工作记忆、表达方式和同质性对线性三段论推理影响的眼动研究

摘要采用眼动记录法，探讨了工作记忆、两个前提间的关系以及表达方式对线性三段论推理的影响。本实验采用2（表达方式：肯定、否定）×2（前提间的关系：同质、不同质）×2（工作记忆容量：高、低）的混合设计。通过分析总注视时间、第一次注视时间、第二次注视时间和回视，发现线性三段论推理过程既有语言加工的参与又有表象加工的参与。推理过程中的语言表征过程和空间关系的建立都受到工作记忆容量的影响，被试的工作记忆容量越高，就越容易建立语言表征和空间的关系。

关键词线性三段论推理，工作记忆，前提，眼动。

分类号B842.5

1问题提出

线性三段论推理亦称关系推理。在线性三段论推理中，给被试呈现两个前提，每个前提都描述了两个术语间的关系。其中一个术语在两个前提中重叠。被试的任务就是利用这种重叠去推断线性三段论中三个术语之间的关系，然后回答有关关系的问题[1,2]。一个典型的三段论问题就是：

如果A比B高，

如果B比C高，

那么谁最高？

近年来，有关被试对术语间的关系的表征是空间的还是语言的引起了激烈的争论。目前，关于线性三段论推理的心理加工过程有空间表征模型、语言学模型和语言―表征混合模型等三个解释模型[3]。空间表征模型主张，被试在阅读线性三段论推理的两个前提后，会构建两个前提间的视觉空间表征，然后根据该表征推出结论。语言学模型主张，线性三段论推理的表征是由前提的命题构成，被试根据命题推出结论。语言―表征混合模型主张，在线性三段论推理过程中，被试首先建立语言表征，在此基础上再建立空间表征，最后推出结论。

三种模型都主张，在进行线性三段论推理时，两个前提与问题的表达方式（如肯定或否定）和形容词的类型（如有标记或无标记）会影响推理的速度。研究表明，线性三段论推理中两个前提为否定表达要比肯定表达使被试花更多的时间进行推理。根据词汇标记原理，前提中包括如“好的”、“昂贵的”这类形容词时，可将其当作中性词来用；而“坏的”、“便宜的”这类形容词当作非中性词来用。一般将当作中性词来用的形容词称为无标记形容词；把当作非中性来用的形容词称为有标记形容词。因无标记形容词的意义是确定的，有标记形容词的意义是不确定的。所以对包含有标记形容词的推理所需时间较长。

除上述因素外，被试的工作记忆也影响线性三段论推理。有人认为，在有关工作记忆与推理关系的研究，工作记忆与推理之间存在显著相关[4]。Just和Carpenter提出，由于保持在记忆中的信息量会限制推理，因此，个体的工作记忆容量越大，其推理成绩就越好[5]。Engle等人的研究也支持了工作记忆在解决推理问题时起重要作用的观点[6]。

已有研究中常用反应时法来探讨被试进行线性三段论推理的心理过程，这种方法不能考察被试的实时推理过程。由于眼动记录法具有实时记录的特点，所以本研究采用眼动记录法，进一步探讨影响线性三段论推理的相关因素。

2方法

2.1被试

被试为大学生。先测量他们的工作记忆容量，工作记忆容量按Daneman和Carpenter的方法测量[7]。根据测量的成绩，按上下一个标准差，最后选出工作记忆容量高和低的被试各8名。

2.2材料

编写64道线性三段论推理问题。其中，用“好的”或“坏的”形容词的比较级来描述人与人之间的关系。例如，如果小丽比小惠更好，并且小惠比小雯更好，那么谁最好？用“便宜的”和“昂贵的”形容词的比较级描述物与物之间的关系。例如：如果冰箱比电视更便宜，并且风扇比冰箱更便宜，那么哪一个最便宜？

在编写材料时，将线性三段论推理中两个前提的表达方式分为肯定表达和否定表达。两个前提之间的关系分为同质关系和不同质关系。同质关系指两个前提表达的关系是一致性的,例如，如果小丽比小惠更好，并且小惠比小雯更好。不同质关系指两个前提表达的关系是不一致的，例如，如果林浩比张垒更坏，并且张垒比阿泰更好。

2.3仪器

实验仪器为美国应用科学实验室（Applied Science Laboratory, ASL）生产的504型眼动仪系统。

2.4实验设计

实验为2（表达方式：肯定、否定）×2（前提间的关系：同质、不同质）×2（工作记忆容量：高、低）的混合设计，其中表达方式与同质性为被试内设计，工作记忆容量为被试间设计。

2.5兴趣区的划分

在本研究中将前提中的每个术语、关系词以及形容词分别作为一个兴趣区(Area of Interest, AOI)，共划分了10个兴趣区，其中兴趣区1、3、5、7为术语兴趣区；兴趣区2、6为关系词兴趣区；兴趣区4、8为形容词兴趣区。具体如下：

2.6实验程序

被试进入实验室后，先熟悉实验室环境，然后进行眼校准。在眼校准之后，给被试呈现指导语和练习，最后进入正式实验。

指导语为：“下面有一些推理问题，请您仔细阅读每一句话，然后从三个选项中选出正确答案。”

整个实验过程中，有两名主试参加实验：一名操作仪器，一名记录被试的推理结果。

3结果

3.1被试进行线性三段论推理时的注视时间

被试进行线性三段论推理时的注视时间包括总的注视时间、第一次注视时间和第二次注视时间。总的注视时间指被试注视线性三段论推理题的所有时间；第一次注视时间指被试第一次进入线性三段论推理到结束的注视持续时间；第二次注视时间指第一次注视结束后第二次进入线性三段论推理到注视结束的持续时间。具体结果见表1、表2和表3。

经多因素方差分析表明，两个前提之间关系的主效应显著，F（1,184）=10.433，p＜0.05；不同质的总注视时间显著长于同质的。表达方式和工作记忆的交互作用显著，F（1,184）=3.817，p＜0.05，经简单效应检验表明，工作记忆容量低的被试对肯定表达的推理速度显著快于对否定表达的推理。其余的主效应不显著。

经多因素方差分析表明，两个前提的关系和表达方式的交互作用显著，F（1,185）=6.180，p＜0.05。经简单效应检验，在不同质的条件下，被试对否定表达的推理时间显著长于肯定表达的。两个前提关系、表达方式和工作记忆的交互作用显著，F（1,185）=6.074，p＜0.05；经简单简单效应检验，对于工作记忆容量低的被试，表达方式的主效应显著，F（1,94）=4.338，p＜0.05；两个前提关系和表达方式的交互作用显著，F（1,94）=7.901，p＜0.05；在两个前提不同质时，被试对肯定表达的推理时间显著短于否定表达的，F（1,94）=10.842，p＜0.05。

经多因素方差分析表明，两个前提之间的关系的主效应显著，F（1,183）=14.265，p＜0.05；不同质的第二次注视时间显著长于同质的。两个前提关系和工作记忆的交互作用显著，F（1,183）=3.933，p＜0.05。简单效应检验表明，工作记忆容量高的被试对同质性推理的第二次注视时间显著短于不同质的。两个前提的关系、表达方式和工作记忆的交互作用显著，F（1,183）=4.573，p＜0.05；简单简单效应检验表明，工作记忆容量高的被试对同质推理的第二次注视时间显著短于不同质的。

3.2回视时间和次数

回视是指被试的注视点从后向前的移动。下面我们分别分析被试对前提中的每个术语、关系词（比、不如）以及形容词回视的次数和时间。

3.2.1各兴趣区回视次数和时间

在本研究中将前提中的每个术语、关系词以及形容词分别作为一个兴趣区，共划分了10个兴趣区（其中，兴趣区1、3、5、7为术语兴趣区；兴趣区2、6为关系词兴趣区；兴趣区4、8为形容词兴趣区）。通过分析被试回视各兴趣区的次数和时间，具体见图1和图2。

从图1中可以看出，被试回视到兴趣区1、2、3、5的次数显著多于其它兴趣区，表明兴趣区1、2、3、5在被试进行推理时起重要作用。

从图2中可见，被试回视到兴趣区1、2、3、5的时间显著多于其它兴趣区。这同样表明了兴趣区1、2、3、5在被试进行推理时起重要作用。

3.2.2被试对术语回视的时间和次数

兴趣区1、3、5、7分别代表前提中所提到的术语，被试对术语回视的时间和次数见表4。

经检验，工作记忆主效应显著，F（1,1046）=15.489，p＜0.001。工作记忆容量高的被试对术语兴趣区的回视次数显著少于工作记忆容量低的被试。其余的主效应不显著。

3.2.3对关系词的回视时间和次数

兴趣区2、6为关系词的兴趣区，被试对关系词的回视时间和次数见表5。

经检验，工作记忆的主效应显著，F（1,449）=15.068，p＜0.001；工作记忆容量高的被试的回视次数显著少于工作记忆容量低的被试。对于回视时间来说，表达方式的主效应显著，F（1,449）=4.488，p＜0.05，被试对否定关系词的回视时间显著多于肯定关系词。

3.2.4对形容词的回视时间和次数

兴趣区4、8为形容词的兴趣区，被试对形容词兴趣区的回视次数和时间见表6。

经检验，工作记忆的主效应显著，F（1,61）=6.579，p＜0.001；工作记忆容量高的被试的回视次数显著少于工作记忆容量低的被试。对于回视时间来说，表达方式的主效应显著，F（1,61）=4.835，p＜0.05；被试对否定关系词的回视时间显著多于肯定关系词。工作记忆、同质性和肯定否定表达的交互作用显著，F（1,61）=7.819，p＜0.05。

4讨论

总的注视时间是被试形成推理的初始表征、整合前提和推出结果所用的时间。本实验结果发现，总的注视时间受两个前提的关系的影响。当两个前提关系不同质时被试需要花更多的时间来完成推理，这和胡竹菁等人的研究结果是一致的[3]；当被试工作记忆容量低时，被试需要花更多时间来完成前提为否定表达的推理问题，这是由于被试在加工否定表达的时候，需要更多的心理资源。总的注视时间所获得的结果相当于前人的记录被试推理过程的反应时方法获得的结果，但是眼动研究可以进一步获得被试在整个推理过程中实时数据。

被试的第一次注视时间代表了被试形成整个推理问题的初始表征的过程，结果表明，当两个前提关系不同质时，被试对否定表达的推理时间显著长于肯定表达。这表明被试在形成最初关系的空间表征的过程中受到语言的影响（肯定、否定），肯定的前提表达有利于被试形成初始关系。该结果表明在推理过程中既有语言表征，又有空间表征，因为从第一次注视时间来看，两个前提的关系和表达方式并不是简单地对被试推理过程产生影响。被试的第二次注视时间主要代表了被试在整合所有前提和提问间的信息所花的时间，结果表明了被试对不同质的推理问题第二次注视时间显著长于同质的。由于两前提的关系能反映被试建立问题的空间关系，这表明被试在整合前提和问题的过程中继续建立空间关系表征。有研究表明，主动肯定形式的句子加工速度最快，其次是被动肯定式、主动否定式和被动否定式。本研究结果表明被试对两个前提同质和肯定表达的推理最快，这和该观点是一致的[8]。通过分析被试对各兴趣区的回视来进一步考察推理过程。研究表明，回视一般发生于被试在阅读过程中出现加工困难、进行深加工时所出现的一种现象[9]。Rayner曾指出，当被试遇到句子中难理解的词或不能将句子意思整合时，他们经常会出现大量的回视[10]。在此，可以看出，命题中的术语部分和关系词对被试完成推理起很大作用。对术语出现回视是由于被试在完成术语间的空间表征关系的建立，而对关系词的回视表明被试在完成语言表征的建立。从对第一次注视时间、第二次注视时间和回视的分析可以看出，不管是在建立初始表征还是在整合的加工过程中，都包含语言表征和空间关系建立，这表明线性三段论推理过程既有语言加工又有表象加工的参与。

有研究表明，工作记忆与推理关系密切，工作记忆在推理中基本上有两个作用：一是保持信息；二是在工作记忆中形成初步的心理表征，中央执行系统的表征形式比两个子系统更为抽象一些。工作记忆是推理的核心，推理是工作记忆能力的总和[11]。Vandierendonck等人研究了线性推理和工作记忆的关系[12]。在线性推理过程中要区分两个过程，一是句子的加工过程，二是结果推理过程。根据推理的心理模型理论，在加工中要形成句子的一个或多个心理表征，以此为基础进行推理。结果表明，推理越复杂，对工作记忆的要求越高，推理就差。从被试推理过程的第一次注视时间、第二次注视时间和总的注视时间来看，三段论推理问题的两前提间的关系和表达方式影响被试的推理过程；同样，被试的工作记忆容量也影响推理过程。前提关系的同质性、工作记忆和表达方式的交互作用可以看出，工作记忆容量高的被试更有利于完成两个前提同质的推理。工作记忆容量低的被试对肯定表达的推理速度显著快于对否定表达的推理。被试对术语兴趣区的回视次数和时间，工作记忆容量高的被试的回视次数显著少于工作记忆容量低的被试；被试对关系词回视次数和时间，工作记忆容量高的被试的回视次数显著少于工作记忆低的被试。这表明，工作记忆容量低的被试在推理过程中遇到更多的困难，需要付出更多的心理资源进行推理。可以看出，对术语与关系词的编码表征都受被试工作记忆容量的影响，对术语出现回视是由于被试在完成术语间的空间表征关系的建立，而对关系词的回视表明被试在完成语言表征的建立，因此，推理过程中的语言表征过程和空间关系的建立都受到工作记忆容量的影响，被试的工作记忆容量越高，就越容易完成语言表征和空间关系的建立。

在此，我们能看到利用眼动法分析的优势，它提高了实验研究结果的生态学效度。其中，总的注视时间就相当于记录被试推理时间方法获得的结果，但是它能进一步详细分析被试的第一次注视时间、再次注视时间以及被试在某一特定区域的注视情况等实时推理过程，这样就更加有利于对被试的推理过程的分析和模型的建立及验证。

5结论

本实验条件下可以得出下列结论：

（1）在推理过程中，不管是在建立初始表征还是在整合的加工过程中，都包含语言表征和空间关系建立，也就是说，线性三段论推理过程既有语言加工又有表象加工。

（2）推理过程中的语言表征和空间关系的建立均受工作记忆容量的影响，被试的工作记忆容量越高，语言表征和空间关系的建立越容易。

参考文献

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7 Just M A, Carpenter A. Theory of reading: from eye fixations to comprehension, Psychological Review, 1980, 87(4): 329～354

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10 Rayner K. Eye movements in reading and information processing: 20 years of research, Psychological Bulletin, 1998, 124(3): 372～422

11 张清芳, 朱滢. 工作记忆和推理. 心理学动态. 2000, 8（1）: 12～17

12 Vandierendonck A. Vooght G D. Working memory constraints on linear reasoning with spatial and temporal contents. The Quarterly Journal of Experimental Psychology, 1997, 50(4): 803～820