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除了基本技能熟练之外，专家有时解决问题速度快的另一个原因是，他们不必一步一步地进行推理。格拉泽提出了机遇推理（opportunistic reasoning）概念。这种推理是专家在收集信息到一定程度之后偶然抓住的。例如，电子工程专家在检测机器故障时，不必预先计划每一步，在检测过程中，他们可能偶然出现某种想法，而这种想法与已经收集的信息相一致，由此导致问题迅速解决。
用于表征问题的时间差异
在解决常规问题时，专家比新手快得多；但在解决困难的新问题时，专家用于表征问题的时间比新手要长一些。原因是，他们有更多可供利用的知识，他们需要思考与当前问题最有关的是什么知识。例如，有人曾给苏联问题专家与新手这样一个问题：“为苏联企业提出一项政策以增加企业的产量。”对专家的解题过程的原始记录分析表明，他们解题时间的1/4用于表征问题。例如，他们利用自己有关苏联政策的知识，对解答的结果可能是什么加上一些限制条件。而新手仅用解题时间的1％表征问题。许多数学教师发现，代数学得好的学生在解题前常常给问题创造有意义的表征，而代数学得差的学生通常不思考问题的意义就开始把数字代入公式。
表征的深度差异
当遇到一个新问题时，专家能很快抓住问题的实质，根据问题的内在结构表征问题，如齐等研究具有博士学位的物理学专家和刚学过一门物理学课程的大学生之间在物理问题表征上的差异。研究者给出20个描述物理学问题的名称。当请新手和专家将问题分类时，新手的典型名称是“斜面上的木块”，专家使用的典型名称是“牛顿第二定律”。在研究计算机程序专家和新手表征问题时，也发现同样的差异。程序专家按用于解决问题的算法将问题分类，而新手则根据该程序能做什么，如产生一系列英文字母表上的字母来将问题分类。因此，根据问题得以解决的原理对问题进行表征被认为是问题的深层表征。
自我监控技能的差异
图6…6解决问题能力的知识类型分析及其在记忆系统中的定位研究表明，专家倾向于更频繁地检查自己对问题的解答，而且这种检查的效果比新手更好。如上述代数问题解决例子中，以有意义的方式表征问题的学生，在解题过程中，会反复思考这样解题是否有意义，而只顾代入数字的学生不可能有效地检查自己的解题结果。E。D。加涅用图像形象地描绘了专门领域的专家解决问题能力的知识成分及其在记忆系统中的定位。（见图6…6）
E。D。加涅的图可作如下解释：外界问题的输入，激活了长时记忆中与问题陈述相关的概念性知识（包括图式、命题或表象）。对于某领域的专家来说，这些概念性知识总是与相应的程序性知识和解题策略一起贮存的，因而后两者也被相应激活，从而形成了问题的正确表征。整个问题解决过程在工作记忆中完成。反应的输出既可能从工作记忆（意识控制的）中产生，也可从长时记忆（自动化的）中产生。
综上所述，专家和新手解决问题能力的差异可以归结为他们在掌握的结构化、组成图式的知识、熟练的技能和灵活的解题策略上的差异。也就是说，可以归结为解题者在掌握的陈述性知识，作为程序性知识的智慧技能和作为特殊程序性知识的认知策略上的差异。现代认知心理学用三类知识解释了专家和新手解题能力的差异，这是心理学史上对解决问题能力实质认识的一大进步。
解决问题能力的教学与研究性学习
教育心理学研究人类解决问题的过程和有效解决问题的条件，其目的是为中小学生的解题能力的教学提供科学心理学理论指导。然而，令人遗憾的是，直到现在心理学对问题解决过程及其影响因素的研究并未取得令人信服的重大突破，以致如何教会中小学生解题能力，争论颇多。我们认为，梅耶的研究和观点值得重视。
梅耶关于解决问题教学的观点
梅耶（Mayer； R。E。； 1997）认为，解决问题的教学是围绕教什么（What）、如何教（How）、从何处教（Where）和从何时教（When）四个方面展开的。他区分了基于常识的观点和基于科学的观点。（Mayer； R。 E。（1997）。 Incorporating Problem Solving into Secondary School Curricula。 In Gary D。Phye（Ed。） Handbook of Academic Learning。）
基于常识的观点
教什么
教什么涉及教学目标。常识的观点是教一般解题能力。一般解题能力提高后可以运用于各个领域。例如，通过在逻辑学、拉丁语和计算机编程方面的心理训练，可以普遍改进人的心理功能。
如何教
如何教涉及教学方法和手段等。据常识观，像训练任何其他技能一样，最好的方法是进行经常性心理训练。训练中，教师应提供问题答案，学生接受解题正确与否的反馈。
从何处教
这涉及课程问题。据常识观，应像其他学科一样，单独设置解决问题的课程。所有学生都应学习这种课程。在这种课程中习得的解题技能有助于学习其他课程。
从何时教
这涉及学生的知识准备。按常识观，学生在掌握较低层次的技能之前，不能学习较高层次的思维技能。例如，学生未掌握字词、标点符号的运用之前，不能学习作文；或者学生在未能背诵加法和乘法的口诀之前，不能学习解算术文字题。
梅耶对上述四个观点一一作了讨论和批判。
第一个争论问题是：能教会的解题能力是不可分的单一能力，还是多种较小的子技能构成的能力？按常识观，解题能力是不可分的单一能力。据这种能力观，学生通过系统心理训练，其整体解题能力将得到提高。这种观点意味着人的心理好像某种肌肉一样，通过训练可以增强力量，所以当学生心理能力得到提高后，其各学科成绩也将随之提高。
19世纪末20世纪初，这种观点被称为形式训练说，是当时教育理论界流行的观点。20世纪初，桑代克经过一系列的研究表明，形式训练说不能成立。至上世纪末，认知科学的进展表明，心理能力可以视为是由许多子能力构成的集合体（Sternberg， 1990）。解决问题能力的教学可以分别教这些子技能。
第二个争论的问题是：如何教授解题能力呢？也就是说，问题解决能力的教学是应强调过程还是应强调结果呢？按常识观，解题教学应强调告知学生正确答案，即强调结果。这种观点似乎源于行为主义的奖惩观。但布卢姆等人（1950）的研究表明，强调过程的教学能提高大学生的解题能力。布卢姆等人的研究是在芝加哥大学以大学生为被试进行的。他们发现许多大学生不能解答综合考试题。
补救教学共10～12次，每次补课时，成绩好的学生作为榜样与考试不及格的补课生轮流描述自己是怎样解题的。如示范的学生用出声的方式从事解题，描述自己思维过程的每一步。补课生同样也进行解题。然后，对两者解题方式进行比较。通过描述和比较思维过程，这种教学方式重在解题过程，结果参加补课的学生与控制组学生相比，综合题的成绩明显提高。
梅耶指出，应注意的一点是：因为该项研究是以经济系的学生为被试，他们学了几年的经济学。由于有这样的专门领域的丰富知识，10小时训练才能取得解题能力提高的明显效果。如果没有这样丰富的背景知识，单靠10小时的训练是不可能成功的。
第三个争论的问题是：解题能力的教学是应独立设课还是整合在已有学科中？按常识观，解决问题的课程应脱离其他课程而单独开设。例如，如果想教会学生制定计划的技能，则应教会他们作计划的一般步骤，如把一项大的任务分成许多小部分等。一旦这些一般步骤被掌握，不论在遇到什么具体任务，它们都会有用。
当代认知科学研究表明，最好是结合具体学科教问题解决技能，因为每一具体领域的问题都有其特殊性，对解题能力有特殊要求。为了检验这一假设，心理学家对流行的创造性思维计划（Productive Thinking Program）的效果进行了评估。该训练计划由15套卡通手册构成，每一手册包括一个神秘的或侦探的故事。故事中两名儿童，一名叫吉姆，一名叫林拉，他们力图弄清案件。他们示范基本思维技能，如提出假设，检验假设。读者通过阅读卡通手册同样可以进行这些思维训练。训练结果表明，受训练的学生在解答类似训练中的神秘问题或侦探问题的成绩优于控制组；但当遇到不同于训练中的任务时，训练组的优势不复存在，或者大大降低。这表明，解决问题技能教育应结合具体学科进行。
第四个争论的问题是：解决问题的教育主要是针对年级较高已掌握学科领域的基本技能的学生进行，还是也可针对年龄较小的在学科领域的新手进行？按自动化假设，只有在掌握低级技能以后，才能学习高级思维技能。其依据是：低级技能的掌握达到自动化水平，不需要占据记忆空间，才有助于学习者学习高级技能。对这种自动化假设的批评是取消限制（constraint removal）观。其意思是：在某些情况下，新手不需要掌握一门学科的全部低级技能就能从事较高水平的思维。例如，学习作文并不需要等到句法、标点等完全掌握以后才进行；又如，学生加法未熟练掌握，可以借助计算解决文字题。这些技能取消了对较低级前提技能的限制，允许学生从事学科领域较高级思维的某些方面，使之增强学习动机，形成学习兴趣。但从长远来看，学生最终必须掌握较低级技能，使之达到自动化。
基于认知心理学的观点
梅耶回顾了有关解决问题教学的认知心理学研究，就教什么、如何教、从何处教和从何时教提出四点建议：
教什么
解决问题的课程应强调学习较小的组成子技能和协调这些子技能的策略，而不是去改进一般智力。可以教会的子技能包括信息、用图或表格表示文字题、文章构思、提出和检验假设以及对这些子技能进行协调和整合的技能。
如何教
教授解决问题的课程应强调运用思维的方法（即解题过程）而不是仅仅给出正确的答案（即解题结果），不是针对学习任务的人为的和孤立的部分反复操练，而应引导学生讨论如何解决真实学术性问题。
关于从何处教
解决问题的课程应融入每一门具体学科，而不是单独设科，教诸如如何提出问题和计划解答等一般策略是无效的，因为在每一具体领域提出问题或计划解题都是不同的。
关于从什么时候教
解决问题的课程应允许学生在未完全掌握某门学科中较低级技能之前，从事他们感兴趣的解题活动，而不是等到所有较低级的技能掌握以后才开始学习解决问题。但教师应提供认知指导，帮助学生共同努力获得完成挑战任务的技能。
解决问题子技能教学研究的一例
被试：中学生，选修代数；但学习成绩处于及格边缘。
目的：帮助学生发展表征有关函数问题的代数问题技能。
因为观察表明，许多中学生由于代数课未学好，他们无法选修较高水平的数学，而这些数学是大学入学考试必需的。本研究的主要目的是帮助那些处于及格边缘的学生能更有效地解决数学问题。
主要手段：帮助学生建构和运用数学表征方法。也就是要求学生将言语、符号、表格和图等函数形式进行转换。如将言语的陈述转换成图或表的形式。运用数学表征得出基于函数的一种或多种表征的结论。
课程分许多单元，由普通教师授课。80页的活页读本可为教师的授课提供支持。所有课都包含Pizza，涉及为自助食堂选择Pizza公司，消除涉及Pizza发票的计算机失灵，运用方程式比较Pizza的广告宣传，运用方程式去研究各种Pizza的营养价值，用图和表去解决各Pizza公司的盈亏问题。例如，在讨论计算机失灵的课上，学生寻找订单和发票上的错误模式，制成用变量表示的表格以此为指导，画出基于失灵的图和表，并撰写有关的解释。
学生以小组形式上课，互相帮助确定解题步骤，教师提供指导。
此项研究符合建构主义学习与教学观的四条建议：
1．教什么。学生通过每一节课，学会函数关系在言语、表、图和符号表征形式之间进行转换，通过每一节课的活动，学生学会从函数的一种或多种的数学表征中得出结论。
2．如何教。每一节课都涉及完成教学任务的各种方法的讨论和比较。
3．从何处教。在现实的数学任务中学习数学解题技能，如确定三个公司的哪一家能得到供应学校餐厅的Pizza合同。
4．从何时教。不要求他们先掌握有关低级技能，如解方程式，再学习解题技能。
研究人员比较了被试预测和后测的变化。同未参加实验的控制组（按传统方法教函数）相比较，实验组通过20天的单元训练，结果表明，他们在表征代数问题的能力上取得较大进步，如能写出与句子陈述的函数关系相应的方程式。这些结果表明，帮助学生习得解题技能是可能的。然而，这些技能在传统数学课程中并未受到重视。
研究性学习
在系统介绍了心理学关于问题解决这种特殊学习形式的性质、心理过程、不同类型的知识在解决问题过程中的作用以及关于解决问题能力的教学观点和相关研究之后，我们下面分析我国现今提倡的研究性学习的性质，然后提出本书对研究性学习的看法。
研究性学习的性质
可以从研究性学习的定义、目的（或目标）、内容、学习理念和教学观等方面分析我国现今提倡的研究性学习的性质。
《基础教育课程改革纲要（试行）》第5条规定：“从小学至高中设置综合实践活动并作为必修课程，其内容主要包括：信息技术教育、研究性学习、社区服务与社会实践以及劳动技术教育。”这表明“研究性学习”已被政府正式列入中小学课程体系。随后受基础教育司委托由基础教育课程改革专家撰写的《〈基础教育课程改革纲要（试行）〉解读》区分了两种研究性学习。“作为一种学习方式，‘研究性学习’是指教师或其他成人不把现成结论告诉学生，而学生自己在教师指导下自主地发现问题、探究问题、获得结论的过程”（第123页）。“作为一种课程形态，‘研究性学习’课程是为‘研究性学习方式’的充分展开所提供的相对独立的、有计划的学习机会。具体地说，是在课程计划中规定一定的课时数，以更有利于学生从事‘在教师指导下，从学习生活和社会生活中选择和确定研究专题，主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动’。”
从上述两个定义来看，不论是作为学习方式的研究性学习还是作为课程形态的研究性学习，其心理实质与本章所讲的“解决问题”是相同的。
研究性学习的心理学依据
如果把研究性学习定义为“学生自己在教师指导下自主地发现问题、探究问题、获得结论的过程”，那么本书对研究性学习提供了充分的理论支持。本书主张将问题解决能力作为一种重要的学科教学目标，为此应改变学习与教学方式。例如，学习一个新的概念，一种方式是通过先下定义，然后举例子说明定义。这种学习方式被称为接受学习。但是也可以先呈现若干概念的例子，并提出有关它们的共同本质特征是什么的问题，诱发学生探究的兴趣。学生可以进行有关它们的共同特征的猜测，并寻找资料以支持自己的猜测，或否定自己的猜测，最后通过集思广益形成结论。这种学习概念的方法被称为概念形成。
原理和规则的学习有例—规法和规—例法。规—例法属于接受学习；例—规法属于发现学习。上述概念形成的过程也适用于用例—规法教原理和规则。
高级规则的学习也有两种方法，一是接受学习，即通过教师讲解或教科书的解释而习得高级规则；二是通过问题解决的形式习得高级规则。如加涅曾举过一个通过问题解决学习高级规则的例子：
假定学生已学习过长方形面积=长×宽，三角形面积=底×高÷2，并且能识别长方形和三角形。现在要学习的几何图形是梯形。在学习梯形时，要习得的新概念是“梯形”概念；要习得的新面积计算公式是梯形面积=1/2（上底＋下底）×高。新的梯形面积公式总合了长方形和三角形面积计算公式，所以是高级规则。这种高级规则的习得可以用教师讲�