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观察数据即对被试行为进行观察后所获得的数据。
行为主义的主要研究思想就是要对外在可观察的行为进行观察，而忽略对内部心理机制的探讨。
早期的思维研究者们借用了行为主义观察外显行为的思想，获得了许多有关思维的观察数据。
然而，他们并未仅仅停留在数据积累上，而是根据所获得的观察数据进行进一步的推断，形成了有关思维的理论。
现以桑代克的尝试错误实验和苛勒的顿悟实验为例来说明研究者是如何使用具体的观察数据形成早期思维理论的。
这两个实验都采用了动物被试。
虽然直到今天为止，仍有部分研究者对于动物是否拥有思维持怀疑态度，事实上这一问题也仍存有争议；
但是无论怎样，桑代克和苛勒的工作在思维研究中占据了无可争议的经典地位，并清晰地阐明了行为测量在思维研究领域的应用。
1911年，桑代克以猫为被试研究了思维过程中的尝试错误现象。
他把猫关进特制的迷箱中，箱外放有食物，猫必须拉动迷箱中的绳子，才能把门打开，逃出迷箱，得到食物。
桑代克观察并描述了猫在迷箱中的行为，又以每次猫逃出迷箱的时间和成功解决问题前所犯的错误作为行为测量的指标。
结果发现：
在逃出迷箱得到食物之前，猫往往会经历一段在迷箱中乱抓乱咬、四处碰壁的过程，它会尝试各种策略，最终偶然拉动了绳子，从而成功地逃出迷箱得到食物。
并且，在经历了十几次同样的试验之后，猫作出正确反应所需的时间越来越短，所犯的错误也越来越少。
由此可以推测：
猫的问题解决是一种尝试错误的过程，随着问题解决次数的增多，尝试错误的次数随之逐渐减少。
这就是桑代克著名的尝试错误说，即将问题解决的过程看成是一种联想学习的过程，带有渐进的性质，在这一过程中，适宜的联系得以建立并通过强化而巩固，反之，不适宜的联系则逐渐消退。
值得注意的一个问题是：
在此实验中，桑代克观察的主要方面是猫作出正确反应所需的时间和错误次数，这表示早期的观察数据法中就体现了行为指标方法的部分端倪，这两种方法在许多方面存在联系。
针对桑代克的尝试错误说，1913年到1917年期间，苛勒以猩猩为被试进行了一系列顿悟实验。
在其中较著名的一个实验里，实验者将黑猩猩关在围栏中，高处挂着香蕉，但是不管猩猩用爪子还是用棍棒都不可能直接够到香蕉。
通过对猩猩行为的观察发现：
猩猩在进行了很多次失败的尝试后，索性放弃了这个问题，它们或者犹豫不决，或者环顾四周，或者根本就去做其他的事情了。
不过实验观察发现，有时在经历了这样一段较长时间的停顿后，猩猩会突然想到解决方法——把围栏中的箱子一个个地堆起来，然后爬到箱子上，得到了香蕉。
基于此，苛勒推测问题解决的过程不是盲目地尝试错误的过程，猩猩不需要一次又一次地去尝试够到香蕉，它们看上去更像是停下来思考，或是去做其他的事，而后在某个瞬间，突然顿悟。
这种思维过程突变性的假设——顿悟说，有别于桑代克渐进式的尝试错误说。
以上两个以动物为被试的研究，主要依靠行为观察数据，针对问题解决的过程提出两种经典假说，这证明了观察数据在思维研究中的应用价值。
当然，随着实验设计理论和思维研究本身的进展，后来的研究者往往偏好运用事前规定的行为指标，做更有针对性的记录。
（二）行为指标
行为测量时所采用的行为指标多种多样，现以思维研究中的酝酿实验和类比实验为例阐述一下它们的运用。
波斯纳（1973）描述了一项酝酿实验。
实验所用的问题为：
一个人有4条链子，每条链子有三个环。
他想把这四条链子结成一个封闭的链圈。
打开一个环要花2分，接一个环要花3分。
这个人花15分把所有链子结成了一个封闭的链圈，他是怎么做的？
实验操纵的一个自变量为酝酿期的长短，即解决问题的两段时间中的延时，在这里“酝酿”被理解成问题解决之前所从事的与问题无关的事，但却对最终的问题解决产生影响的过程。
该自变量的三个水平分别为0、15和30分钟。
实验采用被试间设计，每个自变量水平下，至少20个被试。
另外，为了控制被试在延时期间的行为，研究者还要求他们在延时期间没有思考测验的问题。
实验有两个行为指标，一个是被试解决问题的百分率，另一个是解决问题所花费的时间。
酝酿期为15分钟的被试问题解决成功率高于无酝酿期被试的，并且他们所花费的时间也更短；
而酝酿期为30分钟的被试问题解决成功率又高于酝酿期为15分钟被试，并且他们所花费的同样也更短。
波斯纳据此推测，酝酿期的长短直接影响了问题解决的效果。
另一个例子是沃森和约翰逊－莱尔德（Wason和Johnson-Laird，1972）所进行的选择作业实验，或称为四卡片问题。
实验程序如下：
给成年被试看4张卡片，其中两张的正面各有一个字母，一张卡片有元音字母（E），另一张卡片为辅音字母（K）；
另两张卡片的正面各有一个数字，一张卡片为偶数（4），一张卡片为奇数（7），见图9-1。
实验的指导语为“每张卡片都是一面为字母，一面为数字，现在要求你验证一个规则——若卡片的一面为元音字母，那么另一面则为偶数，不过你只能翻两张卡片”。
正确的答案是翻卡片“E”和卡片“7”，因为翻卡片“E”可以从正面验证规则正确与否，而翻卡片“7”可以从反面证伪这一规则。
实验以做各种回答的人数比率作为行为指标。
结果发现只有10%左右的被试答对，却有将近50%的被试回答“E”和“4”。
据此，沃森和约翰逊－莱尔德认为被试擅长于从正面验证某一规则，而不习惯于证伪。
图9-1沃森和约翰逊－莱尔德实验材料
早期，国内也有研究者使用行为指标进行思维研究。
比如：
朱智贤等（1963）研究了儿童让步关系推理，研究所使用的行为指标为错误率。
结果发现二年级（8－9岁）在推理时的错误率为26.5%，三年级（9－10岁）则为19.5%，四年级（10－11岁）为12.5%，五年级（11－12岁）则下降到4.5%。
所以，研究者推论四、五年级是儿童掌握让步关系的一个转折期。
综上，用行为测量来推断思维过程是较为科学、有效的。
不管是早期的观察数据，还是后来的行为指标，都是从外显的、客观的行为数据来推测思维的某些特征。
这种客观性便是行为测量有效性的见证。
不过同时，客观性也存在一个重大的问题，那就是只从行为结果入手，而不能揭示行为过程。
为了对思维过程有一个更为详细的了解，后来，研究者们又发明了出声思维法。
二、出声思维
思维的另一个研究方法为内省式的言语报告。
在思维研究领域，通常会让被试在问题解决或推理的过程中，将其思路用言语报告出来，这种言语报告的方式被称为出声思维（thinkaloud）。
（一）出声思维的由来
认知心理学对快速的信息加工过程，通常会使用反应时等指标，而对于诸如思维等慢速的信息加工过程，通常使用出声思维等考察形式，因为慢速的信息加工过程持续时间较长，内部操作更为复杂，存在多种选择的可能性，对其进行行为测量几乎是不可能的。
一个人在完成一道数学题的思维作业时，他通过哪些内部操作来完成是别人无法直接观察到的，而事后询问所得的答案又常常是不完整、不准确的。
克服这种困难的一个有效方法是让他利用外部言语进行思考，即出声思维，使他的思维过程外显化，这样就可以直接观察人的思维过程。
鉴于此，心理学家邓克（1945）首先提出了出声思维法。
但是，在方法被提出的初期，它并未受到学术界的关注。
直到1972年，纽厄尔（Newell）和西蒙（Simon）将此方法用在了问题解决领域，获得了可喜的成功，出声思维法才受到研究者的广泛关注。
出声思维法一般按照以下几个步骤实施：
（1）对被试进行预训练，使他们能顺利地进行出声思维；
（2）给被试一个思维作业，比如：
一道数学题或是一种智力游戏，让他们用出声思维的方法来完成作业，同时用录音机记录他们的全部口述；
（3）当被试在进行出声思维的过程中，发生停顿，实验者应及时提醒或询问他们在想什么，不过，除非有特殊的研究目的，并事先做过准备，实验者在出声思维过程中，不应提问，以免干扰被试的出声思维；
（4）将录下的言语报告逐字逐句地整理成文字材料，并对记录进行细致的分析，提炼其中有价值的材料，以分析被试思维的过程及其特点。
所录下的言语报告的分析是上述步骤中最困难的一步，有时被试的报告显得过于杂乱，很难从中找出规律。
对此，纽厄尔和西蒙（1972）提出了一种分析被试出声思维言语报告的有效方法——问题行为图。
（二）出声思维的分析——问题行为图
问题行为图可以使研究者直观地看出被试在问题解决过程中所进行的各种操作序列。
问题行为图由两个部分组成：
（1）知识状态，即被试在某一具体时刻所知的关于该思维作业的全部信息；
（2）操作，即被试每次用来改变其知识状态的手段。
在制图时，用方框来表示知识状态，用箭头来表示改变知识状态的操作，箭头的方向指出知识状态变化的路线，画时要依次排列，遵循从左到右，从上到下的原则。
如果在问题解决过程中出现知识状态的重复，则返回这一状态的原始位置。
这样，将一次问题解决作业的言语报告内容用许多方框和箭头表示，就构成了问题行为图，研究者可以通过问题行为图，详细地了解被试所进行的内部操作过程。
现以一具体实例来说明问题行为图的制作过程。
纽厄尔和西蒙（1972）将被试对密码问题的言语报告转化成了问题行为图。
密码问题即用10个不同的字母分别代表从0到9的一个数码，比如：
在下式中，已知D=5，要求找出10个字母所代表的数码，在用数码代替字母后，运用加法法则进行计算，可使该算式成立。
在纽厄尔和西蒙的研究中，一个被试的言语报告记录片段为：
“每个字母只有一个数值。
（这是对实验者提出的问题，他回答‘一个值’）
这里有10个不同的字母，并且其中每个字母有一个数值。
所以，我看到两个D，一个D是5，因此T是零。
所以，我想我从写下这里的问题开始。
我将写5，5是零。
现在，我还有另外的T吗？
没有。
但我有另一个D，这就意味着我在另一侧还有一个5。
现在，我有两个A和两个L，它们各在某个地方，而这个R则有3个，两个L等于一个R，当然，我要进1，这意味着R必将是个奇数，因为两个L或任何两个数相加必然得出偶数。
而1是奇数，所以R可能是1，3，但不是5，7，9。
（此处出现长的停顿，实验者问：
‘你在想什么？
’）
现在看G，由于R可能是奇数，而D是5，G必将是偶数。
我现在来看问题的左侧，那里说D+G、哦，还可能加上另一个数，要是E+O必须进1的话，我想我会暂时忘记这一点的。
也许解这道题的最好方法是尝试各种可能的解法。
我不知道是否有最容易的办法。
”
显然，被试的第一个认知状态为“D=5”，通过对第一列加工的操作“D+D=T”，他进入第二个认知状态“T=0”，然后被试尝试去取一个新列，但是他并未找到T，只在最左列中找到了D，将“D=5”代入，通过这一操作，他进行了第三个认知状态。
以此类推，通过这样逐步的分析，我们可以得到如图9-2的问题行为图。
图9-2一个被试解密码问题的问题行为图片段
（采自王甦等，1992）
在图9-2中，为了便于和O区分，我们将零写作“Ø
”。
从图中，还可以看出，被试在整个思维的过程中出现了反复，因为状态6和状态4重复，都是“L+L=R”。
当在问题行为图中出现了此类倒退的现象时，必须用向下的箭头表示，并另起一行。
问题行为图表明：
被试的过程并不是直线式的，而是以一种曲折、迂回的方式前进。
被试在思维的过程中，可能会尝试各种路径，并慢慢积累信息。
他有时会钻进死胡同，然后，倒退到原始状态，再尝试其他的路径。
随着信息积累逐渐丰富，被试的推理也会变得更为有效。
在每一时刻，被试关于思维作业的全部知识便构成了他此时的认知状态，他尽量尝试使用各种操作，以进入一个新的状态，逐步达到目标状态。
（三）出声思维的研究实例
傅小兰（1995）以出声思维研究了人们问题解决过程中所使用的策略。
研究中所使用的问题是独粒钻石棋游戏。
这是一个单人游戏，共有32粒棋子（见图9-3中的黑点）。
它的玩法像跳棋，每次动一个棋子，这个棋子必须跳过另一个棋子，而且要跳到空位上，被跳过的那个棋子就被吃掉了。
游戏的成绩取决于最后剩下的棋子数，最好成绩是只在棋盘中央（44处）剩下一枚棋子。
独粒钻石棋的棋子分为四组：
A组为在24、42、44、46和64五个位置上的棋子；
B组为在13、15、31、33、35、37、51、53、55、57、73和75十二个位置上的棋子；
C组为在23、25、41、43、45、47、63和65位置上的棋子；
D组为在14、32、34、36、52、54、56和74位置上的棋子。
四组棋子间的关系具有以下性质：
（1）A组棋子无法吃掉34、43、45和54位的棋子而走动；
（2）B组棋子无法吃掉A组棋子，也不能被A组棋子吃掉，但可以与C组和D组棋子互吃；
（3）C组棋子和D组棋子互相垂直，不能互吃，也不能换位，但它们不仅能与B组棋子互吃，而且还能吃掉A组棋子。
实验时，让44名被试分别解决独粒钻石棋问题5次。
研究者对被试的口头言语报告进行了分析，结果发现被试采用了三种不同策略：
（1）“知觉指引策略”，即被试下棋时毫无无计划，而只是基于对目前问题情境的知觉结果来行动，通常是看到哪个棋子能动就移动哪一个。
一般这类被试的口语报告多包含“先试试”、“车到山前必有路”、“走一步看一步”等；
（2）“选择性搜索策略”，这类被试的口语报告中一般出现此类自述“先把最角上的棋子吃掉”、“要往中间走”、“怎么把边缘的移到中间去？
”等；
（3）“计划简化策略”，这类被试的口语报告一般为“怎样使4个角一个一个空出来”、“上面一个一个角消灭掉，这么消灭的话没注意中间的”等。
被试试图将4个边角上的棋子一块一块消灭，这表现出了明显的计划性，并能保证剩下的棋子集中在中部。
图9-3独粒钻石棋
（采自傅小兰，1995）
实验者对使用不同策略解决问题的所剩棋子数进行了统计检验，结果三种策略有显著差异，“计划简化策略”所剩棋子数最少，其次是“选择性搜索策略”，最差的是“知觉指引策略”。
可见，前两种策略是解题较为有效的策略。
实验者还对对5次问题解决中使用三种策略的人数进行了统计，结果如图9-4所示，这一结果表明随着练习次数的增加，能使用有效策略（选择性搜索策略和计划简化策略）的被试越来越多。
图9-4五次问题解决中使用三种策略的人数
（四）对出声思维的评价
的确，认知心理学家们在出声思维上下了大功夫，他们极力使言语报告能像行为测量一样有效、科学。
通过问题行为图对出声思维进行分析，使得言语报告可以被量化了。
问题行为图中向下箭头的个数就是被试在思维过程中倒退的次数，倒退次数越多，可能说明被试在思维过程中使用策略的情况越不稳定；
在问题行为图中，所使用的操作总数，则可以作为其思维快慢程度的指标。
除了能和行为测量一样，作到科学化外，出声思维的另一个优点在于：
掌握被试思维的全过程，这往往是诸如解题时间、错误次数、答对人数等行为测量指标无法作到的。
分析被试解一道数学题的思维过程，行为测量也许只能得到被试解题所花的时间和最终成功解题的步骤，而从问题行为图中，我们却可以看到被试开始的一些错误尝试和曾经被否定的错误策略。
然而，出声思维法也有其缺陷：
（1）作为言语报告的一种，出声思维反映的是仅能停留在被试意识层面的东西。
而近些年来的一些研究则表示：
思维过程并不一定是可以外显的，被试的思维过程完全有可能是内隐的，即被试不知道为什么会得到此类答案，或者不知道自己在问题解决时所使用的策略。
（2）在解决问题时让被试进行言语报告是否会影响到被试的思维？
也许为了更清晰地报告某个想法，而未能及时地注意下一想法，而会导致灵感的丢失。
不过，也有研究显示出声思维的方式并不会影响思维的正常进程。
（3）言语报告的可信程度到底有多大？
出声思维和过去心理学中的内省法有某些相似之处，因此，有关内省法可信程度的争论在出声思维法上再度出现（Nisbett和Wilson，1977）。
梅特卡夫（Metcalfe，1986）进行的实验或许可以说明问题。
梅特卡夫要求被试边解决问题，边同时对他们接近问题解决的程度进行评价。
结果显示：
被试的评价很不准确，即当被试表示他们正接近答案时，他们事实上更容易给出不正确的答案！
可见，被试的言语报告可能是相当不准确的。
尼斯贝特（Nisbett）和威尔逊指出：
当要求被试报告口头上很难定义的内容，或是他们为什么或怎样才能作出可靠判断的时候，言语报告往往是不准确的。
但是，出声思维要求被试做的是报告他在想什么或是他在做什么，而不是像上述实验一样，要求被试定义他们言语上很难定义的东西。
总地说来，出声思维法既能像行为测量一样作到科学化，又能揭示行为测量所不能揭示的一些问题。
然而，有关出声思维是否会干扰思维过程、出声思维是否可信的问题仍存在争论，所以，当以出声思维作为研究方法时，我们必须对结果的解释作到慎之又慎。
一般来说，出声思维法较适宜于那些能够为被试自身清楚意识到的思维过程的研究；
而针对如近年来受到较多关注的思维中无意识过程的研究，出声思维法就无法揭示出什么了。
三、建构认知模型
随着认知心理学研究的深入，思维的研究需要进行一次方法论和指导思想上的革命，从研究诸如顿悟、类推、酝酿等具体的思维现象到真正揭示思维的本质，即思维的心理机制和内部表征形式。
在这种背景下，建构认知模型的方法逐渐受到研究者的青睐。
建构认知模型是一个方法论上的概念，它代表的是一种指导思想，而非专指某种具体的方法。
研究者往往会尝试各种方法，综合系列实验研究的结果，来建立模型以揭示思维的心理机制和内部表征，并设计实验来检验模型的解释力。
不过，建构认知模型虽然没有一成不变的具体方法，却仍能总结出大致的步骤和脉络。
下面的实例对此进行了说明：
（一）实施步骤
众所周知，思维最基本的单元就是概念，或者说是命题或符号系统。
思维也常被认为是以某种算法或规则对符号或概念进行一定操作的过程。
人们掌握概念的过程，可谓是最基本的思维过程。
所以，有关概念结构的模型是对思维的心理机制和内部表征的描述。
在此，就以概念结构的原型说为例来说明认知模型范式的实施步骤。
1．先验模型阶段
研究的最终目标是建立具有解释力、得到数据支持的认知模型。
但是第一步，是要先建立一个有关思维心理机制和内部表征的先验模型。
这里说先验模型，就是指研究者头脑中的理论模型，即还未得到实验验证的思想雏形。
罗希（Rosch，1975）提出一种有关概念表征的认知模型，即概念结构的原型说。
他认为概念主要是以原型（prototype），即它的最佳实例，来进行表征的，原型是能够用来最好地说明概念的一个样例。
例如：
当我们在思维活动中涉及鸟的概念时，我们常会想到鸽子，而不大会想到企鹅或鸵鸟。
不过，概念表征除了原型外，还有维量。
维量是指范畴成员的代表性程度（degreeofcategorymembership），即概念内的其他个体偏离原型的距离。
原型和维量的紧密结合就形成了概念。
比如，图9-5表示某个人头脑中，概念“鸟”的心理表征模型，原型为“鸽子”，其他的实例和原型间的距离不等。
图9-5概念表征模型实例
到这里为止，罗希已经提出了一些颇具新意的想法，并对概念表征的机制和结构作了先验的假设。
当然，这一模型还远不是研究者最终希望得到的认知模型，但是它能够指导后继的实验研究，在完善该雏形后建构起真正有效的认知模型。
2．实验验证阶段
在先验模型指导下，进行实验验证是认知模型范式的第二个步骤。
实验验证，即要通过对各种变量的操纵来获得有利的结果，提出支持或否定先验模型的证据，为模型的进一步完善打好基础。
为了验证概念表征的原型说，罗希（1975）设计了以下实验。
实验中，他向被试呈现属于不同语义概念的许多语词实例，让他们就其代表相应概念的程度，由高到低予以等级评定，以1为最高。
表9-1列出了部分结果。
表9-1 4个语义范畴实例的优良程度评定的常模
家具
等级
水果
机动车
武器
椅子
1.5
橙子
1
汽车
枪
沙发
苹果
2
旅行汽车
手枪
睡椅
3.5
香蕉
3
卡车
左轮手枪
桌子
桃子
小汽车
4
机关枪
安乐椅
5
梨
公共汽车
5.5
步枪
梳妆台
6.5
杏
出租汽车
弹簧枪
6
转椅
柑桔
吉普车
7
刀
咖啡椅
8
梅子
急救车
匕首
摇椅
9
葡萄
摩托车
猎枪
双人椅
10
油桃
街车
剑
柜厨
11
草莓
大蓬货车
炸弹
11.5
写字台
12
葡萄柚
Honda牌汽车
手榴弹
床
13
浆果
缆车
原子弹
13.5
刺刀
（采自Rosch，1975）
可见，每个概念中，各个实例的代表性程度都是不同的，具有最高评定等级的那个实例就是概念的原型或者说是最佳实例。
罗希后来的反应时实验也得到了一致的结果，即原型的反应时总是快于其他实例的反应时，代表性好的实例反应时快于代表性差的。
在此结果的基础上，罗希进一步进行了匹配实验。
实验中，他向被试呈现一对名称，要求被试尽快说出这对名称是否属于相同范畴，研究者记录被试的反应时间。
相同范畴的情况有两种，一种是两个名称完全相同的，如：
“知更鸟——知更鸟”，另一种是两个名称属于同一范畴但并非同一个名称的，如：
“知更鸟——麻雀”；
而范畴不同的情况则是
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