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问题解决

在问题空间中进行搜索,以便使问题的初始状态达到目标状态的思维过程。个体对问题情境的适当的反应过程。心理学的解释是:由一定的情景引起的,按照一定的目标,应用各种认知活动、技能等,经过一系列的思维操作,使问题得以解决的过程。

问题解决(problem solving)是由一定的情景引起的,按照一定的目标,应用各种认知活动、技能等,经过一系列的思维操作,使问题得以解决的过程。例如,证明几何题就是一个典型的问题解决的过程。几何题中的已知条件和求证结果构成了问题解决的情境,而要证明结果,必须应用已知的条件进行一系列的认知操作。操作成功,问题得以解决。

心理学家们认为,提出问题是解决问题的先决条件,但仅仅满足有提出问题是不够的,提出问题的目的是为了有效解决问题。人生就是解决一系列问题的过程。个体克服生活、学习、实践中新的矛盾时的复杂心理活动,其中主要是思维活动。教育心理学着重研究学生学习知识、应用知识中的问题解决。

我们生活的世界处处时时都存在着各种各样的矛盾,当某些矛盾反映到意识中时,个体才发现它是个问题,并要求设法解决它。这就是发现问题的阶段。从问题解决的阶段性看,这是第一阶段,是解决问题的前提。发现问题不论对学习、生活、创造发明都十分重要,是思维积极主动性的表现,在促进心理发展上具有重要意义。

要解决所发现的问题,必须明确问题的性质,也就是弄清有哪些矛盾、哪些矛盾方面,它们之间有什么关系,以确定所要解决的问题要达到什么结果,所必须具备的条件、其间的关系和已具有哪些条件,从而找出重要矛盾、关键矛盾之所在。

在分析问题的基础上,提出解决该问题的假设,即可采用的解决方案,其中包括采取什么原则和具体的途径、方法。但所有这些往往不是简单现成的,而且有多种多样的可能。但提出假设是问题解决的关键阶段,正确的假设引导问题顺利得到解决,不正确不恰当的假设则使问题的解决走弯路或导向岐途。

假设只是提出一种可能的解决方案,还不能保证问题必定能获得解决,所以问题解决的最后一步是对假设进行检验。通常有两种检验方法:一是通过实践检验,即按假定方案实施,如果成功就证明假设正确,同时问题也得到解决;二是通过心智活动进行推理,即在思维中按假设进行推论,如果能合乎逻辑地论证预期成果,就算问题初步解决。特别是在假设方案一时还不能立即实施时,必须采用后一种检验。但必须指出,即使后一种检验证明假设正确,问题的真正解决仍有待实践结果才能证实。不论哪种检验如果未能获得预期结果,必须重新另提假设再行检验,直至获得正确结果,问题才算解决。

20世纪40年代德国心理学家K.敦克尔,以大学生为对象进行实验,观察他们如何解决“用射线治疗胃肿瘤”问题。根据实验的结果,他认为:问题解决过程的总趋向,是先确定问题的范围,指出可能的解决方向,再逐步缩小范围,提出问题解决的一般方法和具体特殊方法,一步步进行推理以逼近问题的解决。这种观点是把重点放在“提出假设”与“检验假设”两阶段,对它作更详细分析所提出的。人们解决生活实践中的问题,及学生学习和应用知识时,这种情况是最常见的。

信息加工探讨问题解决过程 50年代信息论研究的进展及电子计算机的问世,使许多人尝试以电子计算机的信息加工原理,模拟人的思维活动,开展人工智能的研究。电子计算机的信息加工很像人解决问题过程的思维活动;心理学家中也有人利用高速电子计算机的信息加工来探讨问题解决过程。这方面的研究取得很大进展,可以解释某些问题解决中,一部分过程的情况。但机器是没有生命的机械,至今尚不能穷尽人脑思维的奥秘,更不能解决人在解决问题思维过程中各方面的特点及各种影响人思维效果的因素,只能对问题解决过程的研究有某些启发与促进。

问题解决的任何一个阶段都涉及有关知识,没有相应的知识不仅难于发现问题,而且缺乏分析问题的基础和提出假设所必须的依据,即使检验假设也必须具有相应的知识。知识对解决问题的影响,还涉及到在必要时是否能及时忆起已有的有关知识,并恰当地加以综合应用。在这方面,为了提高学生解决问题的能力,在教学中必须传授给他们正确、丰富的知识,指导他们有计划按规律复习知识,牢固地保持它,并且能灵活地加以组织。

心智技能是影响问题解决的极重要因素,因为解决问题主要是通过思维进行的,心智技能正是思维能力在解决问题中所表现的技能(见心智技能)。为此,在教学中不能只重视知识的灌输,还必须同时促进心智技能的发展。

它们在问题解决中有积极和消极两方面的影响。恰当的学习动机求知欲,不仅对发现问题有极重要的作用,而且对深入分析问题、探索各种假设和反复检验,都是重要的内部动力。但只有中等强度的动机和平静的心境状态,才有利于问题的解决。动机和情绪的强度不够,则缺乏动力;过于强烈则会干扰思维而影响问题解决。因此,教师必须重视培养学生的求知欲及其正确的学习动机,同时要训练学生经常带着愉快平静的情绪进行学习和解决问题。

每一问题中所包含的事件和物体(不论是实物或是以词语陈述的),当它们呈现在问题解决者面前时,总要涉及特定的空间位置、距离、时间的先后(或同时)顺序,以及它们当时所表现的特定功能,所有这些具体特点及其间关系就构成为特定的刺激模式。如果刺激模式直接提供了适合于问题解决的线索,就便于找出解决的方向、途径与方法;如果刺激模式掩蔽或干扰了解题线索,就会使解题增加困难,甚至导向歧途。因此,教师在教学时要十分注意对刺激物的组织处理(如教具安排等),另一方面要经常训练学生从多种角度观察同一事物,以揭露和认识这一事物在不同情境中所可能具有的多种功能。

所谓思维定势指连续解决一系列同类型课题所产生的定型化思路。这种思路对同类的后继课题的解决是有利的;如果后继课题虽可用前法解决,但也可以采用更合理更简易的步骤时,思维定势就成为障碍,而影响解题的速度与合理化。因此,平时既要注重训练学生思维的定向性又要训练其思维的灵活性。

独立性、自信心、坚韧性、精密性、敏捷性、灵活性以及兴趣等个人特点,均对解决问题的效率产生一定的影响,教师应经常关心和发挥学生有利于问题解决的个性特点,纠正其不利的个性特点。

问题总是由问题情境引起的。问题情境就是在生活中出现在我们面前,使我们感到困惑又不能利用经验直接解决的情况。正是这种情境性才能促使我们进行思考,开动脑筋,并采取相应的策略去改变这种困境。问题解决的过程就是问题情境消失的过程。当一个问题解决之后再遇到同类情境时就不会再感到困惑。

问题解决是有明确目标指向的。问题解决的过程就是寻找和达到目标的过程。问题解决的过程可以通过直觉与猜测,也可以通过分析与推理,还可以通过联想与想象,但无论通过哪一种途径都必须受到目标的指引。

问题解决包含一系列心理操作,这种操作是成序列、有系统的。序列出现错误,问题就无法解决。当然采用不同的方法和途径解决同一问题时会呈现出不同的序列。选择一种解决问题的方法和途径,实际上就是选择了一种序列和系统。

问题解决的活动至少要有认知成分的参与,它的活动依赖于一系列的认知操作来进行。解决问题当然有情感的伴随,也常常需要付诸行动,但是不可缺少的是认知操作。认知操作是解决问题的最基本成分。

划分为问题表征、选择操作、实施操作和评价当前状态四个阶段。

问题解表征就是问题解决者问题任务范围或问题范围或作业领域转化成问题空间,问题空间就是问题解决者对客观问题的主观陈述,这种陈述过程实际上是按照自己理解的方式对问题在头脑中进行重新记载和储存。一般说来,这种表征包含三种状态,即初始状态、中间状态和目标状态。初始状态是指问题被认识时,问题解决者所处的情境;目标状态是指问题解决者所要寻求的最终结果。问题解决的任务就在于要找出一种能把初始状态转变为目标状态的操作(或称算子)序列。中间状态就是指在实现从初始状态向目标状态的转变过程中,由操作引起的种种状态。

操作就是问题解决者把一种问题状态转变为另一种问题状态的认知活动,也叫算子。有些算子可随问题空间的形成而获得,有些则需进行选择。当问题空间较小时,正确的算子易于选择;而当问题空间较大时,如象棋或围棋,则难于选择正确的算子,需应用一定的问题解决策略来进行。问题解决策略主要有两类:算法策略和启发式策略。所谓算法策略,是解题的一套规则,它精确地指明解题的步骤。如果一个问题有算法,那么只要按照其规则进行操作,就能得到问题的解。它往往是在缺乏具体目标的情况下进行的。例如,为了抓到逃往某山区的一名逃犯而搜遍那里的每一个山头、山洞和乡村。这种策略虽可以保证问题一定得到解决,但费时费力,除非空间很小,否则实际上是行不通的。

所谓启发策略,就是凭借个体已有的知识经验,采取较少的操作来解决问题的方法。例如,为了抓获逃往某山区去的一名逃犯,首先弄清他逃到那里去的时间、方向,他在那里的亲戚朋友的姓名、住址等,然后再根据这些线索确定搜索的范围。这种办法容易成功,但不能保证成功,因为有关信息和知识的启发可能是不真实的。但它毕竟省时省力,简便易行,所以成为人们常用的问题解决策略。

问题解决者实际运用算子来改变问题的起始状态或当前的状态,使之逐步接近并到达目标状态。这个阶段也叫执行策略阶段。一般地,简单的问题只需少量操作,选定的策略能顺利实施;而复杂的问题则需要一系列操作才能完成,有时葚至选定的策略也无法实施。

问题解决者对算子和策略是否合适、当前状态是否接近目标状态、问题是否已经得到解决等作出评价。如当前状态被评价为目标状态,则问题得到解决,否则需进一步选择算子和改变策略,甚至需重新表征问题空间。这几个阶段并不是固定不变的,也可能从后一阶段返回到前一阶段。据此编写的计算机程序,成功地模拟了人类解决问题的思维过程,在解决密码算题、进行逻辑证明和下国际象棋等不同类型的问题上都已取得成功。

(1)呈现问题情境命题。

奥苏伯尔认为,问题是由有意义的言语命题构成。其中包括目标和条件,他认为,一组命题之所以构成问题情境,是因为从已知条件到问题之间包含了认知空隙,学生已有知识结构中没有现成可以用于达到目标的步骤和方法。 [1]

(2)明确问题与已知条件。

问题情境命题是客观存在的刺激材料,它们可以激发学生回忆有关的背景命题。学生把这两种命题相联系,从而理解问题的条件和要达到的目标。

(3)填补空隙过程。

这是解决问题的核心。学生明确已知条件和目标之间的空隙或差距,并力图填补空隙,这需要一系列的知识和加工:

①提取背景命题。所谓背景命题是学习者认知结构中与当前问题解答有关的事实、概念和原理。学习者必须根据当前问题的需要提取有关命题。这些命题都是学习者平时学习所积累的。

②运用推理规则。所谓推理规则是作出合理结论的逻辑规则。在系统有序的学习中都存在着各种外显的或内隐的规则。

③采用一定策略。解决问题的策略通常指选择、组合、改变或操作命题的系列,以便填补问题的固有空隙。策略的功能就在于减少尝试与错误的任意性,节约解决问题所需的时间,提高解答的概率。策略提出一连串步骤,从差距的一端到另一端,可以是顺向的,也可以是逆向的。

④解答之后的检验。问题一旦得到解决,通常需要一定形式的检验,查明推理进程有无错误,空隙填被的途径是否最为简捷,以及可否正式写出来供交流之用等等。 [2]

信息加工论者把问题解决看作是信息加工系统对信息的加工,把最初的信息转换成最终状态的信息。问题状态可分为初始状态、中间状态和目标状态。问题解决的过程就是从初始状态到中间状态再达到目标状态的过程。从一种问题状态转变成另一种问题状态的操作称之为算子(Operator)。问题解决的过程就是利用算子从初始状态转变到目标状态的过程。由一系列问题状态和转变问题状态的算子就组成了问题空间(Problem Space)。要达到目标状态,就要在问题空间搜索一系列算子。搜索算子的途径有二:一是算法式(algo-rithm),它将达到目标和各种可能的方案都算出来。这种途径保证成功但费时费力,有时在实际中甚至不可能实现。二是启发式(heurisitic),它只根据目标的指引,试图不断地将问题状态转换成与目标状态相近的状态,从而只试探那些对成功趋向目标状态有价值的算子。它简单省时,但却不一定保证成功。 [1]

格拉斯(Class)1985年把问题解决划分为相互区别又相互联系的四个阶段。

1.形成问题的初始表征。即问题的理解阶段,首先要把问题空间转换到工作记忆中,亦即在工作记忆中对组成问题空间的种种条件、对象、目标和算子等进行编码,建立表征。

2.制定计划。制定计划就是从广阔的问题空间中搜索出能达到目标的解决方法,也就是从长时记忆中搜索出与解决问题的方法有关的信息。如果搜索出过去解决同类问题的办法,就可以利用这种办法成功地解决当前问题,否则,就要探索其他方法才能解决问题。

3.重构问题表征。如果第一阶段建构的表征对于执行计划是不充分的,就必须重构问题表征。重构的问题表征与建立初始问题表征在许多方面有相似之处,但有时需要摒弃初始问题表征,而建构新的表征。

4.执行计划和检验结果。将解决问题的计划、方案在实际中加以操作、实施的过程,就是执行过程。

问题解决者把问题的答案同初始的问题表征相匹配,如果利用操作使问题的初始状态转变成目标状态,问题解决就成功了。然后将解题程序储存于长时记忆中,以解决其同类问题。如果没有达到目标状态,就要返回修订计划,甚至摒弃原计划,采用新的解决问题的方法。 [1]

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