第九章-问题解决-课件

第九章 问题解决问问 题题 解解 决决主要内容主要内容v第一节第一节 问题与问题解决的概述问题与问题解决的概述v第二节第二节问题解决过程问题解决过程v第三节第三节 问题解决的策略问题解决的策略v第四节第四节 问题解决的计算机模拟问题解决的计算机模拟问问 题题 解解 决决v小王，你今年多少岁啦？小王，你今年多少岁啦？v张三，你是哪里人？张三，你是哪里人？v你小学是在哪里上的呀？你小学是在哪里上的呀？v我们能很快地从记忆中提取答案我们能很快地从记忆中提取答案问问 题题 解解 决决双绳问题双绳问题想象你就是这个站在房子中间的人，房顶上吊着两根绳子。你的目标是把两根绳子系在一起，但是两根绳子都不够长，你抓住任意一根绳子的时候都无法接触并抓住另一根绳子。但是有几把刷子、一桶颜料和一块很重的防水油布你可以利用。你将如何把两根绳子系在一起？问问 题题 解解 决决怎样的问题才能称为问题？怎样的问题才能称为问题？如果我们能很快地从记忆中提取答如果我们能很快地从记忆中提取答案，那么我们面临的并不是问题。只有案，那么我们面临的并不是问题。只有当我们不能提取出直接的答案时，才能当我们不能提取出直接的答案时，才能称之为需要解决的问题。称之为需要解决的问题。问问 题题 解解 决决一、问题一、问题v1.1.问题含义：问题含义：指在给定的信息和目标状态之间有某些障碍需要加以克服的情境。指在给定的信息和目标状态之间有某些障碍需要加以克服的情境。v2 2、基本成分：、基本成分：起始状态：也称给定，就是一组已知的关于问题条件的描述。起始状态：也称给定，就是一组已知的关于问题条件的描述。目标状态：关于构成问题结论的描述，即问题要求的答案。目标状态：关于构成问题结论的描述，即问题要求的答案。障碍：正确的解决方法不是直接显而易见的，必须间接通过一定的思障碍：正确的解决方法不是直接显而易见的，必须间接通过一定的思维活动才能找到答案，达到目标状态。维活动才能找到答案，达到目标状态。问问 题题 解解 决决v3.3.问题类型问题类型A.A.结构良好的问题和结构不良的问题结构良好的问题和结构不良的问题结构良好的问题（结构良好的问题（well-structured problemwell-structured problem），），即那些有明确解决方法的问题。指对问题的起始即那些有明确解决方法的问题。指对问题的起始状态和目标状态都作了明确规定，并最终会有一状态和目标状态都作了明确规定，并最终会有一个正确答案的问题个正确答案的问题一般有三种类型：归类结构问题、转换问题、重一般有三种类型：归类结构问题、转换问题、重新排列问题新排列问题大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流8问问 题题 解解 决决归纳结构问题归纳结构问题 v给予几个成分，而问题解决者必须发现隐含在这些成分中的结构形式。如类推问题，系列延续问题，例如？等问问 题题 解解 决决转换问题转换问题v给予一个最初的状态，要求问题解决者必须发现一系列达到目标状态的操作v如著名的河内塔问题问问 题题 解解 决决排列问题排列问题v 给予所需的成分，要求问题解决者必须以一定的方式排列它们，以达到规定的目标状态。v 如著名的密码算题：有10个不同的字母，分别代表从 0 到 9 的一个数，已知 D5，要求找出每个字母所代表的数，并使算式得以成立。D O N A L D G E R A L D R O B E R T 问问 题题 解解 决决v3 3.问问题题类类型型A.A.结结构构良良好好的的问问题题和和结结构构不不良良的的问问题题 结结结结构构构构不不不不良良良良问问问问题题题题（i i i il l l ll l l l-s s s st t t tr r r ru u u uc c c ct t t tu u u ur r r re e e ed d d d p p p pr r r ro o o ob b b bl l l le e e em m m m），即即即即那那那那些些些些没没没没有有有有明明明明确确确确解解解解决决决决方方方方法法法法的的的的问问问问题题题题。指指问问题题的的初初始始状状态态或或目目标标状状态态以以及及可可能能的的认认知知操操作作都都不不清清楚楚，或或没没有有明明确确说说明明，使使问问题题具具有有不不确确定定性性特特点点是是，对对问问题题空空间间并并未未作作出出详详细细说说明明，而而且且还还可可能能还还没没有有“正正确确”的的答答案案，即即仅仅具具有有含含糊糊的的目目标标状状态态。问问 题题 解解 决决研研究究是是是是一一一一个个个个什什什什么么么么样样样样的的的的问问问问题题题题？vv研研研研究究究究是是是是一一一一个个个个结结结结构构构构不不不不良良良良问问问问题题题题，而而而而不不不不是是是是一一一一个个个个结结结结构构构构良良良良好好好好的的的的问问问问题题题题。问问 题题 解解 决决v3.3.问题类型问题类型结构不良的问题结构不良的问题研究发现，面对这类问题常常导致失败的原因有三：研究发现，面对这类问题常常导致失败的原因有三：所用的解决方法本身就不清楚，具有含糊性所用的解决方法本身就不清楚，具有含糊性在解决这种问题时，个体经常愿意采用可用的方法而不去在解决这种问题时，个体经常愿意采用可用的方法而不去追求更好的办法，即仅满足于满意，而不期望最优追求更好的办法，即仅满足于满意，而不期望最优个体受到自己的信念、表征或动机的影响，而这些心理活个体受到自己的信念、表征或动机的影响，而这些心理活动可能本身就不正确动可能本身就不正确问问 题题 解解 决决v3 3、问问题题类类型型B.B.定定义义明明确确的的问问题题和和定定义义不不明明确确的的问问题题 问问问问题题题题本本本本身身身身提提提提供供供供了了了了解解解解决决决决问问问问题题题题所所所所需需需需要要要要的的的的全全全全部部部部信信信信息息息息，这这这这样样样样的的的的问问问问题题题题就就就就是是是是“定定定定义义义义明明明明确确确确”（w w w we e e el l l ll l l l-d d d de e e ef f f fi i i in n n ne e e ed d d d p p p pr r r ro o o ob b b bl l l le e e em m m m）的的的的问问问问题题题题。目目目目标标标标中中中中隐隐隐隐含含含含着着着着清清清清楚楚楚楚的的的的判判判判断断断断标标标标准准准准。例例例例如如如如：象象象象棋棋棋棋 目目目目标标标标状状状状态态态态或或或或初初初初始始始始状状状状态态态态或或或或两两两两者者者者有有有有时时时时只只只只有有有有部部部部分分分分论论论论述述述述，这这这这种种种种缺缺缺缺乏乏乏乏某某某某种种种种成成成成分分分分的的的的问问问问题题题题被被被被认认认认为为为为是是是是定定定定义义义义不不不不明明明明确确确确的的的的问问问问题题题题（i i i il l l ll l l l-d d d de e e ef f f fi i i in n n ne e e ed d d d p p p pr r r ro o o ob b b bl l l le e e em m m m ）。例例例例如如如如：什什什什么么么么是是是是一一一一个个个个人人人人的的的的成成成成功功功功？问问 题题 解解 决决二、问题解决二、问题解决v1.1.问题解决含义：问题解决含义：认知心理学认为，问题解决是一种以目标为定向的搜认知心理学认为，问题解决是一种以目标为定向的搜寻问题空间的认知过程。寻问题空间的认知过程。v2.2.问题解决的特点问题解决的特点问题情境性：使人感到无法解决的情境问题情境性：使人感到无法解决的情境目标指向性：自觉的行为，具有明确的目的性目标指向性：自觉的行为，具有明确的目的性认知操作性：运用高级规则、进行信息重组（不是已认知操作性：运用高级规则、进行信息重组（不是已有知识和经验简单的再现）有知识和经验简单的再现）“日落香残，洗却凡心一点日落香残，洗却凡心一点”打一字打一字 问问 题题 解解 决决v3、问问题题解解决决的的理理论论试试误误说说问问题题解解决决过过程程首首先先要要通通过过一一系系列列的的盲盲目目的的操操作作，不不断断地地尝尝试试错错误误，发发现现一一种种问问题题解解决决的的方方法法，即即形形成成刺刺激激情情景景与与反反应应的的联联络络，然然后后再再不不断断重重复复巩巩固固这这种种联联结结，直直到到能能立立即即解解决决问问题题 问问 题题 解解 决决顿顿悟悟说说 认认为为人人遇遇到到问问题题时时，会会重重组组问问题题情情景景的的当当前前结结构构，以以弥弥补补问问题题的的缺缺口口，达达到到新新的的完完形形，从从而而联联想想起起一一种种可可行行的的解解决决方方案案。这这一一过过程程的的突突出出特特点点是是顿顿悟悟，即即对对问问题题情情景景的的突突然然领领悟悟。这这这这类类类类问问问问题题题题需需需需要要要要问问问问题题题题解解解解决决决决者者者者以以以以新新新新颖颖颖颖的的的的方方方方法法法法进进进进行行行行思思思思考考考考，而而而而这这这这种种种种思思思思考考考考方方方方法法法法并并并并不不不不能能能能从从从从问问问问题题题题的的的的表表表表征征征征方方方方式式式式中中中中显显显显而而而而易易易易见见见见地地地地看看看看出出出出来来来来。问问 题题 解解 决决下图是用16根火柴棍儿摆出的5个正方形。移动其中的3个火柴棍儿形成4个正方形。问问 题题 解解 决决认知观点认知观点认为，问题解决是信息加工系统对信息的加工，把最初的信息认为，问题解决是信息加工系统对信息的加工，把最初的信息转换成目标状态的信息。转换成目标状态的信息。就是把问题划分成诸成分，从记忆中激活旧有的信息，或寻找就是把问题划分成诸成分，从记忆中激活旧有的信息，或寻找新的信息。如果失败了，就可能退回到最初的问题，另找方法，新的信息。如果失败了，就可能退回到最初的问题，另找方法，或重新定义问题或寻求解决问题的方法。这种问题解决不是线或重新定义问题或寻求解决问题的方法。这种问题解决不是线性的，问题解决者可能跳来跳去，跨步或联合一些步骤。性的，问题解决者可能跳来跳去，跨步或联合一些步骤。问问 题题 解解 决决v图示激活图示激活尝试解答评价问题表征寻求解答无图示激活成功停止失败问问 题题 解解 决决第二节第二节 问题解决过程与策略问题解决过程与策略一、问题解决过程一、问题解决过程v在问题的初始状态和目标状态之间，存在一系列的问题空间。解决问题，就是采用一定的策略搜索这些问题空间，找出实现从初始状态到目标状态的步骤。问题解决过程可概括为四个步骤：问题表征问题表征选择算子选择算子应用算子应用算子评价当前状态评价当前状态问问 题题 解解 决决1 1、问题表征、问题表征v即将任务领域转化为问题空间，实现对问题的表征和理解。它是一个主动的过程；人的知识经验影响问题空间的构成；问题空间是否适宜，对问题解决有直接影响。v关键：找出相关信息，忽略无关细节关键：找出相关信息，忽略无关细节例如：抽屉里有黑、白两种袜子，它们相互混合在一起，它们例如：抽屉里有黑、白两种袜子，它们相互混合在一起，它们的个数比的个数比4 4比比5 5。请问，你要取出多少袜子才能确保其中有两只。请问，你要取出多少袜子才能确保其中有两只是同颜色的？是同颜色的？问问 题题 解解 决决v在表征问题时，个体不但要理解问题中的每一个句子，而且要将每个在表征问题时，个体不但要理解问题中的每一个句子，而且要将每个句子所表达的意思综合起来，以达成对整个问题的准确理解。句子所表达的意思综合起来，以达成对整个问题的准确理解。例如：一天清晨，小和尚从山脚出发到山顶的庙里去烧香，日落例如：一天清晨，小和尚从山脚出发到山顶的庙里去烧香，日落时到达山顶。第二天，小和尚烧了头香原路返回山脚。请问：山时到达山顶。第二天，小和尚烧了头香原路返回山脚。请问：山路中是否有一个地方是小和尚上下山同一时刻经过的？路中是否有一个地方是小和尚上下山同一时刻经过的？问问 题题 解解 决决v问题表征阶段有两个主要的结局：问题表征阶段有两个主要的结局：第一，如果你对问题的表征，能使你联想起一个即时的顿悟式的第一，如果你对问题的表征，能使你联想起一个即时的顿悟式的解决方案，那你就能解决这一个问题了。解决方案，那你就能解决这一个问题了。第二种，如果并没有一个现存的图式能使你联想起一个即时的解第二种，如果并没有一个现存的图式能使你联想起一个即时的解答，你就得遵循寻求解答的路线。很明显，这条路径并不如前面答，你就得遵循寻求解答的路线。很明显，这条路径并不如前面那条途径有效，但有时，这是一条唯一的路。那条途径有效，但有时，这是一条唯一的路。问问 题题 解解 决决2 2、选择算子、选择算子v选选择择算算子子，它它与与策策略略密密不不可可分分 算算算算法法法法策策策策略略略略 启启启启发发发发法法法法：类类类类比比比比思思思思维维维维法法法法问问 题题 解解 决决3 3、应用算子、应用算子v也称执行策略阶段，即实际运用所选定的算子来改也称执行策略阶段，即实际运用所选定的算子来改变问题的起始状态或当前的状态，使之逐渐接近并变问题的起始状态或当前的状态，使之逐渐接近并达到目标状态。达到目标状态。问问 题题 解解 决决4 4、评价当前状态、评价当前状态v包括对算子和策略是否适宜、当前状态是否接近目标、包括对算子和策略是否适宜、当前状态是否接近目标、问题是否已得到解决等作出评估。问题是否已得到解决等作出评估。v经过评估，可以更换算子和改变策略，甚至重新对问题经过评估，可以更换算子和改变策略，甚至重新对问题进行表征。进行表征。v例例如如：有有3 3个个人人一一起起下下象象棋棋，每每人人下下了了2 2盘盘，问问总总共共下下了了几盘棋？几盘棋？问问 题题 解解 决决二、问题解决策略二、问题解决策略vv算算算算法法法法策策策策略略略略vv启启启启发发发发法法法法：手手手手段段段段-目目目目的的的的分分分分析析析析 逆逆逆逆向向向向反反反反推推推推法法法法 爬爬爬爬山山山山法法法法vv类类类类比比比比思思思思维维维维法法法法问问 题题 解解 决决1.算法策略算法策略v含含义义：算算法法策策略略就就是是在在问问题题空空间间中中随随机机搜搜索索所所有有可可能能的的解解决决问问题题的的方方法法，直直至至选选择择一一种种有有效效的的方方法法解解决决问问题题。简简言言之之，就就是是把把问问题题解解决决的的方方法法一一一一进进行行尝尝试试，最最终终找找到到解解决决问问题题的的答答案案，故故又又称称尝尝试试错错误误法法。v评评价价：能能能能保保保保证证证证问问问问题题题题解解解解决决决决，但但但但费费费费时时时时费费费费力力力力。vv举举举举例例例例：密密密密码码码码问问 题题 解解 决决2、启发法、启发法v含含义义:启启发发法法就就是是人人根根据据一一定定的的经经验验，在在问问题题空空间间内内进进行行较较少少的的搜搜索索，以以达达到到问问题题解解决决的的一一种种方方法法。v评评价价：不不能能保保证证问问题题解解决决的的成成功功，但但用用此此方方法法解解决决问问题题较较省省时时省省力力。vv种种种种类类类类：手手手手段段段段-目目目目的的的的分分分分析析析析 逆逆逆逆向向向向搜搜搜搜索索索索 爬爬爬爬山山山山法法法法问问 题题 解解 决决手手手手段段段段-目目目目的的的的分分分分析析析析v将问题的目标状态分成若干子目标，通过实现一系列的子将问题的目标状态分成若干子目标，通过实现一系列的子目标最终达到总目标。目标最终达到总目标。v基本步骤：循环往复基本步骤：循环往复比较初始状态和目标状态，提出第一个子目标；比较初始状态和目标状态，提出第一个子目标；找出完成第一个子目标的方法或操作；找出完成第一个子目标的方法或操作；实现子目标；实现子目标；找出新的子目标。找出新的子目标。问问 题题 解解 决决 问问 题题 解解 决决 问问 题题 解解 决决v传教士与野人过河问题传教士与野人过河问题三个传教士和三个野人想过一条河，他们只有每次仅三个传教士和三个野人想过一条河，他们只有每次仅能载两个人的一条船。如果岸上的任何一边留下的传能载两个人的一条船。如果岸上的任何一边留下的传教士少于野人，则野人会吃掉传教士。怎么样才能以教士少于野人，则野人会吃掉传教士。怎么样才能以最有效的方法将六个人都运送过去，而传教士又不被最有效的方法将六个人都运送过去，而传教士又不被野人吃掉？野人吃掉？问问 题题 解解 决决河河内内塔塔问问题题问问 题题 解解 决决逆逆逆逆向向向向搜搜搜搜索索索索v含义：逆向搜索就是从问题的目标状态开始搜索直至找到含义：逆向搜索就是从问题的目标状态开始搜索直至找到通往初始状态的通路或方法。通往初始状态的通路或方法。v应用：更适合于解决那些从初始状态到目标状态只有少数应用：更适合于解决那些从初始状态到目标状态只有少数通路的问题，一些几何问题较适合采用此策略。通路的问题，一些几何问题较适合采用此策略。v例如：给定例如：给定 ABCDABCD为一长方形，证明：为一长方形，证明：ADADCBCB。ABCD问问 题题 解解 决决 问问 题题 解解 决决爬山法爬山法v含义：类似于手段含义：类似于手段-目的分析法的一种解题策略。他是采目的分析法的一种解题策略。他是采用一定的方法逐步降低初始状态和目标状态的距离，以达用一定的方法逐步降低初始状态和目标状态的距离，以达到问题解决的一种方法。好比登山者，为了登上山峰，需到问题解决的一种方法。好比登山者，为了登上山峰，需要从山脚一步一步往上走一样。要从山脚一步一步往上走一样。v与手段与手段-目的分析法不同之处是：他包括这样一种情况，目的分析法不同之处是：他包括这样一种情况，即有时人们为了达到目的，不得不暂时扩大目标状态与初即有时人们为了达到目的，不得不暂时扩大目标状态与初始状态的差异，以有利于达到最终目的。始状态的差异，以有利于达到最终目的。问问 题题 解解 决决3 3、类比思维、类比思维v含义：当你面对某种问题情境时，你可以运用类比思维，含义：当你面对某种问题情境时，你可以运用类比思维，先寻求与此有些相似的情境的解答。先寻求与此有些相似的情境的解答。v例如：例如：当人们发明潜艇后，工程师们要思考如何让战舰确定当人们发明潜艇后，工程师们要思考如何让战舰确定潜艇隐藏在海下的方位。潜艇隐藏在海下的方位。研究蝙蝠导航机制导致了声纳了的发明。研究蝙蝠导航机制导致了声纳了的发明。鲁班发明锯子。鲁班发明锯子。问问 题题 解解 决决三、影响问题解决的因素三、影响问题解决的因素v1 1、问题的特征、问题的特征个体解决有关问题时，常常受到问题的类型、呈现的个体解决有关问题时，常常受到问题的类型、呈现的方式等因素的影响。教师课堂中各种形式的提问、各方式等因素的影响。教师课堂中各种形式的提问、各种类型的课堂和课后练习、习题或作业的呈现问题的种类型的课堂和课后练习、习题或作业的呈现问题的方式将影响个体对问题的理解。方式将影响个体对问题的理解。问问 题题 解解 决决问问 题题 解解 决决三、影响问题解决的因素三、影响问题解决的因素v2 2、定势、定势