Spatial Structures in Analogical Reasoning

Abstract

[eng] Analogical reasoning is fundamental to human thinking; it plays an important role in a variety of problem-solving contexts. Analogical problem-solving involves recognizing relational similarities between two situations and mapping the structure of the familiar situation (known as the source) to the unfamiliar situation (known as the target) to generate inferences about the target. A wide range of research has been done on different factors affecting analogical reasoning. However, the role of spatial structures of the source and target in analogical transfer has not received enough attention. This research mainly investigates the role of the global spatial structure in analogical reasoning in both visual and verbal tasks. To this end, we designed and implemented some visual analogies to separate the global path (the encoding and mapping of relations between the global-spatial shapes of the images) from the object path (the encoding and mapping of relations between the individual objects of the images). Overall, the results demonstrated that the use of either of these paths depended on the saliency of the global shape (global spatial structure) and certain individual differences. Specifically, some participants tended to encode global relations to a larger extent than object relations, and this measure seemed to be a good indicator of both abstract visual reasoning abilities and analogical problem-solving skills. The effect of spatial relations in solving a verbal story-like problem was also investigated. As shown in previous studies, the results showed that people could transfer the underlying principles of visual diagrams to solve a target problem described verbally. Moreover, the results demonstrated, for the first time as far as we know, that explicit spatial properties in either the source, the target, or both had significant effects on the rate of successful analogical transfer. They also showed that drawing a spatial representation of the verbal source facilitated analogical transfer compared to writing a summary. Taken together, the results of the experiments in both the visual and verbal domains emphasize the importance of spatial structure in analogical problem-solving. This may lead us to think about analogical reasoning not as a strict local-to-global process (in which individual local correspondences between two systems are generated and then integrated into a global correspondence), but rather as a more flexible process. Sometimes, people can map a source to a target problem simply based on their spatial structures, regardless of the individual elements of both systems. This research also has implications for the development of strategies that may facilitate abstraction and analogical transfer.

[cat] El raonament analògic és fonamental per al pensament humà; té un paper important en diversos contextos de resolució de problemes. La resolució analògica de problemes implica reconèixer les similituds relacionals entre dues situacions per tal de fer un mapeig de l'estructura de la situació familiar (coneguda com a font) sobre la situació desconeguda (coneguda com a objectiu), possibilitant la generació inferències sobre l’objectiu. S'ha fet una àmplia gamma d'investigacions sobre diferents factors que afecten el raonament analògic. Tanmateix, el paper de les estructures espacials del problema font en la transferència analògica no ha rebut prou atenció. Aquesta investigació investiga principalment el paper de l'estructura espacial global en el raonament analògic tant en tasques visuals com verbals. Amb aquesta finalitat, vàrem dissenyar i implementar algunes analogies visuals per separar la via global (la codificació i mapeig de relacions entre les formes global-espacials de les imatges) de la via d'objecte (la codificació i mapeig de les relacions entre els objectes individuals de les imatges). En general, els resultats van demostrar que l'ús de qualsevol d'aquestes vies depenia de la rellevància de la forma global (estructura espacial global) i de certes diferències individuals. Concretament, alguns participants tendien a codificar relacions globals més que relacions d'objectes, sent aquesta mesura un bon indicador tant de la capacitat de raonament visual abstracte com de les habilitats de resolució de problemes per analogia. També es va investigar l'efecte de les relacions espacials en la resolució d'un problema presentat en una narració. Com es va mostrar en estudis anteriors, els resultats van demostrar que les persones podien transferir els principis subjacents dels diagrames visuals per resoldre un problema objectiu descrit verbalment. A més, els resultats van demostrar, fins on sabem per primera vegada, que les propietats espacials explícites al problema font, a l'objectiu o a ambdós poden tenir efectes significatius en la taxa de transferència analògica exitosa. També van mostrar que dibuixar una representació espacial del problema font facilita la transferència analògica en comparació amb escriure un resum. En conjunt, els resultats dels experiments tant en el domini visual com en el verbal emfatitzen la importància de l'estructura espacial en la resolució analògica de problemes. Això ens pot portar a pensar en el raonament analògic no com un procés que evoluciona estrictament d’aspectes locals a globals (en el qual es generen correspondències locals individuals entre dos sistemes i després s'integren en una correspondència global), sinó com un procés més flexible. De vegades, les persones poden mapejar un problema font sobre un problema objectiu simplement basant-se en les seves estructures espacials, independentment dels elements individuals d'ambdós sistemes. Aquesta investigació també té implicacions per al desenvolupament d'estratègies que puguin facilitar l'abstracció i la transferència analògica.