整合性學習觀的動物行為模型探索*

尹 彬 武曉睿 連 榕

整合性學習觀的動物行為模型探索*

尹 彬 武曉睿 連 榕

(福建師范大學心理學院, 福州 350108)

我國當下的學習觀以漸進性學習為主。研究嘗試提出“整合性學習”的學習觀, 以40只SD大鼠為被試, 采用2(學習方式：整合/漸進) × 2(性別：雄/雌)組間設(shè)計, 運用14單元組合T迷宮進行五階段的動物行為建模。結(jié)果顯示, 1)學習錯誤次數(shù)上, 整合少于漸進、雄性少于雌性; 2)整合較漸進學習效果的遷移性更好; 3)各組皆出現(xiàn)對第一段原正確路徑的固著。由此得出：整合性學習更長效, 習得的知識具有整體性、組塊化、范疇化的可遷移的 特征。

整合性學習觀, 動物行為模型, 迷宮測試

1 前言

學習觀, 是指學生個體對知識、學習現(xiàn)象和經(jīng)驗的直觀認識(劉儒德, 2002)。人類已經(jīng)進入了信息社會、智能時代(后工業(yè)時代、后現(xiàn)代社會), 傳統(tǒng)的學習觀已經(jīng)不能很好地解釋新時代學習現(xiàn)象的變化, 急需我們立足新的發(fā)展、以新的研究去發(fā)現(xiàn)學生學習心理的新成分(施良方, 2000)。自伴隨工業(yè)革命出現(xiàn)的學校教育, 學生的學習一直強調(diào)的是循序漸進、從部分到整體的學習方式, 在知識相對貧乏、獲取途徑單一的時代, 這種學習方式符合其情境的需要。隨著知識的極大豐富、獲取途徑的多樣化的時代的到來, 這種學習方式的固有問題越來越顯現(xiàn)。其中一個突出現(xiàn)象就是學生的學習負擔、學習壓力不斷在加大、加重。雖然各種教學改革都以此為改善目標, 但學生的學習負擔卻是只加不減, 問題的根源就在于我們對已質(zhì)變的學習現(xiàn)象缺乏新的認識。

基于此, 我們嘗試提出整合性學習觀：“整合性學習”是指在元認知的作用下認知積極統(tǒng)整學習材料, 實現(xiàn)高效且深入地對知識的理解和掌握的過程,是元認知與認知高度合一的學習心理過程; 與此對應(yīng)的非整合性學習(如漸進式的), 是強調(diào)在認知層面上積極漸進地從部分到整體的對知識的理解掌握過程。兩種學習觀的主要區(qū)別在于, “整合性學習”是強調(diào)元認知與認知高度合一的學習心理機制, 非整合性學習強調(diào)的是認知的學習心理機制。

那么這兩種學習觀的差異是否存在生物心理學基礎(chǔ)呢？動物行為的教學和研究有助于我們理解行為背后的基本原則, 并且為人類提供了方便和高度控制的模型(朱瀅, 2019)。因此, 想要了解整合性學習觀對于學習效果的影響, 并進一步找到對應(yīng)的神經(jīng)生理證據(jù)去證實, 需要像當年提出聯(lián)結(jié)主義學習理論的桑代克(張厚粲, 2003)、提出操作性條件反射和強化理論的斯金納(Skinner, 1945; 另見周正懷, 2005a, 2005b)以及提出“認知地圖”理論并首次在心理學研究中引入中介變量的托爾曼(Tolman, 1948)一樣, 首先應(yīng)進行的是動物行為建模研究。通過研究大鼠對迷宮路徑信息的整合過程(王彥, 蘇彥捷, 2001), 我們可以從中獲得基礎(chǔ)的理論啟示, 為闡明整合性學習觀的特征、效果和內(nèi)在機制提供進化發(fā)展上的證據(jù)。

我們利用和改造了Tolman (1948)的14個單元的組合T迷宮, 將整合性學習方式操作性定義為“大鼠在對迷宮路徑整體把握的基礎(chǔ)上, 積極整合路徑信息與內(nèi)部認知, 高效地習得可遷移的路徑信息的學習方式”; 漸進性學習方式的操作性定義為“根據(jù)迷宮路徑的可遷移規(guī)律, 迷宮在路段和時程上進行硬性規(guī)劃, 逐步增加大鼠學習材料容量和可遷移信息的學習方式”。這樣定義的原因在于, 整合性學習的本質(zhì)特征是學生掌握知識的過程實現(xiàn)元認知與認知的高度合一。Schraw (1998)提出元認知是對于認知過程的認知, 具有認知和監(jiān)控兩個層面。因此, 在整合性學習觀指導(dǎo)下的整合性學習方式中, 學習者是在元認知監(jiān)控下進行“整體?部分?整體”的學習; 而漸進性學習方式由于缺乏考慮“元認知”這個認知成分, 學習者只進行“部分?整體”的學習。在動物行為建模中, 我們將整合性迷宮路徑設(shè)計為“整段路徑開放”。大鼠可以在一開始就有機會感知“整體”路徑, 并在學習的過程中不斷的進行“整體?部分”的關(guān)聯(lián), 最終掌握“整體”迷宮路徑; 而我們將漸進性迷宮路徑設(shè)計為“三段路徑依據(jù)規(guī)律進行逐步開放”, 大鼠依據(jù)“部分”路徑隨時間逐步開放的方式進行“部分”學習, 最終掌握“整體”的迷宮路徑。

另一方面, “學”是“教”的基礎(chǔ)。Marshall (1992)認為“以學定教”是教育變革與研究的主要途徑, 從學生視角探究學生如何學習已經(jīng)成為教育變革的起點。我們不僅需要關(guān)注“教學者”設(shè)計合理的“教學方式”這一外部過程, 也需要關(guān)注“學習者”如何學習這一內(nèi)部過程。而動物迷宮的相關(guān)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)雄性在空間導(dǎo)航的策略和效果上不同于雌性(Hawley et al., 2012; Keeley et al., 2013; Perrot-Sinal et al., 1996; Roof, 1993; Saucier et al., 2008), 以人類為被試的研究也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象(Munion et al., 2019; Sneider et al., 2015), 這些研究暗示著性別變量影響著學習者在空間學習任務(wù)中的內(nèi)部學習過程。由于學習者(大鼠)在整合性學習條件下自發(fā)的學習過程是本研究的重點, 因此為了探究不同性別的大鼠是否都具有自發(fā)的“整合”行為, 以了解整合性學習方式的最適受眾特征和使用其的邊界(支持)條件, 我們同時設(shè)置了“性別”因素進行探究。

最終, 我們以14個單元的組合T迷宮為實驗裝置, 采用2(學習方式：整合; 漸進) × 2(性別：雄; 雌)的兩因素組間設(shè)計, 比較4組大鼠迷宮學習的效果, 并設(shè)計了一系列后續(xù)實驗任務(wù), 以探究學習效果差異的行為學層面上的內(nèi)在機制。

2 方法

2.1 被試

被試為40只一月齡SD大鼠(20只雄性, 20只雌性), 分為整合雄(Integrative Learning-Male, IL- Male)、整合雌(Integrative Learning-Female, IL- Female)、漸進雄(Progressive Learning-Male, PL- Male)、漸進雌(Progressive Learning-Female, PL- Female) 4組, 每組10只。所有被試被隨機分配到8個飼養(yǎng)籠中, 每籠5只, 飼養(yǎng)在恒溫22.5℃、光照自動化控制(8:00關(guān)燈, 20:00開燈)、空氣凈化器24小時運作的清潔級動物房中。

正式實驗前1周, 每天對大鼠進行15分鐘的觸摸互動。正式實驗時, 在單籠實驗結(jié)束后依次喂食, 每籠25 g, 控制大鼠為半饑餓狀態(tài); 實驗間歇期, 喂食時間固定, 每籠50 g, 控制大鼠為飽食狀態(tài); 實驗期間, 大鼠體重保持在自由喂食體重的85%以上。學習階段, 雄性(89.88 ± 2.04 g)和雌性(89.27 ± 2.04 g)的體重差異不顯著,(1, 36) = 0.042,= 0.840; 整合組(87.16 ± 2.04 g)和漸進組(91.99 ± 2.04 g)的體重差異不顯著,(1, 36) = 2.83,= 0.100。在第四個測驗任務(wù)中, PL-Male-6被試由于體重過輕死亡, 因此其后3次的概括分析任務(wù)和4次的階段固化測驗數(shù)據(jù)空缺。

實驗全過程經(jīng)福建師范大學實驗動物倫理審查委員會認證通過(IACUC-20180019)。

2.2 工具和材料

14單元組合T迷宮(圖1a)、實驗動物日常養(yǎng)護用具、清潔防護用具、視頻監(jiān)控用具、視頻處理與數(shù)據(jù)分析軟件等, 詳見附錄支持材料(Supporting Materials)的S1.2。

2.3 實驗設(shè)計

研究采用2(學習方式: 整合/漸進; IL/PL) × 2(性別: 雌/雄; Female/Male)兩因素組間設(shè)計, 以學習次數(shù)、錯誤次數(shù)(錯誤探測次數(shù)和錯誤進入次數(shù)之和)、行進路程、完成時間為量化指標, 以動物特征行為及行徑圖為質(zhì)化指標。為探究不同學習方式的效果及內(nèi)在機制, 設(shè)置學習任務(wù)、一周后復(fù)測任務(wù)、格式塔(逆向)遷移任務(wù)、概括分析任務(wù)和階段固著任務(wù)5個試驗任務(wù)(圖1c-f)。詳細的任務(wù)設(shè)計說明見網(wǎng)絡(luò)版附錄S1.3。

2.4 實驗程序

(1)適應(yīng)階段, 對大鼠進行為期一周的觸摸互動, 每次每籠15分鐘。投放足量食物(50克每籠), 記錄其體重、飲水量和剩余食物量。

圖1 測驗任務(wù)設(shè)計圖

注：a)基本實驗裝置, 改造自Tolman (1948)。b)將基礎(chǔ)實驗裝置的正確路徑劃分為具有形狀相似性的三段, ①、②、③路徑依次為第一路徑、第二路徑和第三路徑, 以方便結(jié)果報告時描述大鼠行為特征。c)學習和復(fù)測任務(wù)設(shè)計圖。IL組不設(shè)置分段隔板全程開放, PL組依據(jù)迷宮的長度和規(guī)律用隔板分為3段(隔板放置處有凹槽, 可抽插)。① (第一路徑)、② (第一、二路徑)、③ (全路徑)路線分別是PL組1~3天、4~7天、8~12天的正確行徑路線, ③ (全路徑)路線也是IL組1~12天的正確行徑路線。復(fù)測時, 保持全路徑開放。d)格式塔(逆向)遷移任務(wù)設(shè)計圖。食盒入口被隔板密封, 變更為起點, 原起點的窗簾移至終點岔路口處。e)概括分析任務(wù)設(shè)計圖。圖中①、②、③分別為最短路線、隱蔽路線和原路線。f)階段固著任務(wù)設(shè)計圖。①、②、③分別為第一路徑、第二路徑和第三路徑的最短替代路徑, 原路徑仍保持通暢。

圖2 研究流程圖

(2)正式實驗包括5個任務(wù)(見圖2)。首先是為期12天的學習任務(wù)(每天一個試次), 第1天各組皆限時15分鐘, 2~12天在大鼠進食結(jié)束后即取出(15分鐘內(nèi))。一周后, 進行3天的一周后復(fù)測任務(wù); 接著是3天的格式塔遷移任務(wù); 再按學習階段路徑重新學習鞏固一天, 然后進行5天的概括分析任務(wù); 再按學習階段路徑重新學習鞏固一天, 然后進行4天的階段固著任務(wù)。所有任務(wù)皆為大鼠15分鐘內(nèi)進食結(jié)束后取出。

(3)實驗期間填寫觀察記錄表, 使用SuperMaze v4.0動物行為視頻分析系統(tǒng)(上海欣軟)對實驗錄像視頻進行動物運動軌跡分析和數(shù)據(jù)導(dǎo)出(包括軌跡圖和熱圖), 并使用Microsoft Excel、IBM SPSS 18.0、GraphPad Prism 8、3D畫圖等軟件進行數(shù)據(jù)分析和圖表制作。實驗細節(jié)詳見網(wǎng)絡(luò)版附錄S1.1及S1.4。

2.5 統(tǒng)計方法

在統(tǒng)計分析中, 以學習方式(IL/PL)和性別(Male/Female)為組間變量, 學習次數(shù)和路徑(第一路徑/第二路徑/第三路徑)為組內(nèi)變量, 錯誤次數(shù)、學習成功天數(shù)、是否出現(xiàn)某種特定行為以及出現(xiàn)某種特定行為的比例為因變量, 進行了不同變量組合下的方差分析, 原始數(shù)據(jù)以及圖表對應(yīng)分析數(shù)據(jù)詳見網(wǎng)絡(luò)版附錄S2。

3 結(jié)果

3.1 學習記憶效果

學習任務(wù)中, 如圖3a所示, IL組學習曲線呈“指數(shù)下降型”, PL組則呈“波浪型”; 以學習方式和性別為組間變量, 學習次數(shù)為組內(nèi)變量進行三因素重復(fù)測量方差分析, 結(jié)果顯示, 學習方式、性別和學習次數(shù)的主效應(yīng)均顯著, 且兩兩之間存在交互作用(詳見網(wǎng)絡(luò)版附表1, 位于附錄支持材料中的S2實驗結(jié)果統(tǒng)計分析表格, 下同)。在學習成功天數(shù)上(圖3b), 以學習方式和性別為組間變量進行兩因素完全隨機方差分析, 結(jié)果顯示(網(wǎng)絡(luò)版附表2), 主效應(yīng)(性別：(1, 36) = 0.72,= 0.551, η20.42, 95% CI = [?2.63, 0.33]; 學習方式：(1, 36) = 3.29,= 0.321, η20.77, 95% CI = [?3.93, ?0.98])和交互作用((1, 36) = 3.45,= 0.072, η20.09, IL和Male: 95% CI = [3.23, 6.18]; PL和Male: 95% CI = [7.03, 9.98]; IL和Female: 95% CI = [5.73, 8.68]; PL和Female: 95% CI = [6.83, 9.78])雖不顯著, 但效應(yīng)量較大; 關(guān)于學習方式的事后多重比較顯示(網(wǎng)絡(luò)版附表3), IL短于PL ((1, 36) = 11.36,= 0.002, η20.24, 95% CI = [?3.93, ?0.98]); 控制性別因素, 對學習方式進行簡單效應(yīng)比較顯示(網(wǎng)絡(luò)版附表4), IL-Male組和PL-Male組的差異顯著((1, 18) = 4.12,= 0.000, Cohen’s= ?1.84,= ?0.67, 95% CI = [?6.21, ?1.40])。

一周后復(fù)測任務(wù)中(圖3c), 三因素重復(fù)測量方差分析顯示(網(wǎng)絡(luò)版附表5), 不同組別錯誤次數(shù)無顯著差異,(1, 36) = 4.03,= 0.052。

格式塔遷移任務(wù)中(圖3d), 三因素重復(fù)測量方差分析顯示(網(wǎng)絡(luò)版附表6), IL組錯誤次數(shù)顯著少于PL組,(1, 36) = 5.50,= 0.025, η20.13, 95% CI = [0.28, 3.89]; 雄性錯誤次數(shù)少于雌性,(1, 36) = 4.98,= 0.032, η20.12, 95% CI = [?3.79, ?0.18]。

在概括分析任務(wù)中(圖4b), 以學習方式、性別和學習次數(shù)為三因素的重復(fù)測量方差分析顯示(附表7), IL組5天的錯誤次數(shù)少于PL組,(1, 35) = 4.66,= 0.038, η20.12, 95% CI = [?0.99, ?0.03]。通過觀察首次測驗的分組熱圖(圖4a)可知, IL組幾乎全部直接選擇原路線或最短路線, 而PL組出現(xiàn)了路線選擇上的混雜(三條路線都選), 表現(xiàn)出全盤重新搜索的特征。

圖3 學習記憶效果對比圖

注：a)學習曲線：學習階段中的錯誤次數(shù)結(jié)果匯總圖。其中, “錯誤次數(shù)” = “錯誤進入次數(shù)”+“錯誤探測次數(shù)”, 從起點開始計算, 到達終點食盒為止。錯誤進入次數(shù)指大鼠身體的頭部和重心進入錯誤區(qū)域(一般需穿過窗簾), 而錯誤探測次數(shù)指大鼠頭部進入錯誤區(qū)域(一般沒有穿過窗簾)。b)學習階段中的學習成功天數(shù)圖。學習成功天數(shù)定義為從第一次學習開始到進入“開放路段”出現(xiàn)零錯誤次數(shù)之前的天數(shù)總和。其中, IL組的“開放路段”是迷宮全路徑, 因此出現(xiàn)零錯誤次數(shù)之前的天數(shù)總和記為學習成功天數(shù); PL組學習過程中的“開放路段”是分三個階段逐步開放的, 因此每個階段出現(xiàn)零錯誤次數(shù)之前的天數(shù)總和記為學習階段成功的天數(shù)。c)一周后復(fù)測任務(wù)的錯誤次數(shù)結(jié)果圖。d)格式塔遷移任務(wù)的錯誤次數(shù)結(jié)果圖。各統(tǒng)計圖中的圓圈、三角符號的位置或柱的高度顯示的是每個試次中各組的平均值, 誤差線顯示的是標準誤。**< 0.01。

在階段固著任務(wù)的最后一次測試中(圖4c-d), 在第一路徑中各組仍一致的選擇原路徑, 第二路徑中選原路徑和新路徑的二者兼有, 第三路徑中各組一致的選擇新的最短路徑。在各路徑中選擇原路徑編碼為1, 選擇新路徑編碼為0, 以學習方式、性別和路徑為三因素進行重復(fù)測量方差分析顯示(網(wǎng)絡(luò)版附表8), 學習方式和性別主效應(yīng)不顯著, 路徑主效應(yīng)顯著,(2, 70) = 40.83,< 0.001, η20.54, 95% CI = [?0.07, 0.24], 表現(xiàn)出各組大鼠均一致的對第一路徑的原路線的固著、對第二路線的新路線的嘗試和對第三路徑的新路線的偏好。

3.2 IL組學習階段行為特征

為進一步探究IL組在學習過程中的內(nèi)在特征, 我們對IL組在學習過程中的行進路線進行了追蹤分析(圖5)。

如圖5a所示, IL組學習階段的軌跡圖分布大致有3類, 其中a左圖(先反復(fù)學習左半段而后迅速完成右半段)和a中圖(先反復(fù)學習第一路徑和第二路徑后迅速完成第三路徑)出現(xiàn)在IL-Male組學習的第1天和IL-Female組學習的前3天; a右圖(僅僅在第一路徑上有自發(fā)的折返學習而后迅速完成第二路徑和第三路徑)普遍出現(xiàn)在IL-Male組第2天至學習成功天數(shù)之間, 且IL-Female組的9只在12天中至少出現(xiàn)1次, 3只IL-Female組在前三天出現(xiàn)15分鐘內(nèi)未到達終點的情況。

以性別、分段路徑為兩因素進行重復(fù)測量方差分析(圖5b、c, 網(wǎng)絡(luò)版附表9、10), 結(jié)果顯示, 路程指標上, 分段路徑的主效應(yīng)顯著((2, 36) = 38.01,< 0.001, η20.68, 第一路徑和第二路徑：95% CI = [5.52, 15.63], 第一路徑和第三路徑：95% CI = [10.81, 23.45], 第二路徑和第三路徑：95% CI = [2.48, 10.63]); 時間指標上, 分段路徑的主效應(yīng)也顯著((2, 36) = 39.10,< 0.001, η20.69, 第一路徑和第二路徑：95% CI = [45.57, 111.60], 第一路徑和第三路徑：95% CI = [62.08, 138.43], 第二路徑和第三路徑：95% CI = [1.02, 42.33]), 呈逐漸遞減趨勢; 性別的主效應(yīng)顯著, 雄性比雌性的行進路程((1, 18) = 22.51,< 0.001, η20.56, 95% CI = [?21.10, ?8.15])和行進時間((1, 18) = 22.10,< 0.001, η20.55, 95% CI = [?96.70, ?36.97])皆更短; 性別和分段路徑存在交互作用(行進路程：(2, 36) = 6.26,= 0.005, η20.26; 行進時間：(2, 36) = 9.10,= 0.001, η20.34)。

圖4 概括分析任務(wù)和階段固著任務(wù)分段路徑對比圖

注：a)概括分析任務(wù)首次測試分組熱圖對比。b)概括分析任務(wù)5天錯誤次數(shù)對比圖。c)階段固著任務(wù)末次測試分組熱圖對比。d)階段固著任務(wù)分段路徑固著比例對比圖。熱圖中亮度越高的地方表示探索密度較高。統(tǒng)計圖中的圓圈符號的位置或柱的高度顯示的是每個試次中各組的平均值或占比的多少, 誤差線顯示的是標準誤。*< 0.05。

圖5 IL組學習過程分段路徑分析結(jié)果圖

注：a)IL組典型軌跡圖個案, 從左到右分別為IL-Female-2-1, IL-Female-6-1, IL-Female-9-1。b)和c)IL組的行進路程和時間分段對比圖。分段時間的計算方式為“分段路徑的行進時間 = 持續(xù)行進時間 ? 起點靜止時間”。其中, ①減除“起點靜止時間”是為了排除大鼠在第一段路徑產(chǎn)生起點固著而造成第一段時間顯著較長的系統(tǒng)誤差; ②在路程或時間指標上, 每只IL組大鼠的“第一路徑”、“第二路徑”、“第三路徑”三個數(shù)據(jù)單元皆為大鼠“學習成功”前的n天的總路程或總時間; ③“學習成功”是指大鼠從開始學習至無錯誤次數(shù)的走完全程為止, 是因個體而異的; 只在“學習成功”的天數(shù)范圍內(nèi)分析分段路程和分段時間是為了使數(shù)據(jù)分析聚焦大鼠對迷宮正確路徑“從不會到會”的學習過程, 而不受會了以后的行為表現(xiàn)的影響。統(tǒng)計圖中的圓圈符號的位置顯示的是每個試次中各組的平均值, 誤差線顯示的是標準誤。

總體來看, IL組的行進軌跡呈現(xiàn)出大鼠對第一段正確路徑更密集的學習, 即區(qū)域分布不均勻的現(xiàn)象, 其中雄性比雌性更典型。

3.3 PL組學習階段行為特征

同時, 為了探究PL組在學習階段的行為特征, 我們著重探究了PL組在新學習路徑開放時第一天的表現(xiàn)(第二路徑和第三路徑的開放分別為總學習過程的第4天和第8天)。如圖6及網(wǎng)絡(luò)版附圖7、8所示, PL-Male組在第二路徑開放后仍保持對第一路徑的高密度探索, 而PL-Female組則對新開放的第二路徑進行了高密度探索。以性別、分段路徑和學習次數(shù)為三因素進行重復(fù)測量方差分析, 結(jié)果顯示(網(wǎng)絡(luò)版附表11、12), 在行進路程上, 分段路徑和性別存在交互作用,(1, 18) = 5.35,= 0.033, η20.23; 且分段路徑、學習次數(shù)和性別間存在交互作用,(3, 54) = 3.13,= 0.033, η20.15。學習第三階段(8~12天)的行徑路程和時間上未出現(xiàn)性別上的顯著差異(網(wǎng)絡(luò)版附表13、14及附圖9、10)。

圖6 PL組學習過程中開放新路徑后的探索密度圖

注：學習階段PL組第4天和第8天的分組熱圖, 顏色亮度越高表示探索該區(qū)域的密度越高。

總之, 在新路段開放后, 不同性別的PL組大鼠的探索密集路段不同, 其中, PL-Male組集中探索原路徑, PL-Female組集中探索新開放路徑, 推測PL-Male組注重新舊路段的聯(lián)結(jié), 而PL-Female將新開放路段當作全新的路段進行學習。

3.4 學習階段的個體適應(yīng)性

為了探究整合性學習方式是否適用于每個個體, 我們對于學習階段中, 被試在起點的靜止時間、到達終點時是否在原地吃食、是否吃巧克力(作為一種更有誘惑力但被試之前未接觸過的新異獎賞刺激)和體重等指標進行觀測, 作為學習方式適應(yīng)性的指標。以學習方式、性別和學習次數(shù)為三因素的重復(fù)測量方差分析顯示(圖7, 網(wǎng)絡(luò)版附表15, 附圖11、12), IL組比PL組更少在原地進食(0.51 ± 0.05 vs 0.78 ± 0.05,(1, 34) = 15.93,< 0.001, η20.32, 95% CI = [?0.42, ?0.14]), 更少的進食巧克力(0.83 ± 0.03 vs 0.92 ± 0.03,(1, 36) = 4.44,= 0.031, η20.12, 95% CI = [?0.16, ?0.01]), 但學習方式和性別之間的交互作用不顯著(原地進食：(1, 34) = 2.92,0.097; 吃巧克力：(1, 36) = 4.11,0.050); 體重、起點靜止時間等因素主效應(yīng)不顯著且無交互作用。

圖7 特定行為觀察指標

注：比例是指被試在學習階段到達終點在原地吃或吃掉巧克力的次數(shù)占總統(tǒng)計次數(shù)的比例。圖中的柱高的位置顯示的是的平均值, 誤差線顯示的是標準誤。*< 0.05, ***< 0.001。

4 討論

4.1 不同學習方式的的學習效果差異

總體來看, IL組的學習效果好于PL組, 體現(xiàn)在以下幾個方面：1) IL組學習成功天數(shù)更短; 2)在一周后復(fù)測任務(wù)中, 不同學習方式的大鼠在正確路段記憶層面上無顯著差異, 但在考察大鼠對迷宮整體把握程度的格式塔(逆向)遷移任務(wù)中, 又出現(xiàn)了分離, 表明IL組學習階段形成的對迷宮路徑的整體認知更牢固且可遷移; 3)在概括分析任務(wù)中, IL組錯誤次數(shù)更少, 第一天測試的熱圖顯示, 其更明確的選擇走最短路線和原路線, 而PL組則出現(xiàn)了全盤重新探索的行為, 表明相對于PL組, IL組在記憶迷宮路徑的基礎(chǔ)上, 對起點和終點的絕對方位有更明確的把握, 可能存在對記憶路線的多層面的范疇化加工。

在學習過程中, IL組的軌跡圖(圖5)以及相應(yīng)指標顯示, IL組對第一、第二和第三路徑存在探索密度的遞減趨勢; 結(jié)合階段固著測驗中各組對第一路徑(原路徑)的持續(xù)性固著的結(jié)果, 我們認為IL組在整體迷宮范圍內(nèi), 對第一路徑進行了重點記憶加工。研究發(fā)現(xiàn), 海馬可以編碼空間記憶, 同時也可以進行“元空間”的信息加工并且這一類信息是可遷移的(Dusek & Eichenbaum, 1997); 通過調(diào)控海馬細胞的突觸可塑性可以增強“元空間”的信息加工以及空間方位預(yù)判的能力(Bannerman et al., 1995; Saucier & Cain, 1995)。由于第一路徑和第二、三路徑的正確路徑形狀一致, 因此我們推測IL組在記憶第二、三路徑時遷移了第一路徑的記憶信息。此外, 階段固著任務(wù)中, 第二、三路徑各組均出現(xiàn)選擇最短路徑的行為, 我們推測大鼠使用遷移方式記憶的信息固化程度可能更小, 在面對新的任務(wù)時, 該記憶信息更易被優(yōu)化。而IL組自發(fā)的選擇第一路徑進行重點探索, 然后較為快速的完成對第二路徑和第三路徑的學習, 暗示其在不同路徑間建立了關(guān)系和聯(lián)結(jié), 并進行了組塊化的劃分, 而這種行為具有自發(fā)性, 可能是一種“自適應(yīng)”的學習現(xiàn)象。

但IL組的部分個體在學習過程中, 尤其是在學習階段初期, 會出現(xiàn)顯著的焦慮和適應(yīng)不良(圖6), 表現(xiàn)為更少在終點原地進食, 以及更少的去吃作為新穎刺激出現(xiàn)的巧克力(一種Novelty-suppressed feeding現(xiàn)象, 可參見(Bechtholt et al., 2007; Dulawa & Hen, 2005; Dulawa, 2009), 可能需要更多的支持。

4.2 性別差異

在特定的迷宮學習任務(wù)中, 雄性的學習行為明顯異于雌性, 這與以往研究中雄性和雌性在空間方位任務(wù)上的行為表現(xiàn)的差別相一致(e.g. Hawley et al., 2012; Keeley et al., 2013; Perrot-Sinal et al., 1996; Roof, 1993; Saucier et al., 2008)。從學習階段的軌跡圖和熱圖分析來看, IL-Male組對三段路徑的組塊劃分更明確, 表現(xiàn)為軌跡圖中, 著重探索第一路徑的行為更頻繁和普遍; IL-Female組則顯得更為謹慎, 出現(xiàn)與IL-Male組相似的規(guī)律性探索行為較晚, 且到了終點以后更加不敢在原地進食或吃掉巧克力。PL-Male組有同樣的行為傾向, 表現(xiàn)為熱圖中, 第二路徑開放后更多的折回去探索第一路徑, 第三路徑開放后對三個路徑的探索較為平均; 而PL-Female組在每次新路徑開放后, 都更高密度的探索新路徑。因此, 我們推測PL-Male組同樣傾向于基于對第一路徑的深度加工, 建立新舊路徑之間的記憶聯(lián)結(jié), 將對原路徑的認知遷移到新路徑上, 只是其潛力被人為的階段劃分限制住了; 而PL-Female組則更傾向于直接探索未知的新路徑。

4.3 對學習的啟示

盡管“整合性學習”這一名詞概念已有學者提出過(陳琦,張建偉, 2003; 方華梁, 2018), 但本研究是首次基于動物行為建模對這一概念的內(nèi)涵和特性進行了詮釋, 提示了整合性學習觀在自然規(guī)律上的可能性。Yeager和Walton (2011)曾強調(diào)以心理學手段對學生的學習行為進行干預(yù)時, 需要注意情境的作用。本研究暗示著教養(yǎng)者對于情境的理解可以更加豐富和深層, 例如一種基于學生學習“整體?部分?整體”的“自適應(yīng)”過程的整合性學習觀可能對于長期的知識掌握和遷移利用而言是更加有效的, 只要教養(yǎng)者能夠根據(jù)學習者的個體屬性(如性別、主動性人格等, 參見Zhu et al., 2017)以及學習任務(wù)的性質(zhì)、學習環(huán)境的支持度等情境因素(Walton & Yeager, 2020), 在初期提供足夠相應(yīng)的支持以幫助他們度過適應(yīng)期。

5 結(jié)論

(1)對于大鼠迷宮學習而言, 整合性學習方式更高效, 習得的信息更多層, 具有長期性和輔助遷移的優(yōu)勢;

(2)在大鼠形成對迷宮路徑整體認知的過程中, 記憶信息具有整體性、組塊化、范疇化和可遷移的特征;

(3)在迷宮學習任務(wù)中, 雄性大鼠和雌性大鼠的學習行為存在明顯差異;

(4)整合性學習過程中, 部分大鼠會在初期出現(xiàn)更多的焦慮或適應(yīng)不良。

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An animal behavioral model for the concept of “Integrative Learning”

YIN Bin, WU Xiaorui, LIAN Rong

(School of Psychology, Fujian Normal University, Fuzhou 350108, China)

The dominant paradigm for learning in China today is “gradual learning”, that is, learners acquire knowledge gradually from a lower to a higher level with the help of teachers. Based on theories of adaptive learning and “meta-learning self”, we advanced the alternative of “integrative learning”, that is, “under the role of ‘meta-learning self’, learners actively integrate learning materials to achieve rapid and in-depth understanding of knowledge.” Furthermore, we designed an animal behavioral model to explore the effects of integrative learning versus progressive learning.

Forty SD rats were selected as subjects, a two (Learning mode: Integrative Learning-IL, Progressive Learning - PL) by two (Sex: Male, Female) factorial design was employed, and a fourteen-unit integrative T-maze was constructed for the study. Five task stages were conceived to test the phenomenon and mechanisms of integrative learning: a learning stage, a retest stage after one week, a Gestalt transfer learning stage, a generalization/analysis test stage, and a segment fixation test stage.

The results showed that: 1. During the learning stage, the number of errors in each trial in the IL group decreased exponentially over time, while that curve in the PL group was wavy; males exhibited significantly fewer errors in total than females; and the number of days to learning success in the IL-male group was significantly less than in the PL-male group, though the difference between female groups was not significant. 2. During both Gestalt transfer learning and generalization/analysis test stages, the IL group performed better than the PL group overall; during the segment fixation test stage, all groups appeared fixed more on the first segment of the original correct path. 3. To identify mechanisms for the IL groups’ better performance, a dynamic heat-map path analysis was employed, showing that the IL group (especially males) appeared to consolidate the first key segment of the correct path repeatedly before quickly apprehending the rest of it, which had elements similar to the first one. Males in the PL group, however, were more likely to return to explore the earlier segment than females when allowed to enter a new segment of the maze. 4. The IL group as a whole either ate less of the chocolate reward at the finish of the correct path or moved the pellet elsewhere to eat, a pattern that was much more obvious in females.

We arrived at the following conclusions: 1) Integrative learning is more efficient than progressive learning, and is characterized by the acquisition of more layered knowledge which can better assist long-term migration learning. 2) During the process of forming a “cognitive map”, information stored in memory has the characteristics of entirety, chunking, and categorization. 3) In a maze learning task, performance among males is more consistent than among females. 4) Some individuals may appear anxious or maladjusted during integrative learning.

integrative learning, animal behavioral model, maze test

附錄：

S1 有關(guān)研究細節(jié)

S1.1 實驗控制處理

正式實驗前, 主試以籠為單位將大鼠取出, 進行15分鐘的觸摸互動, 持續(xù)一周。其目的在于幫助大鼠減輕壓力和緊張, 與籠內(nèi)物理環(huán)境、同籠大鼠以及主試建立安全的互動關(guān)系。實驗前一天控制喂食量為每籠25 g (平均每只5 g, 處于半饑餓狀態(tài)); 正式實驗時, 在單籠實驗結(jié)束后依次喂食, 保證當天較早完成實驗的大鼠在次日實驗時間段已處于半饑餓狀態(tài); 實驗間歇期, 喂食時間固定, 每籠50 g (平均每只10 g, 處于近飽食狀態(tài)); 實驗期間, 大鼠體重保持在自由喂食體重的85%以上; 對個別體重增長緩慢或者下降較為嚴重的大鼠, 待當天實驗結(jié)束后, 適當增加喂食量, 并分單籠喂食避免進食競爭, 并在籠下放置溫控為33~40℃的專用發(fā)熱毯進行供暖, 保證其體重達到正常增長范圍。在概括分析測驗第3天“PL-Male-6號鼠”由于體重過輕進行了單籠喂養(yǎng), 進食緩慢, 無力, 次日死亡, 妥善處理后移出后續(xù)分析。學習階段, 雄性(89.88 ± 2.04 g)和雌性(89.27 ± 2.04 g)的體重差異不顯著((1, 36) = 0.04,= 0.840, η2= 0.00), 整合組(87.16 ± 2.04 g)和漸進組(91.99 ± 2.04 g)的體重差異不顯著((1, 36) = 2.834,= 0.100, η2= 0.072)。

實驗過程中, 主試每日記錄每只大鼠的體重和飲水量。每3~4日使用酒精和無紡布清潔飼養(yǎng)箱、更換墊料、更換大鼠飲用水(凈化器過濾的凈化純凈水)、清洗引用水瓶。

參與實驗的大鼠飼養(yǎng)在福建師范大學動物心理與行為實驗室(EVC環(huán)境), 室內(nèi)恒溫22.5℃。每日控制12:12的光照循環(huán)(使用定時開關(guān)和遮光簾, 隔絕自然光照, 控制光照循環(huán))保證大鼠生理節(jié)律正常(大鼠有晝伏夜出的習性, 而實驗在白天進行。為了保證大鼠在實驗時處于清醒狀態(tài), 實驗室人工控制了12:12的晝夜光照循環(huán))。同時, 空氣凈化機調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣質(zhì)量、吊頂監(jiān)控攝像頭記錄實驗室24小時的內(nèi)部狀況。

S1.2 實驗材料

S1.2.1 實驗動物的日常養(yǎng)護

9個專用飲水瓶、8個中號飼養(yǎng)籠(籠蓋設(shè)置有喂食和放置飲水瓶功能、箱體上標注學習方式和性別信息以及飼養(yǎng)負責人的姓名和聯(lián)系方式)、2個小號飼養(yǎng)籠(用來更換墊料時暫時安放大鼠、對體重輕的大鼠進行單獨喂食)、墊料(木屑、玉米芯)、大鼠專用飼料、四層高的置物架、記號筆、稱重器(以克為單位)、3個不銹鋼器皿(2小, 1大, 稱量大鼠和食物)、平板車(運送供應(yīng)墊料和飼料)、立式臺燈和開關(guān)定時器、加熱墊和溫控調(diào)節(jié)器、黃色標準醫(yī)用垃圾箱、拖把、掃帚、簸箕、標識有醫(yī)用垃圾的垃圾袋若干。

S1.2.3 實驗裝置材料

迷宮制作的原材料包括：4.7 mm厚單面磨砂的亞克力板若干(250 × 250 mm2：31塊、125 × 250 mm2：27塊、625 × 250 mm2：14塊、510 × 135 mm2：1塊、500 × 250 mm2：1塊、130 × 635 mm2：14塊、135 × 260 mm2：1塊、250 × 10 mm2：55塊)、50 mm寬的白色亞克力無痕接縫膠條(用于接合迷宮拼接縫隙)、500 g亞克力粘合劑(附帶注射器)、2卷45 mm寬的黑色強力布基膠帶(用于拼裝14個單元的組合T迷宮)、1.5 × 1.6 m2亞克力黑色搖粒絨布料(自主剪裁為250 × 140 mm2不透光且雙面材質(zhì)相同的長布條, 控制大鼠記憶窗簾的特殊信息)、19 mm寬的黑色小號長尾夾(用于固定迷宮中的窗簾)、0.3 mm粗優(yōu)質(zhì)鍍鋅鐵絲(用于懸掛迷宮中的窗簾)、3 × 3 m2的深灰色地墊。

附圖1 整合性迷宮實驗裝置設(shè)計圖

注：包括窗簾, 隔板, 食盒(食盒內(nèi)左側(cè)末端配套有一個長方形的黑色系瓷碗)3種5個實驗環(huán)節(jié)皆會用到的基本實驗裝置。

S1.2.4 清潔防護

主試實驗用具：一次性頭套、腳套、口罩、手套、實驗服; 酒精洗手液、碘伏、棉球、棉簽、鑷子等擦刮傷急救包;

被試實驗用具：無紡布(也稱除塵紙)、75%酒精噴劑(除味)。

S1.2.5 其他軟硬件材料

動物飼養(yǎng)常規(guī)設(shè)備(EVC級)、延時供電設(shè)備(應(yīng)急保障)、海康威視(HikVision)硬盤錄像機監(jiān)控設(shè)備(4路DS-7104N-F1/4P)、海康威視(HikVision)攝像頭(DS-IPC-T12-I/POE)、適配U盤、移動硬盤、立式臺燈和開關(guān)定時器、加熱墊和溫控調(diào)節(jié)器等。

軟件包括格式工廠、Camtasia 9(TechSmith)、Supermaze動物行為視頻分析系統(tǒng)(上海欣軟)、GraphPad Prism 8、Microsoft Excel 2017、SPSS 18.0、3D畫圖軟件等。

S1.3 實驗范式設(shè)計

整合性學習實驗的動物行為迷宮設(shè)計共有5個模塊。迷宮的輪廓尺寸為標準尺寸, 分段隔板、卡槽設(shè)計以及窗簾制作都圍繞整合性學習的研究需要進行了自主設(shè)計。

學習階段中, 漸進組的分段依據(jù)路徑的長度(三段路徑的長度一致)和路徑的規(guī)律遷移特性(三段路徑的形狀相似)分割為3段; 整合組全段開放。實驗裝置以整合性學習和漸進性學習方式的操作性定義為指導(dǎo)進行設(shè)計(見附圖2)。一周后復(fù)測任務(wù)測試大鼠對于迷宮路徑形成的長時記憶水平, 考察不同學習方式在長時記憶上的差異, 即記憶信息的牢固程度(見附圖2); 格式塔遷移任務(wù)是基于大鼠對迷宮正確路徑記憶的“整體性”設(shè)計的測試, 考察大鼠對路段記憶的聯(lián)結(jié)(附圖3); 概括分析測驗是對大鼠絕對方位認知的測試, 考察大鼠對路段的加工層次和深度(附圖4); 階段固著測驗是對漸進組大鼠是否由于分段提示信息的產(chǎn)生相對方位認知上的優(yōu)勢的測驗, 同時, 也可以顯化大鼠對路段間遷移信息的使用效果和使用方式(附圖5)。

S1.4 研究程序

(1)設(shè)計和制作合適尺寸的14個單元的組合T迷宮;

附圖2 整合性學習實驗學習階段和復(fù)測階段的動物行為迷宮設(shè)計圖

注：紅色隔板只供漸進組學習階段使用(隔板放置處有凹槽, 可抽插)。黃、紅、綠路線分別是漸進組1~3天、4~7天、8~12天的正確行徑路線, 綠路線也是整合組的正確行徑路線。復(fù)測時, 整合組和漸進組饑皆開放迷宮的隔板施測

附圖3 整合性學習實驗格式塔遷移任務(wù)的動物行為迷宮設(shè)計圖

注：“食盒”入口被隔板密封, 變更為“起點”, 起點的窗簾移至“終點”岔路口處。

附圖4 整合性學習實驗概括分析測驗的動物行為迷宮設(shè)計圖

注：左圖黃、紅、綠分別為最短路線, 原路線和隱蔽路線(隔板拆卸在錯誤區(qū)域的窗簾后)是1~5天的概括與分析測試路線。

附圖5 整合性學習實驗階段固化的動物行為迷宮設(shè)計圖

注：黃、綠、藍分別為第一段、第二段、第三段路徑的最短路徑, 是1~4天的階段固化測試路線

(2)使用12只大鼠進行了預(yù)實驗, 制定實驗步驟、觀察記錄表、量化分析指標、實驗操作要領(lǐng)、排除系統(tǒng)干擾條件;

(3)采購40只1月大的大鼠后分籠, 實驗前連續(xù)7天, 對大鼠進行每日15分鐘的觸摸互動。投放足量食物(50 g每籠), 記錄其體重、飲水量和剩余食物量, 作為正式實驗時的喂食量參考;

(4)正式實驗按照整合雄1、漸進雄1、整合雌1、漸進雌2、整合雄2、漸進雄2、整合雌2、漸進雌2的籠號順序進行, 每籠實驗結(jié)束后喂食該籠25 g食物, 保證次日實驗中籠間的半饑餓水平一致;

(5)正式實驗前, 在終點處放置裝有食物(大鼠更喜歡牛奶巧克力豆, 但由于大鼠之前未食用過巧克力豆, 因此碗中開始時放置1小粒日常食用的飼料和1顆巧克力豆。在所有大鼠都開始食用巧克力豆后, 只放置1粒巧克力豆)的方形黑色瓷碗(瓷碗有一定程度的提示功能, 提示大鼠食物位置的改變, 以及預(yù)防因忘記投食而影響大鼠后續(xù)的探索行為, 因為瓷碗作為強化物仍有一定的強化功能)。實驗前, 先對大鼠稱重, 然后單手將手臂伸長將大鼠放入起點, 身體靠后遠離迷宮, 避免身體對攝像鏡頭的遮擋而無法收集有效的初始數(shù)據(jù); 實驗時, 人工記錄大鼠的特殊行為, 例如：是否在原地吃食物, 是否吃了巧克力;

(6)實驗后使用酒精噴灑迷宮壁并用無紡布酌情擦拭, 同時, 調(diào)試窗簾, 避免前一只大鼠的氣味(屎、尿、毛發(fā))和造成窗簾下垂紋路的變化對后一只大鼠的影響;

(7)每日實驗后備份當日原始視頻, 裁剪成可分析的標準格式, 存入移動硬盤;

(8)學習階段進行12日。1~3日漸進組在第一段終點放置隔板, 學習3日; 4~7日漸進組第一段隔板移除, 在第二段終點放置隔板, 學習4日; 8~12日漸進組第二段隔板移除學習5日; 整合組12日全段不放置隔板。其中, 學習階段的第一日, 每只大鼠定時學習15分鐘(保證絕大多數(shù)大鼠對迷宮產(chǎn)生適應(yīng)后的探索行為并吃到食物, 也平衡漸進組因為路段短, 偶然到達終點而造成的探索時間不足), 2~12日以大鼠到達終點吃完食物(等待大鼠吃完再取出, 避免對其走迷宮行為動機產(chǎn)生影響)為取出迷宮中大鼠;

(9)停測1周, 每籠每日喂食50 g, 記錄體重和飲水數(shù)據(jù)。期間, 處理12天的學習階段的視頻。將視頻放入SuperMaze系統(tǒng)進行批量分析, 第1天雖然每只大鼠都探索了15分鐘, 但視頻分析時, 觸發(fā)器會自動截取其第一次到達終點前的視頻數(shù)據(jù)進行分析, 一周后復(fù)測階段中, 整合組和漸進組完成相同的整段迷宮的測試;

(10)格式塔遷移測試時, 將食槽口用隔板密封, 終點與起點互換, 終點前的窗簾移動至起點前, 將盛有食物的食碟放在新的終點(原起點), 施測3天;

(11)按學習階段路徑重新學習一天(減少逆向遷移測驗對概括分析測驗的影響), 然后進行概括分析測驗5天;

(12)按學習階段路徑重新學習一天(減少概括分析測驗對階段固化測驗的影響), 然后進行階段固化測驗4天。

(13)使用SuperMaze系統(tǒng)進行批量分析, 使用SuperMaze中的軌跡圖復(fù)查數(shù)據(jù), 對部分由于視頻片段不完整或綴余的視頻進行了二次備份和裁剪, 保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。使用Excel、SPSS 18.0對數(shù)據(jù)進行整理, 使用GraphPad Prism 8進行數(shù)據(jù)分析和圖表制作。

S1.5 數(shù)據(jù)處理詳細步驟

首先, 使用連接吊頂固定攝像頭的監(jiān)控設(shè)備對1113次(其中“PL-Male-6”的后三次的概括分析任務(wù)和全部四次的階段固化測驗空缺)大鼠跑迷宮的試次進行視頻記錄和緩存, 將有效視頻片段以AVI格式導(dǎo)出。隨后, 使用格式工廠和TechSmith Camtasia Studio 9進行原始視頻的裁剪和格式化, 生成裁剪掉無關(guān)信息的640 : 480的屏幕大小, Xvid格式的單只大鼠視頻。

然后, 使用《SuperMaze動物行為視頻分析系統(tǒng)》(上海欣軟信息科技有限公司)創(chuàng)建分析平臺(見附圖6)。其中, 設(shè)置動態(tài)背景算法、3點(頭部、重心、尾部)跟蹤位置、大鼠亮度和背景亮度對比為較亮、工作模式為先腐蝕后膨脹(參數(shù)：2像素, 主要用于消除小物體、在纖細點處分離物體、平滑較大物體的邊界)、面積閾值啟用頭部、重心判斷(只有大鼠將頭部和重心皆進入指定區(qū)域才記錄進入)、頭部探索時間閾值為5×100 ms、測試參數(shù)中延時結(jié)束為900 s、觸發(fā)器設(shè)置為“首次進入?yún)^(qū)域Foodbox (IL組一直設(shè)置為Foodbox; PL組設(shè)置1~3天為First segment end、4~7天為Second segment end、8~12天為Foodbox)并停留1 s”。后4個任務(wù)的測驗只改變分析區(qū)域設(shè)置。設(shè)置后在“采集分析”中使用“批量處理錄像”功能對1113個視頻進行動態(tài)分析。結(jié)束分析后在“數(shù)據(jù)管理”中導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)。

附圖6 Supermaze動物行為視頻分析系統(tǒng)中的實驗設(shè)計——區(qū)域設(shè)置

最后, 使用SuperMaze分析系統(tǒng)中的軌跡圖復(fù)查數(shù)據(jù), 對部分由于視頻片段不完整或綴余的視頻進行了二次備份和裁剪, 保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。使用Excel、SPSS18.0對數(shù)據(jù)進行整理, 使用GraphPad Prism8進行數(shù)據(jù)分析和圖表制作。

S2 實驗結(jié)果統(tǒng)計分析表格及附圖

研究原始數(shù)據(jù)已上傳至百度云盤可供查用。

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附表1 學習階段的錯誤次數(shù)三因素重復(fù)測量方差分析表

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 學習次數(shù)3090.7211280.00F (11, 396) = 29.42***0.0000.45 學習方式141.921141.92F (1, 36) = 15.54***0.0000.30 性別105.471105.47F (1, 36) = 11.55**0.0020.24 學習次數(shù) × 學習方式2940.8111267.35F (11, 396) = 27.99***0.0000.44 學習次數(shù) × 性別257.461123.41F (11, 396) = 2.45**0.0060.06 學習方式 × 性別79.22179.22F(1, 36) = 8.67**0.0060.19 學習次數(shù) × 學習方式 × 性別1911117.36F (11, 396) = 1.82*0.0480.05

注：*< 0.05, **< 0.01, ***< 0.001。

附表2 學習成功天數(shù)的兩因素完全隨機方差分析結(jié)果

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 性別13.23113.23F(1, 36) = 0.730.5510.42 學習方式60.03160.03F (1, 36) = 3.290.3210.77 性別× 學習方式18.23118.23F (1, 36) = 3.450.0720.09

附表3 學習成功天數(shù)的事后多重比較結(jié)果

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 性別13.23113.23F(1, 36) = 2.500.1220.07 學習方式60.03160.03F (1, 36) = 11.36**0.0020.24

注：**< 0.01。

附表4 性別水平上學習方式的簡單效應(yīng)比較

tpCohen’s d 雄性4.12***0.000?1.84 雌性0.980.341?0.44

注：***< 0.001。

附表5 一周后復(fù)測任務(wù)錯誤次數(shù)的三因素重復(fù)測量方差分析表

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 學習次數(shù)3.8221.91F (2, 72) = 2.190.1200.06 學習方式10.21110.21F(1, 36) = 4.030.0520.10 性別3.0113.01F(1, 36) = 1.190.2830.03 學習次數(shù) × 學習方式3.0221.51F(2, 72) = 1.730.1850.05 學習次數(shù) × 性別0.5220.26F(2, 72) = 0.300.7450.01 學習方式 × 性別0.0110.01F (1, 36) = 0.000.9550.00 學習次數(shù) × 學習方式 × 性別0.5220.26F (2, 72) = 0.300.7450.01

附表6 格式塔遷移任務(wù)錯誤次數(shù)的三因素重復(fù)測量方差分析表

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 學習次數(shù)1071.552535.28F (2, 72) = 25.64***0.0000.42 學習方式130.211130.21F (1, 36) = 5.50*0.0250.13 性別118.011118.01F (1, 36) = 4.99*0.0320.12 學習次數(shù) × 學習方式1.7220.86F (2, 72) = 0.040.9600.00 學習次數(shù) × 性別21.72210.86F (2, 72) = 0.520.5970.01 學習方式 × 性別2.4112.41F (1, 36) = 0.100.7520.00 學習次數(shù) × 學習方式 ×性別5.0222.51F (2, 72) = 0.120.8870.00

注：*< 0.05, ***< 0.001。

附表7 五天概括分析任務(wù)的三因素重復(fù)測量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 測試次數(shù)24.5446.13F(4, 140) = 3.00*0.0200.08 學習方式12.60112.60F(1, 35) = 4.66*0.0380.12 性別3.5813.58F(1, 35) = 1.320.2580.04 測試次數(shù)× 學習方式9.1042.28F(4, 140) = 1.110.3520.03 測試次數(shù)× 性別2.2340.56F(4, 140) = 0.270.8950.01 學習方式× 性別4.1214.12F(1, 35) = 1.530.2250.04 測試次數(shù)× 組別× 性別6.8841.72F(4, 140) = 0.840.5000.02

注：*< 0.05。

附表8 階段固著末次測驗依然選擇原路線大鼠比例的三因素重復(fù)測量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 分段路徑9.7024.85F (2, 70) = 40.83***0.0000.54 學習方式0.2010.20F (1, 35) = 1.180.2860.03 性別0.0710.07F (1, 35) = 0.420.5200.01 學習方式× 性別0.0110.01F (1, 35) = 0.050.8300.00 分段路徑× 學習方式0.5520.28F (2, 70) = 2.320.1060.06 分段路徑× 性別0.2920.15F (2, 70) = 1.220.3000.03 分段路徑× 學習方式× 性別0.3620.18F (2, 70) = 1.500.2310.04

注：***< 0.001。

附表9 IL組分段路徑的行進路程的兩因素重復(fù)測量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 分段路徑2987.8721493.94F (2, 36) = 38.01***0.0000.68 性別3208.6313208.63F (1, 18) = 22.51***0.0000.56 分段路徑× 性別492.362246.18F(2, 36) = 6.26**0.0050.26

注：**< 0.01, ***< 0.001。

附表10 IL組分段路徑的行進時間的兩因素重復(fù)測量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 分段路徑111308.10255654.05F (2, 36) = 39.10***0.0000.69 性別67002.42167002.42F(1, 18) = 22.10***0.0000.55 分段路徑×性別25910.57212955.29F (2, 36) = 9.10**0.0010.34

注： **< 0.01, ***< 0.001。

附表11 PL組第二階段路程的三因素重復(fù)測量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 分段路徑2.9912.09F(1, 18) = 0.700.4120.04 學習次數(shù)191.85363.95F(3, 54) = 7.07***0.0000.28 性別0.0010.00F(1, 18) = 0.000.9950.00 分段路徑× 性別22.68122.68F(1, 18) = 5.35*0.0330.23 學習次數(shù)× 性別59.15319.72F(3, 54) = 2.180.1010.11 分段路徑× 學習次數(shù)23.3937.80F(3, 54) = 2.000.1240.10 分段路徑× 學習次數(shù)× 性別36.50312.17F(3, 54) = 3.13*0.0330.15

注： **< 0.01, ***< 0.001。

附表12 PL組第二階段時間的三因素重復(fù)測量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 分段路徑137.601137.60F(1, 18) = 0.130.7220.01 學習次數(shù)34073.62311357.87F(3, 54) = 8.00***0.0000.31 性別549.601549.60F(1, 18) = 0.300.5890.02 分段路徑× 性別4361.6214361.62F(1, 18) = 4.140.0570.19 學習次數(shù)× 性別3598.0131199.34F(3, 54) = 0.850.4750.05 分段路徑 × 學習次數(shù)2163.393721.13F(3, 54) = 0.810.4960.04 分段路徑× 學習次數(shù)× 性別2471.073823.69F(3, 54) = 0.920.4370.05

注：***< 0.001。

附表13 PL組第三階段路程的三因素重復(fù)測量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 分段路徑29.19214.60F(2, 36) = 15.86***0.0000.47 學習次數(shù)48.08412.02F(4, 72) = 5.53**0.0010.24 性別0.6910.69F(1, 18) = 0.430.5230.02 分段路徑× 性別4.7422.37F(2, 36) = 2.570.0900.13 學習次數(shù)× 性別5.5341.38F(4, 72) = 0.640.6380.03 分段路徑× 學習次數(shù)15.8581.98F(8, 144) = 2.33*0.0220.11 分段路徑× 學習次數(shù)× 性別2.1080.26F(8, 144) = 0.310.9620.02

注：*< 0.05, **< 0.01, ***< 0.001。

附表14 PL組第三階段路程的三因素重復(fù)測量方差分析

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 分段路徑2253.8121126.90F(2, 36) = 30.87***0.0000.63 學習次數(shù)3101.674775.42F(4, 72) = 12.86***0.0000.42 性別28.92128.92F(1, 18) = 0.460.5060.03 分段路徑× 性別176.73288.37F(2, 36) = 2.420.1030.12 學習次數(shù)× 性別98.90424.72F(4, 72) = 0.410.8010.02 分段路徑× 學習次數(shù)2023.608252.95F(8, 144) = 10.84***0.0000.38 分段路徑× 學習次數(shù)× 性別214.13826.77F(8, 144) = 1.150.3350.06

注：***< 0.001。

附表15 關(guān)于學習階段中學習方式適應(yīng)性的三因素重復(fù)測量方差分析中的被試間結(jié)果

SSdfMSF (dfn, dfd)pη2 體重學習方式2793.6812793.68F (1, 36) = 2.800.1030.07 性別44.41144.41F (1, 36) = 0.040.8340.00 學習方式×性別1387.2011387.20F (1, 36) = 1.390.2460.37 起點靜止時間學習方式7.3117.31F (1, 36) = 0.640.4290.02 性別25.60125.60F (1, 36) = 2.240.1430.06 學習方式× 性別28.10128.10F(1, 36) = 2.460.1260.06 原地進食學習方式8.0118.01F (1, 34) = 15.93***0.0000.32 性別0.7810.78F (1, 34) = 1.550.2220.04 學習方式× 性別1.4711.47F (1, 34) = 2.920.0970.08 進食巧克力學習方式0.8310.83F (1, 36) = 5.07*0.0310.12 性別0.4110.41F (1, 36) = 2.490.1240.07 學習方式× 性別0.6810.68F (1, 36) = 4.110.0500.10

注：三因素包括學習方式、性別和學習次數(shù), 各組在終點原地進食或進食巧克力的比例隨學習次數(shù)變化的情況可見附圖11&12; 是否原地進食的原始數(shù)據(jù)為學習階段2~12次的數(shù)據(jù), 因為學習階段第1次學習為限時15分鐘的探索, 未記錄是否在原地進食的行為, 其余指標皆為學習階段1~12次的數(shù)據(jù)。各指標統(tǒng)計了學習階段的總比例或均值。*< 0.05, ***< 0.001。

附圖7 PL組第4~7天第一路徑和第二路徑行進時間的性別對比圖

附圖8 PL組第4~7天第一路徑和第二路徑行進路程的性別對比圖

附圖9 PL組第8~12天第一、二、三路徑行進時間的性別對比圖

附圖10 PL組第8~12天第一、二、三路徑行進路程的性別對比圖

附圖11 各組在終點原地進食比例隨學習次數(shù)增加的變化

附圖12 各組在終點吃掉巧克力比例隨學習次數(shù)增加的變化

S3 實驗視頻示例

研究中比較有代表性的7個實驗視頻下載鏈接如下：

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視頻1：學習任務(wù)完成示例(IL-Male-2學習任務(wù)第12天)

說明：學習任務(wù)第12天(最后一天), 大部分被試均可零錯誤的完成迷宮任務(wù), 少量被試有1至4次錯誤, 組間錯誤次數(shù)分布呈顯著差異(F = 5.128, p = 0.03)。其中IL-Male組所有被試均無錯誤; IL-Female組有1只錯了4次, 其余均無錯誤; PL-Male組有3只錯了1次, 1只錯了3次, 其余均無錯誤; PL-Female組有4只錯了1次, 1只錯了2次, 2只錯了3次, 其余均無錯誤。

視頻2：格式塔遷移任務(wù)完成示例(IL-Male-1格式塔遷移任務(wù)第3天)

說明：格式塔遷移任務(wù)第3天(最后一天), 大部分被試均可以較少錯誤或零錯誤完成任務(wù), 少部分被試錯誤較多, 組間錯誤次數(shù)分布呈顯著差異(表5)。其中IL-Male組有5只錯了1次, 其余均無錯誤; IL-Female組有3只錯了1次, 1只錯了2次, 1只錯了4次, 1只錯了5次, 1只錯了11次, 其余均無錯誤; PL-Male組有4只錯了1次, 1只錯了2次, 1只錯了3次, 1只錯了4次, 其余均無錯誤; PL-Female組有1只錯了1次, 1只錯了2次, 1只錯了3次, 2只錯了6次, 1只錯了7次, 1只錯了8次, 1只錯了11次, 其余均無錯誤。

視頻3：學習過程中IL組重點學習第一路徑示例(IL-Male-5學習階段第2天)

說明：IL-Male-5在第一路徑多次折回探索, 而在第二、三路徑錯誤次數(shù)較少的通過。迷宮路徑的劃分如下圖所示。數(shù)據(jù)結(jié)果如正文中圖5所示。

注：將基礎(chǔ)實驗裝置的正確路徑劃分為具有形狀相似性的三段, 紅、綠、藍依次為第一路徑、第二路徑和第三路徑。

視頻4：學習過程中PL-Male組在新路段開放后著重探索舊路徑示例(PL-Male-9學習階段第4天)

視頻5：學習過程中PL-Female組在新路段開放后著重探索新路徑示例(PL-Female-9學習階段第4天)

視頻4&5說明：在新路段開放后, PL-Male組在原路段終點處折回, 重新探索第一路徑, 后進入第二路徑到達終點; PL-Female組則直接選擇進入第二路徑, 而后在第二路徑進行了折回探索并到達終點。PL組三段路徑逐步開放示意圖如下。數(shù)據(jù)結(jié)果如正文中圖6所示。

視頻6：概括分析任務(wù)各組5次測驗所有軌跡圖的快速呈現(xiàn)。

視頻6說明：

·我們將概括分析任務(wù)5次測驗(學習)的全部被試的軌跡圖的導(dǎo)出過程用錄頻軟件進行了錄屏, 并區(qū)分出了不同組別進行連續(xù)播放。

·視頻說明：播放順序為先IL, 后PL; 先雄, 后雌; 并按單只大鼠1~5天的順序進行循環(huán)(共40個被試)。視頻左下角的標注“IL-Male1-1”即“整合雄組1號大鼠第一次概括分析任務(wù)測試”;

·規(guī)律說明：IL組多數(shù)選擇最短路線或原路線; PL組多數(shù)出現(xiàn)無明顯規(guī)律的全盤搜索。

·概括分析任務(wù)示意圖如下。數(shù)據(jù)結(jié)果如正文中圖4a, 4b所示。

注：紅色隔板只供PL組學習階段使用。黃、紅、綠路線分別是PL組1~3天、4~7天、8~12天的正確行徑路線, PL組的學習路線依據(jù)迷宮的長度和規(guī)律用隔板分為3段(隔板放置處有凹槽, 可插拔)。

注：概括分析任務(wù)中黃、紅、綠分別為最短路線, 原路線和隱蔽路線(隔板拆卸在錯誤區(qū)域的窗簾后), 是1~5天的概括與分析測試路線。

視頻7：階段固著測驗中被試對第一原路徑慣性固著示例(IL-Male-10第四次測試)

視頻7說明：在階段固著測驗的第四次測試中, 各組仍一致的選擇在第一路徑選擇原路線, 而在其他兩個路徑更多選擇短路線。階段固著任務(wù)示意圖如下。數(shù)據(jù)結(jié)果如正文中圖4c, 4d所示。

注：階段固著任務(wù)中, 黃、綠、藍分別為第一、第二、第三路徑的最短路徑, 原路徑仍保持通暢。

分類號 B845

收稿日期: 2020-05-05

* 教育部人文社會科學重點研究重大項目《學生心理健康促進體系與服務(wù)平臺建設(shè)》(16JJD190004); 福建師范大學人事處“海外引進人才?青年英才”科研啟動項目(Z0210509)。

通信作者: 連榕, E-mail: lianrong1122@126.com