黑箱法的原理及应用（黑箱法分析）

简述智力与智力评估测量研究的历史

人类“智力”我们共同感兴趣的话题

从人类文明诞生开始，人类就选择了自己这个物种通过发展个体的信息处理能力高它们的生存能力；在人类过去3000年有关智力文字叙述中，智力被解释为不同的定义，包括抽象思维、理解、沟通、计划、学习、推理能力以及解决问题的能力。虽然在人类物种和其他物种中进行了不同层面和不同角度的研究，但与智力相关的概念也已经在动物甚至植物中得到了观察和发现。然而，对于什么是“智力”，学术上仍然没有共识。

这显然是一个在哲学家、科学家、心理学家和教育家心中都可以产生了共鸣的定义概念；同样是公众感兴趣的定义概念。

人类文化中的“智力”

在西方，这个词来源于拉丁语的动词智力。这个动词的词根是中间，意思是“挑出”或辨别(Traupman2007)。这个动词的一种形式，智力，是中世纪的技术术语，指的是理解良好的人，也是希腊哲学术语nous的翻译。

在中国，“智”形声字。甲骨文作从于，知声。形旁于是竽的象形字，表示“智”的本义与竽声可知心迹有关。知是从口、矢声的形声字，本义为口之所陈，心迹可识，于智表音，智与知声韵并同。随着中国人对世界的认识，“智”的意义也随之深化，到了汉朝，“智”字已经和近代字几乎一样了，矢口日构成了“智”，矢，即是箭；口即是口；日即是太阳。表义为口中言语如箭出口而说太阳，内义为，知日，知太阳，表达了“智”就是对事物的过去现在未来的变化对答如流，胸有成竹。

到了现代，“智”这个词被通化为“智力”，成为现代心理学常用的专业名词，而现代的认知神经科学，不同的学派则常常用认知功能或者认知信息加工能力在专业领域进行表述。“智”这个词还有一个外延是“智慧”。

在不同的观点中，许多学者强调“智慧”要高于“智力”，“智慧”要高于“认知”，他们认为智力不过是大脑的一个“技能”，而“智慧”是一种高级创造思维能力，包含对自然与人文的感知、记忆、理解、分析、判断、升华等所有能力。在此，我们不详细去讨论“智慧”“智力”“认知功能”的区别和联系，但您听完我陈述的《智力与智力评估测量研究的历史》，您就会了然于心了！

人类对世界的认识是从最表面的现象开始，我们的祖先在进入文明时代以后，虽然在地理上隔绝千里，东西文明对于智力都似乎有同样的理解和认识；然而，这一切的认识都是基于现象上的理解，对于智力深入的研究，只有近代科学发展起来，人们才开始从不同的层面了解自己的大脑，探索我们自己的大脑如何变化，而这种变化又是如何促使人类在短短的数千年，成为地球上最成功的的物种。

当我们深入的探索人类的“智力”“智慧”和“认知功能”的时候，我们发现，这是人类一段多么波澜壮阔的历史。我们仅仅从文字来描述这样的历史是远远不够的，今天，让我们一起从科学的视角，来触摸“智力”的本质。

科学视野中的“智力”

1687年，英国牛顿出版了《自然哲学的数学原理》，系统论述了牛顿运动三大定律（惯性定律、作用力与反作用力定律、加速度定律）和万有引力定律。这些定律构成一个统一的体系，把天上的和地上的物体运动概括在一个理论之中。这是人类认识史上对自然规律的第一次理论性的概括和综合。形成了一个以实验为基础，以数学为表达形式的近代物理科学体系即经典力学体系，标志着近代科学的形成。

进入现代科学，人类对于自身的智能及其发展问题始终表现出浓厚的兴趣，最早研究智力的就是大家熟悉的心理学家，而对于智力的认识是近几十年来，智力研究者们（这些人也被统称为脑科学家）从心理学、心理计量学、社会学、人类学以及认知科学等不同角度和层次对人类智能问题作了种种探索，提出了各种智力理论，并在各种智力理论基础上编制了多种智力测验；随着认知科学、脑科学和人工智能的深入研究和发展，人们开始对于智力的数学模型进行构建，希望建立起与物理科学相统一的人脑的智力模型。

• 智力理论的发展

在智力研究中，把智力作为大脑内部的功能结构来进行研究，并提出智力理论的主要有两大模式∶心理地图模式和计算模式。

• 智力的因数论—心理地图模式（The Geographic Model）：这是一种把智力看成心智地图并以此为基础建构智力结构的理论模式。这一模式的智力理论其共同基点是认为智力是人脑的内部特性和有待发现的心理结构。最具代表性的智力结构理论结构理论：Spearman 的二因素论，Thurstone的能力因素群论（言语理解、言语流畅性、归纳推理、空间知觉、数字、记忆和知觉速度等七种不同的心理能力构成），Guilford三维智力理论，Cattell智力的流体智力和晶体智力两个亚因素论等等；上述模式中的智力理论主要是对智力结构进行的静态描述，使这些理论很少涉及智力活动内部的心理过程，同时难以对上述不同理论进行整合，以上述理论为背景所编制的许多智力测验，则停留在以个别差异为基点，对构成智力的各种不同能力的测量上，无法对心理过程作进一步的定量分析。60年代以后，心理地图模式智力理论的重要性相对地降低了。
• 信息论基础的智力—智力的计算模式（Conputational Model）：自从香农提出了信息论，脑科学家们认为，既然大脑也是处理信息为主要功能的器官，其对信息的处理也应该遵循信息论的基本原理，学者们开始力求从人在思维活动中的信息加工过程来理解智力，智力研究的主要焦点也逐渐转移到对智力活动内部过程的探索上求建立人类的智力活动数学模型。具有代表性的理论有：（1）Jenson提出智力与神经冲动的传导速度相关，并用选择反应时对其进行间接的测量，（2）Hunt提出的智力是特殊心理速度（主要是词汇信息检索速度）的观点，研究了注意分配与智力之间的相关性，（3）H.Simon用特殊任务来研究智力活动内部的共同加工成分，并试图发现高级智能活动的一般规律，（4）R.Sternberg 则通过"成分分析"方法力求从类推、系列问题等复杂任务来理解智力，并于80年代中期提出了较为全面的"智力的三元理论"；Sternberg认为智力的成分亚理论有三个层次的成分构成，它们是元成分（Meta-component），操作成分（Performance Component和知识获得成分（Acquisition of Knowledge）。元成分是智力活动的高级管理成分。它的功能是计划、评价和监控。R.Sternberg对元成分的运作进行了分析，认为元成分的功能通过以下几个步骤来实现：确定问题的实质—选择解决问题所需的操作成分和步骤—选择操作策略—选择对信息进行表征和加工的方式—进行合理的资源分配—对操作结果进行监测、控制和评价。操作成分的功能是执行元成分的指令，进行各和具体的认知加工操作，对信息进行编码、推断、提取、应用、存贮等一系列操作，同时提供反馈信息。认知获得成分的功能是学习如何解决新问题，学会如何选择解决问题的策略等等。（5）上个世纪九十年代，JP.Das以信息加工的认知心理学理论和大脑机能组织化理论为基础，提出了所谓智力PASS理论(Plan Attention Simultaneous Successive Processing )即“计划－注意－同时性加工－继时性加工”。它包含了三层认知系统和四种认知过程，在这些过程中，注意是认知过程的基础，同时性加工－继时性加工过程二者功能平行，处于第二层级，计划过程位于全部加工过程的最高层级，对其他过程其监督控制作用，这四个加工过程互相影响，互相作用，在加工信息过程中形成一个复杂且相互依赖的的系统；在大量科学实验基础上，JP.Das建立了智力的数学模型，学术界肯定其为是认知评价数学模型即PASS智力数学模型。在上述智力理论中，前五个智力理论都是科学假说，还需要大量的定量科学数据论证，最后的智力PASS理论进行了大量的科学实践，并基于大量的科学数据库建立了智力的数学模型，所以从科学方法学角度分析，PASS智力数学模型带来了智力理论的跨域，使智力理论从科学假说进入到实证科学的领域。
• 认知的信息论和智力的“熵减”理论：认知信息论认为，人类大脑将躯体外环境（客观世界）的信息分两部分：一是世界中实际情况的信息（实况信息），二是世界中各种规律的信息(规律性信息）。大脑将世界的实况性信息分解为一个一个实物对象加以认知，每个实物信息包括该实物是否存在，有什么属性，在各个时间点处于什么状态。可见实况性信息包含基本不随时间变化的属性信息( 至少一段时间中不变化) ，和随时间变化的状态信息。规律性信息反映若干实物( 或实物集体) 性态间互相制约的关系，构成规律性信息主要为事物的分类规律信息、事物的关联规律信息、事务相似规律信息和科学理论；规律性信息可使大脑从已知的实况信息推测到另一些未知的实况信息，从而使脑中的信息世界极大地丰富起来；认知的信息论认为，无论是实况性信息还是规律性信息，大脑都是是通过“熵减”的方式将外环境的信息变成大脑内部的知识信息数据库的。基于认知的信息论，我们提出人类的智力的本质是人脑对外环境信息的“熵减”能力，所以，智力“熵减”数学模型的假说首先应该满足被信息论的基本定律所推导，然后能够得到科学实验的验证，者是目前研究的方向之一。
• 智力数学模型和智力理论有哪些区别：智力理论的本质是一种关于智力的科学假说，需要进行科学实验的验证，智力数学模型是在科学理论指导下进行了大量科学研究积累其数据，对智力进行描述，智力数学模型表现形式可以是一个数据库，或者是一个函数公式；另外智力的数学模型可以指导智力或者认知功能测评工具共的构建和认知功能训练工具，且这些工具建立的基础数这个数据模型；基于智力数学模型认知功能评测工具的优势在于其预测价值和诊断价值。
• 智力评估测量的发展

知功能工具和方法如果从科学研究的基本方法进行分类，这些工具可以分为三个类别：观察法[4]、量表法[5]和黑箱研究法[6]。

• 观察法：对认知功能评估方法最早应该出现于行为观察，观察者通过观察一个个体对外界信息的反应，来判断被观测个体对外界信息处理的能力，其判断的标准乃至于观察者本身对外界事物信息判断的体验和作为该领域知识的积累。我们经常说这个儿童聪明，那个儿童欠灵活就是对其行为观察的结果。观察法是临床医师的基本功，临床医师获得临床症状就是应用了观察法。
• 量表法：由于行为观察法获得的结果容易受到观察者自身知识的影响而导致偏倚，所以，很多学者开始标准化行为观察，主要的方法是制作行为观察量表，实现观察指标的标准化、实现观察过程判断标准的标准化、建立正常人群的数据模型实现结果分类判断的标准化，这就是我们常用的基于行为观察的量表法。我们目前很多临床量表就属于这一类，例如：学习障碍量表。随着量表的发展，很多量表也开始制定插入一些任务来让受试者执行以评估认知功能，因为儿童是成长的个体，所以很多认知功能的评估被插入到儿童发展评估量表中，形成对儿童从运动、感觉、认知、情绪等多个方面系统评价[7]。行为观察法和量表法都是基于观察者的观察，观察的结果必然会受到观察者自身的状态的影响，我们常称为“主观影响”，这就是这两种方法最大的局限性之一。
• “黑箱”研究方法：该方法的发点在于自然界中没有孤立的事物，任何事物间都是相互联系，相互作用的，所以，即使我们不清楚“黑箱”的内部结构，仅注意到它对于信息刺激作出如何的反应，注意到它的输入—输出关系，就可对它作出研究。“黑箱方法”从综合的角度为人们提供了一条认识事物的重要途径，尤其对某些内部结构比较复杂的系统，对迄今为止人们的力量尚不能分解的系统，黑箱理论提供的研究方法是非常有效的。人的大脑研究的重要方法就是针对大脑通过信息的输入输出来确定其反映本质的参数。在临床和研究工作中，观察法和量表法都是定性评估工具，而“黑箱”研究法由于引入了物理学的“时间”“长度”等物理学基本单位进行衡量不同质的信息在大脑的认知加工过程，其属于定量评估工具范畴。儿童记忆问卷（CMQ）就是典型的量表[8]，通过自我报告和家长记忆问卷方式评估儿童的记忆功能；而我们常用的韦氏幼儿智力量表(wechsler preschool and primacy scaleof intelligence , WPPSI )、韦氏儿童智力量表（wechsler intelligence scalefar children,WISC）[9 7]其本质是“黑箱”研究法属性的认知功能评估工具，而后面我们要进一步介绍的Das-Naglieri认知评估系统（DN：CAS）[10]和持续加工实验（continuous performance test, CPT）[7]都属于这一类认知评估工具。在临床和学术工作当中常常有这样的说法：这个评估方法是定性的，不如定量的方法好，其实这是片面的看法，在临床和研究当中，定性评估和定量评估都是非常重要的科学方法，定性评估和判断常常是临床工作和临床科研研究的起点，其确定了工作和研究的目标与方向，定量评估是进一步在确定目标和方向上数字化论证和数据模型化，两者是相辅相成。

临床常用认知功能评估工具主要基于复杂心理行为学成果和认知信息加工研究成果，综合了方法学的观察法和黑箱法来构建的；这些认知功能评估工具可以分为心理行为学评估工具、认知成就评估工具和认知信息加工过程评估工具。

• 智力的心理行为学评估工具主要用于对儿童青少年的评估，通过对儿童及青少年完成特定任务进行观察打分评估其认知功能，在儿科学界广泛应用，如我国自主研发、应用广泛的儿心量表，其修订的完整版《儿心量表2016版》和、异域的《Gesell发育诊断量表(GDS)》以及《Bayley婴儿发展量表》等都部分或全部使用了这种方法评估儿童认知功能，这类评估工具关注群体中可观察到某年龄段的活动水平，并有人群常模，易被使用者理解，有利于推广，但其结果依赖于评估者的经验和知识积累，是主观性较强的定性评估方案【5】。
• 认知成就评估工具主要通过让儿童青少年完成特定的知识相关任务，分析其完成任务的对错率来评估认知功能，最有代表性的是《韦氏智力量表》，这类评估工具通过测量儿童青少年的学习知识成就来衡量认知功能，也容易被理解和接受，其评估结果被广泛认为是智商即IQ， IQ并不能很好的描述神经发育障碍儿童的认知功能【7】，学者们注意到，儿童智力测试结果IQ并不能预测其成年后的智力水平 ，忽略了测试对象学习知识信息过程中的“学习机会”，以及测试对象投入学习知识信息的“有效学习时间”带来的偏倚，这是传统IQ存在的重要问题【7 8】。
• 认知信息加工过程评估工具是基于信息加工学说建立的评估工具，最具有代表性的是《Das-Naglieri认知功能评估系统》和《持续性操作测验（Continuous Performance Test， CPT）》，这类评估工具通过测试儿童青少年对简单图像和听觉信号等任务的反馈时间和正确反馈率来评估认知功能，由于引入了“反映时间”作为评估认知指标【4】，而且认知目标任务都是由“低知识负荷”的任务构成【6】，最大限度避免了“学习机会”和“有效学习时间”带来的测试偏倚，被学术界认为是客观的认知功能评估工具，临床开始已应用。虽然在某些疾病已经表现出认知功能定量评估的价值，但这类工具在5岁以前年龄的儿童使用会受到限制，而且。这也是发展量表受到发育行为儿科学青睐的原因之一。

认知功能的行为评估工具容易被临床和大众接受，所以在临床医学、教育学中得到广泛的应用，其优势在与其使用的便利性和直观性，其缺点在其大量采用观察法，容易受到观察者的主观影响，是定性的研究方法。认知成就评估工具和认知信息加工过程评估工具都是定量的评估工具，但前者容易受到文化和文化知识积累的影响而产生偏倚，后者代表了现代智力评估的方向。

• 结束语

我们人类对智力的理解是从人类智力的现象开始，在我们比较地球的其他物种的智力时，我们产生了天然的优越感，我们曾经一度认为这是各种“神灵”垂青于人类，让我们超越地球上其他物种。随着我们拥有了“科学”这一种方法时，我们才逐步发现，我们人类的智力，并没有脱离横亘宇宙的物理学定义，我们终于认识我们的大脑也就是一台处理信息的处理器，我们开始意识到我们“智力”的本质大约也没有远离信息处理的三大定律。

我们人类选择大脑作为终极进化的方向，这是对？还是错？我们无法选择，但我们应该感谢大自然为我们指出的道路，因为此，在我们奔跑在茫茫荒野中的时候，我们人类有了眺望星空的眼睛，我们拥有了自由的灵魂。