1.4 心理学研究的贡献

心理学是一个由众多分支学科构成的门类。认知心理学和神经心理学的内容嵌入了1.3节，进化心理学的内容融入了1.2节，社会心理学的内容将在1.8节讨论，本节只介绍发展心理学的部分，即人的一生智力的发展和不同类型智能的发展。心智研究是在人工智能和认知神经科学发展研究进展的基础上，综合心理学和认知神经科学等成果提出的解释智能发展的新理论。

1.4.1 儿童智力发展的阶段

智力发展的研究来源于发展心理学，来源于对儿童智力发展的研究，而其开创者也是皮亚杰。在大量的心理实验基础上，皮亚杰系统地提出了发展心理学理论，指出在儿童发展的不同阶段认知能力发展的阶段性和不同阶段的模型，将儿童认知能力发展分成4个阶段，即感觉运动阶段（从出生至大约2岁）、前运算阶段（大约2岁至6或7岁）、具体运算阶段（大约6、7岁到11、12岁）、形式运算阶段（大约11或12岁之后）[81]。发展心理学的研究发现，在婴儿出生之前的胎儿期，同样是儿童智力发展的重要阶段。这样，儿童智力发展应该分成5个阶段，下面对这5个阶段分别作简单介绍。

1．胎儿期

胎儿期对智力发展的贡献主要有两个方面，一是神经系统的发育，为智力的形成和发展提供了基本载体；二是在子宫中学习，为出生后的学习打下基础。

人智力的载体是以脑为中心的神经系统。胎儿是脑从零开始的生长期。从受精3周后，2/3的受精卵发育为脊髓和脑构成的中枢神经系统和神经管。此后中枢神经系统不断成长，在16周时神经元开始形成，到18周时，大多数神经系统形成过程结束。人类的脑从出生到成年大约增长了4倍，增加的是树突、轴突和髓鞘，而不是其他神经细胞，图1.23显示了婴儿大脑生长的一般过程。

胎儿未出生就开始了学习。首先是适应环境的学习。由于要适应母亲的运动和自己在子宫中的运动，胎儿出生时发育的最好的是运动平衡能力。胎儿的眼睑在第4周就分开，与视神经的生长发育同步，形成了一定的视觉功能，这就是为什么新生儿的某些视觉任务比其他任务完成得好。胎儿的味蕾在第8周时开始发展，大约第14周时，味蕾的神经开始与脑皮质连接起来，从那个时候起，胎儿能尝到羊水的味道。同样，胎儿在第4个月开始听外部的声音，在6～7个月开始具备嗅觉功能，而胎儿踢子宫壁和胎动，则是运动系统的发展，胎儿也已经具有记忆的能力。通过上面的介绍，我们可以认为，胎儿学习最重要的不是掌握了什么知识，而是使基本认知功能的通道和脑功能区之间的连接建立了起来。

2．感觉运动阶段

从出生至大约2岁，婴儿主要发展感觉和运动能力，所以归纳为感觉运动阶段。这个阶段又细分为6个亚阶段。一是出生至1个月的反射修正阶段。新生儿一出生就有很多反射能力，如东西放到嘴里会吮吸，头部会转向有声音的地方。这些反射基于胎儿期的学习，但在出生的头一个月进行修正，以适应实际的生存环境。二是出生后1～4个月的初级循环反应阶段。这里循环就是周而复始的意思，婴儿做一个动作，产生了一个其认为有趣的效果，就会反复去做，使得反射变得协调和连贯，为更加复杂的行为打下了基础。三是出生后4～8个月的次级循环反应阶段。这个阶段尽管依然是婴儿对有趣动作的反复，但循环更加复杂一些，反应也更快、更有效。四是出生后8～12个月的次循环反应的协调阶段。这个阶段婴儿能协调两到三个次循环，对动作与结果之间产生了直接的联系。说明了婴儿已经对外部世界及事件有了相对持久的心理表征及记忆能力。五是出生后12～18个月的三级循环反应阶段。这个阶段婴儿开始有意识调整行动，以自己的目标来实施行动，意图和行为之间的对应越来越明确。六是出生后18～24个月的表征思维开始阶段。这是一个从感觉运动阶段向前运算阶段过渡的时期，儿童已经能够形成内部的心理表征，经由心理表征，围绕目的进行活动计划的行为。这个阶段既是脑功能继续快速增长，也是经由活动、语言，使各种认知功能与相应脑分区及神经元建立具体的编码和建立固定的功能结构的时期。在儿童智力发展中，中枢神经系统的发展和各项认知能力的发展是同步进行的，为形成一个主体最终的智力确立了基本认知能力，在胎儿期和感觉运动阶段，这一特征尤其明显。

3．前运算阶段

大约2岁至6或7岁是儿童智力发展的前运算阶段。这个阶段的第一个特点是具备一定的符号表征能力，而且同时用自有的象征性符号（个人表征）和共同的字符（社会表征）表示外部的事物。第二个特征是自我中心，无论是语言还是空间和物体识别，都存在这样的现象。儿童学习或感知的范围，在很大程度上决定了自我中心，很难想象一个孩子能用他所没有识别的语言作为他使用的语言，用他没有认识的文字作为对应事物的心理表征，能对没有接触过的空间特征作为其想象的参照物，更不用说抽象地从别人的角度看问题。第三个特征是倾向于用静态的角度感知世界，往往将动态的事物的片段作为对象观察，而相对于空间和时间的变化则还没有把握的能力。

4．具体运算阶段

大约6、7岁到11、12岁是具体运算阶段，显然，随着年龄的增长和经历的不同，儿童之间智力的差异逐步显现，不同个体进入更高一层认知能力的时间也开始拉开。

在发展心理学中，具体运算是相对于形式运算的概念，是指运算经由具体有形物体的比较来实现数量上的比较，或逻辑上推论。在这个阶段，儿童通过对具体物体的反复比较，实现了心理运算的能力，但对于无法用具体事物参照的抽象比较或计算，则一般还不具备能力。

5．形式运算阶段

大约11或12岁之后的青少年，进入了形式运算阶段。形式运算最主要的特点是把自身面临的具体的事物看作一个没有看到的或抽象的事物的一种形式，抽象的科学概念，如惯性、加速度，以及抽象的社会和道德概念，如意义、价值、道德等进入思维和理解领域，数学和逻辑的认知能力不断提升。对一个事物的认识开始从局部向整体性发展，能够对不同事件的关系进行分析和抽象。

儿童智力发展阶段理论是著名心理学家皮亚杰对心理学和智能的重大贡献。皮亚杰研究智力发展阶段理论的目的是探究“知识是如何演化的”，除了这里介绍的儿童智力发展阶段，他还力图从生物学的角度解释知识及智能的来源[83]。

研究儿童智力的发展，对理解智能发展的特征和路径，具有特别的意义，因为这是最典型的智能发展例子。归纳前述从胎儿期到形式计算阶段的发展过程，有三个因素对智力的发展具有决定性的作用。一是以脑为核心的中枢神经系统的生长发育，这是智力的物理载体。很多研究成果指向一些“信息”或“程序”是与生俱来的，比如孩子一生下来就会吮吸。二是基本认知功能与脑和神经系统对应功能的同步发展。典型例子是，从受精两周到2岁期间，每秒会生长出180万个神经突触，2岁时，神经突触数是成年人的两倍，此后逐渐减少，大约7岁时降到成人水平。基因和这个时期的认知活动决定了神经突触的连接方式，而这个连接方式是这个人智力的重要构件。三是从胎儿开始的生活环境和学习环境。不同的生活和学习环境对智能发展具有重大的影响。

1.4.2 信息加工的发展理论

皮亚杰智力发展理论影响了几代人，但也存在不足，特别是神经科学和认知神经科学的发展，对儿童智力发展提供了很多该理论不能解释或解释不准的事实，需要新的理论容纳，这个新的理论就是信息加工的发展理论。

信息加工的发展理论有不同的学派，但是有着一些共同的基础。首先是“思维即信息加工”[84]，把儿童的信息表征、加工信息的过程以及限制他们所能表征和加工的信息量的记忆容量，作为分析认知能力发展的标尺。其次是通过确定与智力发展相关的变化机制，详细说明这些机制是如何协同作用并导致认知能力的增长。最后是发展基于儿童自身认知活动过程和经验，儿童自己的活动产生的结果改变了他以后的思维方式。信息加工理论力图通过认知的结构特征和加工特征来说明智力发展。

认知的结构特征是指信息加工系统的结构，也称为认知架构，这个架构由感觉记忆、工作记忆和长时记忆三部分组成，与1.3节中介绍的认知神经科学对记忆的分类基本一致，但分析的角度不同。信息加工理论侧重于分析不同记忆的发展，或智力发展与记忆量之间的关系。研究得出的主要结论是：对于感觉记忆，记忆能力随年龄的增长而增长。对于工作记忆，工作记忆的容量不是以信息的物理单位来衡量，而是以可操作的语义单位来计算；工作记忆能够保存的信息数量也与年龄成正比，年龄大的保存得多，而这个原因可能与复述的熟读相关，年长的复述速度快，两次复述的间隔时间短，工作记忆保留的信息就多；语言信息和空间信息有不同的工作记忆容量，随着年龄的增长，两者的分离日益有效；工作记忆对感知信息执行加工的能力也与年龄的增长成正比，执行加工控制在一定程度上决定了工作记忆的功能。对于长时记忆，保存的信息数量和时间没有像感觉记忆和工作记忆一样的约束，但信息存储不是以“全”或“无”的方式进行，人们对长时记忆经常可以仅能提取一个语义组块的片段，然后再记起其他部分，当然也可能没有记起其他部分。

在信息加工理论中，加工是指对储存在感觉记忆、工作记忆和长时记忆中信息进行的操作。有两种主要类型，即自动化加工和编码。自动化加工相对于控制性加工，几乎不需要注意的加工称之为自动化加工，而需要大量注意的是控制性加工。这一区分结合上一段存储提取模式，类似于认知神经科学的显性、隐性学习和记忆。该理论认为，儿童对频率信息的自动化加工是从一出生就具备的能力，并且对以后的认知能力发展起到了重要的作用，研究的结果表明，频率信息的自动化加工与年龄无关。另一种自动化加工是随着人们不断获得经验而从控制性加工转变到自动化加工，一旦某种技能达到炉火纯青的程度，就会自动或自发地发挥作用，不用思考、不用注意、无需控制。

这里的编码与认知神经科学的概念一致，是指对感知事物的心理表征。研究表明，如果不能对感知事物的重要特征进行有效的表征，即编码，则会导致经验在后续的认知中不能发挥有效的作用。在出生以后的几年中，编码在智力发展和个体差异上都起着重要的作用。婴幼儿对编码成功的事物很快失去兴趣，转向没有编码成功或新的事物，这是儿童成长的重要路径，也是判断聪明程度的一个重要指标。在一定程度上也说明了婴幼儿期神经突触生长—衰退个体特征与认知特征的关系。

将信息作为智力发展的基本线索把握了智能发展的主要特征，从心理学实验的方式，间接验证了认知神经科学关于学习、记忆、注意等认知研究的成果。信息发展理论的一些分支，如产生式系统和连接主义则通过计算机模拟的方式说明儿童信息处理和表征的特点，也与人工智能发展结合起来。

1.4.3 不同认知功能发展的心理学解释

研究智力发展规律的另一个维度是按不同认知功能分析。发展心理学对此也做出了重要贡献。下面从知觉、语言、记忆、问题解决、概念和情感的发展六个方面分别介绍发展心理学的研究成果及其对智能研究的贡献。由于在1.3节中已经对这些认知功能从认知神经科学的角度做了介绍，重复的部分将略去。

1．知觉的发展

知觉是智力发展的起点。发展心理学研究表明，儿童的知觉能以非同寻常的速度达到或接近成人的水平，从婴儿期开始，动作和知觉紧密关联。

研究证明，一些感知觉能力在婴儿期，甚至一出生就较高。例如新生儿的听觉定位能力比2～3个月的婴儿还强，但比4个月的婴儿要弱，说明相同的行为在不同发展阶段有不同的机制对其进行控制；婴儿刚出生时，对某些事物注视的时间比其他事物长，这种注视偏好对婴儿发展十分重要。研究证明，许多视觉和识别事物的能力在出生后8个月内得到迅速发展。同时，在婴儿一出生，就具备感知觉的综合能力。这两个例子说明，知觉发展的功能和控制机制与遗传决定的生长发育控制存在必然联系。感知觉对婴幼儿生存的重要性，通过遗传固定了下来，这也是儿童知觉能力快速发展的主要原因。

研究还证明，新生儿具有将知觉和动作整合，形成一个感知—行为循环来认识外部世界的能力。在这样的循环中，知觉信息指导动作，动作增加了新的感知，又为已有的感知信息进行强化或校正。婴儿运动能力的增长，不仅使他的感知能力得到同步增长，更使他具有自主探索周边环境的能力，从而影响婴儿运用知觉信息的能力。

2．语言的发展

语言不仅是一个认知功能，还是智力发展的工具。儿童语言能力发展似乎有些神奇，他好像能自然地驾驭诸如概念表征、语音、语法、句法、情景特征、上下文关系等复杂现象。尽管乔姆斯基关于婴儿一出生就有一个语言获得装置的假设没有被广泛接受，但胎儿在出生之前就开始学习语言，婴儿会以某种方式促使成人与其交流，到3～4个月大时，这种交流已经变得很流畅，类似于大龄儿童与成人的对话，只有婴儿还不能说话这个差别。这些普遍存在的现象说明儿童神经中枢的语言功能，即语音功能、学习语言的主动性、对掌握语言某些特征的敏感性等在遗传和发育过程就存在了，而具体的音、义、词、句，以及更进一步的语法结构等，则是习得的。

语言的发展基于必备的生物功能，在这一点上，语音最显著。语音的习得和调用不仅需要相应大脑皮层的编码与控制，更需要与发音相关的肌肉和运动控制机制协同。在牙牙学语时，婴幼儿以极大的耐心，经过无数次的练习，实现了运动控制和认知控制的协同，而且成为本能，即使是同一字词有不同发音，如方言，也只是认知控制的调整，无需也很难对运动控制再次调整。

语言发展是儿童时期取得的一个最大成就，从世界各地婴儿最早的发音和所表达事物的相似性，说明具有相似的关于语音的遗传基因，以及相似的运动和认知控制机制。语法知识开始发展于婴儿期，婴儿也会将口语与手语结合起来进行交流，以及与生俱来的模仿能力，说明应该存在一种经由遗传和发育形成的脑功能，类似于乔姆斯基提出的“语言获得装置”，使得儿童语言发展基于一种预置的框架中。儿童语言的发展也是最能体现习得和遗传、认知控制和运动控制、认知功能和生理其他功能协同一体的智力发展模式。

3．记忆的发展

研究证明，儿童记忆是不断发展的，年长儿童比年幼儿童能记忆更多的信息，记忆也更准确。尽管影响儿童记忆发展的因素尚没有全部论证清楚，但已经有些得到了共识。

首先，它与信息编码的能力呈正相关。如同前一节对语言发展的分析，编码能力既有遗传发育的因素，更有学习中的发展。研究证明，对感知信息的编码，不仅是对感知事物的“字面表征”，即对事物详细的描述，更需要“要点表征”，即将事物要点归纳，以便于对字面表征信息的组织、存储和提取。不同的个体既有共同的编码能力，也有差异。这个差异源自大脑这个载体的遗传差异和既有知识差异。既有知识对要点表征和字面表征都有影响，但对前者的影响是决定性的。

其次，基本加工能力和容量。记忆的基本加工是指连接、概括化、再认、回忆等活动。婴儿没有长大之后的更多的记忆能力，所以在记忆的早期，基本功能对婴儿的学习和记忆发挥了特别重要的作用。而且，在基本功能的作用下，形成了外显和内隐记忆，提升了记忆的容量，逐步发展起记忆策略。加工容量在这里是指儿童能同时进行主动加工的信息量，一般意义上也是工作记忆容量。研究证明，基本加工能力和容量是随儿童的年龄不断增长的，同时，加工的速度也随着身体发育的成熟而增加。

再次，记忆的策略。记忆策略是指在主体意识控制下，被用来提高记忆水平的认知或行为的活动。研究证明，策略本身和策略的使用都随儿童年龄的增长而增长。记忆策略有物体搜索、复述、组织、选择性注意等。记忆策略的发展以习得性为主，也有遗传和发育的影响。

最后，元认知和内容知识。元认知可以分为两类，即外显的和内隐的。外显的元认知是指有意识的事实性知识，内隐元认知是指无意识的程序性知识，内容知识是指一个主体拥有的关于一个认知课题的知识。元认知是对认知知识的概括，内容知识是对一个主题认知的积累。研究证明，元认知和内容知识都随儿童甚至成人的年龄增长而增长。元知识影响认知的有效性，内容知识影响认知的速度和正确性，这里的正确性存在正反两个方面的可能，有时候内容知识可以导致先入为主的错误认知结果。

4．问题解决能力的发展

问题解决能力是各项认知能力的综合反映，人生始终处于求解问题的过程中。研究证明，问题解决的能力是一个不断发展的过程，但对如何发展存在不同的论点，皮亚杰的观点是一个分阶段的能力增长过程，而信息发展理论则认为是一个连续的过程。

从发展的角度看问题求解能力，我们不能简单地区分问题的复杂性。发音、吃东西、走路等婴幼儿最早需要求解的问题，很难与解一个平面几何或如何将天平两边平衡等问题进行复杂性比较。换一个思路，使一个机器人能像3岁的孩子一样走路和做一张高考数学试卷，可能后者比前者容易；3岁的孩子可以很好地在不太复杂的环境下走路，却无论如何不能完成高考的数学测试。

问题求解能力的发展首先是紧迫性要求，先是生存，所以孩子一出生就会吮奶，把摄入食物作为首要问题；然后是适应环境，辨别环境，与人交流，视觉、听觉、语言、走路和运动平衡等发展都是围绕这样的目的发展；最后是完成任务，解决玩耍、学习、家务等任务性问题。

问题求解的能力是与解决问题的需求相关的，因此呈现出认知能力或问题求解能力的阶段性，从这个角度看，皮亚杰的发展阶段理论解释性更强一些。但是，各个阶段及不同认知能力之间有着密不可分的关系，即使是规划、演绎或归纳推理、概念发展、形式计算等可能在婴幼儿期不能掌握的功能，其实在吮奶、说话、走路等问题求解过程中，都被隐性地使用，从这个解读看，信息发展理论学者对问题求解能力发展的解释更具有一般性。

同其他认知能力一样，问题求解的发展也是认知功能和遗传发育功能协同发展的结果。由于问题求解是多项认知能力的综合使用，所以发展是随着经验的增长、随着成功和失败的总结而发展的。

5．概念的发展

概念在智力发展中占有重要位置。概念是认知的抽象，是表征的高级阶段。研究证明，概念的发展经历了从具体事物到抽象事物、从简单到复杂的过程。从婴儿出生一个月开始，概念就已经产生，而一些复杂的概念需要反复学习或持续的经验才能获得。从这样的角度看，概念也具有神经中枢遗传结构的影响，但更多的是后天习得，而且习得主要依靠交互式学习环境，特别是一些抽象概念初步确立时。

时间和空间的概念是经验和交互式学习共同作用的结果，而表达复杂事物的抽象概念，以及数学运算方法等，更依赖于交互式学习。

1.4.4 分类智力发展研究的贡献

一批心理学家将教育心理学与智力研究结合，演化出智能分类研究的一种新途径。英文intelligence在不同的场合译成智能或智力，在这个领域研究成果主要为教育服务，所以一般情况下，译为智力更为恰当。从教育和智力的培养角度研究智力的发展，近百年来，一些科学家研究智力的分类，并取得了有效的成果。

美国学者斯滕伯格（Robert J. Sternberg,1949年—）从研究智力测试出发，于1977年提出了认知构成的路径。他用信息处理和数学模型将认知任务执行分解为它的基本构成部分和策略。1985年，斯滕伯格在前述理论的基础上进一步提出了三元智能理论。一是成分智力（componential intelligence），指思维和问题解决等所依赖的心理过程；二是经验智力（experiential intelligence），指人们在两种极端情况下处理问题的能力：新异的或常规的问题；三是情境智力（contextual intelligence），反映在对日常事物的处理上。它包括对新的和不同环境的适应，选择合适的环境以及有效地改变环境以适应需要。根据这个理论，信息处理构件分解适用于适应、影响（改变）和选择环境的情景（经历）[85]。

斯滕伯格从心理能力来衡量智力，法国学者比奈（Alfred Binet, 1857—1911年）则从复杂的判断能力来衡量。他认为三个认知能力是智力的关键因素，一是方向，即知道必须做什么，如何去做；二是适应，即选择和监控完成任务的策略；三是控制，即对于评价自己确定的判断和思想的能力。

斯皮尔曼（Charles Edward Spearman,1863—1945年）则试图通过三个信息过程来理解智力。一是领悟经验，二是关系教育，三是交叉关系教育。斯皮尔曼用四字母类比方式（A:B:C:D）来形象化地表述这三个过程，第一个过程就是将这四个词（字母）编码，第二个过程是推断出A与B的关系，第三个过程是把这个关系应用到C与D。20世纪70年代初，以伊斯特（Esters）和亨特（Hunt）等学者为代表，将通过信息过程测试智商的方法进一步完善[86]。

美国学者加德纳（Howard Gardner,1943年—）在1983年提出了多元智力理论，成为智力研究的一个新里程碑。加德纳认为，智力是人的一种能力，来源于大脑和社会实践。他根据智力与大脑的关系及在人类知识和实践体系中的不同部分将智力分为9类：语言、音乐、逻辑和数学、空间、体能、人际、内省、自然、存在，其中，前面7类是在1983年的著作《心智分区》[87]一书中提出的，第8类则是1995年加德纳在一篇关于多元智力理论12年的评价性论文中提出[88]，第9类则是在此后的进一步研究中他提出的一种尚未确定的新类型，因此，他自己称为是类。在《智能的结构》一书中，加德纳详尽地分析了确定智力分类的依据及各类智力在神经功能、心理及使用中的不同。

加德纳在纪念其1983年著作出版30周年的文章中提出，如果他再有几个生命期，会重新思考智力的本质，说明作者并没有完成关于多元智力理论体系的探索。

加德纳关于智力分类的研究具有里程碑的意义，被称为多元智力之父，他的理论成功地应用到教育领域。他认为，智力是人的一个基本特征，每个人拥有8种或9种智力；智力是一个人区分于其他人的重要标志，即使是同卵双胞胎的智力特征也不相同；智力是一个人实现自己目标的方式，这是他研究多元智力的目的所在。

加德纳将智力的生物特征和认知特征综合起来分析智力的不同类型及其发展过程。他十分重视神经系统在智力形成和发展中的作用，认为大脑认知发展中担负着最终裁判的角色。他认为，尽管在人出生之后，智力存在很大的可塑性，但这种可塑也是基于遗传的制约，遗传对智力发展的制约在生命的起点就发挥作用，并决定着发展的路径，即他所确定的不同智力的发展。

加德纳认为，人之所以具备突出的智力，是因为有信息内容存在于人类世界，数字信息、空间信息、关于其他人的信息等[89]。智力具有不同的特征，这些特征有利于达到相关的目的或完成同类的任务，如音乐智力强的人，适合与音乐相关的工作或具有这类的业余爱好。加德纳将体能作为智力的一个类型，这种智能主要是指人调节身体运动及用巧妙的双手改变物体的技能。表现为能够较好地控制自己的身体，对事件能够做出恰当的身体反应以及善于利用身体语言来表达自己的思想。他以大量事实证明了体能相对于其他智能的独特性。对智能研究来说，将体能作为一类智力则在另一个侧面说明了本能与显性认知、人体非认知部分与认知部分共同成为智能构成的要素。

智力分类研究为智能研究至少在四个方面给出了明确的启示：一是智能可以从不同的维度给予解释，斯滕伯格的心理能力、比奈的复杂问题判断能力、斯皮尔曼的信息过程模式以及加德纳的划分法，为理解智能的本质提供了合理的窗口。二是智能是由遗传和发育形成的以脑为核心的中枢神经系统功能和人在实践中认知功能发展合在一起形成的。三是智力分类研究打开了智能任务具有不同特征的认知窗口，面向智力特征进行培训和根据任务的智力需求部署资源成为智能应用的一个基点。四是智能的本质尚未触及，加德纳自己遗憾地说，如果他还有第二、第三个人生，他将重新研究智能的定义和本质。