专家为什么更擅长解决问题

航空公司的一架客机出了故障，怎么也查不出故障的原因。航空公司老板请来一位高明的工程师，这位工程师经过分析研究，然后拿粉笔在机身上画了一个圆，并指示在此进行修理，飞机果然修好了。可大喜过望的航空公司老板在接到工程师的账单后大吃一惊，工程师的账单上写着10万美元。老板说：“你就画一个圈，怎么能值10万美元？”工程师说：“画一个圈收费1美元，而知道在哪里画圈收费99999美元。”

这位工程师拥有机械制造方面的专门知识，所以在解决飞机故障时比新手，以及那些拥有部分专门知识的人，表现出更强的能力，达到了手到擒来的境界。为什么拥有专门知识的人能够顺利“轻松”地解决问题？专门知识的多寡是一个显然的因素，但是这样的解释没有从本质上揭示专家和新手的区别。心理学在全面分析专家与新手的区别的基础上，给出了更加深刻的解读，为如何提高问题解决的效率提供了一个全新的视角。

蔡（Michelene T. H. Chi）、格拉斯（Robert Glaser）、瑞斯（Ernest Rees）等人在1982年针对专家与新手在知识上的差异进行了一系列研究。前期的研究表明，专家与新手对问题的分类存在很大差异，差异的原因不在于不同技能水平的被试使用的“分类名称”不同，而在于他们进行问题归类时采用标准的概括水平不同，这就反映了专家与新手知识结构的差异。在当代心理学中，个体的知识结构也称为图式，图式中的知识结构具有不同的抽象水平，上级水平的图式可以包含下级水平的图式。下面要介绍的实验是在前面研究的基础上进行的，研究者欲进一步深入探讨不同知识技能水平个体的图式（知识的组织方式）差异，特别是图式抽象水平的差异。

一、实验目的

探讨专家与新手在知识组织方式上的差异。

二、实验过程

被试：共16名被试，包含了物理专业研究生（专家）、物理与化学专业大四学生（中级）与学过一学期的力学、电学、磁学的新生（新手）。

材料：采用了《物理学基础》第5章到第12章的40个问题。这些问题都是大学一年级物理学中最基本、最典型的问题。下图是其中两个问题：

程序：为了检验假设，研究采用了层次性分类任务。所谓“层次性分类任务”，就是根据不同抽象水平的标准对一些事物（本实验中是待解决的问题）进行分类。一般来说，标准的抽象水平越高，需要分的组就越少，每个组包含的事物数量就越多；标准的抽象水平越低，需要分的组就越多，每个组包含的事物数量就越少。实验中，被试首先要根据自己解决这些物理问题方法的相似性对这些问题进行分类；然后，把第一次分类中得到的问题分组根据解决方法的相似性划分成更细小的组，一直到认为不能再分解为止（即不断降低分类标准的抽象水平）。接着，被试要把第一次分类得到的分组根据解决方法的相似性进行合并，一直到认为不能再合并为止（即不断提高分类标准的抽象水平）。被试在进行每项任务时，需要说出自己进行分类的思路，这些思路将被详细记录，即采用出声思维法。

三、实验结论

重点分析每个分组内的问题的内容，以及表示不同抽象水平分组的树状结构如何。结果如下图所示，圆表示第一次分类的结果，圆中的数字表示本组的问题的个数。圆下方的正方形表示第二次进行细分时的分组结果，同样正方形中的数字表示本组的问题的个数。三角形表示第三次分类的分组结果，三角形中的数字表示本组的问题的个数。从这个图不难看出，新手的分类相对简单。他们的树状结构有以下特点：第一，初次分类时的组数大于平均数（先前的研究表明分类的组数平均数为8）。第二，进行细分任务时，要么表示经过初次分类，已经无法再进行细分，或者细分的结果是每一个问题独立成为一类。这表明新手在初次分类时，往往基于问题的表层特征，如“重力”、“重量的拉力”等。但是专家的初次分类却迥然不同，分类的标准是比较抽象的物理原理，如把20道题合并成守恒定律的问题，把另外20道题合并为运动方程的问题。虽然新手可能也会采用物理原理这个抽象层次的标准来分类，但是他们无法完全包含所有符合这条标准的问题。可以认为，专家初次分类的标准是新手合并任务的标准，专家组织知识是按层次结构的方式进行的。

专家与新手对物理问题分类的树状图

本系列研究共包含五个实验，研究目的都是深入揭示专家与新手在知识上的差异，特别是组织与表征知识方式上的差异。由实验结果可知，新手与专家的差异不仅仅是知识在量上的差异，更重要的是知识在质上的区别，即由于对知识理解深度不同造成的组织方式的差异。因此，学生在学习知识时，一定要突破积累知识的观念，应在积累知识的过程中实现对知识的不断深化，最终达到专家水平的“质的飞跃”。为了达到这个目标，需要做到以下几点：

（1）教师在教学时，要注重教学内容的系统化，注重学生对学科基本结构的理解。著名心理学家布鲁纳在20世纪五六十年代提倡结构主义的教学观，其中最重要的一个观点是注重对学科内容基本结构的理解。学科基本结构指的是学科的基本概念、基本原理及基本态度与方法。掌握基本结构就是允许别的东西以与它有意义地联系起来的方式去理解它。当学生理解、掌握学科基本结构后，就会领悟学科基本概念、基本定理与基本方法之间的逻辑联系与结构，这有利于学生对知识的掌握与迁移。

学生在学习中，必须将新概念或新原理与已有的知识体系建立尽可能多的联系。所以有经验的教师或好的教科书，都经常列举人们熟悉的例子，或用类推的方法，或借助于一些常识来帮助理解。为了使新知识与已有的知识建立尽可能多的联系，必须对新知识进行思考并尽力将它们与已有的知识联系起来。比如用旧知识来解释新知识，或者看看新知识与旧知识之间有什么“矛盾”没有。这些做法都会有助于将新知识更加准确、清晰地保留在记忆中。用一位专家的话来说：“一种事实在头脑中与其他事实建立的联系越多，它在我们记忆中保存得也就越好。每一个这样的联系，就犹如一个钓鱼钩把事实钩住，当这个事实要脱离记忆的时候，这个‘鱼钩’就会将它钩起来。”

（2）学生在学习定理、公式时，不仅要了解它的结论，还要弄清它是如何形成的，这样可以加深对它的理解，达到“知其然”而又“知其所以然”的目的。比如物理中的许多概念都是以实验为基础的，因此在利用这些概念进行推理时，不能脱离它的实验基础，否则就会在推理过程中出现偏差。例如，电阻的概念在初中教科书上是这样定义的：实验结果表明，导体两端的电压U与通过它的电流I的比值，反映了导体对电流的阻碍作用，我们称它为电阻。它反映了导体本身的一种特性。公式为：R＝U/I。假如忽视了这个实验事实，就会产生电阻与电压成正比，与电流强度成反比的观念偏差。

同样，学生在学习其他科目的公式和定理时，除了将其含义和推理搞清楚之外，还要仔细推敲前人是如何发现和建立它的，有什么背景，定理的证明思想是什么，定理的条件是否都必不可少，结论能否再加强，是否可以举出反例。经过这样一系列思考，学生的认识和理解就会不断加深，对这些内容也就真正掌握了。在“知其所以然”的过程中，学生不仅获得了知识，也掌握了获取知识的方法和途径。