智能科学 Intelligence Science 第六章学习和记忆 L earning and Memory 史忠植中国科学院计算技术研究所 intsci.ac/

智能科学Intelligence Science 第六章学习和记忆 Learning and Memory 史忠植中国科学院计算技术研究所 http://www.intsci.ac.cn/ 史忠植学习和记忆

内容提要 一、概述二、简单学习模型三、基本学习理论四、记忆研究中的各种变量五、艾宾浩斯与巴特利特的研究六、记忆过程：编码、存储与提取七、记忆系统八、工作记忆史忠植学习和记忆

学习 • “...relatively permanent changes in behavior produced by experience” • Learning involves changes in the nervous system produced by experiences • Nervous system changes are physical • Learning allows us to adapt our behaviors to the environment • Learning involves interactions among the motor, sensory, and memory systems 14.3 史忠植学习和记忆

学习形式 • Perceptual learning functions to identify objects and situations • Stimulus-Response learning involves making a response when a particular stimulus is present • Classical conditioning • Operant Conditioning • Motor learning involves forming new circuits in motor system • Relational learning involves identifying connections between stimuli 14.4 史忠植学习和记忆

学习过程 14.5 史忠植学习和记忆

学习模型 外界环境内省学习机观察学习机库识知执行单元史忠植学习和记忆

行为主义学习理论 1、学习是刺激与反应的联结，以S表示刺激，R表示反应，那么这种联结就可以用公式表示为：S-R； 2、学习过程中强化很重要，如果在一个行为出现以后，能够马上进行强化，那么该行为的强度就会增强史忠植学习和记忆

斯金纳学习 • 斯金纳总结出了下面的三个公式： • 反应+强化——增强反应 • 反应无强化——减弱反应 • 反应+惩罚——压抑反应史忠植学习和记忆

斯金纳学习 三个学习的基本原理： 1、内驱力演化为动机作用 2、反应演化为积极反应原理 3、奖励（或强化）演化为即时强化与反馈史忠植学习和记忆

认知学习理论 • 认知是一个和情感、动机、意志等相对的理智或认识过程。它包罗感知、表象、记忆、思维等等，而思维是其中的核心。史忠植学习和记忆

认知 • 认知是信息加工 • 认知是心理上符号的运算 • 认知是问题解决 • 认知是思维 • 认知是一组相关的活动，如知觉、记忆、思维、判断、推理、问题解决、学习、想象、概念形成、语言使用等等。史忠植学习和记忆

认知学派学习理论 （1）重视人在学习活动中的主体价值，充分肯定了学习者的自觉能动性；（2）强调认知、意义理解、独立思考等意识活动在学习中的重要地位和作用；（3）重视了人在学习活动中的准备状态。即一个人学习的效果，不仅取决于外部刺激和个体的主观努力，还取决于一个人已有的知识水平、认知结构、非认知因素。准备是任何有意义学习赖以产生的前提；（4）重视强化的功能。认知学习理论由于把人的学习看成是一种积极主动的过程，因而很重视内在的动机与学习活动本身带来的内在强化的作用；（5）主张人的学习的创造性。史忠植学习和记忆

认知学派学习理论 认知学派的代表性学说: 格式塔学派的学习理论托尔曼的认知目的理论皮亚杰的图式理论维果斯基的内化论布鲁纳的认知发现理论奥苏伯尔的有意义学习理论加涅的信息加工学习理论以及建构主义的学习理论认知主义学习理论的代表人物是皮亚杰、纽厄尔等。史忠植学习和记忆

建构主义理论 定义： “建构主义假设每一个学习者必须个别地、有选择地去建构自己的知识，每个学习者都有一个用来建构知识的‘工具箱’以便解决现实环境中所出现的各种问题。而其他学习者或教师的角色是提供有关的环境、提出挑战及提供有关的支持以便能够帮助学习者进行知识的建构。史忠植学习和记忆

建构主义学习理论 • 　１、以学生已有的经验为基础，学生的学习过程是一个个性化的学习过程。 • 　２、教学双方的地位已经有所转换，在教学过程中，教师的地位不再是知识传授者、信息垄断者身份，而学生的中心地位得到确认。 • 　３、教学过程从面向课程转向了面向学生的教学。史忠植学习和记忆

建构主义学习理论 • 　４、从重视学生的行为表现转向学生内部知识建构。 • 　５、知识的建构不光表现在学生身上，也体现在教学过程中，教师也有一个知识的建构过程。因而在整个教学过程中不光是学生的学习，教师也同样在整个教学过程中有一个学习的过程。 • 　６、知识建构有一定规律，教师可以利用这些规律去促进学生学习。史忠植学习和记忆

人本主义学习理论 • 人本主义反对将人的心理低俗化、动物化，强调人是自然实体而非社会实体。人性来自自然，自然人性即人的本性。这同以往的精神分析学派和行为主义学派相对立，因此也被称作心理学中的笫三思潮。史忠植学习和记忆

马斯洛的自我实现论 • 马斯洛认为人类行为的心理驱动力是人的需要，他将其分为两大类、七个层次。 • 两大类分别是缺失需要和成长需要史忠植学习和记忆

七个层次 史忠植学习和记忆

罗杰斯的自我理论 • 罗杰斯认为人的情感与认知是密不可分的，在学习过程中二者相互促进，相互影响，因此在教学过程中学生应该受到尊重，这样可以促进其认知过程的发展。 • 强调了学生在整个学习过程中的重要性，教师在教学过程中的角色应该从传统填鸭式的教育方式中转换过来。史忠植学习和记忆

罗杰斯的自我理论 • 教师的任务不再是向学生传授知识，也不是去教学生怎样学习，而是要为学生创造一种适合于学生自主学习的环境，提供各种学习资源，让学生自主地决定如何去学习。史忠植学习和记忆

记忆史忠植学习和记忆

记忆研究中的各种变量（1） • Dependent Variables：Remembering may be measured in numerous ways; these often involve recall or recognition. • In recall tests, reproduction of material is required. Whereas in recognition tests, material is presented to people and they are required to judge whether or not they have seen it previously. 史忠植学习和记忆

Three popular recall tests are serial recall, free recall, and paired-associate recall. Recognition tests are generally of two types. Yes/No recognition tests; Forced-choice recognition tests Forced-choice tests are preferred to yes/no tests because correcting for guessing is less of a problem. 记忆研究中的各种变量（2）史忠植学习和记忆

记忆研究中的各种变量（3） • In each case, the dependent measure in tests of recall and recognition is the number or proportion of items correctly recalled or recognized in different conditions or the number of errors, which amounts to the same thing. • Sometimes a derivative measure is used, such as d' from the theory of signal detection. • Recently, investigators concerned with recognition have used reaction time as a dependent measure. 史忠植学习和记忆

记忆研究中的各种变量（4） • Recently, the study of implicit memory tests has intrigued cognitive psychologists. Although these tests do not require people to consciously remember the material they have studied, performance on these tasks is influenced or “primed” by previous exposure to the material. • That is, implicit memory tests are tasks that can be performed without specific reference to the previous experiences in the laboratory. 史忠植学习和记忆

记忆研究中的各种变量（5） • Independent Variables: Many types of variables are manipulated in experiments on human memory. One of the most popular variables historically has been the nature of the material presented for memory. It can be letters, digits, nonsense syllables, words, phrases, sentences, paragraphs, or long passages of prose; the characteristics of each of these types of material can also be varied; • The retention interval between presentation of material and test; Modality of presentation; Study strategy; The nature of the memory test given to people. 史忠植学习和记忆

记忆研究中的各种变量（6） • Control Variables: Memory experiments are typically quite well controlled. Important variables that are usually held constant across conditions are the amount of material presented and the rate of presentation, though these can be interesting variables in their own right. • The modality of presentation is another factor that must not vary, unless it is a variable of major interest. • If some characteristic of the material is being varied, then it is necessary to hold constant other factors. 史忠植学习和记忆

艾宾浩斯与巴特利特的研究 • 艾宾浩斯（1850~1909）与巴特利特（F. C. Bartlett，1886~1979）是记忆研究的两位先驱，虽然他们研究记忆的途径是对立的，但两人都对后来的记忆研究产生了很大的影响。 • 1885年，Ebbinghaus: On Memory: A Contribution to Experimental Psychology. • 1932年，Bartlett: Remembering: A Study in Experimental and Social Psychology. • 1956年，Miller: Magical Number Seven, Plus or Minus Two: Some Limits on Our Capacity for Processing Information 史忠植学习和记忆

艾宾浩斯的研究（1） • Ebbinghaus受到Fechner的《心理物理学纲要》的启发，企图用自然科学的方法来研究英国经验主义者所描述的联想过程。他在人为的实验室条件下产生联想，并在严格控制的条件下对记忆进行客观的测量，我们称之为新联想主义心理学。史忠植学习和记忆

艾宾浩斯的研究（2） • 为了使记忆的研究数量化，艾宾浩斯创造了两个工具。 • 第一是无意义音节（nonsense syllables）; • 第二是测量记忆的方法即节省（savings method）法。史忠植学习和记忆

遗忘曲线（the forgetting curve） • The forgetting curve. • Ebbinghaus measure the savings in relearning a list of nonsense syllables after various periods of time had elapsed since original learning. • Notice that forgetting is rapid at first and then levels off. 史忠植学习和记忆

对此项工作的评价 • Ebbinghaus的工作也受到一些责难和非议。 • 一种批评是他制作的无意义音节并不是完全没有意义的，且各音节之间的难度也不一定相等。 • 另一种批评是关于他自己做被试所产生的一些问题：因为在这种情形下可能产生前摄和倒摄抑制；他自己知道了每一个实验的目的，这对实验结果会产生微妙的影响；以他自己一个人的实验结果不能推广到其他人身上去，等等。 • 这些批评并不是全无道理，但Ebbinghaus介绍了测量记忆的方法，较好地控制了实验条件，不仅对记忆过程进行了客观的研究，对印象深度和遗忘量也做到了数量化。 • 在高级心理过程只能作为思辨哲学研究的课题时，艾宾浩斯能做到这一点确实是难能可贵的。至于他工作中的缺点，如果和他的贡献比较起来就显得有些微不足道了。史忠植学习和记忆

艾宾浩斯的研究（3） • 艾宾浩斯在小结他研究记忆的方法时写道：在研究心理过程时应用所谓自然科学的方法，遇到两种根本性的困难： • 心理活动的经常变化和反复无定使之不能布置稳定的实验情境； • 心理过程无法测量或计量。史忠植学习和记忆

巴特利特对艾宾浩斯的研究持批评态度。 他认为记忆不仅是形成联想，学习与记忆是一个活跃的过程（active processes），涉及意义的追求（effort after meaning），把识记材料纳入一定的图式（schemas）。他批评艾宾浩斯为避免过去知识的影响而使用无意义音节作为学习和记忆的材料，使记忆陷入一种人为的状态，因而对日常生活的记忆缺乏现实意义。艾宾浩斯过于注意记忆的材料而忽视了被试的态度和他们过去的经验等影响记忆的其他因素。巴特利特的研究（1）史忠植学习和记忆

巴特利特的生平简介 • Bartlett (1886.10.20 ——1969.9.30) • 1914年起在剑桥实验心理学研究室任教，1922年任主任，1931年正式成为剑桥大学实验心理学教授。1944年创建属于英国医学研究院的应用心理学研究所。1932年被推为皇家学会会员，1948年被授予 “勋爵”，是英国实验心理学家第一人。史忠植学习和记忆

巴特利特的研究（2） • 图式理论（schema theory）：Bartlett认为图式是指过去反应或过去经验的主动组织过程，它不仅使个别成分一个接一个地作用起来，而且将他们组织成为一个统一的整体。 • 在Bartlett的记忆过程中，图式起着重要的作用，因为在记忆过程中，人们总是不自觉地改变事件的某些细节，使整个事件更符合已有的图式，意义更明确。 • Bartlett认为人总能在不知不觉中将新的事物纳入自己的图式中，并不断地对已有的图式进行重建。史忠植学习和记忆

巴特利特的研究（3） • 记忆的心理重建理论（reconstruction）：Bartlett认为记忆是一种心理重建的过程，而且这个过程是在一定的社会环境中进行的，具有一定的社会性。 • 他认为，对既往事件的记忆不只是简单的保存和再现，而是受文化态度和个人习惯渲染的心理重建。 • 他通过实验证明了人们对一个事件很少在其发生的当时被如实地知觉到，观察或知觉中的遗漏部分在记忆过程中进行重建时，被以往的经验所填补。史忠植学习和记忆

关于故事的研究 • Bartlett从“北美印第安民间故事”中选了一个叫做“鬼魂的战争”（The War of the Ghosts）的故事。史忠植学习和记忆

关于图画的实验 • Bartlett用图画作材料，应用顺序再产生的方法进行的研究，同样证实了他的设想。史忠植学习和记忆

Ebbinghaus和Bartlett实验的比较(1) • 他们都是经验主义的心理学家，都试图通过观察和实验的方法，而不是思辨的方法去揭示心理规律； • 但是Ebbinghaus是新联想主义的心理学家，而Bartlett是格式塔学派的心理学家，他们的研究是有很大区别的。史忠植学习和记忆

Ebbinghaus和Bartlett实验的比较(2) 史忠植学习和记忆

记忆过程：编码、存储与提取 • 记忆过程通常包括三个相互有机联系的阶段： • 编码（encoding） • 存储（storage） • 提取（retrieval）史忠植学习和记忆

记忆的多重存储模型 • 记忆的多重存储模型强调记忆作为不同的结构而存在，所以多重存储模型又叫做形态模型（modal model）。它强调每一结构都具有自己的特点，如感觉存储、短时存储与长时存储作为3种不同的记忆结构（memory structure），在信息存储的时间长短、容量和遗忘快慢等方面是不同的。史忠植学习和记忆

感觉存储或感觉记忆 • 在感觉记忆中，心理学家研究得最多的是视觉形象的记忆（iconic memory）与听觉回声的记忆（echoic memory）。史忠植学习和记忆

Sperling的部分报告法 • 美国心理学家Sperling 在1960年关于视觉形象存储的研究是经典性的。 • Sperling的部分报告法就证实了，视觉形象的存储可以在瞬间保持较多的信息。史忠植学习和记忆

短时存储或短时记忆 • 短时存储的容量 • 短时存储的声音编码 • 短时存储信息的提取 • 短时存储信息的遗忘史忠植学习和记忆

短时存储的容量（1） • 短时记忆的容量可以通过测定记忆广度（memory span）来获得。 • 以数字材料为例，向被试朗读或视觉呈现一系列数字，呈现速度为每秒一个数字。呈现一次后，让被试立刻按原来呈现的顺序把数字写下来。被试所能正确写下来的最长系列叫做记忆广度。 • 记忆广度的具体计算方法如下：同一长度的数字系列连续呈现，每种长度各呈现3个系列。正确再现一个系列得1/3分，3个系列全部正确再现者得1分。以得1分的最长系列的长度为基础，在加上从其他长度系列所得的分数就是所求的记忆广度。史忠植学习和记忆

短时存储的容量（2） • 记忆广度测验还可以用字词、双字词，甚至句子来进行。 • 但是，使用的材料不同记忆广度也就会发生变化。如数字广度为7~10，单词广度是5~7，句子广度包含的单字可达20。那么，记忆广度的测量单位是什么呢？ • 短时记忆容量通常是以组块（chunk）作为测量单位的，组块是人们熟悉的一个单元。数字、英文字母、汉语单字、汉字词、句子等都可被用来作为组块。史忠植学习和记忆

短时存储的声音编码（1） • 许多研究表明，短时存储使用声音编码（phonological coding）。 • Conrad1964年给被试视觉呈现两种不同的字母串：声音上混淆的，如CTVG和另一种不混淆的，如XVSL。他发现回忆声音混淆的字母串时错误更多。如把B写成P，把C写成T，把F写成M，等等。 • 1966年Baddeley扩展了Conrad的发现，他呈现给被试一连串的5个单词，一类单词有类似的发音（如man, mad, cap,can,map）；另一类单词发音差别较大（如pen, rig, day,bar,sup）；第三类单词意义相近（如huge,big,broad, long,tall）；第四类单词意义不同（如old,late,thin,wet, hot）。结果表明，发音类似的单词正确回忆率最低，而意义相近的单词正确回忆率远远高于发音类似的单词，这说明短时存储是以声音编码的。史忠植学习和记忆

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