コネクショニズム：試行錯誤学習、効果の法則、教育への応用

エドワード・L・ソーンダイク（1874–1949）は、著名な米国の心理学者であり、その学習理論である結合主義は、20世紀前半の米国において主流であった（Mayer, 2003）。多くの初期の心理学者とは異なり、彼は教育、特に学習、転移、個人差、知能に関心を持っていた（Hilgard, 1996; McKeachie, 1990）。彼は学生の学習成果を測定する際に、実験的アプローチを適用した。教育に対する彼の影響は、アメリカ心理学会教育心理学部門が教育心理学への顕著な貢献に対して授与する最高の栄誉であるソーンダイク賞に反映されている。

ソーンダイクの主要な業績は、3巻からなる『教育心理学』（Thorndike, 1913a, 1913b, 1914）である。彼は、最も基本的な学習のタイプは、感覚経験（刺激や事象の知覚）と、行動として現れる神経インパルス（反応）との間の連合（コネクション）の形成であると仮定した。彼は、学習はしばしば試行錯誤（選択と連結）によって起こると考えた。

ソーンダイクは、動物に関する一連の実験によって学習の研究を始めた（Thorndike, 1911）。問題状況にある動物は、目標を達成しようとする（例えば、食物を得る、目的地に到達する）。彼らは実行できる多くの反応の中から1つを選択し、それを実行し、結果を経験する。刺激に対する反応が多ければ多いほど、その反応はより強固にその刺激と結びつく。

典型的な実験状況では、猫がケージに入れられる。猫は、棒を押したり、チェーンを引いたりすることで、脱出ハッチを開けることができる。一連のランダムな反応の後、猫は最終的にハッチを開ける反応をすることで脱出する。その後、猫はケージに戻される。試行を重ねるうちに、猫はより早く目標（脱出）に到達し、正しく反応するまでのエラーが少なくなる。

試行錯誤学習は、成功した反応が確立され、不成功な反応が放棄されるにつれて、徐々に（漸進的に）起こる。コネクションは反復を通じて機械的に形成され、意識的な認識は必要ない。動物は「理解する」とか「洞察を得る」ことはない。ソーンダイクは、人間の学習は、アイデアを結びつけたり、分析したり、推論したりする他のタイプの学習に関わるため、より複雑であることを理解していた（Thorndike, 1913b）。それにもかかわらず、動物研究と人間研究の結果の類似性から、ソーンダイクは複雑な学習を初歩的な学習原理で説明するようになった。教育を受けた成人は、何百万もの刺激-反応のコネクションを持っている。

学習に関するソーンダイクの基本的な考え方は、運動と効果の法則に具現化されています。運動の法則には2つの部分があります。使用の法則—刺激に対する反応は、それらのつながりを強化します。不使用の法則—刺激に対して反応がなされない場合、つながりの強さは弱まります（忘れられます）。反応が起こるまでの時間間隔が長ければ長いほど、つながりの強さの低下は大きくなります。

効果の法則は、ソーンダイクの理論の中心です（Thorndike, 1913b）。

状況と反応の間の修正可能なつながりが作られ、満足のいく状態が伴うか、またはそれに続く場合、そのつながりの強さは増加します。作られ、不快な状態が伴うか、またはそれに続く場合、その強さは減少します。

満足のいく（報酬的な）結果をもたらす反応は学習されます。不快な（罰的な）結果をもたらす反応は学習されません。これは学習の機能的な説明です。なぜなら、満足させるもの（望ましい結果を生み出す反応）は、個人が環境に適応できるようにするからです。

次の研究は、効果の法則の適用を示しています（Thorndike, 1927）。参加者には、長さが3〜27センチメートル（cm）の50枚の紙片が、一度に1枚ずつ示されました。各紙片の隣には、参加者が10cmの長さであることを知っている2枚目の紙片がありました。彼らは最初に、フィードバックなしで各紙片の長さを推定しました。このプレテストの後、50枚の紙片が再び一度に1枚ずつ提示されました。各推定の後、実験者によって「正解」または「不正解」が伝えられました。50枚の紙片が数日間にわたって繰り返し提示された後、彼らは再び長さの判断の正確さに関するフィードバックなしで提示されました。トレーニング後、参加者の長さの推定値は、以前の推定値よりも紙片の実際の長さに近い値になりました。ソーンダイクは、これらの結果は、動物が食べ物や自由で報酬を与えられた実験の結果と類似しており、満足のいく（正しい）刺激–反応のつながりが強化され、不快な（間違った）ものが弱められるという考えを支持すると結論付けました。

ソーンダイク（Thorndike, 1913b）の理論には、教育に関連する他の原則も含まれていました。その一つが準備性の法則です。これは、人が行動する準備ができている（準備ができている）とき、そうすることは報酬となり、そうしないことは罰となる、というものです。もし人が空腹なら、食べ物につながる反応は準備ができている状態にあり、食べ物につながらない他の反応は準備ができていない状態にあります。もし人が疲れていれば、運動を強制されることは罰となります。この考えを学習に応用すると、生徒が特定の行動を学ぶ準備ができているとき（発達段階や事前のスキル習得の観点から）、この学習を促進する行動は報酬となると言えるでしょう。生徒が学ぶ準備ができていない場合や、前提となるスキルを持っていない場合、学習しようとすることは罰となり、時間の無駄になります。

連合の移行の原則は、特定の刺激に対する反応が、刺激の性質に小さな変化が繰り返されると、最終的には全く異なる刺激に対する反応になる状況を指します。例えば、生徒に2桁の数で4桁の数を割ることを教えるには、まず1桁の数で1桁の数を割ることを教え、徐々に除数と被除数の桁数を増やしていきます。

同一要素の原則は、転移（一般化）に影響を与えます。すなわち、ある結合の強化または弱化が、別の結合に同様の変化をもたらす程度です（Hilgard, 1996; Thorndike, 1913b; 第7章参照）。転移は、状況が同一の要素を持ち、同様の反応を必要とするときに起こります。ソーンダイクとウッドワース（Thorndike & Woodworth, 1901）は、特定の文脈におけるスキルの練習や訓練は、そのスキルを実行する能力を一般的に向上させないことを発見しました。したがって、長方形の面積を見積もる訓練は、学習者の三角形、円、不規則な図形の面積を見積もる能力を高めません。スキルは、生徒がそれらをどのように応用するかを理解するために、さまざまな種類の教育内容で教える必要があります。

ソーンダイクは、他の研究証拠がそれを支持しなかった後、運動の法則と効果の法則を修正しました（Thorndike, 1932）。ソーンダイクは、状況の単純な繰り返しが必ずしも反応を「刻印する」わけではないことを発見したとき、運動の法則を破棄しました。たとえば、ある実験では、参加者は目を閉じて、2、4、6、および8インチの長さであると思われる線を、長さの正確さに関するフィードバックなしに、数日間にわたって数百回描きました（Thorndike, 1932）。運動の法則が正しければ、最初の100回程度の描画で最も頻繁に行われた反応は、その後より頻繁になるはずです。しかし、ソーンダイクはこの考えを支持する証拠を見つけませんでした。むしろ、平均の長さは時間とともに変化しました。人々はおそらく正しい長さがわからなかったため、さまざまな長さを試したのでしょう。したがって、状況の繰り返しは、同じ反応が将来発生する可能性を高めない可能性があります。

効果の法則に関して、ソーンダイクは当初、満足させるもの（報酬）と不快にするもの（罰）の効果は正反対であるが同等であると考えていましたが、研究によりそうではないことが示されました。むしろ、報酬はつながりを強化しましたが、罰は必ずしもそれらを弱めませんでした（Thorndike, 1932）。代わりに、代替のつながりが強化されると、つながりは弱まります。ある研究（Thorndike, 1932）では、参加者に珍しい英語の単語（例：edacious、eidolon）が提示されました。各単語の後に5つの一般的な英語の単語が続き、そのうちの1つが正しい同義語でした。各試行で、参加者は同義語を選択して下線を引きました。その後、実験者は「正解」（報酬）または「不正解」（罰）と言いました。報酬は学習を改善しましたが、罰は、その刺激語に対する反応が発生する確率を低下させませんでした。

罰は反応を抑制しますが、それらは忘れられません。罰は、生徒に正しい行動を教えるのではなく、何をすべきでないかを知らせるため、行動を変える効果的な手段ではありません。これは認知スキルにも当てはまります。Brown and Burton（1978）は、生徒が問題を解決するためのバギーアルゴリズム（間違ったルール）を学習することを発見しました（例：列ごとに、大きい方の数から小さい方の数を引く、4371 - 2748 = 2437）。生徒がこの方法が間違っていることを知らされ、問題を正しく解決するための修正フィードバックと練習を与えられた場合、彼らは正しい方法を学びますが、古い方法を忘れません。

コロンビア大学ティーチャーズ・カレッジの教育学教授として、ソーンダイクは教育目標、学習過程、教授法、カリキュラムの順序、教育成果を評価するテクニックなどのトピックを取り上げた本を執筆しました（Hilgard, 1996; Mayer, 2003; Thorndike, 1906, 1912; Thorndike & Gates, 1929）。ソーンダイクの教育への多くの貢献の一部は以下の通りです。

教授の原則

教師は、生徒が良い習慣を身につけるのを助けるべきです。ソーンダイク（1912）が指摘したように：

• 習慣を身につけさせなさい。彼らがそれらを自ら作り出すことを期待してはいけません。
• 後で破らなければならない習慣を形成することに注意してください。
• 1つで十分な場合に、2つ以上の習慣を形成しないでください。
• 他の条件が同じであれば、使用される方法で習慣を形成してください。

最後の原則は、その応用から切り離された内容を教えることに注意を促しています：「ドイツ語またはラテン語の形容詞の形は常に名詞と一緒に使用されるべきであるため、名詞と一緒に学習する必要があります」（p. 174）。学生は、習得した知識とスキルをどのように応用するかを理解する必要があります。用途は内容と組み合わせて学習する必要があります。

カリキュラムの順序

スキルは導入されるべきです（Thorndike & Gates, 1929）：

• 何らかの役立つ方法で使用できる時、またはその直前に
• 学習者が何らかの有用な目的を満足させる手段として必要性を意識している時
• 学習者の能力に対する困難さにおいて最も適している時
• その時最も活発な感情、好み、本能的および意志的な性向のレベルとタイプに最も調和する時
• 直前の学習によって最も完全に促進され、直後に続く学習を最も完全に促進する時

これらの原則は、コンテンツが科目（例：社会科、数学、科学）によって分離されている学校での典型的なコンテンツの配置と矛盾します。しかし、ソーンダイクとゲイツ（1929）は、知識とスキルをさまざまな科目で教えることを強く求めました。たとえば、政府の形態は、公民および歴史だけでなく、英語（政府が文学にどのように反映されているか）および外国語（他の国の政府構造）でも適切なトピックです。

精神修養

精神修養とは、特定の科目（例：古典、数学）を学習すると、他の科目を学習するよりも一般的な精神機能が向上するという見解です。精神修養は、ソーンダイクの時代に教育者の間で人気のある見解でした。彼は9年生から11年生までの8,500人の生徒でこのアイデアをテストしました（Thorndike, 1924）。生徒は1年後に知能テストを受け、その年の学習プログラムを比較して、特定のコースがより大きな知的向上と関連しているかどうかを判断しました。結果は、精神修養を支持するものではありませんでした。最初からより高い能力を持っていた生徒は、何を学んだかに関係なく、最高の進歩を遂げました。

ソーンダイク（1924, p. 95）：

もし私たちの調査が、精神修養の理論を何も知らず、単に「性別、人種、年齢、能力、および履修科目の量が、1年間の思考力、知性、または私たちの一般的な知能テストが測定するものの向上に与える影響は何か」という質問に答えようとした火星からの心理学者によって行われたとしたら、彼は「履修科目」を「違いは非常に小さく、信頼性が比較的小さいため、この要因は重要ではないようです」というコメントで却下するかもしれません。彼が確実に働いていると確信できる1つの因果的要因は、すでに存在する知性です。最初から最も多くを持っている人が、1年で最も多くを獲得します。

したがって、一部の科目分野が他の科目分野よりも生徒の精神能力を向上させると仮定するのではなく、さまざまな科目分野が思考能力やその他の成果（例：興味、目標）にどのように影響するかを評価する必要があります。ソーンダイクの影響力のある研究は、教育者が精神修養のアイデアからカリキュラムを再設計するきっかけとなりました。