（发展与教育心理学专业论文）角度学习对心理旋转的启动效应及其年龄差异.pdf

摘要 本研究通过在心理旋转任务之前加入一个角度学习任务，探讨角度学习对心 理旋转的启动效应，并探察在此过程中年龄方面的差异及策略所起的作用，从而 为提高人们的心理旋转能力提供一些方法和措施。 本文以字母r 图像及人手图像为实验材料分别对3 0 名初一学生及3 0 名成年 人的心理旋转能力进行考察，探讨了以下问题：一、在两种不同材料的心理旋转 任务中，角度学习对心理旋转的具体影响。二、考察角度学习任务对心理旋转任 务的启动效应在成人与初一学生间的差异。三、探讨执行心理旋转任务时的策略 对心理旋转及其启动效应的影响。 研究结果如下： ( 1 ) 两个心理旋转实验都证明了经典心理旋转实验的结论，即心理旋转任务 中有显著的角度效应。 ( 2 ) 以字母r 作为实验材料时，心理旋转能力呈现出年龄差异，而以人手作 为实验材料时，心理旋转能力未呈现出年龄差异。 ( 3 ) 以字母r 作为实验材料时，对于初一组被试，角度学习对心理旋转产生 了明显的启动效应，而成人则没有，从而表明角度学习对心理旋转的启动呈现出 年龄差异。以人手作为实验材料时，没有发现启动效应存在。 ( 4 ) 不同材料的实验中被试所用的策略不同，策略在心理旋转及其启动效应 中起着重要的作用。以字母r 作为实验材料时，初一组被试与成人组被试总体上 采用以物体为参照系的策略，但两组被试所用的具体判断方法有明显区别，成人 组使用更抽象的判断方法。以人手图像作为实验材料时，初一组被试与成人组被 试总体上采用以自身为参照系的策略，而且两组被试所用具体判断方法也基本一 致。 关键词：角度学习；心理旋转；启动效应；年龄差异 a bs t r a c t t h i sp a p e rp r o b e di n t ot h ep r i m i n go fa n g l el e a r n i n go nm e n t a lr o t a t i o n ，a g e d i f f e r e n c e so ft h ep r i m i n ga n dt h er o l eo fs t r a t e g i e so l lm e n t a lr o t a t i o n ，s oa st o e n h a n c ep e o p l e sm e n t a lr o t a t i o na b i l i t yt op r o v i d ean u m b e ro fm e t h o d sa n d m e a s u r e s t a k i n gt h el e t t e rr s t i m u l u sa n dt h eh a n ds t i m u l u s 嬲e x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s ，3 0 s e v e n t hg r a d es t u d e n t sa n d3 0y o u n ga d u l t sw e r es t u d i e do nt w oe x p e r i m e n t s t h i s p a p e re x p l o r e dt h ef o l l o w i n gp r o b l e m s ：( 1 ) t h ep r i m i n go fa n g l el e a r n i n go nm e n t a l r o t a t i o nb a s e do i lt w od i f f e r e n tk i n d so fs t i m u l u s ；( 2 ) d i f f e r e n c e sb e t w e e na d u l t sa n d s e v e n t hg r a d es t u d e n t si nt h ep r i m i n g ；( 3 ) s t r a t e g i e so fm e n t a lr o t a t i o na n dt h e i r e f f e c t so nt h ep r i m i n ge f f e c t t h er e s u l to fs t u d i e sa sf o l l o w s ： 1 f o rb o t he x p e r i m e n t s ，t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ed e g r e eo fr o t a t i o nd i dh a v e a l le f f e c t ，i e ，t h ep e r f o r m a n c ed e c r e a s e da st h ed e g r e eo fr o t a t i o ni n c r e a s e d 2 w h e nt h el e t t e rrs t i m u l u sa se x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s ，a d u l t sa n dt h es e v e n t h g r a d es t u d e n t ss h o w e ds i g n i f i c a n td i f f e r e n c e si nt h e m e n t a lr o t a t i o na b i l i t y w h e nt h e h a n ds t i m u l u sa se x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s ，a g ed i f f e r e n c e sd i dn o te x i s t 3 i nt h ef i r s te x p e r i m e n t ，t h el e t t e rrs t i m u l u sa se x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s ，a n g l e l e a r n i n gs i g n i f i c a n t l yp r o m o t e dm e n t a lr o t a t i o nt ot h es e v e n t hg r a d es t u d e n t s ，b u tn o t t oa d u l t s f u r t h e r , t h e r ea r ed i f f e r e n c e sb e t w e e na d u l t sa n ds e v e n t hg r a d es t u d e n t si n t h ep r i m i n g i nt h es e c o n de x p e r i m e n t ，t h eh a n ds t i m u l u sa se x p e r i m e n t a lm a t e r i a l s ， n os i g n i f i c a n tp r i m i n ge f f e c to nm e n t a lr o t a t i o nt e s tw a sf o u n d ，e i t h e rf o ra d u l t so rt h e s e v e n t hg r a d es t u d e n t s 4 s t r a t e g i e sp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei nm e n t a lr o t a t i o na n dt h ep r i m i n ge f f e c t i n t h ef i r s te x p e r i m e n t ，b o t ha d u l t sa n dt h es e v e n t hg r a d es t u d e n t su s e da l l o c e n t r i c r e f e r e n c ef r a m e ，b u tt h e ya r ed i f f e r e n to nm e t h o d s i nt h es e c o n de x p e r i m e n t ，b o t h a d u l t sa n dt h es e v e n t hg r a d es t u d e n t su s e de g o c e n t r i cr e f e r e n c ef r a m e ，a n dt h e yu s e t h es a m em e t h o d s k e yw o r d s ：a ng l el e a r n i n g ；m e n t a lr o t a t i o n ；p r i m i n g ；a g ed i f f e r e n c e s i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得或其他教育机构的学位或证书面使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者签名：俏、批貂。 主字日期：矿7 年f 月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解江西师范大学研究生院有关保留、使用 学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和电子稿，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西师范大学研究生 院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：傅、k ；乏 签字日期：叩年月日 导师签名： 签字日期：叩年石, e l ，日 角度学习对心理旋转的启动效应及其年龄差异 引言 心理旋转作为人类空间认知的一个重要元素一直受到心理学家的青睐。作 为命题表征的对立面，心理旋转这种类比表征为空间认知加工研究提供了突破 口，也正因为心理旋转在空间认知方面的这种独特性，使其历经近4 0 年仍极富 魅力。 人们关注心理旋转较多地集中在生理机制、性别差异、年龄差异、教育训 练、策略选择等方面，作为发展与教育心理方面的研究，我们更关注心理旋转的 发展特点、年龄差异、教育训练和策略选择。目前的研究普遍认为儿童心理旋转 能力是随年龄的增长而逐步发展的。对于心理旋转能力的建立年龄，由于研究者 们采用的方法和侧重点不尽相同，得出了不同的结果，以上结论大致分为两类， 一类以皮亚杰的推断为核心观点的研究者认为7 、8 岁以后的儿童才具备心理旋 转的能力，另一类观点则认为学龄前儿童就已具备了心理旋转能力。提高空间能 力是对科学和教育提出的一个挑战，而心理旋转是空间智力的一个重要成份，怎 么提高人们的心理旋转能力已成为一个重要的课题。心理学家早就开始了这一方 面的研究，尤其是对心理旋转与数学能力的相关性研究，发现数学等自然科学的 训练可以提高心理旋转能力。还发现心理旋转能力与很多领域如数学、生物学、 化学、物理、机械和航空等方面的能力有很高的相关性。心理旋转的策略与实验 材料和实验任务是密不可分的，研究心理旋转的策略需要有效地选择实验材料和 实验任务，心理旋转策略的研究能从更深的层面上探察心理旋转的特点和机制。 本研究旨在通过在心理旋转任务之前加入一个角度学习任务，探讨角度学习 任务是否有助于促进行心理旋转任务，并探察年龄方面的差异，研究不同年龄组 执行不同材料的心理旋转任务时使用策略的差异，以及策略对心理旋转及其启动 效应的影响。以期通过对心理旋转启动效应的研究探索出更多心理旋转的特点和 性质，能为表象研究提供一些理论基础，能有助于心理旋转认知加工机制的全面 揭示；通过对年龄差异的研究对教育有所启示，为人们尤其是青少年的空间能力 培养提供一些方法和策略。 硕士学位论文 1 文献综述 1 1 心理旋转的涵义及经典研究 1 1 1 心理旋转的涵义 通常，人们在玩魔方时，没有转动魔方前就会想象如何旋转才能把每一个面 对齐；人们在玩俄罗斯方块游戏时，通常会先想一下方块怎么旋转能恰当地填补 下面的空缺，然后再快速旋转方块。这些日常行为引起了大脑对空间表征的动力 转换，涉及到想象客体或自我旋转的认知加工过程，心理学上称之为心理旋转 ( m e n t a lr o t a t i o n ) 。心理旋转是人在头脑中将某个图形的表象做平面或立体转 动的心理操作过程，心理旋转的研究是当前表象理论的重要组成部分，它有力地 支持了将表象看作一种独立的心理表征的观点n 1 。 1 1 2 心理旋转的经典研究 心理旋转是一种想象自己或客体旋转的空间表征转换能力，它是衡量空间智 能的重要标尺之一，从7 0 年代初开始一直是表象研究和空间认知领域中备受关 注的重要课题。s h e p a r d 通过一系列的实验把心理旋转看作是一个类比的过程 ( a n a l o gp r o c e s s ) 。所谓类比是说心理旋转也要经历些中间阶段，与客体的 物理旋转是类似的n 】。c o r b a l l i s 提出心理旋转作为一个认知过程，在许多方面 和语言一样，是一个在认知发展过程中水平相对高的能力：和语言不同的是，心 理旋转是一个没有标记的、不用计算的、连续的、类比的过程啪。近期还有研究 认为，心理旋转的产生是用于弥补物体认知过程中视点的改变口1 。 心理旋转的研究中，最初也是最著名的一个是由s h e p a r d m e t z l e r 完成的。 他们给被试呈现三维物体的立体透视图，在每次测试中，被试看到两张图，在一 些情况下，这两张图描绘的是同一个客体，只是其中一个旋转了一定角度。在另 一些情况下，这两张图是镜像的颠倒效果图；换而言之，这两个物体虽然相似但 不是同一个。镜像有时也经过了旋转，使用的旋转类型既有在纸平面上的，也有 深度上的。s h e p a r d m e t z l e r 发现，被试判断两张图是描绘了同一物体还是一 个镜像的颠倒所需要的时间与两图间的旋转角度成直接的比例关系。旋转角度与 被试的反应时间之间的对应关系有力地揭示了被试是使用了图像的心理旋转来 完成这项任务的。此外，被试对纸平面或深度方向上的旋转的判断时间是相同的。 2 角度学习对心理旋转的启动效应及其年龄差异 这表示他们是在心理上旋转三维的图像，而不仅仅是二维的图片。如果仅是二维 的话，他们对于纸平面与尝试旋转的作用将是不同的。 c o o p e r s h e p a r d 后来的研究表明，被试还可以心理旋转更多的可识别刺 激，例如字母表中的字母或者手绘的图画。在一项研究中，有时在实验刺激出现 之前先给被试呈现一个测试用的字母r 图片以及一个提示测试刺激旋转朝向的 线索。如果这两个线索呈现得足够早( 例如，在实验刺激出现前1 0 0 0 毫秒) ，那 么被试对所有角度旋转的表现都是一样的。结果表明，被试在顺时针方向与逆时 针方向上都可以进行表象的心理旋转，具体采取哪一个方向仅取决于哪个方向旋 转的角度较小。后来，c o o p e r 为了探察被试是心理旋转整个刺激，还是只关注 某些部分。他给被试呈现一些不规则的多边形。这些多边形是由任意数量的点连 接而构成的，越多的点即构成越复杂的多边形。结果发现，反应时间再次随着旋 转角度的增加而直接上升，并且所有多边形的旋转速率都是相同的，与它们的复 杂度无关。c o o p e r 在另一项研究中发现如果预先呈现给被试的朝向和被试的视 觉表象所期望的朝向一致的话，他们的反应时就会很快。w o h l s c h i a e g e r 等人 对心理旋转与动力旋转关系的研究为心理旋转与物理旋转间的相似性提供了进 一步的证据。他们用了一种干涉的方法，让被试在心理旋转的同时进行实际旋转。 结果显示，当两类旋转的轨迹不同时，心理旋转能力受损嘲 这些对心理旋转的研究，不是把表象当成静止的画面，而是从动态的角度研 究表象的加工，心理旋转与物理旋转一样，本质上都是连续的。进一步说明了表 象是真实物体的类似物，它是以观念的形式存在于头脑中的，它具有直观性，大 脑对表象的加工操作类似于对真实物体进行知觉时的信息加工。 1 2 心理旋转能力发展的研究 心理旋转是人类空间能力的基本成分之一，其心理操作较多涉及表象运动， 与许多的空间能力及科学领域的认知能力有关嘲，研究心理旋转出现的年龄以及 年龄特征能有效地揭示人的空间表象能力和视空间表象体系，因此在发展性研究 中选择从心理旋转的角度探索人的视空间表象能力发展的特点和水平具有深远 意义。 1 2 1 心理旋转能力开始建立的年龄 p i a g e t 认为，儿童只有到学龄期( 即具体运算阶段) 其智力发展才会产生 一个转折点，儿童要到7 、8 岁时才开始心理旋转的操作忉。g l e n n s i n a n 在选 取被试时认为9 岁儿童刚具有心理旋转能力，但也提出心理旋转能力开始年龄是 否更小仍受到质疑嘲。林仲贤等人的研究也证实，7 8 岁儿童已经开始发展了心 理旋转能力，但其操作水平却不高，属于逐步向前发展的阶段嘲。蔡华俭等人的 3 硕士学位论文 研究表明，个体表象旋转能力大约在1 0 岁以后开始发展n 引。其另一项关于心理 旋转能力发展性的研究也证实，小学四年级儿童( 1 0 1 1 岁) 已明显具备了心 理旋转能力u 。 但是，m a r m o r 对5 岁和8 岁儿童进行了心理旋转的实验研究，结果显示5 岁和8 岁儿童回答问题的反应时和旋转角度成线性关系，这意味着两组儿童都能 在他们的想象中表征旋转n 习。另外，m a n z i 等对平均年龄4 2 5 岁的儿童进行的 心理旋转实验显示，一些4 岁儿童已经使用了心理旋转能力n 。刘秀环等采用不 同的刺激材料考察儿童心理旋转能力的研究结果表明，3 4 岁儿童不具有心理 旋转能力，4 5 岁儿童开始形成心理旋转能力，大部分5 6 岁儿童已具有对图 形的旋转能力n 钔。而方富熹在研究4 6 岁儿童的客体运动表象时发现，三维空 间与二维空间想象能力在4 岁儿童中一般还没有形成和发展起来，即使通过训练 也没有进步u 引。 徐凡分别从运动、照片和“地图 方面对4 岁、5 岁和6 岁儿童在真实空间 中的心理旋转及对参照信息的使用等空间表征的发展作了初步考察，结果发现， 儿童空间表征能力随年龄的增长而增长，从4 岁到5 岁，这一发展尤为明显n 町。 而在侯公林、缪小春的一项研究中发现，幼儿在4 5 岁时已经开始建立二维心 理旋转能力，其发展特征呈连续性，但在5 - - 6 岁间都发现有一个负增长阶段， 其原因不详n 刀。 由于研究者们采用的方法和侧重点都不尽相同，所以得出了不同的结果。结 论大致分为两类，一类是以皮亚杰的推断为核心观点的一些研究者，认为7 、8 岁以后的儿童才具备心理旋转的能力；另一类则认为学龄前儿童就已具备了心理 旋转能力。心理旋转的具体建立年龄如今还没有一个统一的结果，还需要进一步 用更一致更科学的方法和手段去研究。 1 2 2 心理旋转能力发展中的年龄特征 p i a g e t 和i n h e l d e r 最先对这一问题进行了研究。他们认为，在4 1 2 岁即 从前运算阶段到具体运算阶段，儿童心理旋转能力的精确性、预期灵活性和逻辑 一致性都有所增加n 羽。此后许多研究都印证了皮亚杰等人的研究。刘秀环等人采 用不同的刺激材料考察儿童心理旋转能力的研究结果表明，3 4 岁儿童不具有 心理旋转能力，4 5 岁儿童开始形成心理旋转能力，大部分5 6 岁儿童已具有 对图形的旋转能力n 铂。林仲贤等研究发现，不同年龄段的被试心理旋转能力是不 同的，尤其是在准确性方面，9 岁儿童及8 岁儿童明显优于7 岁儿童，准确性随 着年龄增长而提高。在判断时间方面，9 岁儿童也明显优于7 岁及8 岁儿童u 引。 心理旋转能力的增长是否呈连续性呢? 各项研究之间存在一定的分歧。李文 馥等人对3 7 岁儿童空间表象能力的研究不仅证实了p i a g e t 关于儿童表象发展 的四阶段论，同时还认为幼儿心理旋转能力的发展在学龄前的一段时间内是非连 4 角度学习对心理旋转的启动效应及其年龄差异 续性的汹1 。但侯公林等人的研究证实，幼) h - - 维心理旋转能力的发展是随年龄的 增长而增长的，在各年龄阶段未发现存在着一个快速发展的阶段u 钉。徐凡在用地 图研究幼儿空间表象能力时曾发现，在4 - - 一5 岁时幼儿会有一个负增长阶段h 副。 侯公林等人的研究也发现，在男女幼) h - - 维心理旋转能力发展过程中有一个负增 长期，男性幼儿在5 5 6 岁，持续时间为半年，女性幼儿在5 6 岁，持续时间 为一年。而引起这种负增长的原因目前尚不清楚u 刀。 还有许多研究对人们心理旋转能力的发展趋势作了探讨。蔡华俭等人研究发 现，儿童心理旋转能力的发展在四年级后一直呈上升态势，至高一左右发展至高 峰，然后开始下降。该能力在初中阶段发展最快，这提示初中阶段可能是心理旋 转能力发展的关键期，可能是这方面能力培养和开发的最佳时期1 。周珍等研究 的结果表明，初一高二年级学生的空间表征能力在心理折叠、展开、旋转及图 形识别几个方面的发展尚未达到较高水平，初中阶段是空间表征能力发展的关键 时期，教学中要采取适当的教育，以适应儿童心理发展的这一飞跃时期阱1 。 不同年龄段的心理旋转能力无论在判断准确性上，还是在速度的发展上都存 在一定差异。d eb e n i 等在一项研究中发现老人在心理旋转任务中表现不如年青 人唿】。j o n a t h a n 等对儿童和大学生心理旋转能力的研究表明，儿童与成人间有 显著差异嘲。h i r o k i 等分别对3 3 个年青人、2 6 个中年人、3 1 个老年人的心理 旋转能力进行了研究，发现年青人、中年人、老年人之间均有显著差异1 。 s t e p h a n i e 通过对1 8 名1 7 - 2 3 岁的青年人与1 8 名6 6 - 7 9 岁的老年人的心理旋转 能力的研究表明，老年人反应时间慢，准确率低嘲。林仲贤等探讨了儿童( 7 - 一9 岁，均龄8 岁) 、中青年( 2 3 4 7 岁，均龄3 1 3 岁) 及老年人( 6 1 - 一7 9 岁，均龄 6 5 6 岁) 的心理旋转能力，结果表明不同年龄段的被试心理旋转能力是不同的。 在准确性方面，儿童组与老年组基本上无显著性差异；但在完成任务的速度上， 儿童组明显优于老年组。这表明在人的一生中，心理旋转能力是随年龄变化的， 到老年期这种能力便出现明显下降趋势，尤其是在反应速度方面，这可能与神经 过程的灵活性下降有关嘲。游旭群对心理旋转的年龄因素的研究结果表明，青年 组( 2 1 - - 3 1 岁) 无论在反应速度还是在反应的准确性上均显著地优于老年组( 5 9 6 2 岁) ，并且随着旋转角度的增大，老年组要比青年组的反应时有较大幅度的增 加，在准确性方面也有较大差异瞄1 。 目前的研究普遍认为儿童心理旋转能力是随年龄的增长而逐步发展的，老年 人的心理旋转能力通常不如年青人，但心理旋转能力发展的峰值在何处，现在仍 没有定论。发展与教育心理学中很注重认知能力关键期的确定，明确了关键期， 才能给予青少年儿童更恰当的教育，有几个研究表明初中是心理旋转能力发展的 关键期，初中时期可能是心理旋转能力开发和培养的最佳时期。 5 硕士学位论文 1 2 - 3 心理旋转能力发展中的性别差异 心理旋转能力发展中的性别差异问题一直是心理学家关注的问题，s h e p a r d 和m e t z l e r 最初研究心理旋转时，并没关注性别差异问题，m e r e d i t h 改进了他 们的实验，采用纸笔测验在小学儿童中发现了性别差异比刀。另外，m a c c o b y 和 j a c k l i n 对心理旋转能力性别差异的研究清楚地表明，在心理旋转能力方面，男 性成人和儿童优于女性成人和儿童啸3 。当前尽管对心理旋转的性别差异问题有很 多不同的主张，但是大量证据支持了男性心理旋转能力优于女性心理旋转能力的 观点啪3 。k a r d d ik 等用人手作为心理旋转材料对成年男女及9 岁男女儿童作了 性别差异方面的研究，发现在成年中男女性别差异显著，但在9 岁儿童中男女性 别的差异不显著啪1 。另外，s t i e f f 在研究中发现男女在空间能力、空间工作记 忆上有很大差异，且性别差异在空间能力上更显著。 但是也有一些研究指出，心理旋转能力不存在性别上的差异。d e n n i s 等提 出心理旋转的性别差异主要体现在对镜像刺激( 不可能旋转问题) 的心理旋转上， 而不在对正像刺激( 可能旋转问题) 的旋转上。他们的研究结果表明，正像刺激 心理旋转成绩的准确性和反应时无性别上的差异，但是在镜像刺激的心理旋转 中，男性心理旋转的准确性和反应时均高于女性。他们认为以往心理旋转研究之 所以得出性别差异在于使用了镜像问题，而这些问题并不能准确的检测心理旋转 的能力，它们只是一些侦察测验嘲。j a n s e n 等研究的实验结果也不支持男、女 在心理旋转速度上的差异】。还有实验运用e e g 得出女性大脑使用范围更广嗍。 目前，国内在心理旋转能力的性别差异问题上的研究也未找到一致的答案。 李文馥等通过“三山 的实验发现，3 7 岁的幼儿在心理旋转方面不存在性别 差异跚。林仲贤等研究得出，儿童、中青年及老年人三个年龄组的心理旋转成绩 均不存在性别差异嘲。潘昱等通过研究青少年表象能力与脑电波的关系，也得出 性别差异不显著的结论。也有一些研究得出在心理旋转能力上存在性别差异嘲。 侯公林等人发现，在心理旋转能力上男女有一定的性别差异，但不显著n 钉。刘秀 环等人考察儿童心理旋转能力的研究结果表明，4 - - - 6 岁儿童的旋转能力存在性 别差异，但未达到显著性水平n 4 】。郑丽华对7 1 1 年级学生空间能力发展的研究 中发现，7 、9 、l o 年级学生心理旋转能力呈现出男女差异嘲。蔡华俭等通过研 究得出，个体心理旋转能力在小学四年级以后的发展一直呈上升态势，至高一左 右发展至高峰，随后开始下降；整个发展历程中，男女两性发展曲线类似，一般 而言，男性优于女性。 进一步研究产生性别差异的原因，对心理旋转神经生理机制的一些研究发 现，心理旋转过程中，两性右脑半球皮层活动存在显著性差异。空间能力上的性 别差异主要在于右脑半球心理旋转能力功能定位化程度上的不同。如j o n a t h a 等 人研究了8 岁儿童和大学生心理旋转的两性间的半球活动差异性问题。他们发现 6 角度学习对心理旋转的启动效应及其年龄差异 大学生在心理旋转的反应时上确实存在着显著的性别差异，但是儿童却不存在着 性别上的显著差异。心理旋转中，男大学生相对于女大学生而言，顶叶的活动更 为显著；但是8 岁男孩子和8 岁女孩子顶叶活动却没有显著性差异。他们认为心 理旋转上的年龄和性别差异在于生物发展上的差异。在儿童和成人中间存在着一 种变化，这种变化影响到了心理旋转的大脑活动情况和心理旋转的操作能力。男 性在心理旋转能力上的优势尽管可能存在着基因的、荷尔蒙的或解剖学上的不同 解释，但是具体明确的生物学原因还没有建立起来3 7 1 。男性和女性有着不同的 空间活动经历，这种不同的经历和男女空间能力的差异性紧密相关。社会角色职 能的分工给男性和女性提供了不同的空间活动经历，人们一般不鼓励女孩子去从 事与空间能力有关的职业或活动，男性被更多地鼓励去从事涉及数学或自然科学 方面的职业，而在这些领域任职的女性相对要少得多。如果我们改变这种家庭和 社会教育倾向，通过一些干涉性的策略也许会使女性的空间能力提高，甚至会高 于男性。r i c h a r d 等研究表明，通过计算机游戏干预，能消除心理旋转能力的性 别差异嘲。许燕和张厚粲的一项研究表明，被试在空间能力的加工方式、加工精 确性及加工策略上均存在性别差异，而在加工速度上表现为无差异，但在反应速 度相等的情况下，二年级男生在汉字和三维旋转的操作精确性上表现出优势。在 空间旋转能力上，男生的优势随年龄增长表现为减弱并消失的特征嗍。国外也有 研究表明，男女在心理旋转上的性别差异主要在策略的选择上，当复杂程度增高 时女性与男性的差异更明显。这从更深层次探讨了心理旋转能力性别差异的原 因。 1 2 4 心理旋转能力发展中的策略选择 认知策略就是学习者在认知过程中为达到认知目标而采用的各种思维方法 或技能，既包括具体的认知策略，也包括一般的认知策略。在完成心理旋转任务 的过程中，不同被试通常会采用不同的认知策略。有关心理旋转的内部过程的理 论目前最为大家所熟悉和认可的是s h e p a r d 等人提出的类比说，认为心理旋转的 内部过程是同外界物理旋转极其类似的表象旋转过程，即被试在判断一个斜置的 刺激时，总是先在头脑中形成这个刺激物的表象，然后再把它旋至直立位置h 1 。 r o b e r t s o n 等人认为，后续效应的产生是由于前至刺激为当前刺激提供了参考框 架信息，他们认为，在人们的头脑中存在着一种可称为主观参考框架或内部参考 框架的空间表征系统，被试可以旋转这种主观参考框架系统，即采取框架旋转策 略和表象旋转相比，两者旋转方向恰好相反，性质也截然不同。实验结果证明了 r o b e r t s o n 等人提出的概率混合模型，即在实验中被试按不同概率兼而采取以上 这两种策略】啕。 近年来，心理旋转过程中策略的选择研究仍是心理旋转研究的一个重要方 面。b a r b a r a 等从神经心理学角度研究心理旋转的策略影响和大脑半球侧化，发 7 硕士学位论文 现心理旋转任务的完成取决于使用的策略而不是刺激的类型h 羽。m a r t i n 等用不 同复杂程度的多边形作为材料的心理旋转研究中发现，多边形越复杂，女性的操 作速度越慢，而男性没有这种改变，认为性别差异主要在策略，一般女性用分析 的零碎的策略，而男性则用整体的策略川。刘秀环在其论文中对学前儿童心理旋 转能力发展特征进行了研究，根据被试口头报告结果显示，在心理旋转实验中， 虽然旋转的方向和方式仍存在很大的个体差异，但是4 6 岁儿童在完成心理旋 转任务的过程中都采用表象旋转的策略，支持了类似物假说1 。陶维东等用左、 右手模型，构建“左右手判断 任务和“相同一不同判断 任务，考察了这两种 实验任务是否都存在内旋效应和角度效应，从而推论被试采用何种旋转策略。结 果发现，在“相同一不同判断 任务中存在内旋效应，表明当人手图片作为心理 旋转材料时，它具有双重角色。被试心理旋转加工时究竟选用何种参照系的旋转 策略，与实验材料和实验任务两者都密不可分嘲。之后，陶维东等又利用眼动追 踪技术，探讨在“左右手判断任务条件下人手心理旋转加工是否受到被试自身 人手初始状态的影响。两个实验的反应时数据和眼动数据均发现：( 1 ) 心理旋转 加工受被试自身人手初始状态的影响，表现出一致性效应：( 2 ) 显著的内旋效应； ( 3 ) 被试心理旋转加工时注视点取样存在着不均衡性。这些结果表明，在左右手 判断任务中，心理旋转加工的对象是被试自身人手的表象，采用的是自我参照的 心理旋转策略，并且内旋效应是由被试对自身人手表象进行旋转时受到人手生理 机制约束所致，而不是被试旋转刺激图片的表象由“生理机制约束知识一影响所 致嘲。 从已有研究可知，心理旋转的策略是与实验材料和实验任务是密不可分的， 研究心理旋转的策略需要有效地选择实验材料和实验任务，心理旋转策略的研究 能从更深的层面上探察心理旋转的特点和机制。心理旋转策略的研究通常以成人 为被试，对心理旋转中策略选择的年龄差异研究还比较少。 1 3 心理旋转能力发展的相关因素研究 1 3 1 心理旋转能力的生理机制 心理旋转能力的生理机制是近些年来心理旋转研究的热点。研究者一般是以 正常人、脑损伤患者、灵长类动物或小白鼠等为对象来探讨心理旋转的神经生理 机制的，并在研究过程中运用了多种技术，如功能磁共振成像术( f m r i ) 、脑电技 术( e e g ) 和正电子发射层析照相术( p e t ) 等。大量的研究结果表明顶叶、枕叶和 额叶在心理旋转过程中起重要作用。此外，左右手判断任务的心理旋转研究还发 现心理旋转涉及到了大脑皮层动力区域的活动，包括主运动区、前运动区、附运 动区、基底神经节和小脑的活动。c o h e n 等人使用s h e p a r d 和m e t z l e r 所用的3 d 8 角度学习对心理旋转的启动效应及其年龄差异 图形，让刺激相继呈现，要求被试判断先后呈现的刺激是一致的还是镜像的。实 验通过f m r i 记录结果，发现心理旋转与顶上叶、第y 6 区、背侧、前额叶皮层和 运动前区都有关系。其中顶叶和第v 5 区的活动最为强烈附】。 另外，在心理旋转的神经机制研究领域内一直被广为关注的还有心理旋转加 工的大脑机能侧化问题( 优势半球问题) 。c o r b a l l i s 等在对1 1 1 3 岁的正常 青少年的心理旋转能力研究中发现了右侧视野半球的优势效应，同时也发现有阅 读障碍的同年龄青少年心理旋转的左右视野半球的无差异性嘲。b a r b a r a 等人开 展了脑损伤患者对不同客体的心理旋转能力研究。结果显示，左脑损伤患者能够 完成对外部客体的心理旋转，但是在左右手一致性判断任务中却显示出了能力上 的不足，右脑损伤患者左右手判断的心理旋转成绩和正常人的成绩相当，但是他 们却难于完成对外部客体的心理旋转。他们认为，不同刺激对象的心理旋转涉及 不同大脑半球的活动，右脑半球负责外部客体的旋转，左脑半球负责对身体部位 ( 如手或脚) 的心理旋转h 盯。还有研究者发现，在心理旋转任务中，右脑在简单 转换中占优势，但当任务更复杂时，有更多的左脑参与删。h e i l 等对7 、8 岁儿 童心理旋转的e r p 研究中，发现7 、8 岁的儿童在心理旋转任务中单侧化为左半 球，这个新的发现和以往研究结果不大相同【乱】。 国内近些年也有不少研究者对心理旋转的生理机制进行了研究。潘昱等研究 的青少年表象能力发展与脑电q 波的关系中发现，心理旋转能力与q 波密切相关 嘲。有些研究者还针对于不同材料作了心理旋转的事件相关电位研究。刘练红等 对汉字的心理旋转做了事件相关电位研究，探讨以汉字为刺激图片进行心理旋转 时的事件相关电位p 3 0 0 的波幅和潜伏期的变化，结果发现以汉字为刺激图片进 行心理旋转时，p 3 0 0 波幅随旋转角度的增加而负向漂移，潜伏期随旋转角度增 加而延长嘞1 。另外，他们还通过比较分类任务与心理旋转任务的事件相关电位 p 3 0 0 平均波幅和脑地形图，探讨心理旋转认知加工的脑机制，结果表明分类任 务由于不需要心理旋转加工，其e r p 成分不会显示受到旋转所引起的变化；心理 旋转认知加工主要由大脑右半球顶叶完成，旋转角度越大，p 3 0 0 的平均波幅越 小呻1 。还有研究者对心理旋转做了眼动方面的研究。吴冰和孙复川以客观眼动测 量方法考察了单个旋转汉字的识别和由旋转汉字组成的短文的阅读过程，对心理 旋转操作在旋转汉字辨认过程中的作用及其操作对象进行了探讨。结果表明，旋 转汉字的识别时间和识别过程中的眼动注视次数都随旋转角度线性增加，从眼动 实验数据证实了旋转汉字识别过程中存在着方向归一化的心理旋转操作；旋转汉 字以不同方式组成短文的阅读眼动特征比较，证明了心理旋转过程中同时存在着 对输人表象和认知框架的旋转操作嗍。付炜珍在研究中发现眼跳次数在旋转图片 0 。1 3 5 。之间逐渐增加。眼跳次数反应了对图形信息加工的程度，眼跳次数多， 说明被试需要对图形中的信息进行进一步加工。图形没有旋转的情况，被试只需 9 硕士学位论文 对图形中的物体位置、形状、大小等信息进行组合，以达到识别图形的目的。而 在旋转条件下，被试首先需要对旋转了的图形进行逆转，以符合被试大脑中已有 的图形知觉经验，然后才能对图形中物体位置、形状、大小等信息进行加工嘲。 李美华等进行了执行功能水平高与低的大学生心理旋转眼动实验，结果表明，执 行功能水平高的大学生比执行功能水平低的大学生心理旋转能力强，并且达到了 显著的差异；理科大学生比文科大学生心理旋转能力强，并且达到了显著的差异。 还得出了与前人研究一致的结果，大学生心理旋转中的注视时间、注视次数、注 视瞳孔直径总体情况是随着角度的增大而增加嘞1 。 1 3 2 心理旋转与智力之间的关系 许多心理学家都认为智力也包括空间能力。1 9 8 3 年，哈佛大学心理学家 h o w a r d g a r d n e r 提出了多元智力理论，该理论认为智力不是单一的一元结构， 明确提出了七种独特的、相对独立的智力，包括：语文、数理逻辑、空间、音乐、 肢体动觉、人际、内省、自然观察，每种智力都是一个单独的功能系统，但这些 系统可以相互作用，产生外显的智力行为。可以看出，空间智力是七种智力的一 个重要组成部分嘟，j 那么，作为空间能力的一个重要部分，心理旋转与智力在研究中有何种具体 的数据关系呢? 许多心理学家为此作出了努力。蔡华俭和陈权的研究表明，个体 心理旋转能力与瑞文标准联合测验所得的智商有非常显著的正相关“1 1 。周珍、连 四清对中学生心理旋转能力的发展特点及其与智力相关性的研究表明，中学生的 心理旋转能力随年级的增长而提高，男性优于女性，仅在初三年级出现显著差异， 个体的心理旋转能力与智力有非常显著的正相关嘲。 国内外对智力超常人群及智力或某方面有缺陷被试的研究也可以说明心理 旋转与智力之间的相互关系。k d z m 6 r 等对匈牙利阅读困难儿童的自我旋转作了 研究，结果发现阅读困难儿童心理旋转操作的反应时不能遵循心理旋转的曲线模 式，比控制组出现更多错误嘲。邹枝玲等在一项对7 岁超常和常态儿童的信息加 工速度的研究中，发现超常儿童与常态儿童信息加工的差异与任务难度有关，在 选择反应和图形匹配任务中，超常儿童的反应时显著短于常态儿童。而且，在图 形匹配任务中，任务难度越大，差异越显著。而在心里旋转和抽象匹配任务中， 超常儿童的正确率显著高于常态儿童嘲。w i l s o n 等对d c d 儿童( 发育性运动协 调障碍儿童) 的研究发现，d c d 儿童在需要想象他们的肢体运动时，不能遵循心 理旋转响应的特定模式m 1 。林仲贤等对9 - - - 1 2 岁弱智儿童心理旋转的研究表明， 弱智儿童的心理旋转能力明显比正常儿童差，智力缺陷对视觉图形空间定向能力 有着明显的影响阳幻。c o u r b o i s 等对智障青少年进行了不同刺激的心理旋转实验， 结果发现他们能够执行不熟悉的刺激材料的心理旋转任务，但是错误率远远高于 正常儿童嘲。无论是通过心理旋转测试与智力的相关研究，还是对特殊人群的研 1 0 角度学习对心理旋转的启动效应及其年龄差异 究，都显示出智力与心理旋转有密切的关系。 1 3 3 教育训练对心理旋转的影响 心理旋转能力与很多领域如数学、生物学、化学、物理、机械和航空等方面 的能力有很高的相关性。提高空间能力是对科学和教育提出的一个挑战，而心理 旋转是空间智力的一个重要成份，怎么提高人们的心理旋转能力已成为一个重要 的课题。心理学家早就开始了这一方面的研究，尤其是对心理旋转与数学能力的 相关性研究，发现数学等自然科学的训练可以提高心理旋转能力旧。我国的游旭 群在对飞行员表象旋转加工能力的研究中也发现，飞行员在负责方位表征转换的 加工子系统上表现出了明显的练习效应，因此，表象旋转应具有相对易变性和可 塑性的认知加工特征。郑翔等通过调查研究发现，几何教育对学生的折叠能力、 展开能力和心理旋转能力的发展影响较为显著嗍。另外，赵金萍等研究了飞行人 员心理旋转能力测验的练习效应，结果发现飞行人员在测验中出现明显的练习效 应嘲。 电脑的许多应用，尤其是电脑游戏，具有从言语到视觉的信息加工平衡转换 的设计特点，其中一些游戏是空间、图像和动态的，在不同的地点展开。许多研 究都发现电脑游戏有利于提高心理旋转能力。r i c h a r d 等通过计算机游戏 “b l o c k o u t 对心理旋转的干预，发现通过电脑游戏练习能消除性别差异硌町。随 后，r i c h a r d 等还对心理旋转和计算机游戏经验之间的关系进行了研究。他们让 被试玩电子游戏，其中一类游戏与心理旋转任务有关，另一类与心理旋转任务无 关，结果表明，玩计算机游戏的儿童与控制组儿童相比，在心理旋转测验上的得 分更高。男孩在前测中表现好于女孩，在后测中却没有。心理旋转能力低的儿童 在玩过与心理旋转技能相关的计算机游戏后其心理旋转能力得到提高。研究提 出，基于计算机的教学活动可以在学校用来提高儿童的空间能力n 目。l i z a r r a g a 等利用干预程序对心理旋转任务和一个想象测试的学习迁移任务进行了干预，前 后测对比后发现对男女生有同等的提高效果呻1 。由此可见，通过某些电脑游戏 的训练，在某种程度上确实对心理旋转能力有一定的提高。 1 4 启动效应与年龄、心理旋转的关系研究 自2 0 世纪六七十年代起，启动效应的研究成为认知心理学的一大研究热点。 启动效应( p r i m i n ge f f e c t ) 是指由于近期与某一刺激的接触而使对这一刺激的 加工得到易化。通常分为重复启动和间接启动两种。重复启动( r e p e t i t i o n p r i m i n g ) 是指前后呈现的刺激是完全相同的，即后呈现的测验刺激完全相同于前 面呈现的启动刺激；而间接启动( i n d i r e c tp r i m i n g ) 中除包含重复启动之外，还 允许两个刺激有所差别。相对于起抑制作用而言，起促进作用的启动效应被称为 硕士学位论文 正启动效应( p o s i t i v ep r i m i n ge f f e c t ) 或促进性启动效应；起抑制作用的启动 效应则被称为负启动效应( n e g a t i v ep r i m i n ge f f e c t ) 或抑制性启动效应旧1 0 1 4 1 启动效应的年龄差异 许多研究表明，启动效应存在年龄差异。d a v i s 等在研究内隐记忆的年龄效 应的实验中，发现年青人比年老人表现出更显著的启动效应嗍。沈德立、王敬欣 的关于选择性注意的研究发现，特性抑制受年龄影响很明显，在生命全程中存在 一个从上升到衰退的过程，小学生和老年人没有发现明显的特性负启动效