婴儿对新颖工具抓握的观察学习与泛化

《Infancy》：Observational Learning and Generalization in Infant Grasps of Novel Tools

　　

摘要 工具使用是婴儿期获得的一项关键技能。本研究检验了婴儿能否通过观察成人示范者来学习如何抓握工具，以及这种学习能否泛化到新任务和日益不相似的工具上。13至19月龄的婴儿（N = 75；Mage = 16.31个月；SDage = 1.73个月；36名女孩）在示范阶段观察一名成人分别以窄端、宽端或交替两端抓握铲形工具，将绒球推过管道。对照组婴儿观察成人将绒球从一个大型容器倒入另一个容器。在测试阶段，婴儿有机会使用同一工具、仅颜色不同的工具以及颜色和形状均不同的工具来激活两个拼图盒之一。每个拼图盒需要特定的工具抓握方式才能激活（例如，抓握窄的柄端以将宽的扁平端插入盒上的窄槽；抓握宽的扁平端以将窄的柄端插入盒上的小孔）。在成人示范之前，婴儿更多时间以窄端抓握工具（类似于抓握勺子的柄部而非舀取端）。示范之后，如果婴儿在示范阶段观察到成人以宽端抓握工具，则他们在适当的拼图盒上使用了更多宽端抓握。总体而言，婴儿能够将知识迁移到仅颜色不同的工具上，但用颜色和形状均不同的工具激活拼图盒的可能性较低。研究结果表明，13至19月龄的婴儿可以通过观察成人示范来学习工具的新用法，但其泛化能力相对狭窄且有限。

观察学习与泛化：婴儿期工具抓握能力的发展研究解读

一、研究背景与研究问题

工具使用是人类日常生活中不可或缺的技能，从刷牙、进食到书写，无不依赖于对工具的有效操作。对于婴幼儿而言，工具使用能力的获得标志着其认知与运动协调能力的逐步整合，并为实现环境中的目标提供了新的可能性。然而，尽管工具使用具有基础性意义，发展科学领域对这一能力的研究仍相对不足，关于儿童如何习得、使用并精炼这些基本运动技能，学界尚有许多问题有待解答。

已有研究表明，婴儿的工具使用技能主要通过两种过程逐步培养：观察学习和独立问题解决。观察学习是指婴儿通过观察他人（尤其是熟练的工具使用者）的行为来获取工具使用的知识；独立问题解决则是指婴儿在面对挑战时自主探索工具的功能。这两种过程并非相互独立，而是协同作用。在生命早期，婴儿在成功使用工具之前，便已开始基于自身观察形成对工具使用方式的预期。例如，6至9月龄的婴儿能够根据抓握时手部张开的幅度来预期行动者的目标。到第一年末，婴儿开始按照工具的预期功能使用工具，此时他们可能已积累了与日常活动相关的常见工具经验。例如，有使用或观察他人使用勺子经验的婴儿，可能形成对勺子及类似工具抓握方式的预期——通常抓握窄而直的柄端。事实上，在婴儿开始将物体组合并展现早期工具使用行为后，他们逐渐倾向于抓握工具的窄端，这一倾向在典型发育婴儿中通常出现在14至19月龄之间。

在婴儿能够可靠地执行功能性工具动作之前，他们必须首先理解物体的形状、大小和感知特征与物体所提供的行为可能性之间的关系。10至14月龄的婴儿能够习得物体与其可供性之间的抽象关联，这对于参与功能性、目标导向的工具使用至关重要。然而，婴儿早期应用这些新关联时往往较为刻板，有时甚至会干扰工具使用。例如，Barrett等人（2007）的研究表明，约14月龄的婴儿倾向于过度泛化熟悉物体（如勺子）的使用方式，从而干扰了他们用该工具实现新目标的能力。但当给予新颖且感知上相似的替代工具时，这些婴儿则能灵活应用工具达成目标。

这些发现引发了新的问题：哪些感知特征引导婴儿将工具可供性泛化到新情境？关于婴儿视觉认知的研究表明，婴儿更关注形状差异（即形式特征）而非颜色差异（即表面特征）。此外，违反婴儿预期的事件已被证明是特别显著的学习线索——当婴儿观察到与其先前经验不一致的动作或事件时，他们会更密切地注意，并随后表现出更多的探索行为。

基于上述背景，本研究旨在检验观察成人示范如何塑造婴儿对新颖工具的操作行为，以及这种学习能否泛化到新的工具使用情境。具体而言，研究目标包括：（1）确定婴儿对新颖工具的行为能否通过观察成人在不同情境中的相对简短的示范而受到影响（例如，从先占性的抓握策略中转移）；（2）检验工具特征的差异（即颜色和轻微形状变化）如何影响婴儿将所学知识迁移到日益不相似的工具上。

二、研究方法概述

本研究采用实验室实验设计，共纳入75名13至19月龄的婴儿（M_age = 16.31个月；36名女孩），被试来自美国一个大型都市区域，通过在线广告、社区中心传单和电话招募。研究采用被试间与被试内相结合的操纵设计。被试间因素为示范条件（窄端抓握、宽端抓握、双端抓握、非工具抓握控制），被试内因素为工具类型（红色工具、绿色工具、白色工具）。实验包含三个阶段：示范前基线阶段、示范阶段和示范后演示与测试阶段。研究使用定制拼图盒（光盒和声盒）作为测试任务，通过广义估计方程（GEE）模型分析成功率和成功潜伏期数据。编码者间信度通过Cohen's kappa系数和组内相关系数（ICC）评估。

三、研究结果

3.1 基线抓握偏好

通过4（抓握类型）× 2（拼图盒）重复测量方差分析（ANOVA），研究发现婴儿在基线阶段最频繁地抓握工具窄端（M = 0.57, SD = 0.36），显著高于宽端抓握（M = 0.27, SD = 0.33）、双手抓握（M = 0.10, SD = 0.12）和中间抓握（M = 0.06, SD = 0.15）。这一偏好不受所分配的拼图盒类型影响，表明婴儿在获得任何工具使用指导前，已存在抓握窄端的先占性倾向。

3.2 成功概率的GEE模型

采用广义估计方程（GEE）模型分析成功概率，以logit链接函数和二项分布拟合二元结果变量。模型纳入示范组、拼图盒、年龄和工具类型作为预测变量。结果显示：年龄显著预测成功概率，每增加一个月龄，成功几率约翻倍（OR = 1.96）；拼图盒类型无显著主效应；工具类型方面，红色工具与绿色工具的成功概率无显著差异，但白色工具的成功概率显著低于红色工具（OR = 0.41），表明婴儿能将知识泛化到仅颜色不同的工具，但无法泛化到颜色和形状均不同的工具；示范组方面，观察宽端抓握示范的婴儿成功概率显著高于非工具控制组（OR = 6.25），而窄端抓握组和双端抓握组与控制组无显著差异。

3.3 成功潜伏期的GEE模型

以身份链接函数和正态分布拟合连续结果变量（对数转换后的潜伏期）。结果显示：男婴比女婴解决拼图盒的速度快约24%；年龄越大，解决速度越快；光盒的平均解决时间（M = 4.83秒）显著短于声盒（M = 6.96秒）；工具类型无显著效应；双端抓握示范组的解决时间显著长于非工具控制组（约68%更长），且这一效应仅存在于光盒任务中，表明同时观察两种抓握方式可能增加了认知负荷或造成抓握策略冲突。

四、讨论与结论

本研究发现，婴儿在观察成人示范后，其工具抓握行为受到显著影响。特别是，观察宽端抓握示范的婴儿在测试阶段更可能成功激活拼图盒，这可能是因为宽端抓握违反了婴儿已有的窄端抓握预期，从而促使他们更关注自己的抓握行为是否与目标结果匹配。这一发现与违反预期促进学习和探索的既有理论一致。

在泛化方面，婴儿能够将观察学习到的工具知识迁移到仅颜色不同的工具上，但难以迁移到形状和颜色均不同的工具上。这一结果与婴儿视觉认知文献中关于形式特征（如形状）比表面特征（如颜色和图案）更受重视的发现一致，也符合大脑背侧通路（处理物体位置和行动相关信息）与腹侧通路（处理物体身份信息）的功能分化理论。

研究结论指出，13至19月龄的婴儿能够通过非常简短的示范演示学习工具的新抓握策略，并将其应用于不同任务中。然而，当工具在多个感知维度上发生变化时，婴儿的泛化能力受到限制。这表明婴儿早期工具使用能力的发展是观察学习与感知约束之间复杂相互作用的结果。研究发表在《Infancy》期刊，为理解婴儿期工具使用的发展机制提供了重要见解，也为未来研究系统操纵工具属性和测试情境以确定促进或限制知识迁移的具体因素指明了方向。