计的成绩（正确判断率）作纵坐标(Y)，即可画出集体的概念形成曲线。
需要说明的是，在本实验中，只有外显组与杨治良教授人工概念形成实验和母小勇、张莉华的科学概念形成实验具有同等的实验条件，即要求被试在实验过程中寻找规则。因此，我们先作外显组集体文生曲线以便比较。第一步：分别画出外显组24名被试的个体学习曲线；第二步，把基线10等分，用直线内插法求出各等分点上的24个数值；第三步，把同一等分点上的24个数值加以平均，所得数值参见表1。
根据表1作出外显组的集体文生曲线，见图1。由于本实验取五择一概率，即使随机选择也可能在五张卡片中猜对一张。这样本实验文生曲线的起点是20%的正确判断率。换言之，也就是80%的错误判断率而不是100%的错误判断率。
从表1和图1可见：
(1)小学生自然科学概念形成的过程是一个“渐进——高原——突变”的过程。与成人概念形成过程的基本趋势一致，符合思维发展的规律。
(2)小学生自然科学概念形成“渐进——高原——突变”的过程，较之成人人工概念形成“渐进——突变”的过程更为曲折，而与成人自然科学概念形成“渐进——高原——突变”的过程更为接近，说明对复杂知识或信息处理起来难度更大一些，出现徘徊不前的“高原期”。由此可见，实验材料的性质会影响有意识的思维加工。
(3)小学生自然科学概念形成的曲线在开头部分昂然上扬，表明他们在外显学习的起始阶段就能利用已有的科学概念体系来形成最简单的假设，但这些假设要经过反复检验，才能逐步形成复杂抽象的假设。
3.2 自然科学概念形成过程中外显与内隐学习的比较
用同上方法求出内隐组集体文生曲线的X值和Y值（表略），对内隐组与外显组的Y值进行t检验，未见统计意义上的显著差异（表略）。作出内隐组与外显组的集体文生曲线，进行直观比较，见图2。
在此，我们发现：
图2 内隐组和外显组力概念形成的集体文生曲线比较
(1)内隐组与外显组的集体文生曲线无论从形态上还是从趋势上来看都很相似，说明内隐学习者与外显学习者掌握自然科学概念的过程和规律非常一致！
(2)在本实验中，被试所学习的是一个具有相当难度的真实概念，内隐组和外显组相比，既缺乏明确的目标导向——“发现规则”，又没有反复的督促提醒——“你为什么这样选择”，但两组的成绩几乎没有差异，说明内隐学习确实存在于自然科学认知之中，而且在准确反馈的条件下，可与外显学习达到同样高的绩效水平。
3.3 自然科学概念形成过程中外显与内隐学习的性别差异探析
用同上方法求出内隐组与外显组男女被试集体文生曲线的X值和Y值（表略），并作出男女生力概念形成的集体文生曲线对比图，见图3。
图3 内隐组和外显组男女生力概念形成的集体文生曲线对比
由图3可知：
(1)在内隐学习条件下，女生形成自然科学概念的过程没有明显的高原现象，而男生则经历了相当长的一段高原期，在此期间女生后来居上，从中途（50%处）开始一路领先，直到终点，内隐组男女生集体文生曲线对比图提示人们：女生比男生的内隐学习能力略胜一筹！
(2)在外显学习条件下，男女生掌握自然科学概念的进程不相上下，起先（30%以内）非常一致，中途(30%～60%)男生略差，后来(60%～90%)女生进展缓慢。外显组男女生集体文生曲线提示人们：在对自然科学概念的有意识加工中，似乎男生的“后劲”略好一些。
(3)总的来说，在自然科学概念形成过程中，没有见到显著的男女性别差异（t检验表略）。
4 研究的结论
本研究从认知心理学出发，揭示了在自然科学概念形成过程中存在着内隐学习；概念形成的路径是渐进——高原——突变型的；内隐学习与外显学习不仅在概念形成路径的形态和趋势上非常一致，而且在效率上也相当接近；外显学习的效率高于内隐学习；但内隐学习的潜力很大，不可忽视；用语言启动内隐学习，效果明显。值得注意的是，在自然科学概念形成中，无论外显学习还是内隐学习，均未见显著性别差异。换言之，男生和女生在形成自然科学概念的过程中不存在孰优孰劣的问题。此外，本研究未发现无意识信息加工优于有意识信息加工的内隐学习效应，提示有必要探讨内隐学习效应产生的条件。