Движения в структуре решения инсайтных задач (на материале задачи 9 точек)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Движения в структуре решения инсайтных задач

(на материале задачи 9 точек)

Н.И. Логинов1, В.Ф. Спиридонов1, О.А. Мезенцев

1 Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации

2 Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт»

Существующие данные о влиянии сопутствующей или предшествующей моторной активности на процесс решения мыслительных задач не укладываются в современные теории инсайта. В связи с этим требуется более детальное изучение моторной активности в ходе решения инсайтных задач. Данное исследование посвящено изучению закономерных изменений моторной активности в процессе решения классической инсайтной задачи «9 точек». Для фиксации параметров моторной активности (длина моторных единиц, скорость реализации моторных единиц, продолжительность пауз между моторными единицами) и предъявления условий задачи использовался планшетный компьютер. В результате были выявлены устойчивые различия в моторике между успешными и неуспешными решателями на начальном и конечном этапах решения задачи. Оказалось, что у успешных решателей длина моторных единиц (особенно на конечном этапе решения) больше, чем у неуспешных. При этом различия в продолжительности пауз между моторными единицами на начальном и конечном этапах решения не были найдены. Испытуемые, решившие и не решившие задачу, не отличаются по продолжительности пауз между моторными единицами. Было обнаружено, что на конечном этапе увеличивается частотность «быстрых» линий, которые могут быть связаны преимущественно с «оффлайн» планированием моторной активности, т.е. планированием, предшествующим самой активности, а не протекающим параллельно с ней.

Ключевые слова: инсайтные задачи, структура решения, инсайт, задача 9 точек, движения, моторная активность, горизонт планирования

MOVEMENTS IN THE STRUCTURE OF INSIGHT PROBLEM SOLVING (THE CASE OF NINE-DOT PROBLEM)

Abstract. Existing data about the effect of concomitant or preceding motor activity on the process of insight problem solving conflicts with modern theories of insight. Therefore, it requires more detailed research of motor activity in the insight problem solving. This study investigates the regular changes of motor activity in the process of solving a classical insight problem “9 dots” (nine-dot problem). To register the motor activity parameters (length of the motor units, velocity of implementation of the motor units, duration of the pauses between the motor units) and to present conditions of the problem a tablet was used. As a result, persistent differences in the motor activity were found between successful and unsuccessful solvers in the initial and final stage of the problem solution. It turned out that successful solvers demonstrated a greater length of motor units (especially at the final stage of the solution) than unsuccessful ones. At the same time, differences in the duration of pauses between the motor units at

the initial and final stages of the solution were not found. Subjects who did and did not solve the problem do not differ in the duration of pauses between the motor units. It was found that at the final stage the frequency of the “fast” lines increases which can be associated primarily with the “offline” planning of motor activity that is the planning preceding the activity itself, rather than proceeding in parallel with it.

Key words: insight problem, structure of problem solving, insight, “9 dot” problem, movement, motor activity, lookahead

Введение

решение инсайт задача

В настоящее время одним из наиболее актуальных направлений в психологии решения задач являются исследования феномена инсайта и когнитивных механизмов, лежащих в его основе. Подобный интерес продиктован острой необходимостью преодоления компьютерной метафоры и построения теоретических альтернатив классической теории задачного пространства (Newell, & Simon, 1972), в ранних вариантах которой для инсайта не находится места. На сегодняшний день существует несколько конкурирующих моделей, описывающих когнитивные механизмы инсайта. В первую очередь к ним относятся теория изменения репрезентации (Ohlsson, 1984a, 1984b, 1992; Knoblich, Ohlsson, Haider, & Rhenius, 1999;

Knoblich, Ohlsson, & Raney, 2001; Ohlsson, 2011) и теория контроля за продвижением к цели (MacGregor, Ormerod, & Chronicle, 2001; Ormerod, MacGregor, & Chronicle, 2002; Chronicle, MacGregor, & Ormerod, 2004). Первая теория развивает неогештальтистскую концепцию переструктурирования репрезентации, в то время как вторая пытается модифицировать теорию задачного пространства так, чтобы объяснить инсайт посредством эвристического поиска в пространстве задачи. Авторы оставляют в стороне все так называемые «неспецифические» теории, которые объясняют феномен инсайта через функционирование рабочей (Владимиров, Коровкин, Лебедь, Савинова, Чистопольская, 2016) или долговременной (Seifert, Meyer, Davidson, Patalano & Yaniv, 1995) памяти. Представляется, что теоретическое объяснение инсайта должно быть связано в первую очередь со специальными мыслительными механизмами, не сводимыми ни к каким другим психологическим процессам.

В последнее время появляется все больше экспериментальных фактов, свидетельствующих о том, что активность решателя (в первую очередь, моторная) играет не только инструментальную роль по реализации найденного функционального решения, но также может ускорять или замедлять процесс решения мыслительной задачи, если предшествует (Weisberg & Alba, 1981a; Lung & Dominowski, 1985; Kershaw & Ohlsson, 2004; Спиридонов, Лифанова, 2013; Werner & Raab, 2013) или сопутствует ему (Thomas, Lleras, 2009; Weller, Villejoubert, Vall e-Tourangeau, 2011). Подобные свидетельства не укладываются в полной мере в современные теории инсайта и требует более детального рассмотрения роли моторной активности в ходе решения инсайтных задач. Когда речь заходит о роли моторики в структуре решения задачи (во всей совокупности психических механизмов, задействованных в решении), необходимо различать две принципиально противоположные точки зрения. Первая сводится к тому, что моторная активность вовлечена в реализацию результата работы когнитивных процессов, а значит является инструментальной, по своей сути, и не влияет на само содержание мышления (решения). Вторая точка зрения рассматривает моторную активность как способную влиять на содержание психических процессов. Подобная точка зрения, например, представлена в рамках исследований «Воплощенного познания» (см., напр., Barsalou, 1999; Glenberg, 1997; Wilson, 2002; Zwaan, 1999).

Большинство объяснительных моделей инсайта склоняются к первой точке зрения. Тем не менее, как было указано ранее, существуют экспериментальные свидетельства в пользу возможного влияния моторной активности на решение мыслительных задач. Однако подобные исследования не позволяют ответить на вопрос, какая именно моторная активность может влиять на процесс решения. Таким образом, можно обозначить проблему определения релевантности форм моторной активности по отношению к содержанию мыслительного процесса.

Для того чтобы решить эту проблему, необходимо сначала описать, какие именно формы моторики (или их изменения) могут сопутствовать или просто быть связаны с мыслительными механизмами, участвующими в решении задачи. В качестве модели для описания моторной структуры решения инсайтной задачи авторы использовали одну из наиболее изученных инсайтных задач -- 9 точек (Maier, 1930) (рис. 1, 2). Основное преимущество этой задачи заключается в том, что структура ее решения представляет собой последовательность попыток (проб), в каждой из которых решатель рисует прямые линии, вовлекая свою моторику непосредственно в процесс решения. При этом моторная активность сама по себе организована в последовательность реализуемых моторных единиц (рисование отдельных линий или их сочетаний), которые отделяются друг от друга паузами. В связи с этим важно выделить типологию моторных единиц в структуре решения инсайтной задачи, которая отражает динамику процесса решения, т.е. устойчивые различия моторной активности в начале и в конце решения, а также связанные с этим различия успешных и неуспешных решателей.

Рис. 1. Задача «9 точек» Н. Майера. Необходимо соединить четырьмя прямыми линиями, не отрывая карандаша от бумаги, 9 точек, расположенных указанным образом (Maier, 1930)

Рис. 2. Одно из возможных правильных решений этой задачи

Принимая во внимание то, что решателю приходится совершать огромное количество однотипных движений, можно утверждать, что одним из источников изменения моторной активности в ходе решения в данном случае является процесс автоматизации. Данный процесс должен приводить к сокращению продолжительности пауз между моторными единицами и увеличению размера моторных единиц за счет объединения нескольких мелких в более крупные. В задаче 9 точек это может проявляться в том, что на ранних этапах решения испытуемые рисуют преимущественно только по одной линии за раз, а на более поздних -- целые последовательности линий. Таким образом, можно предположить, что длина моторных единиц на поздних этапах решения больше, чем на ранних.

Второй источник изменений моторной активности в структуре решения ин- сайтной задачи может быть связан с понятием горизонта планирования (lookahead) и с различными типами самого планирования. Стоит различать, как минимум, два типа планирования: «онлайн» планирование, которое происходит непосредственно во время моторной активности, т.е. во время рисования линии, и «оффлайн» планирование, которое предшествует реализации движений решателя. В задаче 9 точек два этих типа планирования связаны с различной скоростью рисования линий: в случае «онлайн» планирования скорость рисования линий будет меньше, чем в случае «оффлайн» планирования. Таким образом, можно предположить, что успешные решатели отличаются от неуспешных по частоте рисования «быстрых» линий в сравнении с «медленными» линиями. Успешным решателям необходимо рассматривать большее количество альтернатив реально реализуемым моторным единицам, что значительно легче в случае «оффлайн» планирования. Поэтому частота быстрых линий у успешных решателей должна быть выше, чем у неуспешных.

Третьим источником изменений моторики может служить изменение неадекватных последовательностей движений, которые использовались на ранних этапах решения задачи 9 точек. Поскольку сложность этой задачи связана с автоматическими перцептивными ограничениями (например, расположение точек в виде квадрата), «навязывающими» ошибочные моторные программы рисования прямых линий внутри этого квадрата, предполагается, что для отыскания правильного ответа необходимо найти и активировать другие способы рисования линий. И сделать это значительно легче посредством «оффлайн» планирования. Таким образом, можно предположить, что частота «медленных» линий на поздних этапах ниже, чем на ранних.

Для проверки сформулированных гипотез было проведено квазиэксперимен- тальное исследование.

Процедура и методика исследования

Выборка. В качестве испытуемых выступили 45 студентов РАНХиГС в возрасте от 18 до 21 года (M = 19,32; SD = 0,59), из них 10 мужчин, 7 испытуемых были исключены из дальнейшего анализа, поскольку в постэкспериментальном опросе заявили о том, что знакомы с задачей и вспомнили решение. Испытуемые участвовали в эксперименте за дополнительные баллы по учебным курсам. В остальном схема отбора испытуемых в выборку сводилась к простой рандомизации.

Стимульнымматериалом в данном исследовании была инсайтная задача 9 точек, которая предъявлялась на планшете Asus (диагональ экрана -- 12"; четыре- хядерный процессор -- Intel Atom X5-Z8500 с тактовой частотой 1,44 ГГЦ; операционная система Windows 10) с помощью специально написанной программы на языке Delphi.

Программа предъявляла испытуемым инструкцию: «Вам необходимо соединить девять точек четырьмя прямыми линиями, не отрывая пальца от экрана планшета. Все попытки решить задачу необходимо делать не в уме, не в воздухе, а вручную на экране планшета. У Вас будет несколько проб. Проба считается законченной, как только Вы отрываете палец от экрана. Чем быстрее Вы справитесь с задачей, тем лучше». Затем на планшете в центре экрана появлялось изображение 9 точек, сгруппированных в форму «квадрата» (по 10 мм в диаметре каждая; расстояние между соседними точками по вертикали и горизонтали -- 15 мм). Как только испытуемые начинали рисовать линии на планшете, программа фиксировала параметры их моторной активности (координаты точек нарисованных линий в пикселях и соответствующее каждому значению координат системное время в миллисекундах). Решение было ограничено 100 пробами, и, если испытуемый не решал задачу за это количество проб, она считалась нерешенной. Помимо параметров моторной активности испытуемых также фиксировалось время решения, успешность и количество проб. Эксперимент проводился индивидуально.

В качестве зависимых переменных в данном эксперименте использовались параметры моторной активности в ходе решения: длина моторных единиц (нарисованных линий или их частей) в пикселях, скорость их реализации в пикселях за миллисекунду и продолжительность пауз между моторными единицами в миллисекундах. Зависимые переменные заданы в шкале интервалов.

Поскольку данное исследование было квазиэкспериментальным и активного воздействия со стороны экспериментатора не было, вместо независимых переменных в строгом смысле слова использовались так называемые группирующие переменные. Одна из группирующих переменных была межгрупповой -- успешность решения, а другая внутригрупповой -- этап решения задачи. У обеих переменных было по два уровня: успешные и неуспешные решатели, первая половина и вторая половина решения, соответственно. Каждая из группирующих переменных была задана в номинативной шкале. Для удобства описания при обработке результатов группирующие переменные упоминаются в качестве независимых переменных в широком смысле этого слова.

Обработка результатов: переменные

Для проверки сформулированных гипотез зарегистрированные данные моторной активности в координатах и системном времени в миллисекундах были преобразованы в переменные «Продолжительность пауз между моторными единицами» в миллисекундах, «Длина моторной единицы» в пикселях и «Скорость реализации моторной единицы» в пикселях за миллисекунду.

Продолжительность паузы между моторными единицами -- это промежуток времени, за который не произошло никаких изменений в координатах точек (т.е. положения пальца испытуемого относительно экрана планшета). Для того чтобы выделить количество пауз в каждой из проб у каждого испытуемого, была выбрана уставка (нижний порог) в 20 миллисекунд как минимальный период времени, за который не происходило изменений в координатах точек. Такая величина уставки позволяет отсечь влияние тремора конечностей испытуемых на рисование линий. Длина моторной единицы -- расстояние в пикселях, которое рука решателя проходит, рисуя линию, в промежутке от одной паузы до следующей. Данная переменная рассчитывается после того, как выделены паузы и обозначены начальные и конечные точки для каждой из моторных единиц. Скорость реализации моторной единицы -- отношение расстояния в пикселях ко времени в миллисекундах, потраченному на реализацию моторной единицы.

Переменная «Скорость реализации моторной единицы» была преобразована в переменную «Тип планирования». Для этого по каждому испытуемому была вычислена медиана по этой переменной. Те значения скорости реализации моторной единицы, которые были меньше значения медианы, кодировались как «медленные» линии (1), а значения переменной, превышавшие медиану, -- как «быстрые» линии (2).

Для того чтобы задать независимую переменную этап решения (первая половина и вторая половина решения), по каждому испытуемому количество потраченных им проб было поделено по медиане, и значения, оказавшиеся меньше медианы, были обозначены как начальный этап решения, а значения проб больше медианы были обозначены как его конечный этап.

Помимо этого, чтобы еще более «очистить» данные от моторного «шума», вызванного тремором, при проверке гипотезы о длине моторных единиц и о различных типах планирования моторных единиц были использованы только те данные, где длина линий превышала 10 мм (38 пикселей), т.е. превышала диаметр любой из 9 точек на экране планшета.

Результаты

Количественные результаты эксперимента (табл. 1--4) показали следующее.

Для проверки гипотез об увеличении длины моторных единиц по ходу решения и о большей длине моторных единиц у успешных решателей в сравнении с неуспешными был проведен двухфакторный дисперсионный анализ с повторными измерениями. Между средними значениями длин моторных единиц (табл. 1) на разных этапах решения были получены статистически значимые различия (F(1,32) = 12,39, p < 0,01, п2 = 0,27). Также, были получены статистически значимые различия между средними значениями длины моторных единиц у успешных и неуспешных решателей (F(1,32) = 17,8;p < 0,001, п2 = 0,36). Помимо этого был обнаружен эффект взаимодействия факторов успешности решения и этапа решения (F(1,32) = 10,8,p < 0,01, п2 = 0,25).

Таблица 1

Средние и стандартные отклонения длин моторных единиц у успешных и неуспешных решателей в первой и второй половине решения (Mean and standard deviations of lengths of motor units for successful and unsuccessful solvers in the first and second half of the solution)