《Acta Psychologica》：Can object exploration or explanation-generation facilitate innovative problem-solving in 5–7-year-olds?
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本研究聚焦于5-7岁儿童在独立解决物理问题（如钩子任务和水位移任务）时面临的创新工具使用困难。研究人员通过设置探索（Explore）、解释（Explain）和基线（Baseline）三种条件，检验了鼓励儿童探索任务材料或生成解释是否能促进其创新性问题解决。结果表明，与基线条件相比，两种干预措施均未显著提高任务成功率、缩短成功时间或增加功能性物品的首选使用率。然而，探索性分析揭示，成功的儿童在任务中表现出更多的工具生成与修改行为以及认知性言语。这项研究强调了自我导向的探索和任务参与，而非外部提示的努力，是支持问题解决成功的关键，为理解儿童创新问题解决的认知过程提供了新视角。
在儿童的成长过程中，能够独立地创新解决方案以应对物理世界中的挑战是一项至关重要的能力。无论是使用工具获取够不着的物品，还是想办法解决日常生活中的小难题，这种创新性问题解决（innovative problem-solving）技能都扮演着核心角色。然而，发展心理学研究揭示了一个有趣的现象：尽管年幼儿童在工具使用（tool use，即选择和使用现有工具）方面表现尚可，但他们在工具创新（tool innovation，即独立创造新工具）方面却存在显著困难。例如，在经典的“钩子任务（hook task）”中，儿童需要将一根普通的 pipe cleaner（一种可弯曲的毛根条）弯成钩子形状，才能从透明垂直管中取出奖励物。研究发现，直到大约8岁左右，儿童才能稳定地独立完成这类创新任务，而更年幼的儿童成功率则很低。这种现象引发了研究者的深入思考：究竟是什么因素制约了5-7岁儿童的创新性问题解决能力？
以往的研究提出了几种可能的解释。一种观点认为，儿童可能缺乏足够的因果推理（causal reasoning）能力，即难以理解自己的动作如何导致特定的结果。另一种观点指出，儿童可能未能充分认识到任务材料所具备的“可供性”（affordances），即物体潜在的功能属性。例如，在钩子任务中，儿童可能没有意识到pipe cleaner可以被弯曲并保持钩状这一关键特性。此外，计划能力（planning skills）的不足也可能是一个限制因素。为了探索提升儿童创新表现的可能途径，来自英国约克圣约翰大学（York St John University）的研究团队Darcy Neilson、Nicola Cutting和Emma C. Tecwyn在《Acta Psychologica》上发表了一项研究，他们检验了两种简单的干预措施——鼓励儿童探索任务材料或鼓励他们生成解释——是否能够促进5-7岁儿童的创新性问题解决。
为了回答这个问题，研究人员设计了一项预先注册的研究。他们招募了83名5岁4个月至7岁9个月的儿童，并将他们随机分配到三种实验条件之一：探索条件（Explore）、解释条件（Explain）和基线条件（Baseline）。每个儿童需要完成两个经典的创新性问题解决任务：钩子任务和水位移任务（water-displacement task，类似于“乌鸦喝水”的寓言情境，需要投入重物使水位上升以获取奖励）。在研究开始前的一分钟“预测试”阶段，各条件的孩子接受不同的指导：探索组被鼓励自由玩要任务材料（如pipe cleaner和绳子，或重球和轻球），以发现它们如何用于解决问题；解释组被要求思考并说出他们打算如何使用这些材料；基线组则完成一个与问题解决无关的整理物品任务，以确保时间匹配。在随后长达5分钟的主要测试阶段，实验者会根据条件给予不同的言语提示。在解释条件下，实验者会使用“解释性提示”（explain-prompts，如“当你这样做时，为什么会发生那样的情况？”），而在探索和基线条件下，则使用中性的“报告性提示”（report-prompts，如“当你这样做时，发生了什么？”），以匹配互动水平。研究人员主要记录了儿童是否成功解决问题（成功率）、首先将哪种类型的物品（功能性的还是非功能性的）放入管子、以及成功所需的时间（潜伏期）。此外，他们还对儿童在任务过程中的行为（如操作材料的方式）和言语表达进行了细致的编码和分析，以期获得超越简单“成功/失败”二分法的、更深入的理解。
本研究主要采用了行为观察和编码分析的方法。关键实验技术包括：1. 创新性问题解决任务范式：主要包括钩子任务和水位移任务，用于评估儿童的创新工具使用和制作能力。2. 行为编码：使用行为观察研究交互软件（BORIS）对儿童在预测试和测试阶段的行为（如物体操作、工具生成、工具修改等）进行系统编码和分析。3. 言语分析：对儿童在任务过程中产生的言语进行转录和分类编码，例如分为认知性言语、元认知性言语、因果解释等类别。4. 实验操纵：通过设置不同的实验条件（探索、解释、基线）和匹配的言语提示，检验不同干预措施的效果。研究样本来自英国西约克郡三所小学的83名5-7岁儿童。
研究结果
1. 主要确认性分析：干预条件无显著影响
针对主要假设的统计分析显示，无论是鼓励探索还是鼓励解释，都与基线条件没有显著差异。具体而言：
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任务成功率：在钩子任务中，总体成功率为48.2%，水位移任务为59.0%。逻辑回归分析表明，实验条件、年龄以及条件与年龄的交互作用，均不能显著预测儿童在任一任务上的成功与否。
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首次插入物品：在钩子任务中，年龄是预测儿童首次选择功能性物品（pipe cleaner）的唯一显著因素，年龄越大，选择功能性物品的几率越高。但在水位移任务中，条件或年龄均无显著预测作用。值得注意的是，在钩子任务中，探索组的儿童表现出更高比例的首选功能性物品插入的趋势（75%），但这一趋势未达到统计学显著性。
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成功潜伏期：对于成功完成任务的儿童，其成功所需的时间在不同条件之间也没有显著差异。
这些核心结果表明，在本研究采用的特定操作下（即1分钟的预任务探索/解释活动以及测试期间的特定提示），鼓励物体探索或生成解释并未能有效促进5-7岁儿童在这两项创新性问题解决任务中的表现。后续的贝叶斯分析为这种“无效应”的发现提供了适度的支持证据。
2. 探索性分析：成功儿童的行为模式
尽管实验操纵本身没有产生整体效应，但深入的行为分析揭示了成功解决问题儿童的一些共同特点，这些特点超越了实验条件的限制：
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工具生成与修改：在钩子任务中，成功的儿童花费在主动创造工具（主要是弯制钩子）和后续修改、优化工具形状上的时间比例，显著高于未成功的儿童。这表明迭代性的、精细的工具调整是成功的关键行为之一。
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目标导向的探索：在钩子任务中，成功的儿童更倾向于进行“扭转”操作（试图钩住目标物），这是一种更具目标导向性的策略；而未成功的儿童则花费更多时间在无目的的“快速晃动”材料上。这表明成功的探索是专注且有策略的，而非随机的试错。
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认知性言语的作用：在钩子任务中，成功的儿童在测试过程中产生了显著更高比例的“认知性言语”（cognitive speech），即那些涉及计划、策略和想法生成的语句（例如，“也许我试试这一端会有效”）。这表明言语化的思考和计划过程可能与成功的问题解决相关。
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提示频率与成功：分析还发现，在测试阶段接收到实验者更多提示（每分钟提示次数）的儿童，其成功的几率也更高。然而，由于提示是根据儿童的行为触发的，这种相关更可能反映了儿童的任务参与度更高（因而引发更多提示），而非提示本身直接导致成功。
3. 任务间关系
分析显示，儿童在一个任务上的成功并不能显著预测其在另一个任务上的成功，仅有32%的儿童同时解决了两个任务。这暗示解决这两种类型的创新问题可能涉及不完全相同的认知技能或策略。
研究结论与意义
这项研究得出了一个明确的主要结论：在本研究设定的参数下（短暂的、相对非结构化的预任务活动和特定的言语提示），外部提示的探索或解释生成努力，并未能有效提升5-7岁儿童在钩子任务和水位移任务中的创新性问题解决表现。这一发现提示我们，简单地鼓励幼儿“探索一下”或“解释一下”可能不足以克服他们在独立创新工具时所面临的内在认知挑战。
然而，研究的真正价值在于其探索性分析部分所揭示的深刻见解。这些发现将关注点从“外部干预是否有效”转向了“成功的儿童是如何思考和行动的”。研究表明，成功并非偶然，它与一系列积极的行为和认知过程紧密相连：
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迭代与精炼：成功儿童在钩子任务中表现出更多的工具生成和修改行为，强调了一个“尝试-评估-调整”的迭代过程在创新中的重要性。这支持了将创新视为一个动态过程而非静态结果的观点。
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策略性探索：成功儿童的行为（如扭转物体）更具目标导向性，而非盲目试错，表明有效的探索需要方向性和专注力。
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认知言语的自我支架作用：更高的认知性言语输出与成功相关，这与先前研究认为自我对话（private speech）有助于规划和组织思维的观点一致。儿童通过言语外化其思考过程，可能起到了自我指导（self-guidance）或自我支架（self-scaffolding）的作用。
这些发现对教育实践具有启示意义。与其依赖于通用的、非结构化的探索或解释指令，成人或许更应该关注如何培养和支持儿童进行目标明确、迭代性的探索，并鼓励他们在解决问题时进行思考和表达其计划。例如，提供更具体的引导，如“你能想出几种不同的方法吗？”或“如果这个方法不行，下一步可以尝试什么？”，可能比笼统的鼓励更有效。
此外，研究也提出了未来探索的方向。例如，儿童在任务中表现出的寻求帮助倾向，可能反映了其自我效能感（self-efficacy）或对成人指导的期望，个体差异因素（如执行功能、语言能力）如何影响创新表现值得深入研究。同时，采用允许多种解决方案（发散性思维）而非单一正确答案的任务，可能能更好地评估探索和解释生成的促进作用。
总之，这项研究不仅证实了年幼儿童在独立创新工具方面存在的困难，更重要的是，它通过精细的行为分析，描绘了通往成功的问题解决路径上的关键路标——持续的迭代、策略性的探索以及积极的认知参与。它提醒我们，支持儿童创新思维的发展，关键在于理解和培养他们内在的、自我导向的认知和行为过程，而不仅仅是施加外部刺激。
