Теория структурного отображения

Теория структурного отображения — это теория рассуждений по аналогии , разработанная Дедре Гентнером . и за что она была награждена Премией Дэвида Э. Румельхарта 2016 года за вклад в теоретические основы человеческого познания.

Отличие аналогии от других сравнений

Теория структурного отображения направлена ​​на улучшение предыдущих теорий аналогии, отличая аналогию от буквального сходства. Предыдущие теории, такие как Амоса Тверски теория контраста , предполагали, что аналогия тем сильнее, чем больше общих атрибутов имеют база и цель. Вместо этого теория структурного отображения признает, что могут быть различия между базовыми и целевыми доменами, которые не влияют на силу аналогии. Например, мы можем рассматривать батарею как резервуар, несмотря на то, что они различаются по форме, размеру , цвету и материалу.

Теория структурного отображения отвечает, утверждая, что не атрибуты объекта отображаются по аналогии. Вместо этого теория утверждает, что аналогия предупреждает слушателя о сходстве отношений между объектами в области. Различие проводится с точки зрения арности предикатов: атрибуты — это предикаты с одним аргументом, а отношения — это предикаты, которые принимают два или более аргументов. Таким образом, предложение «x велико» утверждает атрибут, а предложение «x вращается вокруг y» утверждает связь. (Предикаты более высокого порядка утверждают отношения между предложениями)

Аналогия против буквального сходства

Различая атрибуты и отношения, мы можем отличить буквальное сходство от аналогии.

Например:

• Звездная система X12 в туманности Андромеды похожа на Солнечную систему . - Это буквальное сходство, поскольку цель состоит в том, чтобы отобразить как взаимоотношения (например, между планетами и Солнцем), так и атрибуты (например, размер и температуру Солнца).
• Атом водорода подобен Солнечной системе. (Резерфорд, 1906 г.) - Это аналогия, потому что между доменами должны отображаться только реляционные предикаты, такие как относительное движение и размер.

Аналогия против общих законов

Аналогии также можно отличить от общих законов.

• Атом водорода представляет собой центральную силовую систему. - Это общий закон в том смысле, что базовый домен является абстрактным доменом отношений и фактически не включает в себя никаких атрибутов объекта. Сравните это с аналогией, где базовый домен включает атрибуты объекта, которые исключаются из сравнения.

Аналогия против хронологии

Различие в роли объектов, признаков и отношений при сравнении позволяет также охарактеризовать хронологию как сравнение, при котором объекты сравниваются (остаются относительно постоянными), а отношения — нет (т.е. предполагается, что они будут различаться).

Сводная таблица

Компания Gentner предоставляет следующую таблицу, в которой суммируются различные типы сравнения доменов, приведенные выше:

	Количество сопоставленных атрибутов	№ отношений сопоставлено	Пример
Буквальное сходство	Много	Много	Планетарная система К5 похожа на Солнечную систему.
Аналогия	Немного	Много	Атом похож на Солнечную систему
Абстракция	Немного*	Много	Атом – центральная силовая система
Аномалия	Немного	Немного	Кофе похож на Солнечную систему

Принцип системности

«Часть нашего понимания аналогии заключается в том, что она передает систему связанных знаний, а не просто набор независимых фактов. Такая система может быть представлена ​​взаимосвязанной структурой предикатов, в которой предикаты более высокого порядка обеспечивают связи между предикатами более низкого порядка. Чтобы отразить это молчаливое предпочтение последовательности в аналогии, я предлагаю принцип систематичности: предикат, принадлежащий отображаемой системе взаимосвязывающих отношений, с большей вероятностью будет импортирован в цель, чем изолированный предикат » (Gentner 1983, p162-163) . ; акцент добавлен)

Принцип систематичности помогает объяснить, почему, сравнивая атом с Солнечной системой, мы не пытаемся отобразить относительную температуру Солнца и Земли на систему ядро-электрон. Короче говоря, температура не имеет сильной связи с другими объектными отношениями, такими как расстояние , сила притяжения, относительная масса и относительное движение (кто вокруг кого вращается), которые отображены на карте. Эти другие отношения объединяет сильная взаимозависимость: изменение отношения массы меняет соотношение относительного движения, а изменение расстояния меняет силу притяжения и так далее.

Теория структурного отображения

Структурное картирование, первоначально предложенное Дедре Гентнером , представляет собой теорию в психологии, которая описывает психологические процессы, связанные с рассуждением и обучением на основе аналогий. Более конкретно, эта теория направлена ​​на описание того, как знакомые знания или знания о базовой области могут использоваться для информирования человека о понимании менее знакомой идеи или целевой области. Согласно этой теории, люди рассматривают свои знания о предметных областях как взаимосвязанные структуры. Другими словами, домен рассматривается как состоящий из объектов, их свойств и отношений, характеризующих взаимодействие между ними. Затем процесс аналогии включает в себя:

1. Распознавание схожих структур между базовым и целевым доменами.
2. Поиск более глубоких сходств путем сопоставления других отношений базового домена с целевым доменом.
3. Проверка этих выводов на соответствие существующим знаниям о целевой области.

В целом было обнаружено, что люди предпочитают аналогии, в которых две системы в значительной степени соответствуют друг другу (например, имеют схожие отношения в разных областях, а не просто наличие схожих объектов в разных областях), когда эти люди пытаются сравнивать и противопоставлять системы. Это также известно как принцип систематичности.

Пример, который использовался для иллюстрации теории структурного картирования, взят из работы Гентнера и Гентнера (1983) и использует базовую область текущей воды и целевую область электричества. В системе проточной воды вода переносится по трубам, а скорость потока воды определяется давлением водонапорных башен или холмов. Это соотношение соответствует взаимодействию электричества, протекающего по цепи. В цепи электричество передается по проводам, а ток или скорость потока электричества определяется напряжением или электрическим давлением. Учитывая сходство в структуре или структурное выравнивание между этими доменами, теория структурного отображения предсказывает, что отношения из одного из этих доменов будут выведены в другом по аналогии.

Факторы рассуждения

Язык

Язык может поддерживать аналогичные рассуждения, если для большей ясности предусмотрены реляционные метки. Например, дети испытывают затруднения, когда их просят определить структуру отношений между наборами коробок (например, Набор 1: маленькая, средняя и большая коробка. Набор 2: средняя, ​​большая и очень большая коробка). Дети будут склонны сопоставлять среднюю коробку из набора 1 (где она промежуточного размера) со средней коробкой из набора 2 (где она наименьшая по размеру), и то же самое происходит с большой коробкой в ​​обоих наборах. Однако они не осознают, что им следует сопоставить самый маленький блок из набора 1 с самым маленьким блоком из набора 2 и так далее. У детей улучшается способность определять эти отношения, когда им дают реляционные ярлыки, такие как «ребенок», «мама» и «папа». (или, в примере с рамкой, слова «самый маленький», «средний» и «самый большой»).

Хотя язык может поддерживать рассуждения по аналогии, в этом может не быть необходимости. Исследования показали, что обезьяны, имеющие ограниченные языковые способности, также способны рассуждать относительно, но это происходит только тогда, когда основа и цель совпадают.

Ясность

Насколько похожи объекты, отображаемые друг на друга, влияет на рассуждения по аналогии. Когда объекты в базовых доменах соответствуют очень похожим объектам в целевых доменах, там это считается очень ясным, что способствует аналогичным процессам. Четкая ясность очень помогает при использовании аналогии для решения проблем. Например, если учащихся попросить подсчитать, сколько мячей для гольфа понадобится каждому игроку в гольф на турнире, они смогут применить это решение к будущим задачам, когда объекты очень похожи (например, рассуждать о том, сколько теннисных мячей понадобится каждому игроку). нуждаться).

Перерабатывающие мощности

Чтобы участвовать в аналогичных процессах, человеку нужно время, чтобы проработать процессы согласования, умозаключения и оценки. Если не дать достаточно времени для рассуждений по аналогии, то человек с большей вероятностью зациклится на соответствиях объектов более низкого уровня между двумя системами, а не на выявлении потенциально более информативных аналогичных отношений более высокого порядка. Подобные эффекты также возникают, если рабочая память человека в данный момент находится под высокой когнитивной нагрузкой (например, человек пытается рассуждать с помощью аналогии, одновременно удерживая в уме слово).

Структурное выравнивание

Структурное выравнивание — это один из процессов, участвующих в более широкой теории структурного картирования. Когда люди устанавливают структурное соответствие между двумя сравниваемыми областями, они пытаются выявить как можно больше сходств между системами и поддерживать взаимно однозначное соответствие между элементами (т. е. объектами, свойствами и отношениями). В аналогии с текущей водой и электричеством взаимно-однозначное соответствие иллюстрируется тем, что водопроводные трубы располагаются на проводах, но не соответствуют каким-либо другим элементам в цепи. Кроме того, структурное выравнивание также характеризуется параллельной связностью. Если между отношениями между двумя системами существует взаимно-однозначное соответствие (например, скорость потока воды через трубу увеличивается с увеличением давления аналогично тому, как ток в электрической цепи увеличивается с увеличением напряжения), то соответствующие объекты и свойства должны также соответствуют (например, скорость потока воды соответствует электрическому току, а давление воды соответствует напряжению) и наоборот.

Вывод

Аналогичный вывод — второй процесс, включенный в теорию структурного отображения . После того, как выяснится, что домены имеют взаимно однозначное соответствие (то есть каждый термин в первом домене представляет аналогичный термин во втором), можно использовать этот факт, чтобы сделать вывод о втором домене. В ходе этого процесса человек делает выводы о целевом домене, проецируя информацию из базового домена в указанный целевой домен. Для иллюстрации этого процесса можно использовать следующий пример: где 1 представляет информацию о базовом домене, 2 представляет соответствия между базовым и целевым доменом, а 3 представляет собой вывод о целевом домене:

1. В водопроводных системах узкие трубы приводят к уменьшению скорости потока воды.
2. Узкие трубы соответствуют резисторам в электрической цепи, а вода соответствует электричеству.
3. В электрических цепях резисторы приводят к уменьшению скорости потока электричества.

Оценка

Оценка — это третий процесс, включенный в теорию картирования структур, который происходит после того, как отдельные структуры выравниваются и делают выводы о целевой области. В ходе оценки они решают, насколько аналогия уместна и правдоподобна. Этот процесс был описан как решение проблемы выбора по аналогии: или объяснение того, как люди выбирают, какие выводы отображать из базовой области в целевую, в качестве аналогий было бы бесполезным, если бы были сделаны все возможные выводы. Аналогию можно оценить по двум факторам:

• Фактическая правильность . Оценивая вывод с точки зрения правильности, люди сравнивают вывод со своими существующими знаниями, чтобы определить, является ли вывод истинным или ложным. В случае, когда они не могут определить правильность, они могут рассмотреть возможность адаптации вывода или то, насколько легко знания изменяются при переводе их из базовой в целевую область.
• Цель При оценке аналогии выводы, дающие понимание, должны быть релевантны конкретной ситуации. Например, когда люди пытаются решить проблему, вывод должен дать понимание, которое подтолкнет их к работоспособному решению. или генерировать новые, потенциально полезные знания.

Развитие потенциала

Исследования показывают, что дети способны использовать сравнения для изучения абстрактных закономерностей, но иногда для этого требуется подсказка со стороны другого человека. Чтобы подтвердить это утверждение, исследователи научили 3-х и 4-летних детей простым взаимоотношениям, показывая им серию картинок. На каждой картинке было изображено по три одинаковых животных, и ребенок был помечен как «тома». Некоторым из этих детей было предложено сравнить разные «томасы», а другим — нет. После просмотра картинок и предложения некоторым из них сравнить детей проверяли, усвоили ли они абстрактный узор (т. е. «тома» — это триада совпадающих животных). Детям показали два изображения и спросили: «Что такое тома?». Первое изображение представляло собой реляционное совпадение и отображало триаду совпадающих животных, которых они раньше не видели, тогда как второе изображение представляло собой совпадение объектов и отображало триаду несовпадающих животных, которых ребенок видел, когда узнал об отношениях. Дети, которым во время обучения предлагалось сравнивать тома, с большей вероятностью усвоили шаблон и выбрали реляционное соответствие при тестировании.

Детям не всегда нужны подсказки к сравнениям, чтобы изучить абстрактные отношения. В конце концов, у детей происходит сдвиг в отношениях, после которого они начинают видеть схожие отношения в разных ситуациях, а не просто смотреть на совпадающие объекты. Это имеет решающее значение для их когнитивного развития, поскольку дальнейшее сосредоточение внимания на конкретных объектах снизит способность детей изучать абстрактные закономерности и рассуждать аналогичным образом. Интересно, что некоторые исследователи предположили, что базовые когнитивные способности детей (т.е. рабочая память и тормозной контроль) не приводят к такому сдвигу в отношениях. Вместо этого это обусловлено их реляционными знаниями, такими как наличие меток для объектов, которые делают отношения более явными (см. предыдущий раздел). Однако недостаточно доказательств, чтобы определить, действительно ли реляционный сдвиг вызван улучшением базовых когнитивных способностей или углублением реляционных знаний.

Кроме того, исследования выявили несколько факторов, которые могут повысить вероятность того, что ребенок сможет спонтанно заняться сравнением и изучить абстрактные отношения без необходимости подсказок. Сравнение более вероятно, когда сравниваемые объекты расположены близко друг к другу в пространстве и/или времени. очень похожи (хотя и не настолько похожи, чтобы являться совпадающими объектами, что мешает выявить отношения), или используйте общие ярлыки.

См. также

• Механизм отображения структуры