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問題解決(problem solving)是由一定的情景引起的,按照一定的目標,應用各種認知活動、技能等,經過一系列的思維操作,使問題得以解決的過程。例如,證明幾何題就是一個典型的問題解決的過程。幾何題中的已知條件和求證結果構成了問題解決的情情境,而要證明結果,必須應用已知的條件進行一系列的認知操作。操作成功,問題得以解決。

1 問題解決 -定義

問題解決問題解決

心理學家們認為,問題解決(problem solving)是由一定的情景引起的,按照一定的目標,應用各種認知活動、技能等,經過一系列的思維操作,使問題得以解決的過程。
提出問題是解決問題的先決條件,但僅僅滿足有提出問題是不夠的,提出問題的目的是為了有效解決問題。人生就是解決一系列問題的過程。個體克服生活、學習、實踐中新的矛盾時的複雜心理活動,其中主要是思維活動。教育心理學著重研究學生學習知識、應用知識中的問題解決。

2 問題解決 -主要觀點

由於問題解決是複雜的心理活動,可以從不同的方面、角度加以分析,因此心理學家對問題解決的見解也不盡相同,其中主要的有以下幾種觀點:
問題解決過程中的階段性  認為它有明顯的四個階段:

①發現問題。我們生活的世界處處時時都存在著各種各樣的矛盾,當某些矛盾反映到意識中時,個體才發現它是個問題,並要求設法解決它。這就是發現問題的階段。從問題解決的階段性看,這是第一階段,是解決問題的前提。發現問題不論對學習、生活、創造發明都十分重要,是思維積極主動性的表現,在促進心理發展上具有重要意義。

②分析問題。要解決所發現的問題,必須明確問題的性質,也就是弄清有哪些矛盾、哪些矛盾方面,它們之間有什麼關係,以確定所要解決的問題要達到什麼結果,所必須具備的條件、其間的關係和已具有哪些條件,從而找出重要矛盾、關鍵矛盾之所在。

③提出假設。在分析問題的基礎上,提出解決該問題的假設,即可採用的解決方案,其中包括採取什麼原則和具體的途徑、方法。但所有這些往往不是簡單現成的,而且有多種多樣的可能。但提出假設是問題解決的關鍵階段,正確的假設引導問題順利得到解決,不正確不恰當的假設則使問題的解決走彎路或導向岐途。

④檢驗假設。假設只是提出一種可能的解決方案,還不能保證問題必定能獲得解決,所以問題解決的最後一步是對假設進行檢驗。通常有兩種檢驗方法:一是通過實踐檢驗,即按假定方案實施,如果成功就證明假設正確,同時問題也得到解決;二是通過心智活動進行推理,即在思維中按假設進行推論,如果能合乎邏輯地論證預期成果,就算問題初步解決。特別是在假設方案一時還不能立即實施時,必須採用后一種檢驗。但必須指出,即使后一種檢驗證明假設正確,問題的真正解決仍有待實踐結果才能證實。不論哪種檢驗如果未能獲得預期結果,必須重新另提假設再行檢驗,直至獲得正確結果,問題才算解決。
問題解決過程的總趨向  20世紀40年代德國心理學家K.敦克爾,以大學生為對象進行實驗,觀察他們如何解決「用射線治療胃腫瘤」問題。根據實驗的結果,他認為:問題解決過程的總趨向,是先確定問題的範圍,指出可能的解決方向,再逐步縮小範圍,提出問題解決的一般方法和具體特殊方法,一步步進行推理以逼近問題的解決。這種觀點是把重點放在「提出假設」與「檢驗假設」兩階段,對它作更詳細分析所提出的。人們解決生活實踐中的問題,及學生學習和應用知識時,這種情況是最常見的。
用信息加工探討問題解決過程  50年代資訊理論研究的進展及電子計算機的問世,使許多人嘗試以電子計算機的信息加工原理,模擬人的思維活動,開展人工智慧的研究。電子計算機的信息加工很像人解決問題過程的思維活動;心理學家中也有人利用高速電子計算機的信息加工來探討問題解決過程。近年來,這方面的研究取得很大進展,可以解釋某些問題解決中,一部分過程的情況。但機器是沒有生命的機械,至今尚不能窮盡人腦思維的奧秘,更不能解決人在解決問題思維過程中各方面的特點及各種影響人思維效果的因素,只能對問題解決過程的研究有某些啟發與促進。

3 問題解決 -影響因素

解決問題的效率受很多因素的影響,其中主要的有:
已掌握的有關知識  問題解決的任何一個階段都涉及有關知識,沒有相應的知識不僅難於發現問題,而且缺乏分析問題的基礎和提出假設所必須的依據,即使檢驗假設也必須具有相應的知識。知識對解決問題的影響,還涉及到在必要時是否能及時憶起已有的有關知識,並恰當地加以綜合應用。在這方面,為了提高學生解決問題的能力,在教學中必須傳授給他們正確、豐富的知識,指導他們有計劃按規律複習知識,牢固地保持它,並且能靈活地加以組織。
心智技能發展水平  心智技能是影響問題解決的極重要因素,因為解決問題主要是通過思維進行的,心智技能正是思維能力在解決問題中所表現的技能(見心智技能)。為此,在教學中不能只重視知識的灌輸,還必須同時促進心智技能的發展。
動機和情緒  它們在問題解決中有積極和消極兩方面的影響。恰當的學習動機和求知慾,不僅對發現問題有極重要的作用,而且對深入分析問題、探索各種假設和反覆檢驗,都是重要的內部動力。但只有中等強度的動機和平靜的心境狀態,才有利於問題的解決。動機和情緒的強度不夠,則缺乏動力;過於強烈則會幹擾思維而影響問題解決。因此,教師必須重視培養學生的求知慾及其正確的學習動機,同時要訓練學生經常帶著愉快平靜的情緒進行學習和解決問題。
刺激呈現的模式  每一問題中所包含的事件和物體(不論是實物或是以詞語陳述的),當它們呈現在問題解決者面前時,總要涉及特定的空間位置、距離、時間的先後(或同時)順序,以及它們當時所表現的特定功能,所有這些具體特點及其間關係就構成為特定的刺激模式。如果刺激模式直接提供了適合於問題解決的線索,就便於找出解決的方向、途徑與方法;如果刺激模式掩蔽或干擾了解題線索,就會使解題增加困難,甚至導向歧途。因此,教師在教學時要十分注意對刺激物的組織處理(如教具安排等),另一方面要經常訓練學生從多種角度觀察同一事物,以揭露和認識這一事物在不同情境中所可能具有的多種功能。
思維定勢  所謂思維定勢指連續解決一系列同類型課題所產生的定型化思路。這種思路對同類的後繼課題的解決是有利的;如果後繼課題雖可用前法解決,但也可以採用更合理更簡易的步驟時,思維定勢就成為障礙,而影響解題的速度與合理化。因此,平時既要注重訓練學生思維的定向性又要訓練其思維的靈活性。
個性特點  獨立性、自信心、堅韌性、精密性、敏捷性、靈活性以及興趣等個人特點,均對解決問題的效率產生一定的影響,教師應經常關心和發揮學生有利於問題解決的個性特點,糾正其不利的個性特點。

4 問題解決 -特點

問題情境性。問題總是由問題情境引起的。問題情境就是在生活中出現在我們面前,使我們感到困惑又不能利用經驗直接解決的情況。正是這種情境性才能促使我們進行思考,開動腦筋,並採取相應的策略去改變這種困境。問題解決的過程就是問題情境消失的過程。當一個問題解決之後再遇到同類情境時就不會再感到困惑。
目標指向性。問題解決是有明確目標指向的。問題解決的過程就是尋找和達到目標的過程。問題解決的過程可以通過直覺與猜測,也可以通過分析與推理,還可以通過聯想與想象,但無論通過哪一種途徑都必須受到目標的指引。
操作序列性。問題解決包含一系列心理操作,這種操作是成序列、有系統的。序列出現錯誤,問題就無法解決。當然採用不同的方法和途徑解決同一問題時會呈現出不同的序列。選擇一種解決問題的方法和途徑,實際上就是選擇了一種序列和系統。
認知操作性。問題解決的活動至少要有認知成分的參與,它的活動依賴於一系列的認知操作來進行。解決問題當然有情感的伴隨,也常常需要付諸行動,但是不可缺少的是認知操作。認知操作是解決問題的最基本成分。

5 問題解決 -過程

劃分為問題表徵、選擇操作、實施操作和評價當前狀態四個階段。

問題表徵

問題解表徵就是問題解決者問題任務範圍或問題範圍或作業領域轉化成問題空間,問題空間就是問題解決者對客觀問題的主觀陳述,這種陳述過程實際上是按照自己理解的方式對問題在頭腦中進行重新記載和儲存。一般說來,這種表徵包含三種狀態,即初始狀態、中間狀態和目標狀態。初始狀態是指問題被認識時,問題解決者所處的情境;目標狀態是指問題解決者所要尋求的最終結果。問題解決的任務就在於要找出一種能把初始狀態轉變為目標狀態的操作(或稱運算元)序列。中間狀態就是指在實現從初始狀態向目標狀態的轉變過程中,由操作引起的種種狀態。 

選擇操作

操作就是問題解決者把一種問題狀態轉變為另一種問題狀態的認知活動,也叫運算元。有些運算元可隨問題空間的形成而獲得,有些則需進行選擇。當問題空間較小時,正確的運算元易於選擇;而當問題空間較大時,如象棋或圍棋,則難於選擇正確的運算元,需應用一定的問題解決策略來進行。問題解決策略主要有兩類:演算法策略和啟髮式策略。所謂演算法策略,是解題的一套規則,它精確地指明解題的步驟。如果一個問題有演算法,那麼只要按照其規則進行操作,就能得到問題的解。它往往是在缺乏具體目標的情況下進行的。例如,為了抓到逃往某山區的一名逃犯而搜遍那裡的每一個山頭、山洞和鄉村。這種策略雖可以保證問題一定得到解決,但費時費力,除非空間很小,否則實際上是行不通的。
所謂啟發策略,就是憑藉個體已有的知識經驗,採取較少的操作來解決問題的方法。例如,為了抓獲逃往某山區去的一名逃犯,首先弄清他逃到那裡去的時間、方向,他在那裡的親戚朋友的姓名、住址等,然後再根據這些線索確定搜索的範圍。這種辦法容易成功,但不能保證成功,因為有關信息和知識的啟發可能是不真實的。但它畢竟省時省力,簡便易行,所以成為人們常用的問題解決策略。

實施操作

問題解決者實際運用運算元來改變問題的起始狀態或當前的狀態,使之逐步接近併到達目標狀態。這個階段也叫執行策略階段。一般地,簡單的問題只需少量操作,選定的策略能順利實施;而複雜的問題則需要一系列操作才能完成,有時葚至選定的策略也無法實施。

評價當前狀態

問題解決者對運算元和策略是否合適、當前狀態是否接近目標狀態、問題是否已經得到解決等作出評價。如當前狀態被評價為目標狀態,則問題得到解決,否則需進一步選擇運算元和改變策略,甚至需重新表徵問題空間。這幾個階段並不是固定不變的,也可能從后一階段返回到前一階段。據此編寫的計算機程序,成功地模擬了人類解決問題的思維過程,在解決密碼算題、進行邏輯證明和下國際象棋等不同類型的問題上都已取得成功。

6 問題解決 -模式

奧蘇伯爾問題解決模式  (1)呈現問題情境命題。 
奧蘇伯爾認為,問題是由有意義的言語命題構成。其中包括目標和條件,他認為,一組命題之所以構成問題情境,是因為從已知條件到問題之間包含了認知空隙,學生已有知識結構中沒有現成可以用於達到目標的步驟和方法。
(2)明確問題與已知條件。
問題情境命題是客觀存在的刺激材料,它們可以激發學生回憶有關的背景命題。學生把這兩種命題相聯繫,從而理解問題的條件和要達到的目標。
(3)填補空隙過程。
這是解決問題的核心。學生明確已知條件和目標之間的空隙或差距,并力圖填補空隙,這需要一系列的知識和加工: 
 ①提取背景命題。所謂背景命題是學習者認知結構中與當前問題解答有關的事實、概念和原理。學習者必須根據當前問題的需要提取有關命題。這些命題都是學習者平時學習所積累的。 
 ②運用推理規則。所謂推理規則是作出合理結論的邏輯規則。在系統有序的學習中都存在著各種外顯的或內隱的規則。 
 ③採用一定策略。解決問題的策略通常指選擇、組合、改變或操作命題的系列,以便填補問題的固有空隙。策略的功能就在於減少嘗試與錯誤的任意性,節約解決問題所需的時間,提高解答的概率。策略提出一連串步驟,從差距的一端到另一端,可以是順向的,也可以是逆向的。 
 ④解答之後的檢驗。問題一旦得到解決,通常需要一定形式的檢驗,查明推理進程有無錯誤,空隙填被的途徑是否最為簡捷,以及可否正式寫出來供交流之用等等。
信息加工問題解決模式 信息加工論者把問題解決看作是信息加工系統對信息的加工,把最初的信息轉換成最終狀態的信息。問題狀態可分為初始狀態、中間狀態和目標狀態。問題解決的過程就是從初始狀態到中間狀態再達到目標狀態的過程。從一種問題狀態轉變成另一種問題狀態的操作稱之為運算元(Operator)。問題解決的過程就是利用運算元從初始狀態轉變到目標狀態的過程。由一系列問題狀態和轉變問題狀態的運算元就組成了問題空間(Problem Space)。要達到目標狀態,就要在問題空間搜索一系列運算元。搜索運算元的途徑有二:一是演算法式(algo-rithm),它將達到目標和各種可能的方案都算出來。這種途徑保證成功但費時費力,有時在實際中甚至不可能實現。二是啟髮式(heurisitic),它只根據目標的指引,試圖不斷地將問題狀態轉換成與目標狀態相近的狀態,從而只試探那些對成功趨向目標狀態有價值的運算元。它簡單省時,但卻不一定保證成功。
格拉斯問題解決模式 格拉斯(Class)1985年把問題解決劃分為相互區別又相互聯繫的四個階段。  
 1.形成問題的初始表徵。即問題的理解階段,首先要把問題空間轉換到工作記憶中,亦即在工作記憶中對組成問題空間的種種條件、對象、目標和運算元等進行編碼,建立表徵。 
 2.制定計劃。制定計劃就是從廣闊的問題空間中搜索出能達到目標的解決方法,也就是從長時記憶中搜索出與解決問題的方法有關的信息。如果搜索出過去解決同類問題的辦法,就可以利用這種辦法成功地解決當前問題,否則,就要探索其他方法才能解決問題。 
 3.重構問題表徵。如果第一階段建構的表徵對於執行計劃是不充分的,就必須重構問題表徵。重構的問題表徵與建立初始問題表徵在許多方面有相似之處,但有時需要摒棄初始問題表徵,而建構新的表徵。 
 4.執行計劃和檢驗結果。將解決問題的計劃、方案在實際中加以操作、實施的過程,就是執行過程。
問題解決者把問題的答案同初始的問題表徵相匹配,如果利用操作使問題的初始狀態轉變成目標狀態,問題解決就成功了。然後將解題程序儲存於長時記憶中,以解決其同類問題。如果沒有達到目標狀態,就要返回修訂計劃,甚至摒棄原計劃,採用新的解決問題的方法。
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