現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)關(guān)于空間能力和心理旋轉(zhuǎn)的研究

1、現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)關(guān)于空間能力和心理旋轉(zhuǎn)的研究         周詳    曾暉海南師范大學(xué)教育管理系【正文】1有關(guān)空間能力的研究空間能力和言語(yǔ)能力都是智能的基本成分。在人類(lèi)早期智能研究中，人們已發(fā)現(xiàn)：言語(yǔ)能力并非唯一的與智力有關(guān)的能力，空間能力也是較為獨(dú)立的智力結(jié)構(gòu)，好的非言語(yǔ)測(cè)驗(yàn)或操作測(cè)驗(yàn)比言語(yǔ)測(cè)驗(yàn)更能反映智能的本質(zhì)，因?yàn)樗軐W(xué)校教育的影響較小。在較高級(jí)的認(rèn)知階段空間能力的發(fā)展與言語(yǔ)能力的發(fā)展是相輔相承的。隨著現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)和現(xiàn)代生理學(xué)的發(fā)展使人們更傾向于從信息加工和大腦兩半球高度合作

2、的角度，而不僅僅從生理結(jié)構(gòu)和大腦兩半球分散的角度去研究人類(lèi)智能。Gordon提出了“認(rèn)知功能分布特征”（cognitiveprofile），指出個(gè)體間存在著兩種認(rèn)知功能的差異，這兩個(gè)認(rèn)知功能是言語(yǔ)功能和空間功能，研究表明認(rèn)知功能分布特征理論比優(yōu)勢(shì)腦半球理論更能有效地解釋個(gè)體的特殊技能及作業(yè)成績(jī)。1許多個(gè)體差異都來(lái)自于認(rèn)知功能差異。一般認(rèn)為廣義的空間能力指非言語(yǔ)信息加工中的個(gè)體差異，狹義的則指在完成空間測(cè)驗(yàn)中的個(gè)體差異?？臻g能力研究大致有三個(gè)階段。第一階段（19041938）人們提出了空間能力存在的證據(jù)。如McFarlane（1925）的包括本料建構(gòu)的操作測(cè)驗(yàn)，美國(guó)篩選軍用人才的測(cè)驗(yàn)（1918）

3、（用于未受過(guò)教育或言語(yǔ)困難的人）等。Thurston（1938）將空間因素定義為“在空間或視覺(jué)表象方面的才能”，其相關(guān)測(cè)驗(yàn)的特征是“保持心理表象并在心理上使表象扭曲、轉(zhuǎn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)到不同位置，以及能將移動(dòng)了的表象和結(jié)果相匹配”。第二階段（19381961）人們?cè)噲D確定空間因素相互不同的程度，區(qū)分空間因素的亞類(lèi)，并產(chǎn)生一些新的紙筆空間測(cè)驗(yàn)。Thurston（1941）通過(guò)大規(guī)模測(cè)驗(yàn)總結(jié)出一點(diǎn)：空間因素涉及二維中的表象運(yùn)動(dòng)，空間因素可分為S,1,S,2兩個(gè)。S,1指“想象一個(gè)剛體結(jié)構(gòu)被移動(dòng)到不同位置時(shí)的能力”，多見(jiàn)于圖片、卡片測(cè)驗(yàn)。S,2是“想象結(jié)構(gòu)間存在運(yùn)動(dòng)，一結(jié)構(gòu)取代另一結(jié)構(gòu)的能力”，多見(jiàn)于表面推

4、導(dǎo)，迷津測(cè)驗(yàn)。French（1951）回顧了有關(guān)文獻(xiàn)后，總結(jié)道：至少有三個(gè)獨(dú)立的空間因素；第一是空間（“精確地覺(jué)察空間模式并作相互比較的能力”）；第二是定向（“保持不被空間模式以不同方向呈現(xiàn)而弄糊涂的能力”）；第三是想象（“理解表象在三維中運(yùn)動(dòng)，或操作想象中物體的能力”）。第三階段（1961現(xiàn)在）標(biāo)志是大規(guī)模測(cè)驗(yàn)研究減少，較多關(guān)心空間測(cè)驗(yàn)中各種變異的來(lái)源，并開(kāi)始用信息加工的方法探索包括模塊旋轉(zhuǎn)或表面推導(dǎo)作業(yè)的心理過(guò)程。Werdelim發(fā)現(xiàn)了與Thurston的S,1,S,2因素等價(jià)的因素，S,1代表“以整體考察和操縱某物的能力”，S,2代表“先分解整體后操縱各個(gè)部分的能力”，同時(shí)發(fā)現(xiàn)一些性別差

5、異（主要表現(xiàn)在解釋、組織和重組結(jié)構(gòu)上，而不是對(duì)可見(jiàn)物體的操作上）。Piaget等認(rèn)為兒童空間表征有一個(gè)從靜態(tài)空間感覺(jué)到動(dòng)態(tài)空間概念的發(fā)展過(guò)程，后者在兒童發(fā)現(xiàn)了自己的觀察點(diǎn)時(shí)達(dá)到，此時(shí)具有心理運(yùn)演的認(rèn)知系統(tǒng)，知道圖案各部分的相對(duì)位置，圖案之間的相對(duì)位置，及整個(gè)結(jié)構(gòu)相對(duì)于不同觀察點(diǎn)的位置。這對(duì)我們了解成人空間概念的形成有一定啟發(fā)。Ionman進(jìn)行了系統(tǒng)的再分析指出一般有三個(gè)突出的空間因素和一些亞因素。三個(gè)空間因素是空間關(guān)系，空間定向，想象。亞因素是由視覺(jué)記憶、視覺(jué)刺激的匹配速度，辨別左右的速度等作業(yè)確定的。楊孟萍等有關(guān)空間能力的測(cè)驗(yàn)研究中，發(fā)現(xiàn)空間能力有一個(gè)G因素和一個(gè)S因素。G因素是共同因素指圖

6、形識(shí)別和表象運(yùn)動(dòng)能力，S因素是圖形映象在二維和三維空間中的旋轉(zhuǎn)和方位定向能力。近20年來(lái)研究轉(zhuǎn)向?qū)臻g作業(yè)變異來(lái)源的研究，發(fā)現(xiàn)了作業(yè)難度，任務(wù)要求，維度、性別、策略等方面的差異。實(shí)驗(yàn)心理學(xué)家越來(lái)越傾向于用信息加工模型來(lái)描述空間問(wèn)題的解決，如Just等提出了認(rèn)知坐標(biāo)系的加工模型等等。從以上空間能力研究的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，已從測(cè)量學(xué)方法，因素分析方法逐步向?qū)嶒?yàn)的認(rèn)知心理學(xué)的方法過(guò)渡，從大規(guī)模測(cè)驗(yàn)轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)室中對(duì)內(nèi)部機(jī)制的探索。空間能力涉及到對(duì)物體內(nèi)部關(guān)系，物體與物體關(guān)系，物體與觀察者的關(guān)系把握?？臻g能力至于少包含三個(gè)因素：空間關(guān)系、想象、定向?？梢哉f(shuō)空間認(rèn)知技能是由準(zhǔn)確知覺(jué)世界的能力、對(duì)知覺(jué)到的事物進(jìn)行

7、改造或修改的能力及重建視覺(jué)經(jīng)驗(yàn)（即使在有關(guān)物體刺激不在的情況下）的能力構(gòu)成的，而這幾種能力又是視空間表象能力的具體表現(xiàn)，許多心理學(xué)家很自然地將視空間表象能力視為空間智能的核心。圖形旋轉(zhuǎn)的心理操作實(shí)驗(yàn)涉及各種空間因素，較多涉及表象運(yùn)動(dòng)，往往能揭示人的空間表象能力和人們的視空間表象體系。同時(shí)心理旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部加工類(lèi)似于其它許多空間任務(wù)的內(nèi)部加工。如按比例擴(kuò)縮大小，保持知覺(jué)恒常性等，所以心理旋轉(zhuǎn)中的理論也可為其它空間加工過(guò)程提供總框架。在研究中，人們特別選擇心理旋轉(zhuǎn)的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)來(lái)探察不同空間能力者的特點(diǎn)與水平，必有其深遠(yuǎn)意義。2有關(guān)心理旋轉(zhuǎn)的研究目前，關(guān)于心理旋轉(zhuǎn)的研究主要集中在旋轉(zhuǎn)什么，如何旋轉(zhuǎn)兩個(gè)問(wèn)題

8、上。關(guān)于旋轉(zhuǎn)什么的研究表明，既可以旋轉(zhuǎn)整個(gè)物體，也可是物體的子集（或?yàn)槲矬w的一部分，或?yàn)閺奈矬w中抽出的構(gòu)架）。另外Shepard提出表象（類(lèi)似物analog）旋轉(zhuǎn)假說(shuō)，認(rèn)為旋轉(zhuǎn)的是表象，而Roberston則指出存在框架旋轉(zhuǎn)（類(lèi)似前人所說(shuō)的命題表征），后提出概率混合模型，認(rèn)為人們是用不同概率使用表象和框架（命題）的。王才康在實(shí)驗(yàn)中也證實(shí)了此模型的合理性，發(fā)現(xiàn)了主觀參考框架在心理旋轉(zhuǎn)中的作用。關(guān)于怎樣旋轉(zhuǎn)研究集中考慮三方面的問(wèn)題，一是主體：涉及主體性別、策略、加工成分、加工過(guò)程；二是刺激：涉及刺激結(jié)構(gòu)、維度、復(fù)雜度、熟悉度等；三是任務(wù)：涉及刺激呈現(xiàn)形式、反應(yīng)形式等。Shepard等在他們的經(jīng)典研

9、究中向被試呈現(xiàn)一對(duì)對(duì)由一些立方體（710個(gè)）所組成的表示三維空間物體的圖畫(huà)。被試任務(wù)是比較這些圖形，決定它們?cè)谛问缴鲜欠裣嗤?。這些形狀的區(qū)別在于以20°的差別向不同方面（平面地或垂直地）旋轉(zhuǎn)，或在于正像與鏡像的區(qū)別。他們發(fā)現(xiàn)，識(shí)別時(shí)間隨轉(zhuǎn)動(dòng)角度的增加而成線性地增加，這味著被試對(duì)兩圖的比較方法是想象一圖以一種穩(wěn)定的速度旋轉(zhuǎn)到與另圖形相同的位置，然后再比較。而且想象中的旋轉(zhuǎn)是三維立體的，不是在平面上進(jìn)行的。Cooper等運(yùn)用字母（主要是R）和數(shù)字進(jìn)行了心理旋轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)達(dá)到180°時(shí)反應(yīng)時(shí)達(dá)到最大值。但如事先給被試關(guān)于字母的特征及將會(huì)出現(xiàn)的方位的信息，并給予足夠時(shí)間讓被試

10、動(dòng)用這個(gè)信息，結(jié)果反應(yīng)時(shí)與角度無(wú)關(guān)。如果事先只給以方向信息而不給予特征信息，就不如此。這表明不是旋轉(zhuǎn)抽象的框架，而是運(yùn)用具體表象。Yuille等用了Shepard等的立方體及其變式進(jìn)行了心理旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)物體復(fù)雜度增加時(shí)（增加立方體結(jié)構(gòu)特征）如果復(fù)雜度與識(shí)別無(wú)關(guān)則不影響旋轉(zhuǎn)中的反應(yīng)時(shí)；而復(fù)雜度對(duì)識(shí)別很關(guān)鍵則影響反應(yīng)時(shí)。并非物體所有特征都被編制在旋轉(zhuǎn)的表象中。BethellFox用24點(diǎn)多邊形作心理旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：編碼、心理旋轉(zhuǎn)，比較不熟悉刺激（指3×3矩陣中所填充的正方形的類(lèi)型）所需的時(shí)間隨刺激復(fù)雜度而增加（復(fù)雜度指填充的正方形的數(shù)量）。Shepard等用7個(gè)立方體組成的剛性臂狀結(jié)構(gòu)進(jìn)

11、行了有關(guān)刺激維度與任務(wù)類(lèi)型的心理旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，提出最初的關(guān)于心理旋轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)認(rèn)為：比較兩個(gè)三維刺激物的旋轉(zhuǎn)時(shí)間比比較一個(gè)兩維刺激和一個(gè)事先習(xí)得的兩維刺的進(jìn)間略長(zhǎng)2。Just等3動(dòng)用標(biāo)有字母和數(shù)字的立方體進(jìn)行了心理旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)（CCT立方體比較測(cè)驗(yàn)），比較高、低空間能力被試的操作情況，并建立計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行模擬、提出了認(rèn)知坐標(biāo)系的理論模型。認(rèn)為個(gè)體差異的主要來(lái)源與坐標(biāo)及策略的選擇有關(guān)。Carpenter基于CCT測(cè)驗(yàn)的刺激特征，提出心理旋轉(zhuǎn)的三個(gè)加工過(guò)程：搜索找到兩立方體中相匹配的一對(duì)字母，旋轉(zhuǎn)比較在心理上經(jīng)一定軌道旋轉(zhuǎn)字母，使它們的方向和位置相同；確認(rèn)對(duì)剩余字母進(jìn)行操作，使它們?nèi)慷计ヅ?。他還認(rèn)為對(duì)于采用

12、標(biāo)準(zhǔn)軸策略的被試，旋轉(zhuǎn)和確認(rèn)時(shí)間都會(huì)隨角度增加而增加，高空間能力被試相對(duì)于低空間能力被試所選擇的策略有效而靈活。3研究方法與途徑3.1心理測(cè)量學(xué)方法有關(guān)空間能力的心理測(cè)驗(yàn)多偏重于因素分析法的使用，Thurston（1928）的旗幟追蹤、立方、表面推導(dǎo)等測(cè)驗(yàn)，Koussy等的（1933）包括紙筆測(cè)驗(yàn)的空間能力團(tuán)體測(cè)驗(yàn)，Guilford（1952）陸軍一空軍性能測(cè)驗(yàn)，Gordon（1986）的認(rèn)知一側(cè)化測(cè)驗(yàn)（cognitivelateralitybattery，CLB），Alderton在對(duì)空間認(rèn)知全面分析基礎(chǔ)之上建立了復(fù)雜空間問(wèn)題解決測(cè)驗(yàn)（complexspatialproblemsolving

13、test，CSPST）等。3.2實(shí)驗(yàn)的方法Pellegrind等將智能成分研究分為認(rèn)知關(guān)聯(lián)研究（cognitivecorrelatesapproach）和認(rèn)知成分研究（cognitivecomponentsapproach）。認(rèn)知關(guān)聯(lián)研究主要通過(guò)一定技術(shù)（建立一些標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)程度即范式，多元回歸分析等）將代表能力差異的認(rèn)知加工特點(diǎn)參數(shù)分離出來(lái)。要求對(duì)基本原理和特定參數(shù)非常明確。認(rèn)知成分往往對(duì)與它的理論相關(guān)的任務(wù)變異的解釋力較強(qiáng)。如心理旋轉(zhuǎn)速度能解釋空間能力上的更多變異而不是言語(yǔ)能力中的變異。認(rèn)知成分研究主要以Sternberg為代表，與認(rèn)知關(guān)聯(lián)研究相反，不是采用自下而上的方式，而是自上而下的分析

14、方式，常從復(fù)雜認(rèn)知操作開(kāi)始，解析與認(rèn)知操作有關(guān)的各種認(rèn)知成分，認(rèn)為成分是指對(duì)物體或符號(hào)的內(nèi)部表征進(jìn)行操作的基本信息過(guò)程。任何一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題的解決都由一系列基本認(rèn)知操作成分（如編碼、比較、判斷）構(gòu)成。Sternberg將成分分為三類(lèi)：元成分、操作成分、知識(shí)獲得成分。這些成分的差異是個(gè)體差異的來(lái)源。反應(yīng)時(shí)技術(shù)是現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究中最廣泛使用的手段之一，用反應(yīng)時(shí)技術(shù)分析人類(lèi)信息加工過(guò)程的兩個(gè)基本方法是減法法和加因素法。用反應(yīng)時(shí)研究人類(lèi)認(rèn)知過(guò)程有一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，即人可以主動(dòng)地調(diào)整自己的反應(yīng)速度，產(chǎn)生一種速度與準(zhǔn)確性之間的權(quán)衡效應(yīng)（tradeoffeffect）使反應(yīng)時(shí)分析復(fù)雜化，最糟的情況是錯(cuò)誤率降低而反應(yīng)時(shí)卻增加，此時(shí)絕對(duì)不可以單純分析反應(yīng)時(shí)。4參考文獻(xiàn)1GordonH.Thecognitivelateralitybatterytestsofspecializedcognitivefun