约翰•安德森|人类智力行为的计算机模拟

约翰•安德森（John Robert Anderson，1947~），卡内基梅隆大学的心理学和计算机科学教授。1968年以名列年级前茅的成绩毕业于哥伦比大学心理学专业，并被授予总督金奖；1972年从斯坦福大学获得博士学位，在耶鲁大学谋得助理教授的职位；从1978年起，他担任卡内基梅隆大学教授。他提出了一个以计算机为基础的能够模拟广泛智力行为的系统，并以此为数学和计算机程序建构了一个监控系统。

约翰·安德森出生在温哥华，在贫民区里长大。儿时，他曾追求几个“梦想”，他的父母对他所有这些梦想都很支持。其中一个梦想是成为作家，那也是他进入英国哥伦比亚大学学习心理学时的抱负之一。尽管他高中时候成绩非常好，但是作为一名大学生，他一直没有确定自己是否要选择心理学作为毕生职业。在最后一年，他扫除了所有障碍，于1968年以名列年级前茅的成绩毕业，并被授予总督金奖。为了做毕业论文，他与亚瑟· 瑞伯（Arthur S. Reber）一起研究了有关语言信息和非语言信息中倒吸气音的知觉。20世纪60年代的大学课程通常包括学习理论、语言心理学和认知心理学（关于思维和问题解决的心理学），但是关于这三个主题之间的联系的课程却很少。安德森对语言与思维之间的联系尤其感兴趣，当他获得攻读斯坦福大学博士的机会时，在这个领域从事研究的时机就来了。这一机会使得他与下面这些人有了工作关系：戈登·鲍尔（Gordon Bower），发表了关于人类学习之数学模型的开创性研究；理查德·阿特金森（Richard Atkinson），从事的是计算机辅助教学的研究；赫伯特·克拉克（Herbert Clark），从事的是关于语言理解与使用的研究；以及爱德华·费根鲍姆（Edward Feigenbaum），研究的是以知识为基础的认知系统。他原本打算获得一个数学心理学方面的博士学位，但是他关于回忆结构的研究（在鲍尔的指导下）是另一个梦想的开始——建立一种关于人类思维过程的充分而详细的理论，这样它在计算机模拟中就可得以施行。这样一种正规详细的理论在巴德利那里得到了阐述：“尽管简单的定性概念模型已经被证明是有用的，但是，如果我们想要进一步发展这些概念，就最终会到达这个点上，即需要某种形式的详细且更为可取的定量模型”（1994：363）。他最初的尝试是用计算机模拟记忆的联想网络中的自由回忆（FRAN，Free Recall in an Associative Network），后来是建立了人类联想记忆（HAM，Human Associative Memory，）理论。HAM是一个关于人类记忆的结构与过程，它是一个详细论述人类记忆如何加工语言的模型。

1972年从斯坦福大学获得博士学位后，安德森在耶鲁大学谋得助理教授的职位。他在那里待了一年，给大学生和研究生讲授关于思维心理学的课程，期间，他在认知心理学方面的兴趣得到了扩展，开始研究认知过程与结构。后来他到了密歇根大学，林恩·瑞德（Lynne Reder）是那里的一名研究生。他们于1973年结婚，并形成了一种亲密的智力合作关系。在他待在密歇根的三年期间，他在语言和学习方面的兴趣得到了发展，而且设计了一个关于语言习得的计算机模拟程序。他与G . 格里诺（G. Greeno，从事的是学习与推理方面的研究）的交往，把他的兴趣直接引向了将认知心理学运用于教育事业。这两方面的发展在他后来的学术生涯中都是意义非常重大的。在这期间，他提出了HAM理论，并进行了一些实验，这些实验导致了后来思维的适应性控制（ACT,Adaptive Control of Thought）理论的提出。

像HAM一样，ACT也是一个人类记忆的计算机模型，不过它有一个重要的扩展，即研究诸如问题解决、记忆的交互作用等认知过程。他关于HAM的研究主要集中于建立一个关于世界之事实性信息或“陈述性知识”的模型。ACT引入了一套有序的、被称为产生式系统的规则，这套规则也是ACT的基础。例如，如果你正在做一个蛋糕，那么陈述性知识就包括配料的清单，而产生式系统就是那些指明如何将它们放在一起的规则。如果你正在使用一个不熟悉的方法制作蛋糕，那么同时记住所有的配料以及所有的产生式规则通常是不可能的。ACT试图在一个具有工作记忆的计算机模型中对此进行模拟——工作记忆是一种暂时的记忆存储，在那里，不同的信息与规则被放在一起。

安德森回到了耶鲁大学，在那里他继续发展并验证ACT理论，集中研究过去的知识与新知识习得之间的相互作用，以及过去的知识是如何影响新知识的习得的。1978年秋天，安德森一家搬到了卡内基梅隆大学，在赫伯特·西蒙和阿伦·纽维尔（Alan Newell）的公司里，他研究的重点转向了问题解决的计算机模拟。安德森使用“认知架构”这个术语来指心理的构思与组织，在《认知的架构》（The Architecture of Cognition，1983）一书中，他描述了一种得到了充分发展的理论ACT*，并将其描述为一种关于认知体系基本操作原则的理论。它审视的是高水平的认知，即那些为思维提供方向的元素，如计划以及产生式系统，这种系统限制了人类认知系统中的适应性选择的方式。例如，思考一下下面这个比喻：储存在一台计算机里的关于世界的陈述性或事实性知识的量可能在几年的时间里会大量增加，但是，这种信息的有用性将会受到那些如何结合和使用它的规则的限制。从这个意义上说，ACT*是一种对那些限制人类问题解决和学习能力的认知过程的模拟。

在1980年和1985年，安德森有了两个儿子，杰伊和艾贝。安德森对于他们的认知能力发展的强烈兴趣反映在他对大儿子语言习得过程所做的模拟中（发表在《认知的架构》中）。他早先时候对于将认知心理学运用于教育的兴趣此时重新燃起，而且他通过辅导孩子数学而卷入对这两个孩子的教育中。他想要建立一种能够教授数学的计算机程序，包括建构一个关于将要学习的特定数学技能（如减法）的认知模型，并强调在教学中运用实时的认知模型。他通过努力发展一套解决一类问题（如减法问题）的产生式规则而做到了这一点，这套产生式规则与学生解决这些问题的方式和速度相同。换句话说，安德森以计算机为基础的数学导引（maths tutor）试图像一个学习者所理解的那样来模拟这个世界。一个好的关于学习者世界的计算机模型，应该能够诊断出学习者所犯的任何错误，然后通过细致的指导教学提供恰当的帮助。

之所以用ACT*这种说法，是因为安德森认为ACT理论已经无法再进一步发展了。从那以后，他就开始致力于两方面的研究以“打破” ACT理论。其中一方面是基于ACT理论，建立一个以计算机为基础的智力导引程序。其基本思想是，在计算机中嵌入一个关于ACT将如何解决非常复杂的四维任务（如几何中的生成证据）的模型。这个以计算机为基础的导引程序使用关于技能习得的ACT理论，以使学生能够仿效存储在计算机中的模型。令安德森吃惊的是，这种以计算机为基础的导引程序被证明是非常成功的，而且经常被引证为最有成效的智力导引首创之一。他第二个废除ACT理论的尝试开始于1978年在澳大利亚弗林德斯大学度过的一个休假年。在那里，他集中研究了认知如何才能适应任何环境的不确定性本质特征。他有一个观念，要理解人类思维，我们没有必要发展一种关于其机制的理论，为此他提出了一种所谓的“理性的”分析。他认为，我们只需理解个体面对各种问题时不确定性是如何组织的，即可能性的结构。这使他成功建立了关于人类记忆与分类的理论，并设计了一种计算机程序，它能够解释和处理在人类解决各种问题的研究中所收集的大量资料。安德森进一步发展了一种关于程序学习的新理论，且将理性分析也并入了其中。这就是ACT-R理论，该理论发表在《心理的规则》（Rules of the Mind，1993）上，该书附有一张计算机光盘，其中含有一个ACT-R模拟。ACT-R强调在学习任何技能时练习的重要性。其基本主张是，为了学习一种复杂的技能，我们必须分别掌握其每一个组成部分。这种观点与格式塔的主张（更充分的描述参见惠特海默）是不同的，后者认为，学习包括顿悟或转化的时刻，即整个知识结构得到重新组织或学习——类似于在花了几分钟或几个小时来想问题的解决之道后，一种解决方法突然蹦了出来，也就是有一种“我想出来了！”的顿悟。

在其更为新近的研究中，安德森指出了心理学家对于跨度不超过几十毫秒的心理效应实验的偏好，与教育学家对于重大教育成果之成就的关注之间的区别。他的分析简明扼要地重述了一些谴责冯特与巴特利特的问题，冯特与巴特利特都关注在实验室条件下研究的微不足道的心理事件与诸如语言和文化这样庞大的现象之间的关系。安德森提出了下面这个问题：“我们有理由相信研究在几十毫秒的时间里所发生的事件，就能够提高学习吗？”（2002：86）他的回答使用了阿伦·纽维尔（Alan Newell）的看法，认为“认知有四个层面”：生物的、认知的、理性的和社会的。毫秒水平的分析处于生物层面内，而重大教育的成就位于社会层面之中。

有人已经提出，联结生物过程与大范围的教育成果，是一座太难搭建的桥梁，但安德森却认为，搭建三座稍小、连续、跨度更长的桥梁是有可能的：生物层面-认知层面，认知层面-理性层面，以及理性层面-社会层面。他主张，成百上千个小时的时间里所发生的学习，能够有意义地被分解成跨度只有几十毫秒的学习事件，虽然他也承认，需要进行进一步的实证研究来支持他关于认知层面-理性层面和理性层面-社会层面这些“桥梁”的论点。运用这种方法，安德森表明了他自己对微小层次的人类思维过程的计算机模拟的研究是怎样与大得多的现象联系在一起的。

安德森这种研究方法的力量在于，他证明了一个一般的架构或结构是怎样被用来操作非常大范围的认知任务的（从简单的到相对复杂的）。ACT中所使用的这种一般架构取向，不同于其他研究者坚持认为的取向，即每一种心理机能（例如，记忆、语言、知觉）都有其独特结构，并必须要根据其独特点来进行研究。不管这一争论最终的结果是什么，现在已经有一个共识，即人类记忆还有许多其他特征，如提取等仍需进行恰当的模拟。尽管存在这种局限性，ACT理论的未来仍将看好，要想打破这一理论，显然还有很长的路要走。

1.Recognition and retrieval processes in free recall, Psychological Review, 1972, 79, 97-123 (with G. H. Bower).

2.Human Associative Memory, Winston and Sons, 1973, (with G. H. Bower).

3.Language, Memory and Thought, Erlbaum, 1976.

4.Acquisition of cognitive skill, Psychological Review, 1982, 89, 369-403.

5.The Architecture of Cognition, Harvard University Press, 1983.

6.Transfer of Cognitive Skill, Harvard University Press, 1989 (with M. K. Singley).

7.Rules of the Mind, Erlbaum, 1993.

8.Learning and Memory, Wiley, 1995.

9.Spanning seven orders of Magnitude: a challenge for cognitive modeling, Cognitive Science, 2002, 26, 85-112.

10.Cognitive Psychology and it’s implications, Worth.

 [美] 约翰·R·安德森 著

秦裕林 程瑶 周海燕 译

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