理论知识对相似性判断的影响：来自眼动的证据*

孙红梅 阴国恩

（天津中医药大学管理学院，天津 300073） （天津师范大学心理与行为研究院，天津 300074）

理论知识对相似性判断的影响：来自眼动的证据*

孙红梅 阴国恩

（天津中医药大学管理学院，天津 300073） （天津师范大学心理与行为研究院，天津 300074）

以大学生为被试，植物孢子图片为实验材料，采用2（材料关系类型:知觉相似vs概念相似）×2（学习条件:无理论知识条件vs有理论知识条件）的混合设计，通过眼动追踪技术探讨理论知识对相似性判断的作用机制。结果发现：理论知识改变了相似性判断等级，增加了对不同类型材料进行相似性判断的注视时间比率和注视次数比率，但并没有影响首次注视时间比率和凝视时间比率。在理论知识条件下进行相似性判断时人们更少地依赖于对情境的注视。这些结果表明理论知识影响相似性判断过程中注意在时间维度上的分配，而且理论知识对相似性判断的影响可能是在加工后期起作用的。

相似性判断，理论知识，眼动。

1 问题提出

Goldstone，Medin和Halberstadt（1997）指出，相似性判断对于许多认知活动都是非常重要的，无论是问题解决、分类任务还是记忆提取 （蔡晨,曲可佳,张华,张奇,2016;阴国恩,杨文,肖艳丽,王正光,2013）。在相似性研究领域，研究者关注较多的是相似性加工的机制问题，虽然目前已经取得了一定的进展，但还存在着争议：一种观点认为，相似性主要是基于刺激表面属性的知觉相似 （Sloutsky &Fisher,2012;Deng&Sloutsky,2013）；另一种观点认为，相似性是基于共同关系或结构的概念相似，两个刺激之间有共同的概念关系比共同的表面属性更重要 （Yamauchi&Markman,2000a;Rehder,Colner,&Hoffman,2009）。

近年来，为了获得相似性加工的知觉因素和概念因素的证据，大多数研究主要通过理论知识构建刺激之间的关系来探讨知识优先还是知觉优先，所谓理论知识是指样例之间、特征之间或概念之间的关系。例如将言语标签作为理论知识建立事物之间的关系，每组包括一个靶刺激和两个比较刺激，其中一个比较刺激与靶刺激在知觉上相似但言语标签不同，另一比较刺激与靶刺激知觉上不相似但有相同的言语标签，要求被试分别判断这两组刺激的相似性 （Noles&Gelman,2012,Yamauchi&Markman,2000a）。Sloutsky和Fisher（2012）认为言语标签会影响儿童的相似性判断，而且相同的言语标签相当于事物又多了一个相同的特征，增加了事物之间的知觉相似性。Yu，Yamauchi和Schumacher（2008）以成人为被试，发现具有相同的真实情境标签的刺激被判断为更相似，而字母标签对相似性则没有影响，表明真实情境标签可能激发成人的先前知识从而建立起刺激间的概念关系。此外，一些研究还以个体经验或直接给予类别信息作为理论知识。例如，Medin，Lynch，Coley和Atran（1997）研究表明林学家倾向于以植物分类学的种属关系对树进行相似性加工，而园艺工人更多考虑外观特征，这可能归因于他们不同的知识背景。Vandierendonck和Rossel（2000）考察了在不同水平上操纵先前知识对相似性判断的影响，发现先前理论知识通过改变刺激维度的凸显度而引起相似性知觉的变化。

综上，以往研究对相似性加工的机制产生结论分歧的原因可能在于：一是很难控制理论知识能否被个体所识别，研究者使用的大多是被试熟悉的材料，理论知识是否被激发很难判定；二是个体掌握理论知识程度的差异，如标签范式只是让被试对具有标签的刺激进行相似性判断，而对被试理解标签含义的程度没有测量，但由于被试的经验不同，对标签激发的刺激之间关系的理解可能不同 （如成人与儿童），从而导致不一致的研究结果。因此，本研究将采用被试不熟悉的刺激以控制以往经验，并设计关于刺激之间联系的虚构知识，即理论知识，通过控制对理论知识的掌握程度考察相似性加工的依据，对以往的理论之争提出一种解决的途径。

此外，以往研究主要是从认知结果探讨理论知识对相似性加工的影响，对而对认知过程没有给与充分地说明，因此本研究将采用眼动技术考察理论知识对相似性判断影响的认知加工过程。已有研究证明眼动技术是研究即时注意的有效方法 （Grant& Spivey,2003;Griffin&Bock,2000;Rehde&Hoffman,2005），注意的变化立即跟随着相对应的眼动，而且近年来已成功应用到分类研究的选择性注意中（Blair,Watson,&Meier,2009;Best,Yim,&Sloutsky,2013;Sloutsky,2015）。以往研究表明，知识对分类的影响与选择性注意有关，知识会使个体的注意转向与知识相关联的特征上 （Murphy&Allopenna,1994;Wisniewski,1995），例如，如果类别的某些特征能够与共同的主题相联系，那么语义知识可能直接把注意导向相关特征 （Kaplan&Murphy, 2000）。基于此，本研究认为，理论知识可能影响相似性判断过程中注意在时间维度上的分配，而且作用时段可能出现在认知加工的相对后期。

2 研究方法

2.1 被试

随机选取本科生26人，男女各半，年龄范围在19-22岁之间。所有被试没有参加过类似实验，对实验中的材料均不熟悉。

2.2 实验材料

实验材料为120张植物孢子的图片，这些孢子均为自然界中的同类物种，这样使得被试的反应会更加自然化。其中穴状纹饰、刺状纹饰、瘤状纹饰各40张 （分别如图1中的A、B、C）。穴状纹饰孢子与瘤状纹饰孢子外观相似度高，而刺状纹饰孢子与瘤状纹饰孢子外观相似度低。当对刺激材料引入理论知识后，刺状纹饰孢子与瘤状纹饰孢子之间的内在联系加强，穴状纹饰孢子与瘤状纹饰孢子之间的联系程度很低。这120张图片组成40组，每组由1张刺状纹饰、1张穴状纹饰和1张瘤状纹饰构成，3张图片呈倒 “品”字型 （如图1所示）。每张图片的尺寸大约为7cm×7cm，均采用黑白图像形式呈现。当对C与A的相似性进行判断时，个体可能会参考B的特征最后做出决策，那么将B称为情境，同理，当对C与B的相似性进行判断时，A就成为了情境。此外，在理论知识条件下被试还要学习关于植物孢子的理论知识： “植物学家最新发现了多种蕨类植物的孢子，这些孢子中如果在生长初期表面呈瘤状突起，生长一周后会变为刺状突起，外形也会随之变化；如果生长初期表面呈穴状纹饰的孢子生长一周后穴状纹饰趋于平滑，但外形则基本不变。”该理论知识是虚构的，因此所有的被试都没有关于这些理论知识的经验。

2.3 实验设计

实验采用2（材料关系类型:知觉相似vs概念相似）×2（学习条件:无理论知识条件vs有理论知识条件）的混合设计，其中材料关系类型为被试内变量，分为知觉相似和概念相似两个水平，前者指两个孢子之间外观相似但理论知识联系低，如图1中A和C之间的关系；后者指两个孢子理论知识联系高但外观不相似，如图1中B和C之间的关系。学习条件为被试间变量，分为无理论知识条件和理论知识条件。

图1 实验材料举例

2.4 实验仪器

采用 SR Research EyeLink 2000型眼动仪记录被试在不同学习条件下判断相似性时的眼动轨迹。该仪器的采样频率为每秒1000次。实验材料在19寸纯平显示器上呈现，刷新频率为150Hz，分辨率为1024像素×768像素，刺激图片大小为260像素× 265像素。实验过程中只记录被试右眼的眼动轨迹。

2.5 实验程序

实验分为无理论知识条件和理论知识条件。

2.5.1 无理论知识条件

在实验前首先向被试说明实验内容和反应方式，然后让被试坐在距离显示器75cm处，戴好眼动头架并进行九点校准。校准后，被试首先通过手柄进行按键练习，手柄上的不同按键分别对应着相似性判断的七个等级，屏幕上会随机出现数字1-7，被试要在手柄上对应的键进行反应，直到连续两轮按键达到全部正确后再进行正式实验。在进行正式实验时，首先在屏幕中间呈现一个红色的“十”字注视点，呈现时间为1000ms；注视点消失后呈现相似性判断界面，屏幕上方左右并排呈现两张图片A和B，屏幕中央注视点位置呈现图片C，三张图片呈倒 “品”字型，图片下方呈现被试要判断的任务 （如图2），要求被试根据手柄上的按键进行判断反应。相似性程度为七个等级， “1”为相似程度最低， “7”代表相似程度最高，各等级间距离相等。按键后自动呈现下一个判断界面，该界面与图2相同，只是要求判断C与B的相似性。然后进行下一组图的判断。实验的40组图片随机呈现，被试需要做80次判断任务。整个实验中被试判断的时间不做限定。为了避免顺序误差，实验中一半任务是先判断知觉相似的刺激，再判断概念相似的刺激。另一半顺序正好相反。

2.5.2 理论知识条件

在理论知识条件下首先让被试通过幻灯片学习理论知识，学习时间不限，直到被试自称掌握后再进行 “理论知识掌握测验”，回答全部正确即进行下一步的相似性判断任务，程序与无理论知识条件相同。

2.6 数据分析

图2 实验任务举例

数据采用SPSS16.0进行统计。以每个图片作为一个兴趣区，共划分了3个兴趣区 （刺状孢子图片、穴状孢子图片和瘤状孢子图片）。分析的眼动指标主要有： （1）各兴趣区的注视时间比率 （各兴趣区的注视时间除以总注视时间）； （2）各兴趣区的注视次数比率 （各兴趣区的注视次数除以总注视次数）。 （3）各兴趣区的凝视时间比率 （各兴趣区的凝视时间除以总注视时间）。 （4）各兴趣区的首次注视时间比率 （各兴趣区的首次注视时间除以总注视时间）。 （5）情境兴趣区的忽视试次数 （对情境兴趣区没有注视点的试次数量,情境兴趣区是指在三张图片中不要求进行相似性判断的那张图片）。行为指标主要分析不同学习条件下进行相似性判断的等级和反应时间。

3 结果与分析

3.1 不同学习条件下进行相似性判断的行为数据结果

表1呈现了被试进行相似性判断的行为数据结果。

表1 无理论知识条件和理论知识条件的行为数据 （M±SD）

对相似性判断等级进行方差分析表明：学习条件主效应不显著，F（1,24）=1.012，p＞0.05；材料关系类型的主效应不显著，F（1,24）=0.115，p＞0.05；学习条件与材料关系类型的交互作用显著，F（1,24）=21.634，p＜0.001。进一步简单效应分析表明，在无理论知识条件下，知觉相似材料的相似性判断等级显著高于概念相似材料，而在理论知识条件下正好相反。对反应时进行方差分析表明，学习条件主效应不显著，F（1,24）=1.305，p＞0.05；材料关系类型的主效应不显著，F（1,24）=0.755，p＞0.05；学习条件与材料关系类型的交互作用也不显著，F（1,24）=3.831，p＞0.05。

3.2 对知觉相似或概念相似的两个刺激的注视情况

被试在无理论知识条件和理论知识条件下进行相似性判断时，对知觉相似或概念相似的两个刺激的注视情况见表2。具体指标包括：整体分析 （注视时间比率和注视次数比率）和局部分析 （首次注视时间比率和凝视时间比率）。

表2 对知觉相似或概念相似的两个刺激的眼动指标

对注视时间比率进行方差分析表明：学习条件的主效应显著，F（1,24）=9.315，p＜0.001，理论知识条件下相似性判断的注视时间比率显著高于无理论知识条件；材料关系类型的主效应显著，F（1,24）= 50.164，p＜0.001，概念相似的材料的注视时间比率显著高于知觉相似的材料。学习条件与材料关系类型的交互作用不显著，F（1,24）=0.188，p＞0.05。

对注视次数比率进行方差分析表明：学习条件的主效应显著，F（1,24）=8.002，p＜0.01，理论知识条件下相似性判断的注视次数比率显著高于无理论知识条件；材料关系类型的主效应不显著，F（1,24）=0.853，p＞0.05，学习条件与材料关系类型的交互作用也不显著，F（1,24）=0.066，p＞0.05。

对首次注视时间比率进行方差分析表明：学习条件的主效应不显著，F（1,24）=0.021，p＞0.05；材料关系类型的主效应不显著，F（1,24）=0.077，p＞0.05；学习条件与材料关系类型的交互作用不显著，F（1,24）=0.290，p＞0.05。

对凝视时间比率进行方差分析表明：学习条件的主效应不显著，F（1,24）=1.075，p＞0.05；材料关系类型的主效应显著，F（1,24）=4.908，p＜0.05，概念相似的材料的凝视时间显著高于知觉相似的材料；学习条件与材料关系类型的交互作用不显著，F（1,24）=0.164，p＞0.05。

3.3 有无理论知识条件下对情境兴趣区的注视情况

对不同类型材料进行相似性判断时情境的眼动情况见表3，具体指标包括：对情境兴趣区的注视次数比率、注视时间比率、首次注视时间比率、凝视时间比率以及忽视试次数。

表3 对不同类型材料进行相似性判断判断时情境的眼动分析

方差分析表明，各眼动指标在学习条件的主效应均显著，分别为F（1,24）=6.350，F（1,24）=7.348，F（1,24）=10.604，F（1,24）=5.926，F（1,24）=8.389。对学习条件进行事后检验表明：无理论知识条件下对情境的注视次数比率、注视时间比率、首次注视时间比率、凝视时间比率显著高于理论知识条件，但理论知识条件下对情境的忽视试次数显著高于无理论知识条件。在材料关系类型上的主效应都不显著，分别为F（1,24）=0.064，F（1,24）=0.234，F（1,24）=0.054，F（1,24）= 0.310，F（1,24）=1.076；学习条件与材料关系类型的交互作用也不显著，分别为F（1,24）=1.236，F（1,24）=0.004，F（1,24）=0.835，F（1,24）= 1.176，F（1,24）=0.387。

4 讨论

4.1 理论知识对相似性判断等级的影响

研究结果表明，在无理论知识条件下，知觉相似材料的相似性判断等级显著高于概念相似的材料，而在理论知识条件下正好相反。这表明理论知识能够改变相似性判断，无理论知识的人们主要以客体的表面知觉信息进行相似性判断，而掌握理论知识的个体主要以掌握的理论知识进行相似性判断，被试在面对材料的表面知觉和理论知识相互竞争的情况下选择了以理论知识为依据进行判断。这暗示着两个事物具有匹配的理论知识比具有匹配的知觉特征更重要。

4.2 理论知识影响相似性判断过程中注意在时间维度上的分配

行为数据结果表明在无理论知识条件和理论知识条件下做出相似性判断的反应时间不存在显著性差异，那么理论知识是否会影响认知过程中的加工时间分配呢？通过眼动数据进一步分析发现，两种刺激材料 （知觉相似或概念相似）在理论知识条件下的注视时间比率和注视次数比率都显著高于无理论知识条件。

个体的注意一般会选择对加工客体具有较大贡献的特征，在理论知识条件被试能够克服知觉相似的竞争而注意事物之间的内在联系，对具有内在联系或区别的特征进行了更深刻的加工。实验中没有学习理论知识的个体根据材料的表面知觉进行浅层次加工，这种加工是采用刺激-驱动注意方式进行判断的；掌握知识的个体不再是简单的刺激-驱动注意 （Corbetta&Shulman,2002），而是转换为目标-驱动注意，进行相似性判断时更注重特征之间的联系，深层结构的加工权重要大于表面属性的加工，从而使被试对材料特征的表面相似性的关注发生了转移，这种深层次加工将知识由命题形式转换成事物感知特征之间的联系，认知加工负荷较大，所分配的注意资源也会更多，因此在总加工时间中占的比例更大。本研究拓展了相似性判断以理论为基础的解释，理论知识增加了具有内在联系特征的注意权重，这与以往的研究结论相一致 （Kaplan &Murphy,2000）。

4.3 理论知识作用于相似性判断的加工时段

通过对注视时间比率和注视次数比率的分析已经证实理论知识能够影响相似性判断的注意权重，但是理论知识到底是在早期加工中起作用还是相对后期加工中起作用呢？本研究又对相似性判断的首次注视时间比率和凝视时间比率进行了分析。首次注视时间和凝视时间被认为是早期认知加工指标（闫国利,熊建萍,臧传丽,2013）。首次注视时间比率说明在早期加工中的最初始阶段注意在时间维度上的分配，凝视时间比率则说明早期知觉阶段在认知加工中所占的比重，凝视时间比率越大，表明知觉在相似性判断加工中越重要。本研究发现无理论知识条件和理论知识条件下，首次注视时间比率和凝视时间比率都没有显著差异，表明理论知识对相似性判断的影响并不是出现在早期加工，那么可以推测理论知识的作用主要体现在相对后期的加工过程。

4.4 从情境的注视情况分析理论知识对相似性判断的影响

本研究发现，无理论知识条件下对情境的注视时间比率、注视次数比率显著高于理论知识条件，这表明无理论知识的个体对情境的注意在时间维度上的分配更大，在进行相似性判断时可能更多的在进行与情境的比较，从而确定进行相似性判断的事物特征以及比较的心理标准；而掌握了理论知识的个体则与情境进行比较的较少，可能直接通过理论知识确立进行相似性判断的关键特征。而且从对情境的忽视试次数来看，理论知识条件显著高于无理论知识条件，这更加说明掌握理论知识的被试大多数情况下能够直接通过知识的运用来完成相似性任务，从而更少地依赖甚至完全忽视情境。研究还发现无理论知识条件下对情境的首次注视时间比率和凝视时间比率显著高于理论知识条件，这说明在理论知识条件下分配到情境的早期加工上的比例较小。

5 结论

本研究得到如下结论： （1）理论知识能够对相似性判断产生影响，当知觉相似性和概念相似性同时作用于相似性判断任务时，人们一般根据概念相似性进行决策，这表明相似性加工是以深层相似优先的。 （2）眼动数据表明理论知识影响了相似性判断过程中的注意在时间维度上的分配，而且这种影响主要体现在加工的相对后期。

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TheEffectofTheoreticalKnowledgeontheSimilarityJudgment：EvidencefromEyeTracking

Sun Hongmei,Yin Guo′en
(School of Management,Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin,300073;Academy of Psychology and Behavior,Tianjin Normal University,Tianjin 300074)

The college students have participated in the current study.The study used the plant spore pictures as the experimental materials,applied the mixed design of 2(material relationship:perceived similarity and knowledge similarity)×2(learning condition:non-theoretical knowledge and theoretical knowledge),and explored the action mechanism of the effect of theoretical knowledge on the similarity judgment by the eye tracking method.The results demonstrated that,the theoretical knowledge can impact on the grade of similarity judgment，the rate of total dwell time and the rate of fixation times of similarity judgment were increased in theoretical knowledge condition,and the number of skipping trials of context was increased in this condition,but the first fixation duration rate and the gaze duration rate weren′t influenced.These findings suggest that theoretical knowledge affected the distribution of attention in the time dimension.Moreover,the influence of theoretical knowledge is in the post processing of similarity judgment.

similarity judgment,theoretical knowledge,eye tracking.

B842.5

2016-3-8

天津市哲学社会科学研究规划项目 （TJJX16-021）。

孙红梅，E-mail：shm1029@126.com。