1

G, HATANO, S. AMAIWA, AND K. SHFMIZU

Формирование интеллектуальных счет и их использование в качестве устройства для запоминания чисел: научно-техническое исследование

Гию Хатано Шидзуко Амаива

Университет Доккио, Саитама, Япония Колледж Иваки, Фукусима, Япония

Кеико Шимидзу

Женский Университет Киото, Киото, Япония

Для изучения репрезентативных изменений в запоминании чисел в качестве функции степени компетентности при работе с интеллектуальным вычислительным устройством перед пятью группами операторов с различной степенью профессиональной компетентности (т.е. неопытные пользователи, пользователи низшего среднего и среднего уровня, младшие специалисты и специалисты) была поставлена задача (а) как можно быстрей воспроизвести серию из пяти чисел в прямой или обратной последовательности и (б) выполнить простое словесно-звуковое или зрительно-пространственное задание, интерполированное между презентацией и воспроизведением тесного диапазона серии чисел. Пользователям среднего уровня и более опытным операторам, как и большинству пользователей низшего среднего уровня потребовалось приблизительно одинаковое количество времени для воспроизведения прямой и обратной последовательности, в то время как неопытным пользователям потребовалось больше времени для воспроизведения обратной последовательности по сравнению с воспроизведением прямой. Чем выше опыт оператора, тем более устойчива была их память на запоминание чисел в ходе словесно-звукового интерполированного задания (довольно значимое отношение), и тем менее устойчива в ходе зрительно-пространственного задания (незначительное отношение). Данные результаты убедительно предполагают, что более квалифицированные операторы использовали интеллектуально вычислительно устройство для запоминания чисел. Было утверждено, что репрезентативная система, сформированная посредством рутинного решения задач, автоматически действует на другие когнитивные задания.

Несколько исследователей "ежедневной когнитивной деятельности" установили, что при решении однотиповых задач тысячу раз у человека развивается тенденция формирования более или менее общих передаваемых когнитивных навыков, при помощи которых подобные задания решаются без труда (к примеру, Hatano & Inagaki, 1983; Scribner & Cole, 1981). Эти навыки включают, в дополнение к эффективным стратегиям по решению, навыки по улучшенному представлению элементов, задействованных в решении задач. В областях комплексного знания, таких как физика или математика (где постоянно выдвигаются новые задания) специалисты генерируют соответствующее представление каждой отдельной задачи, используя богатый опыт и надлежащим образом организованные знания таким образом, чтобы без особых усилий справляться с репрезентацией с целью решения поставленной задачи (см. Chi, Glaser, & Rees, 1982, для обзора). Однако в областях, где требуется ускоренное решение рутинных заданий, часто наблюдаемых в ежедневной когнитивной деятельности (к примеру, Scribner, 1984), специалисты возможно установили систему репрезентации, готовую к применению целого ряда задач. Причиной этому является то, что в ежедневных ситуациях, согласно нашему предположению, знания способах репрезентации задачи вскоре "складывается" и "настраивается" на специфические пары условия-действия, которые являются относительно автоматическими (Anderson, 1982).

Таким образом, система репрезентации - совокупность конкретных производств - будет применена к другим задачам с участием тех же элементов для передачи обучения.

Операции с вычислительным устройством наиболее ярко иллюстрируют формирование мощной системы репрезентации. Опытные операторы вычислительного устройства могут представлять промежуточный результат на "мысленных счетах" в форме мысленного образа конфигурации из костей на счетах, при помощи которых они вводят или удаляют следующее число (Hatano, Miyake, & Binks, 1977; Stigler, 1984). Кроме того, Hatano и Osawa (1983) обнаружили, что наиболее квалифицированные операторы вычислительного устройства демонстрируют обширный объем запоминания только для цифр. Оказалось, что эксперты также запоминали серии чисел не как временно последовательные единицы, а как зрительно-пространственный образ., Они с легкостью воспроизводили серию чисел справа налево и слева направо, так как они могли "видеть" по крайней мере некоторые элементы одновременно, а также могли выполнять одновременно и словесно-звуковые задания посредством использования буфера памяти в то время, как они держали в памяти заданную серию.

Последние результаты были интерпретированы в качестве подтверждения репрезентационной передачи, так как специалисты, как полагалось, применяли свои интеллектуальные счеты (сформированные через практику решения вычислительных задач) для запоминания серий чисел в течение более длительного периода времени без трансформации. Однако только этих результатов недостаточно для заключения, произвела ли повторная практика передаваемых навыков зрительно-пространственной репрезентации числа или были ли результаты обусловлены небольшим количеством операторов, которые уже обладали подобными навыками и могли без труда эффективно использовать интеллектуальные счеты.

Исследование, описываемое в данной статье, было разработано с целью расширить более ранние исследования Hatano и Osawa (1983) посредством научно-технического анализа. Оно нацелено на изучение того, действительно ли репрезантационные изменения в запоминании чисел наблюдаются в качестве функции измерения компетентности в управлении интеллектуальными счетами (т.е., когда субъекты были разделены по группам по уровню их навыков). Другими словами возникает следующий вопрос: Переносят ли с легкостью более квалифицированные операторы свои репрезентационные навыки использования интеллектуальных счет с выполнения рутинных вычислений на другое задание с использованием цифровой памяти без необходимости в специальных инструкциях? Правда, что перекрестное сравнение подобно этому не могут полностью исключить возможность "селективного выживания" (т.е. те, кто показал наиболее успешные результаты вследствеие своих навыков развивают тенденцию продолжать дальнейшую практику и достигать более высоких уровней). Однако если бы мы нашли, среди достаточно большого количества студентов, близкое соотношение между уровнем квалификации и зрительно-пространственной репрезентацией чисел, мы бы могли с большей уверенностью утверждать что-либо о репрезентационном переносе. Причиной этому является - если предполагать, что зрительно-пространственная репрезентация чисел является лимитирующей переменной, а не когнитивным последствием развития навыков ментальных счет - вероятность обнаружить некоторых студентов с навыками для подобной репрезентации, но с весьма небольшими навыками управления счетами.

В ходе данного исследования также был изучен второстепенный вопрос о соотношении между размером интеллектуальных счет индивидуума и тем, насколько он/она рассчитывает на эти счеты. После одного или двух лет практики работы на обычных счетах, простые операторы развивают способность складывать и вычитать числа с большей скоростью без использования инструмента (к примеру, Ezaki, 1980), однако размер их интеллектуальных счет составляет лишь две или три колонки. Причиной этому вероятно является тот факт, что их зрительно-пространственная репрезентация в качестве костей счет более неустойчива, менее четкая и с большей сложностью поддается контролю, чем репрезентация специалистов. Эти неопытные пользователи обладают в какой-то мере более регламентированной схемой кодировки (Reisberg, Rappaport, и O'Shaughnessy, 1984) для трансформации чисел в образы костей счет, однако, требуют некоторого ментального усилия для выполнения. Таким образом выдвигаются два противоречивых предположения того, когда интеллектуальные счеты входят в использование в качестве устройства для запоминания : (a) Как только подобный навык приобретается в качестве устройства для ментального вычисления (т.е., даже если размер его составляет лишь две или три колонки); (b) Только после того, как устройство начинает действовать как более сильная система для запоминания чисел по сравнению с буфером памяти (т.е., когда размер составляет пять и более колонок).

Эксперимент 1 Метод

Субъекты

Для того, чтобы ответить на вопросы если и когда, множество числовых и нечисловых упражнений на запоминание были заданы пяти группам экспериментальных субъектов с различным уровнем квалификации использования интеллектуальных счет и, таким образом, навыком использования интеллектуальных счет. Эти группы состояли из 10 неопытных пользователей, 12 операторов низшего среднего уровня, 9 операторов среднего уровня, 12 младших специалистов и 11 специалистов. Первые три группы были набраны главным образом из учащихся начальных школ, в то время как последние две группы были набраны из школы, в которой имелись курсы повышенной сложности для "игроков" (т.е, для студентов, принимающих участие в матчах и турнирах). Тринадцать учеников третьего класса школы, которые только начали практику использования счет на занятиях, выступали в роли контрольной группы. Большинство из них стали начинающими пользователями интеллектуальных счет в течение одного или двух лет (показатель исключения в общем является очень низким на данной стадии использования). Все субъекты участвовали в исследовании по собственному желанию. Их квалификации, основанные на национальных экзаменах, ожидаемый размер их интеллектуальных счет (которые оцениваются из количества колонок, присущих той или иной квалификации), а также диапазон их возраста представлены в Таблице 1. Среднее значение числового интервала в прямом и обратном порядке также показаны в таблице.

Процедуры

Эксперимент был проведен индивидуально в каждой из школ, которых субъекты обучались использовать счеты. В начале, были произведены измерения воспроизведения прямой и обратной последовательности чисел, а также прямой последовательности названия животных (которые представляли нечисловые серии) следующим образом: Субъекту представляли словесно серию чисел и названий скоростью в одну единицу в секунду, а затем, непосредственно после диктования, субъекты должны были воспроизвести данные серии вслух на желаемой скорости. Первая серия состояла из трех чисел или названий, а затем экспериментаторы добавляли по одной единице после каждого успешного воспроизведения. Задание заканчивалось в тот момент, когда субъект неправильно воспроизводил две серии одной и той же длины. Затем были проведены два "целевых" задания на запоминание чисел, воспроизведение на время и интерполированные задания на запоминание чисел (описание представлено ниже). Эти задания ранее дифференцировали специалистов по проведению арифметических вычислений в уме на основании счет от обычных людей (Hatano & Osawa, 1983). Наконец, с целью сравнения среди субъектов, были заданы интерполированные упражнения для нечисловой памяти (названия животных).

Воспроизведение на время. В ходе данного задания, от субъекта требовалось вслух воспроизвести словесно продиктованные серии чисел в прямой либо обратной последовательности как можно быстрей, затем было измерено его/ее время воспроизведения (ВВ). Экспериментатор с секундомером в руке представила серии таким же образом как и при измерении воспроизведения числовых серий, а затем подавала сигнал начать и запускала секундомер. Она останавливала секундомер в тот момент, когда субъект заканчивал воспроизведение серии.

Каждая серия состояла из произвольно выбранных цифр от 1 до 9 с условием, что серия должна содержать ни последовательное повторение одной и той же цифры, ни прогрессию цифр посредством добавления единицы (к примеру, . . .,3,4,. . .). Из 54 экспериментальных субъектов 39 получили серии из пяти цифр. Оставшиеся 15 получили серии из четырех цифр для воспроизведения как прямой, так и обратной последовательности, так как исполнение исходных заданий продемонстрировало, что серии из пяти цифр лежали за пределами их способности воспроизводить (обратные) серии. Данное задание не содержало контроля, так как воспроизведение четырех или пяти цифр в обратной последовательности предположительно являлось слишком сложным заданием для субъектов.

В начале, субъекту требовалось воспроизвести заданные серии в прямой последовательности до успешного правильного воспроизведения пяти серий. Затем, субъект должен был воспроизвести серии в обратной последовательности. Из пяти правильно воспроизведенных серий, за исключением одной с самым высоким значением ВВ, был высчитан индивидуальный средний показатель по четырем сериям для прямой и обратной последовательности. Скорректированное ВВ, которое было использовано для вычисления среднего арифметического значения, стандартного отклонения и т.д., было получено посредством умножения 5/4 и наблюдаемого среднего значения ВВ для серий из четырех цифр. Инкрементное соотношение (ИС; отношение ВВ обратной последовательности к ВВ прямой последовательности) также было вычислено для каждого субъекта. Когда ИС приблизительно равно 1.0, это означает, что воспроизведение обратной последовательности производится практически так же скоро, как и воспроизведение прямой последовательности.

Было предположено, что более квалифицированные операторы продемонстрируют значительно меньшее (и более приближенное к 1.0) значение ИС, чем менее квалифицированные операторы, которые, опираясь главным образом на буфер памяти, потратили бы больше времени на воспроизведение в обратной последовательности (т.е., изменение последовательности кодов во времени на противоположное значение). Однако если цифры удерживаются в памяти с помощью интеллектуальных счет, воспроизведение в обратной последовательности было бы таким же быстрым как и исходный порядок, так как оба требуют от субъекта "считывать" цифры.

Интерполированное задание на запоминание чисел. Каждому субъекту требовалось запомнить 10 серий на одну цифру короче, чем его/ее объем запоминания. Непосредственно после презентации каждой серии, и до разрешения воспроизвести серию, субъекту задавали или словесно-звуковое интерполированное задание (для первых пяти серий), или зрительно-пространственное задание (для последних пяти серий) — инструкции для этого были даны перед презентацией чисел. Словесно-звуковое задание состояло или из ответов на простые фактические вопросы (к примеру, "Как называется самая высокая гора в Японии"), либо из воспроизведения трехсложного имени нарицательного в обратном порядке посредством перестановки слогов в обратной последовательности (к примеру, mi-sa-ha вместо ha-sa-mi [ножницы]).

Таблица 1

Основная информация по субъектам

Группа	Квалификация	Предполагаемый размер интеллектуальных счетb	ВВ	Возраст (лет)	Средний объем запоминания прямой последовательности	Средний объем запоминания обратной последовательности
Специалисты	дан 4-10	6	11	12-23	8.6	8.8
Младшие специалисты	дан 1 или 2	6	12	9-17	6.9	6.6
Средний уровень	кью 1 или 2	4-5	9	11-15	6.8	5.1
Низший средний уровень	кью 3 или 4	3-4	12	11-14	5.8	4.8
Неопытные	кью 5 или 6	2-3	10	9-11	5.2	4.0
Контроль			13	9-10	4.5	3.3

^а Дан - это класс для старших учеников, 10-ый дан является наивысшим; кью - это класс для начинающих и среднего уровня, а 1-ый кью является наиболее продвинутым.

^б Количество колонок, необходимых для решения наиболее сложных задач на уровне группы.

Зрительно-пространственной задачей был либо пункт из Теста Кагана на соотношение соответствующих фигур (требуется выбрать из шести альтернатив рисунок, который был идентичен одновременно представленной цели), либо задание на запоминание рисунков с более ярко выраженными различиями (то есть, испытуемый должен был выбрать идентичный рисунок после того, как целевой забирали).

Исполнение заданий испытуемым для каждой серии было классифицировано как полное (правильное выполнение задания на запоминание и интерполированной задачи), а почти полное (корректное воспроизведение серии с неправильным ответом на интерполированное задание, или с более половины правильного воспроизведения серии с правильным ответом на интерполированное задание), либо как неполное (не отвечающее вышеуказанным критериям). Для количественного анализа, оценки в 2,1 и 0 были назначены на исполнения, соответственно. Таким образом, максимальная общая оценка производительности составляет 10 как для словесно-звуковых, так и для зрительно-пространственных задач. Разница очков, представляющих, насколько лучше субъект сумел выполнить задание словесно-звуковой интерполяции, чем зрительно-пространственной интерполяции, была вычислена путем вычитания общих баллов зрительно-пространственной производительности из общих баллов словесно-звуковой производительности.

Мы прогнозировали, что дополнительные операторы покажут более высокие оценки разницы (как определено выше), чем менее развитые операторы. Мы рассуждали, что, если (и только в том случае) цифры были представлены на интеллектуальных счетах, запоминание субъектом цифр будет совместимо с словесно-звуковой интерполированной задачей, которая была обработана с помощью буфера памяти. Кроме того, запоминание цифр при помощи интеллектуальных счет может быть более уязвимо к зрительно-пространственной интерполяции, если последняя задача требует большой зрительно-пространственной рабочей памяти.

Нецифровая память с интерполированными заданиями. Здесь каждому субъекту были даны 10 серий знакомых названий животных (например, олень, обезьяна, кошка), каждое из которых, опять же, на один короче, чем объем запоминания субъекта, затем было задано запомнить серию. Либо словесно-звуковое, либо зрительно-пространственное задание, подобное описанным выше, было интерполировано между презентацией и воспроизводством каждой серии. В этой задачей, мы не предсказывали никаких существенных различий в зависимости от степени компетентности, так как даже продвинутые операторы будут хранить эти названия в буфере памяти.