语言在形成“相同”与“不同”概念中的作用

《Cognition》：The role of language in forming the concepts same and different

　　阿普尔瓦·希瓦拉姆|邵如雪|苏珊·J·赫斯波斯|德德雷·根特纳
美国伊利诺伊州埃文斯顿市西北大学心理学系，邮编60208

摘要
关系能力——即比较情境或想法并发现共同关系的能力——是我们进行高阶认知的关键。关系匹配样本任务（Relational-Match-to-Sample task, RMTS）是评估关系能力的金标准，然而最近的研究报告关于这种能力何时以及如何出现存在分歧。在这项研究中，我们关注一个儿童没有接受任何培训或反馈的版本，并探讨是否掌握“相同”和“不同”这些关系概念是成功的关键。我们进行了两项实验，发现4岁的儿童在三种基于垂直轴的RMTS条件下能够完成任务（N = 79；39名女孩，40名男孩；52%为白人；Wilcoxon's r ≥ 0.48），以及一种基于水平轴的条件下也能完成任务（N = 31；15名女孩，16名男孩；73%为白人；Wilcoxon's r = 0.62）。在两项实验中，使用关系语言解释自己选择的儿童在RMTS任务中的表现更好。我们得出结论，掌握“相同”/“不同”的概念是成功的关键，而使用关系语言来解释自己的表现比年龄更能预示这种概念的掌握情况。

引言
人类智能的一个重要组成部分是我们感知物体、事件或想法之间关系的能力，并将这些关系应用到新情境中。我们每天都在使用这种能力。例如，通过在手机地图上的图像与现实中的地标和街道进行mental alignment（即心理上的对齐）来导航新的城市。关系能力是有效学习的基础，尤其是在数学和科学领域（例如，Green等人，2017年；Jee等人，2013年；Mix等人，2024年）。因此，明确关系能力是如何产生和发展的，对于理解为什么有些孩子比其他孩子更容易学习，以及如何最好地支持所有孩子的这种能力至关重要。
为了研究关系能力的核心，我们关注“相同”和“不同”这两种关系——它们是关系匹配的基本构建块。这些关系对于概念形成和日常推理都是至关重要的，对年幼的儿童和非人类动物来说都是可以感知到的，并且已经被广泛研究，提供了进行系统发育和个体发育比较的可能性（例如，Christie & Gentner, 2014年；Hochmann等人，2017年；Wasserman & Young, 2010年）。评估关系能力的金标准是由Premack（1983年）开发的关系匹配样本任务（RMTS）（给定AA，选择XX而不是YZ；给定BC，选择YZ而不是XX）。这项任务已被广泛用于发展性研究（Carstensen等人，2019年；Christie & Gentner, 2014年；Hochmann等人，2017年；Kroupin & Carey, 2022年；Walker等人，2016年；Walker & Gopnik, 2014年）和跨物种研究（Fagot & Thompson, 2011年；Flemming等人，2007年；Premack, 1983年；Thompson等人，1997年；Wasserman & Young, 2010年）。
在Premack（1983年）的开创性论文中，他提出了RMTS作为关系能力的真正测试，将其与其他两种检测相同性和差异性的任务区分开来。第一种也是最简单的任务是匹配样本任务（Match-To-Sample task, MTS）（给定A，选择A而不是B）。这个任务只需要检测物体之间的完全匹配；许多物种，包括鸽子、猕猴、蜜蜂和狒狒（Fagot & Thompson, 2011年；Flemming等人，2007年；Thompson等人，1997年；Wasserman & Young, 2010年；Zentall等人，2018年）以及10个月大的婴儿（Hochmann等人，2016年）都能完成。第二种任务是“相同/不同”任务。在这个任务中，参与者首先接受培训并获得反馈，将一组刺激物分类为相同和不同的对（即为AA、BB等做出一种反应，为AB、CD等做出另一种反应）。如果参与者在掌握了训练集后能够正确分类新的对（例如，XX、YZ等），则认为他们通过了“相同/不同”任务。MTS和“相同/不同”任务都涉及训练。然而，“相同/不同”任务比MTS任务更难，只有少数物种能够成功学习。例如，鸽子可以完成MTS任务，但无法完成包含两个项目的“相同/不同”任务（Wasserman & Young, 2010年）。MTS任务的成功可以通过检测物体匹配（X与X）来实现，而“相同/不同”任务的成功则需要能够表示“相同”（XX）和“不同”（YZ）的关系。Premack（1983年）认为，形成和使用关系表示的能力的差异解释了为什么只有少数物种能在“相同/不同”任务中成功。
第三种测试，即RMTS任务，是由Premack设计的，旨在真正测试识别和匹配相同和不同关系的能力。它在参与者掌握了“相同-不同”任务之后进行；其理念是，如果参与者能够流畅地将新的物品对编码为相同或不同，那么他们就能通过RMTS任务。它非常适合发展性和跨物种比较，因为它不需要专门的内容知识——只需要能够编码和匹配相同和不同关系。Premack假设，拥有表示“相同”和“不同”的符号对于通过这项任务至关重要——这一观点与许多关于关系语言在关系认知中作用的研究结果一致（例如，Gentner, 2016年；Loewenstein & Gentner, 2005年；Yuan等人，2024年）。由于RMTS作为关系能力指标的重要性，它已被广泛应用于多项近期的发展研究中。这些研究考虑了影响儿童在此任务中表现的多种因素，包括预先训练儿童将图形标记为相同或不同（Christie & Gentner, 2014年）、在一系列匹配任务中进行预训练（Kroupin & Carey, 2022年，实验2）、将RMTS嵌入到因果“相同-不同”任务中（Carstensen等人，2019年；Walker等人，2016年；Walker & Gopnik, 2014年），以及在RMTS任务期间进行训练和/或提供反馈（Hochmann等人，2017年）。也有证据表明文化和语言因素会影响表现（Carstensen等人，2019年；Murphy等人，2021年）。这些关于RMTS的研究提供了关于儿童如何获得关系理解的重要信息。然而，我们感兴趣的是儿童在纯粹的、无支持的RMTS中的表现。这很重要，因为真正的关系能力要求儿童能够自发地注意到并回应现实世界中的关系。我们认为，为了实现这一点，儿童需要存储可以在不同情境中访问和使用的“相同”和“不同”的表示。Christie和Gentner（2014年，实验1）提供了一个关于儿童在无支持的RMTS中表现的初步答案，他们对2.5岁、3.5岁和4.5岁的儿童进行了只有“相同”标准的RMTS任务。在所有八次尝试中，儿童看到一个表示相同关系的标准（例如，两个正方形），随后是两个选择项——一个代表相同，一个代表不同。任务之前没有训练，过程中也没有提供任何反馈。结果显示4.5岁的儿童成功完成了任务，而2.5岁和3.5岁的儿童则没有——这表明儿童在4.5岁时已经能够通过只有“相同”标准的RMTS。然而，这些结果并不能告诉我们儿童在包含相同和不同标准的完整RMTS中的表现如何。
两项同时使用相同和不同标准的研究得出了略有不同的结果。Kroupin和Carey（2022年，实验1）让儿童进行了八次纯粹的RMTS任务（即没有任何预训练或反馈），其中一半的尝试使用相同标准，另一半使用不同标准。他们发现4.5岁的儿童的表现低于随机水平。Kroupin和Carey（2022年）没有包括年龄较大的儿童，但在一项相关研究中，Hochmann等人（2017年，实验S1，附录A）对3岁、4岁、5岁和6岁的儿童进行了包含四个相同和四个不同标准的测试，并在每次测试后提供纠正性反馈。5岁和6岁的儿童成功了，而4岁及以下的儿童则没有。在另一项实验中，Hochmann等人（2017年，实验2）让4岁和5岁的儿童进行了完整的RMTS任务（四个相同测试和四个不同测试），并在测试前进行了八次预训练。成功的平均年龄是5.5岁；同样，4岁儿童的表现处于随机水平。鉴于Hochmann等人（2017年）的研究为RMTS任务提供了支持（无论是预训练还是反馈），这种差异令人惊讶。
这种差异的一个可能原因是Christie和Gentner（2014年）的研究仅包含了相同测试，而其他研究使用了相同和不同测试。正如Hochmann等人（2017年，第22页）指出的，只使用相同测试的成功“可以通过学习一个规则‘选择相同’来实现……”。因此，在实验1中，我们扩展了Christie和Gentner（2014年）的研究方法，测试了三种被试条件：八个相同测试、八个不同测试，以及四个相同加上四个不同测试。
这项研究的第二个动机是关注“相同-不同”语言的作用。我们探讨了掌握“相同”和“不同”这些关系概念是否是RMTS任务成功的预测因素。为了评估对“相同”和“不同”的理解，我们采用了Hochmann等人（2017年）使用的技术。在RMTS的最后两次测试中，我们要求儿童解释他们的选择。那些在解释中使用“相同”和/或“不同”概念的儿童被认为掌握了相应的概念。这些操作将澄清4岁的儿童是否具有检测和匹配相同和不同关系的能力，以及这种能力是否与相应语言术语的掌握或年龄有关。

实验片段
实验1
本实验的目的是考察（1）儿童在没有任何培训或反馈的情况下，是否能够在显示相同和不同关系的标准下完成RMTS任务；（2）用“相同”和“不同”来解释答案是否能预测RMTS的成功。我们测试了三种条件：只有相同标准、只有不同标准，以及同时包含相同和不同标准的完整测试。实验1和2的设计和分析都不是预先注册的。

实验2
实验2的目的是调查学龄前儿童在水平排列的刺激物和更多测试条件下是否能够完成RMTS任务。实验2与包含相同和不同标准的实验1条件相同。有两个变化：首先，我们修改了材料，使每张卡片内的形状沿着水平轴对齐而不是垂直轴。其次，我们进行了16次测试。

总体讨论
这两项实验的结果清楚地表明，4岁的儿童能够在纯粹的RMTS任务中成功——也就是说，在没有培训或反馈的情况下完成RMTS。这些实验还表明，在解释过程中使用“相同/不同”的语言可以预测任务的成功。我们认为，掌握“相同”和“不同”这些关系概念在RMTS中的成功起着关键作用。
该领域的先前研究也支持这一观点（Hochmann等人，2017年）。

作者贡献声明
阿普尔瓦·希瓦拉姆：写作——审阅与编辑、撰写原始稿件、可视化、验证、软件、资源、项目管理、方法论、调查、数据分析、概念化。
邵如雪：写作——审阅与编辑、资源、项目管理、方法论、调查、数据分析、概念化。
苏珊·J·赫斯波斯：写作——审阅与编辑、监督、方法论、资金获取、概念化。
德德雷·根特纳：写作——写作、资金获取。

这项研究得到了美国国家科学基金会（National Science Foundation）的资助 [BCS-1423917, BCS-1729720]（授予Susan J. Hespos和Dedre Gentner），NSF SLC基金 [SBE-0541957]（授予空间智能与学习中心（Spatial Intelligence and Learning Center, SILC）），以及海军研究办公室（Office of Naval Research）的资助 [N00014-16-1-2613]（授予Dedre Gentner）。所表达的观点仅代表作者本人，并不一定代表国家科学基金会或海军研究办公室的观点。

利益冲突声明
作者没有需要披露的利益冲突。

致谢
我们感谢那些同意让他们的孩子参与这项研究的看护者。我们感谢西北大学婴儿认知实验室和认知与语言实验室的成员们对数据收集工作所提供的见解和帮助。特别要感谢Nina Simms对本论文早期版本提出的宝贵意见。