聯(lián)結主義與二語習得中的輸入與輸出-教育論文

摘要：聯(lián)結主義是起源于對大腦結構和功能的模擬，因而具有符號主義所不具有的一些功能和特點。本文在分析聯(lián)結主義網(wǎng)絡的基本特征的基礎上，從聯(lián)結主義網(wǎng)絡模型的運作機制角度探討了聯(lián)結主義與二語習得中輸入與輸出的關系。

關鍵詞：聯(lián)結主義、并行處理機制、分布表征 、浮現(xiàn)特征、輸入與輸出

引言：聯(lián)結主義是20世紀80年代隨著神經(jīng)生物學，計算機科學和心理學的發(fā)展而重新復興的一門認知科學的研究范式。聯(lián)結主義，或稱“平行分布處理”（parallel distributed  processing 簡稱PDP），又稱神經(jīng)網(wǎng)絡，源于人們嘗試根據(jù)人腦的結構設計計算機模型（Chater & Christiansen,1999.235）。聯(lián)結主義模型與心理語言學實驗結果的結合導致了聯(lián)結主義心理語言學（connectionist psycholinguistics）的誕生(Christiansen& Chater,2001.1)。20 多年來，連接主義的認知理論得到了迅速的發(fā)展，聯(lián)結主義模型在語言的習得、語言產(chǎn)生和語言理解等方面產(chǎn)生了巨大的影響。本文擬就介紹聯(lián)結主義理論特點并探討這些特點與二語習得中輸入與輸出的關系。

一：聯(lián)結主義是對人類神經(jīng)網(wǎng)絡結構和功能的模擬。

1.人腦是完善的信息處理器官。

聯(lián)結主義神經(jīng)網(wǎng)絡的提出源于認知學家對人腦結構和處理模式的模擬?，F(xiàn)代自然科學對人腦的研究發(fā)現(xiàn)，人類大腦的神經(jīng)元數(shù)量達到1000億之多，神經(jīng)元之間存在著極為復雜的聯(lián)結。平均說來，每個神經(jīng)元都要和其他10000個神經(jīng)元相連接。腦內(nèi)信息的處理時時刻刻都在進行著。信息在神經(jīng)元里面是以電脈沖的形式傳遞的。神經(jīng)元由細胞體和軸突組成，發(fā)射的電信號經(jīng)由軸突傳遞給其他的神經(jīng)元。此外，神經(jīng)元還有許多用來接收其他神經(jīng)元信號的樹突。一個神經(jīng)元的軸突與另一個神經(jīng)元的樹突連接而成的特殊結構叫做突觸。神經(jīng)元之間的信號傳遞就是通過突觸來進行的。每個神經(jīng)細胞都可以被看做是一個簡單處理器，神經(jīng)細胞之間通過由神經(jīng)細胞的觸發(fā)頻率而產(chǎn)生的數(shù)值進行相互之間的聯(lián)系，它接收來自于其他細胞的數(shù)字輸入符號并轉化為傳遞到其他神經(jīng)細胞的數(shù)字輸出信號（崔剛，2006）。神經(jīng)細胞具有6個基本功能（Dudai，1998）第一，輸入功能，可以接收來自外部環(huán)境或其他細胞的信號；第二，合成功能，可以對于接收的信號進行合成與加工；第三，傳導功能，可以把合成的信息傳遞一定的距離；第四，輸出功能，可以把信息傳遞個其他的細胞；第五，計算功能，可以把一種信息映射轉化為另一種信息；第六，表象功能，促進內(nèi)部表象的形成。

并行工作是腦內(nèi)信息處理的主要方式。即每一級的細胞都接收成千上萬個不同的輸入，并輸入到下一級成千上萬個細胞去，通過復雜的聯(lián)系，對并行的信息進行處理。這意味著大量的信息處理工作是同時進行的，因此就不難理解，雖然每個神經(jīng)細胞間的信息傳遞比計算機慢得多，但人們通常能在不到一秒的時間內(nèi)對外界事物做出判斷和決策。牛津大學神經(jīng)科學家Susan Greenfield（1988.107）在談到并行處理的重要性時寫到：“我們看到，腦并不是以一群微型腦的集合進行活動的，而是多個腦區(qū)以某種方式行使不同的功能（并行性處理）。但是，無人知曉腦的不同區(qū)是怎樣來產(chǎn)生一個完整的東西的，諸如運動和視覺這樣的功能，它不單是部分的總和?！?/p>

人腦一方面與神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)相連接，一方面它本身就是一個高度優(yōu)化的、復雜的動態(tài)網(wǎng)絡系統(tǒng)。人腦所表現(xiàn)出來的許多神奇的功能，不是單個神經(jīng)元或者某一局部腦組織所固有，而是由腦的許多部分相互協(xié)調(diào)和相互配合的結果。大腦并不是一團相互糾纏在一起的細胞，它具有高度的組織性，分成許許多多的層次。

2.聯(lián)結主義認知模式體現(xiàn)了大腦結構的特點

聯(lián)結主義理論認為可以模擬大腦的結構建立起聯(lián)結主義的認知模型，這樣的模型是大腦可能功能的簡化和理想化，聯(lián)結主義系統(tǒng)，也叫神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)，是由類似于神經(jīng)元的基本單位（units）或節(jié)點(nodes)構成,每個單元從別的單元接受多個輸入，但只產(chǎn)出單個輸出。網(wǎng)絡是個動態(tài)系統(tǒng)，單元彼此相互聯(lián)結在一起，信息處理通過大量單元交互進行。每個單元都有不同的激活度，既可以興奮和抑制其他單元，也可以受到其他單元的興奮和抑制。當網(wǎng)絡有一個初始的輸入，其興奮和抑制便在單元之間擴散，直到形成一個穩(wěn)定的狀態(tài)。單元之間聯(lián)結的強度被稱為權重，權重值的大小可以通過學習來調(diào)節(jié)。聯(lián)結主義認為，網(wǎng)絡雖然包含很多單元，但單元中并不包含任何信息，信息就是參與交互活動的單元之間的激活模式，知識信息存在于神經(jīng)網(wǎng)絡的聯(lián)結中或權重里，通過調(diào)整權重就可以改變網(wǎng)絡的聯(lián)結關系，進而改變網(wǎng)絡的功能，這就是“聯(lián)結主義”概念的基本內(nèi)涵（賈林祥，2002）。

Rumelhart , Hinton 和McClellan d( 1986) 列舉了并行分布處理( Parallel Dist ributed Process ing, PDP) 模型的八個基本特征: 一系列的處理單元、激活狀態(tài)、每個單元的輸出功能、單元之間的聯(lián)結模式、通過網(wǎng)絡聯(lián)結的激活傳播模式的傳播規(guī)則、把一個單元所接受的輸入與該單元的現(xiàn)行狀態(tài)相結合產(chǎn)生新的激活狀態(tài)的激活規(guī)則、通過經(jīng)驗調(diào)整聯(lián)結模式的學習規(guī)則、系統(tǒng)運行所處的環(huán)境。這八個特征可以很容易地與神經(jīng)細胞的六個功能對應起來。處理單元就是細胞本身, 激活狀態(tài)和激活規(guī)則屬于細胞輸入和合成功能的一部分, 輸出功能與細胞的輸出功能相對應, 聯(lián)結模式和傳播規(guī)則與細胞的傳導功能相對應, 而學習規(guī)則與環(huán)境則與細胞的計算和表象功能相對應。

Becht el 和Abrahamsen( 1991) 在上述八種特征的基礎上, 總結了聯(lián)結主義模型的四個基本特征: 單元之間的聯(lián)結、單元的激活功能、用于調(diào)節(jié)單元之間聯(lián)結的學習程序和對網(wǎng)絡進行語義解釋的方式。上述四個特征可以被概括為聯(lián)結主義的三個基本原則( Medler, 1998) : 第一, 信號的處理由基本的單元進行; 第二, 處理單元與其他單元并行聯(lián)結; 第三, 處理單元之間的聯(lián)結具有不同的權重值。上述三個基本原則可以應用于各種聯(lián)結主義模型, 從而成為衡量各種聯(lián)結主義模型的基本標準。

二．聯(lián)結主義網(wǎng)絡模型的特點

  要分析聯(lián)結主義網(wǎng)絡模型的特點， 我們先來看看最基本的單向網(wǎng)絡輸入模型，

單向網(wǎng)絡輸入模型是目前使用最廣泛的聯(lián)結主義模型，這個模型由三個層次組成，輸入層、內(nèi)隱層和輸出層，激活是按照一個方向在三個層次間流動的（崔剛）。輸入單元層接受外界的刺激，某些單元被激活，然后通過連接權重的調(diào)整，激活或者抑制內(nèi)隱層的一些單元，最后激活輸出層的單元。再把實際的輸出與需要的輸出相比較通過學習算法來決定從一個單元到另一個單元之見的加權量。理論上說，只要能夠有足夠多的內(nèi)隱單元，就能夠找到一種內(nèi)部表達，使網(wǎng)絡能夠執(zhí)行從任何輸入通過內(nèi)隱單元到輸出的匹配。由單向網(wǎng)絡模型的動態(tài)變化特征我們可以發(fā)現(xiàn)聯(lián)結主義神經(jīng)網(wǎng)絡普遍具有如下特征：

1.平行結構和平行處理機制

從結構上來說，網(wǎng)絡中的每一個單元都與上一層的單元以不同的權重相聯(lián)結，構成一個平行的網(wǎng)絡系統(tǒng)。從信息處理方式來看，每個單元都同時工作，不斷的修改和調(diào)整聯(lián)結單元之間的權重，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)，得到輸出。這種并行處理機制反映了大腦工作的特性。通過這種處理方式，網(wǎng)絡就能對輸入的信息快速反應并作出判斷。

2.分布式表征

表征是指在實物不在的情況下重新指代這類實物的任何符號或符號集，心理表征處理所貯存知識的內(nèi)容和形式[1]艾森克M W，基恩M T.認知心理學[M]. 高定國,等譯.上海：華東師范大學出版社，2002:361-368..。人們可以通過一個背影或手勢這樣非常有限的信息認出一個人來，就是因為大腦具有聯(lián)想或者直觀的把儲存在大腦中的知識和記憶結合起來的能力。聯(lián)結主義就是模擬了人腦的這一特點，網(wǎng)絡中的信息分散的表示和存儲在每個單元及其之間的聯(lián)結上，每個單元及其聯(lián)結只表示一部分信息，而不是一個完整具體的概念。想要提取信息就要采用聯(lián)想的方分，把分布在各個單元和其聯(lián)結上的信息加以綜合才能表達特定的概念或知識。

正如McClelland、Rumelhart 和Hinton 所說，“尤其內(nèi)部表征是分布的，它是隱藏單元上的激活模式，任何重要的特殊單元都是沒有含義的⋯集合中的單元群⋯作為個體沒有特殊的含義。”Elman 也指出，“在整個隱藏單元上表述模式⋯觀察單個單元的活動是無用的；它們甚至不對應于稱之為微觀特征的東西。

3.浮現(xiàn)特征

聯(lián)結主義模式的一個核心思想就是規(guī)則具有“浮現(xiàn)特性”emergent properties）。也就是說，聯(lián)結主義網(wǎng)絡通過單元、激活、抑制、聯(lián)結等特征能夠有效地表征言語行為，而這種表征達到的有效程度使人覺得仿佛其背后有語法規(guī)則的支配。（沈家煊。2004） 規(guī)則本身不需要在系統(tǒng)中明確表征，但卻通過網(wǎng)絡學習，（即權重的調(diào)節(jié)）“浮現(xiàn)”而出。語法規(guī)則的浮現(xiàn)可以通過一個簡單的例子來解釋（Bates,1984）。語法規(guī)則的浮現(xiàn)就像蜜蜂構造的那個六角形蜂窩一樣。每個蜜蜂從不同的角度擠進一點點蜂蜜，整體蜂窩的形狀就自然形成了六角形。我破門說六角形的蜂窩就是“浮現(xiàn)特征”，卻不需要假定每個蜜蜂都擁有一個制造六角形的規(guī)則系統(tǒng) 。語言的學習也是如此，單元之間通過聯(lián)結權重的調(diào)節(jié)，把無數(shù)個單元上表征的信息加以綜合，最終形成一個合乎規(guī)則的輸出。這個規(guī)則并不是一開始就具有的，而是通過不停的輸入，激活，再把輸出與預期的正確輸出加以對比，不斷的調(diào)整權重，減少誤差而來的。聯(lián)結主義的浮現(xiàn)特征解釋了語言的獲得與語言材料之間本質(zhì)的聯(lián)系。因此也有研究者將聯(lián)結主義稱之為浮現(xiàn)主義（ emergentism）。

二。聯(lián)結主義與二語習得中的輸入與輸出

聯(lián)結主義認為，知識的學習過程就是學習分布表征的過程。也就是說，學習是通過調(diào)節(jié)單元與單元之間的關系來完成的，而單元與單元之間關系的調(diào)節(jié)又是通過調(diào)整單元之間的聯(lián)結強度，即權重來實現(xiàn)的（李平，2002）。因此可以說，聯(lián)結主義的學習就是連接權重的變化，是原來的聯(lián)結消失而產(chǎn)生一種新的聯(lián)結關系?；蛘哒f，聯(lián)結主義所謂的學習就是對連接權重的適應性變化，通過聯(lián)結權重的改變，使輸出符合期望（賈林祥，2003）。

Rumelhart與McClland(1986)提出的英語過去時態(tài)的PDP模型，驗證了聯(lián)結主義網(wǎng)絡對語法規(guī)則的學習呈現(xiàn)U-型學習效應。Li和MacWhinney(1999)模擬了聯(lián)結主義網(wǎng)絡學習隱形范疇的過程，揭示了網(wǎng)絡對語義范疇的學習結果與對語法規(guī)則的學習結果非常的一致。即學習的過程就是語言材料中抽取特征的過程，通過特征獲得規(guī)則，而不是直接學習規(guī)則。從實驗我們可以看出，語言規(guī)則的獲得是在不斷的學習過程中表現(xiàn)出的一種浮現(xiàn)特征，這種浮現(xiàn)過程可以基于對大量輸入語料的統(tǒng)計學習而獲得。語言習得的過程是一個復雜的、非線性的、動態(tài)的系統(tǒng)。語言行為是語言使用者與他周圍環(huán)境的交互作用下而產(chǎn)生的。規(guī)則系統(tǒng)就是在人、大腦、自我、社會和文化相互作用下通過不停的輸入與輸出的權重調(diào)節(jié)而浮現(xiàn)出來的。

由聯(lián)結主義的學習觀可以看出，二語習得中輸入起著至關重要的作用，因為二語學習者在接收第二語言輸入信息之前，網(wǎng)絡單元間中已經(jīng)有了第一語言長期學習和應用中形成的聯(lián)結，因此想要習得第二語言，就得首先改變學習者頭腦中固有的聯(lián)結權重，形成適應第二語言規(guī)則的權重。也就是說，兩種語言的分布特征和權重之間尋在著防守與競爭的關系。Meara(2006)認為雙語者存在著“語言轉換”，如果一種語言習得很快，就會導致另一種語言的鈍化。這種轉換是簡單詞匯網(wǎng)絡的浮現(xiàn)特征，而不是固有的設計特征。也就是說學習者習得某一語言項目時，需要反復接觸該項目的相關輸入，才能加強聯(lián)結中的權重，繼而習得這一項目。Pallier（2003）等人的fMRI 實驗表明了如果沒有第一語言的制約作用，就不會表現(xiàn)出第二語言獲得的困難。我們可以說，當輸入的信息量達到一定的程度時，與其相應的輸出模式就得到了相應的增長，第二語言的習得就是這樣逐漸獲得的。

我們也應該看到，第一語言不僅只對第二語言的習得有抑制的作用，學習者網(wǎng)絡結構中的模式也會對二語的習得有一定的促進做用。當兩種語言規(guī)則的分布模式比較相似，單元間聯(lián)結權重一樣的時候，學習者就不需要再花費更大的時間和精力去改變分布，形成新的聯(lián)結了。例如, Bialystok 等人發(fā)現(xiàn),與第一語言相似的第二語言句法結構的句法判斷成績可以達到母語者的水平。郭晶晶、陳寶國（2007）的實驗表明，漢、英句法結構的相似性是影響英語句法加工的重要因素, 與漢語句法相似性越高的英語句法,加工得越容易, 句法判斷的正確率越高。因此在我們以后的教學中，應當強化漢英兩種語言的對比研究成果的應用，對兩種語言中不同的規(guī)則要強化輸入，只有輸入的量積累到一定程度才能引起輸出的質(zhì)變，第二語言規(guī)則的掌握才能得以實現(xiàn)。對兩種語言中相似的東西，則可以充分利用網(wǎng)絡中已經(jīng)形成的聯(lián)結關系，激活相應的聯(lián)結，加快相似規(guī)則的掌握。

同時我們也不應忽略語言學習中輸出的作用。從聯(lián)結主義的網(wǎng)絡模型我們可以看到，網(wǎng)絡在每次輸入后都會經(jīng)由內(nèi)隱層形成一個相應的輸出。一開始，因為輸入的頻率和輸入量都不夠，網(wǎng)絡就無法形成正確網(wǎng)絡聯(lián)結和特征分布，因而也不能給出正確的輸出。所以在第二語言學習的初期階段，我們必須在網(wǎng)絡輸出之后，把它和正確輸出加以比較，找出誤差，再把這個結果反饋給網(wǎng)絡。通過這樣的不斷反饋，網(wǎng)絡就會對單元間的聯(lián)結權重做出相應的調(diào)整。直到能夠給出正確的輸出。因此，語言學習中的輸出能夠對語言的學習產(chǎn)生積極的影響。Swan提出輸出具有如下四個方面的作用：輸出能引起學習者對語言問題的注意、輸出能對目標語的結構和語義進行假設檢驗、輸出具有元語言功能、輸出能使目標語的表達成為自動化（盧仁順，2002）。Chee 等人的fMRI 研究發(fā)現(xiàn)，在詞匯加工和句子生成任務中均發(fā)現(xiàn), 晚獲得但熟練度很高的雙語者在加工第二語言時的腦激活模式與加工第一語言時腦激活模式?jīng)]有差異。這些說明第二語言的熟練度也是影響第二語言獲得的一個重要的因素,只要被試加以足夠的練習, 第二語言還是可以達到類似于母語的水平。Perani 等人的fMRI 研究發(fā)現(xiàn), 聽第一語言和第二語言時, 低熟練的雙語者腦激活的區(qū)域不同, 但高熟練的被試無論獲得年齡早晚, 腦區(qū)的激活沒有差異, 這說明第二語言的熟練度對第二語言的最終獲得程度具有決定性作用。因此在第二語言的習得中，通過強化輸出，調(diào)節(jié)網(wǎng)絡聯(lián)結中的權重，使網(wǎng)絡達到一種新的平衡，這樣第二語言的輸出就會盡可能的接近正確的輸出，提高語言應用的準確性；同時，也可以通過不斷的練習，不斷提高語言使用的熟練度，進而促進第二語言的真正掌握。

可見，在第二語言的習得中，輸入是基礎，有了足夠強度和足夠頻率的信息輸入，網(wǎng)絡才能形成新的聯(lián)結和特征分布。但同時我們也不能忽視輸出的重要性，有了足夠的輸出，網(wǎng)絡才能在反饋信息的指導下，及時調(diào)整聯(lián)結的權重，形成正確的分布，習得第二語言的規(guī)則系統(tǒng)

結語

聯(lián)結主義網(wǎng)絡模型正是因為模擬了大腦的結構和功能才具有了極強的學習能力。不斷輸入的信息在經(jīng)過不同層次單元的處理后，形成一種對應于正確輸出的聯(lián)結及其權重，使學習達到了一種動態(tài)的平衡。只有通過不斷的輸入，網(wǎng)絡才可以積累到足夠的輸入信息，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，形成正確的聯(lián)結，掌握語言規(guī)則。同時，輸出則可以提供能動的反饋，使聯(lián)結的形成，權重的調(diào)整方向更加明確，加快規(guī)則的掌握，進而促進第二語言的習得。

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