（发展与教育心理学专业论文）对初中生不同平面视图的心理旋转能力的研究.pdf

摘要 曼曼曼鼍曼曼曼! 曼曼曼! 曼! ! 曼皇曼曼曼曼曼曼舅舅曼皇曼量曼曼! ! 曼! 曼曼! 曼笪曼曼曼曼曼皇曼鼍皇i i 1 1 1 一l i 曼曼! 曼曼苎蔓曼鼍曼曼曼鼍曼曼皇鼍曼曼曼曼! 曼鼍 摘要 心理旋转是人类空间能力的基本成分之一，它是衡量空间智能的重要标尺之一，是 当前空间认知领域中备受关注的重要课题。空间视图是初中生的重要的学习内容。学习 立体图的左视图和俯视图目的是培养初中生的在横断面和矢状面内的心理旋转能力。 本研究以不同立方体的视图为研究材料，考察初中各年级、不同性别以及两个平面 内的心理旋转的差异，对它们反应时和错误数进行研究。 实验结果如下： 1 横断面与矢状面的心理旋转存在着差异，矢状面的心理旋转能力优于横断面的 心理旋转。横断面内的心理旋转采用整体一部分混合加工方式，矢状面内的心理旋转采 用整体加工方式。两个平面内心理旋转的加工方式的不同造成两个平面内心理旋转的差 异。 2 心理旋转的反应时随着刺激材料的复杂程度发生变化，心理旋转的快慢受到刺 激材料复杂程度的影响，刺激材料越复杂，心理旋转的时间就越长；心理旋转的判断能 力随着刺激材料的复杂程度发生变化，心理旋转的判断能力受到刺激材料复杂程度的影 响，刺激材料越复杂，心理旋转的判断能力就越低。 3 对于简单的刺激材料，两个平面没有心理旋转的差异。对于复杂的刺激材料， 两个平面的心理旋转有显著的差异。矢状面的心理旋转能力优于横断面的心理旋转。 4 心理旋转能力存在着性别差异，但是仅存于横断面内的心理旋转速度上。男生 在横断面内的心理旋转速度快于女生在横断面内的心理旋转。 5 初中生横断面心理旋转判断能力的发展具有阶段性的，初一和初二的一亡、理旋转 的判断能力是稳定的，初二是一个过渡时期，初三才是一个飞跃发展的时期；初中生矢 状面心理旋转判断能力的发展具有阶段性的，初一和初二的心理旋转的判断能力是稳定 的，初二是一个过渡时期，初三才是一个飞跃发展的时期。 关键词初中生不同平面心理旋转 a b s t r a c t a b s t r a c t m e n t a lr o t a t i o ni so n eo ft h eb a s i cc o m p o n e n t so ft h eh u m a nb e i n g ss p a t i a la b i l i t y , a n di t i so n eo ft h ei m p o r t a n ts t a n d a r d si ns c a l i n gs p a t i a li n t e l l i g e n c e m o r e o v e r , i ti sa ni m p o r t a n t q u e s t i o nt od i s c u s si ns p a c ec o g n i t i v ef i e l d sa n dh a sg o tm o r ea t t e n t i o nc u r r e n t l y p l a n e s u r f a c ev i e wi sa ni m p o r t a n tl e a r n i n gc o n t e n t sf o rj u n i o rh i g hs c h o o ls t u d e n t sw el e a r n e d t h r e e d i m e n s i o n a lf i g u r e sl e f tv i e w a n dp l a n f o r mk n o w l e d g ei no r d e rt of o s t e rt h ej u n i o rh i g h s c h o o ls t u d e n t s m e n t a lr o t a t i o na b i l i t yi nt h et r a v e r s ep l a n ea n dt h es a g i t t a lp l a n e i nt h i sr e s e a r c h , w eu s e dt h r e e d i m e n s i o n a lv i e w st oi n v e s t i g a t et h ed i f f e r e n c e so ft h e m e n t a lr o t a t i o na m o n gd i f f e r e n t g r a d e s ，d i f f e r e n t s e x e sa n dt w op l a n e s ，i no r d e rt o i n v e s t i g a t et h e i rr e a c t i o nt i m ea n de r r o rt i m e s t h ec o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w i n g s ： 1 t h e r ea r ep r o m i n e n td i f f e r e n c e si nm e n t a lr o t a t i o nb e t w e e nt h et r a v e r s ep l a n ea n dt h e s a g i t t a lp l a n e ，a n dt h em e n t a lr o t a t i o na b i l i t yo ft h es a g i t t a lp l a n ei sb e t t e rt h a nt h em e n t a l r o t a t i o no ft h et r a v e r s ep l a n e t h em e n t a lr o t a t i o na d o p t sw h o l ea n dp a r tm i x e dp r o c e s sm o d e i nt h et r a v e r s ep l a n e ，a n dt h em e n t a lr o t a t i o na d o p t sw h o l ep r o c e s sm o d ei nt h es a g i t t a lp l a n e t h ed i f f e r e n tm e n t a lr o t a t i o np r o c e s sm o d e so ft h et w op l a n e sa r o u s e dd i f f e r e n tm e n t a l r o t a t i o no ft h et w op l a n e s 2 t h er e a c t i o nt i m eo ft h em e n t a lr o t a t i o nc h a n g e dw i t ht h ec o m p l e x i t yo ft h es t i m u l a t e m a t e r i a l s ，t h ec o m p l e x i t yo ft h es t i m u l a t e m a t e r i a l si n f l u e n c e dt h es p e e do ft h em e n t a l r o t a t i o n m o r ec o m p l e xt h es t i m u l a t em a t e r i a l sa r e ，t h eh i g h e rs p e e dt h em e n t a lr o t a t i o ni s t h ej u d g m e n ta b i l i t yo ft h em e n t a lr o t a t i o nc h a n g e dw i t ht h ec o m p l e x i t yo ft h es t i m u l a t e m a t e r i a l s a n dt h ec o m p l e x i t yo ft h es t i m u l a t em a t e r i a l si n f l u e n c e dt h ej u d g m e n ta b i l i t yo ft h e m e n t a lr o t a t i o n t h em o r ec o m p l e xt h es t i m u l a t em a t e r i a l sa r e ，t h el o w e rj u d g m e n ta b i l i t yo f t h em e n t a lr o t a t i o ni s 3 f h e r ea r en op r o m i n e n td i f f e r e n c e si nm e n t a lr o t a t i o nb e t w e e nt h et r a v e r s ep l a n ea n d t h es a g i t t a lp l a n ef o re a s ys t i m u l a t em a t e r i a l s t h e r ea r ep r o m i n e n td i f f e r e n c e si nm e n t a l r o t a t i o nb e t w e e nt h et r a v e r s ep l a n ea n dt h es a g i t t a lp l a n ef o rc o m p l i c a t e ds t i m u l a t em a t e r i a l s 1 i a b s t r a c t t h em e n t a lr o t a t i o no ft h es a g i t t a lp l a n ee x c e l l e dt h em e n t a lr o t a t i o no ft h et r a v e r s ep l a n e 4 t h e r ei sap r o m i n e n td i f f e r e n c eb e t w e e ns e x e si nt h em e n t a lr o t a t i o na b i l i t y , b u tt h e d i f f e r e n c eo n l ye x i s t e di nt h es p e e do ft h em e n t a lr o t a t i o ni nt h et r a v e r s ep l a n e t h em a l e s s p e e d o fm e n t a lr o t a t i o no nt r a v e r s ep l a n ei sh i g h e rt h a nt h o s eo ff e m a l e s 5 t h ed e v e l o p m e n to fj u n i o rh i g hs c h o o ls t u d e n t s j u d g m e n ta b i l i t yo nm e n t a lr o t a t i o n h a ss t a g ec h a r a c t e r si nt h et r a v e r s ep l a n e t h e r ea r cn op r o m i n e n td i f f e r e n c e sb e t w e e ng r a d e o n ea n dg r a d et w oo nm e n t a lr o t a t i o na n dt h e i rm e n t a lr o t a t i o na b i l i t yi ss t e a d y t h e r ei sa n i n t e r i mi ng r a d et w o ，a n dt h e r ei sar u s hh o u ri ng r a d et h r e e t h ed e v e l o p m e n to f j u n i o rh i g h s c h o o ls t u d e n t s j u d g m e n ta b i l i t yo nm e n t a lr o t a t i o nh a ss t a g ec h a r a c t e r si nt h es a g i t t a lp l a n e t h e r ea r en op r o m i n e n td i f f e r e n c e sb e t w e e ng r a d eo n ea n dg r a d et w oo nm e n t a lr o t a t i o n , a n d t h e i rm e n t a lr o t a t i o na b i l i t yi ss t e a d y t h e r ei sa l li n t e r i mi ng r a d et w o ，a n dt h e r ei sar u s h h o u ri ng r a d et h r e e k e yw o r d sj u n i o rh i g hs c h o o ls t u d e n t s d i f f e r e n tp l a n em e n t a lr o t a t i o n i i i 河北大学 学位论文独创性声明 本人郑重声明：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。尽我所知，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 经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教育机构的学位或证书所使 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 明并表示了致谢。 作者签名： 日期：群“月五日 学位论文使用授权声明 本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年月日解密后适用本授权声明。 2 、不保密留。 ( 请在以上相应方格内打“4 ”) 保护知识产权声明 本人为申请河北大学学位所提交的题目为( 搠椭翮肘溅锄唏 的学位论文，是我个人在导师( 翱八) 指导并与导师合作下取得的研究成果，研 究工作及取得的研究成果是在河北大学所提供的研究经费及导师的研究经费资助下完 成的。本人完全了解并严格遵守中华人民共和国为保护知识产权所制定的各项法律、行 政法规以及河北大学的相关规定。 本人声明如下：本论文的成果归河北大学所有，未经征得指导教师和河北大学的书 面同意和授权，本人保证不以任何形式公开和传播科研成果和科研工作内容。如果违反 本声明，本人愿意承担相应法律责任。 声明人： 作者签名： 导师签名： 日期：丝哩年上月丘日 日期：2 塑年上月j 生日 吼毕年上月丘臼 引言 引言 心理旋转( m e n t a lr o t a t i o n ) 是人们进行空间定向的重要操作活动，自从2 0 世纪7 0 年 代s h e p a r d 等开展了心理旋转的研究以来，研究者们对其给予了广泛的关注【1 。z l 。心理旋 转是人类空间能力的基本成分之一【3 l ，它是衡量空间智能的重要标尺之一，是当前空间 认知领域中备受关注的重要课题。许多心理学家对心理旋转的存在、操作旋转方式、空 间表征、内部过程、生理基础、影响因素等进行了大量的研究取多了许多成果。 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。视者的平均反应时和方 位差有着线性关系，反应时是随方位差度数的增加而增加【4 】。心理旋转的对象不同涉及 的空间参照系也不同1 5 j ，旋转平面分别为横断面、冠状面和矢状面。 中学数学应“发展学生生动的空间想象力，发展学生逻辑的思维力和判断力 ，以 后的中学数学教学在能力培养方面的要求是“通过数学教学，发展学生的空间想象力和 逻辑思维能力 。空间能力包括两种类型，其一就是空间想象力，它包括“在心理上旋 转、操作、翻转或逆转形象刺激物的能力【6 】。 空间能力培养的重要组成部分是空间想象力的培养，空间视图是初中生的重要的学 习内容，目的是培养初中生的空间想象能力，尤其是心理旋转能力。对于一个几何体， 从正面观察物体时，所看到的图像叫做物体的主视图；从左面观察物体时，所看到的图 像叫做物体的左视图；从上面观察物体时，所看到的图像叫做物体的俯视图。被试观察 出一个物体的左视图、俯视图，实际上是被试想像物体在不同的平面内旋转9 0 。观察物 体，然后再指出物体的左视图和俯视图。左视图和俯视图涉及到不同的旋转平面，即横 断面和矢状面。 以往的心理旋转研究，往往只涉及到三个平面中的一个，没有对不同平面之间的心 理旋转进行对比的研究。几何体的不同视图涉及到不同平面内心理旋转的能力。本研究 就是以不同几何体的不同视图为实验材料，对不同平面内初中生的心理旋转能力和心理 旋转加工方式加以研究。 河北大学教育学硕士学位论文 第1 章研究综述 1 1 概念的界定 1 1 1 空间认知能力 空间能力是智能的基本成分之一。空间能力涉及到对物体内部关系，物体与观察者， 物体与物体关系的关系把握。因此，空间能力至少包含三个因素：想象、定向、空间关 系。其中想象指理解表象在三维中运动，或操作想象中物体的能力；定向则指保持不被 空间模式以不同方向呈现而弄糊涂的能力；空间关系指的是精确地觉察空间模式并作相 互比较的能力。 空间能力的研究大致经历7 - - 个阶段 7 1 。第一阶阶段( 1 9 0 4 - - 1 9 3 8 ) ，美国筛选军用 人才的1 3 测验和本料建构的操作测验证明了空间能力的存在。t h u r s t o n 将空间能力定义 为“在空间或视觉表象方面的才能”，其相关测验的特征是“保持心理表象并在心理上 使表象扭曲，旋转或转动到不同位置，以及能将移动了的表象和结果相匹配”。第二阶 段( 1 9 3 8 1 9 6 1 ) ，纸笔空间测验以区分空间因素的亚类。空间因素包括想象一个刚体结 构被移动到不同位置时的能力和想象一种结构取代另一结构的能力。第三阶段( 1 9 6 1 一 现在) 用信息加工的方法来探索模块旋转或表面推导作业的心理过程，发现了任务要求， 作业难度，性别、维度、策略等方面的差异。 李文馥等1 8 】外关于三山课题的实验发现几种事物相对位置关系的空间表象的认知发 展的主要时期是在童年期，8 岁时自我中心现象表现突出，7 岁时自我中心并不明显， 8 1 3 岁期间，三山课题的反应正确率的发展变化跟去自我中心的发展变化趋势相对应。 徐凡等 9 1 研究图的旋转对儿童的识图的影响，结果发现旋转使二维和三维之间的匹配难 度增大。儿童认识旋转1 8 0 。的图的能力大约到8 岁以后才有较好的发展。识图能力的 发展具有阶段性，但相邻年龄之间有些重叠，约6 岁时是自我中心性反应阶段，约8 岁 时是利用标记来反应阶段，约l o 1 2 岁以上时是利用心理旋转及规则来反应阶段。徐凡、 施建农研究了4 5 年级学生的心理折叠、展开和形成镜象关系的能力，结果发现空间 能力测试总成绩与几何成绩之间相关性显著。李文馥等【】通过研究还发现，在学龄期， 儿童对立体空间图形的认知是从二维图形认知逐渐向三维图形认知转变的，存在这样一 2 程。美国斯坦福大学的心理学家s h e p a r d 分别与m e t z l e r ( 1 9 7 1 ) 和c o o p e r ( 1 9 7 3 ) 4 1 l n 湎 ；、一。 、一7 戡酽； 一j = 二：j 图1 - 1 心理旋转实验所用的三种图对 谢帕德和梅茨勒( s h e p a r d & m e t z l e r1 9 7 1 ) ( a ) 是平面对，其中一个图在平面上旋转8 0 度； ( b ) 是立体对，其中一个图在空间中旋转8 0 度； ( c ) 是镜像对，不能通过旋转使其中一物体和另一物体相同。 实验二如图1 - 2 ，以不同倾斜角度的正向和反向字母“r ”( 图卜2 ) 为实验材料，对 心理旋转作了进一步的研究。 实验结果发现，被试f j ，j 反应时是呈现给他们的两个图形的角度差异的函数，而这种 角度的差异恰好代表了被试须对其中某个图形在心理上做出旋转，以求得与另一方向的 图形能够匹配的量。实验说明心理旋转看作是一个类比的过程，心理旋转也要经历一些 |，-， 一番一 僵、 河北大学教育学硕十学位论文 中间阶段，与客体的物理旋转是类似的。被试进行心理旋转所需的时间，随着类似的实 际运作所需的时间而相应地提高，随着旋转度数的变大，反应所用的时间也就越长。这 说明了当人在处理以空间信息或视觉信息为主的任务时，往往要使用心理表象，只不过 表象是这种实物旋转在头脑中的复现而己，并且复现时不受任何感觉通道的束缚。 图1 屹不同倾斜角度的正向和反向的字母r 1 2 心理旋转与空间能力之间的关系 在心理学界，对空间能力之构成或要素有着不同的见解。v a n d e n b e r g ( 1 9 7 5 ) 和 m c g e e ( 1 9 7 9 ) 认为空间视觉化和空间定向是空间能力的两个主要组成因素。二维和三 维刺激物在心理上旋转、翻转或逆转、操作的能力是空间视觉化；空间定向能力是根据 自己的身体来决定空间方位的能力，在视觉刺激模式上排列元素的顺序结构。l i n n 和 p e t e r s o n ( 1 9 8 6 ) 提出，空间能力包含三个因素：心理旋转( m e n t a lr o t a t i o n ) 、空间知 觉( s p a t i a lp e r c e p t i o n ) 、空间视觉化( s p a t i a lv i s u a l i z a t i o n ) 。h a l p e n a ( 1 9 9 2 ) 贝j j 认为空间 能力至少包括四种因素：心理旋转( m e n t a lr o t a t i o n ) 、空间知觉( s p a t i a lp e r c e p t i o n ) 、空 间视觉化( s p a t i a lv i s u a l i z a t i o n ) 和瞬时空间判断( s p a t i o t e m p o r a lj u d g m e n t ) 。 但是不管是哪种理论，几乎都将心理旋转能力作为空间能力的构成要素，一个重要 组成部分。一些研究也证明了心理旋转能力与空间能力之间存在显著相关。邵永聪等 ( 2 0 0 4 ) t 1 2 】测验y - - 维和三维材料的心理旋转，结果也表明个体空间能力与心理旋转测验 成绩之间存在显著相关。刘练红等( 2 0 0 4 ) t 1 3 】对高空间能力组和低空间能力组被试的心 理旋转能力进行了比较。结果显示高空间能力组心理旋转测验的平均反应时显著少于低 4 第1 章研究综述 空间能力组的。 1 3 心理旋转的内部过程理论 归纳起来心理旋转的内部过程理论有以下四种假说【1 4 】： 1 3 1 表象旋转假说 该假说最为大家熟悉和认可，也称类似物假说，是由s h e p a r d 、m e t z l e r 和c o o p e r 等人提出来的。该假说认为旋转的是刺激物的表象，被试在完成心理旋转任务时，总是 先形成这个刺激物( 如斜置的英文字母) 的表象，然后把这个表象旋转到直立位置( 物理上 的直立位置) ，从而完成实验所要求的判断任务。 1 3 2 后向校正加工假说 后向校正加工假说本质上是对表象旋转假说的一种修正。该假设在经典的心理旋转 任务中引入了一个前置刺激( p r e c e d i n gs t i m u l i ) ，进一步探索了心理旋转的内部过程。后 向校正加工假说解释了为什么只有和当前刺激十分相象的前置刺激才能对被试的判断 产生影响，认为被试对当前刺激做出是正像还是镜像的判断是通过表象匹配实现的。它 认为无论前置刺激产生后续效应与否，被试在头脑中旋转的都是当前刺激的表象，只是 被试受到前置刺激的影响时，刺激物的表象并未像往常一样被旋转到直立位置，和长时 记- t z , c p 贮存的表征( 模板) 相匹配，而是旋转到前置刺激尚未消失的短时记忆痕迹处。 1 3 3 参考框架旋转假说 该假说也称内部参考框架( i n t e r n a lr e f e r e n c ef r a m e ) 或称主观参考框架( s u b j e c t r e f e r e n c e f r a m e ) ，是人们头脑中存在着的一种内化了的空间表征系统。r o b e r t s o n 等人 提出了( r o b e r t s o n 等，1 9 8 7 ；k o r i a t 和n o r m a n ，1 9 8 4 ) 心理旋转的参考框架假说，认为 被试在完成心理旋转任务时，在头脑旋转的是被试头脑中已有的主观参考框架，并不是 刺激物的表象。旋转的方向是从直立位置( 参考框架的最初状态) 旋转到当前刺激的朝向 处，不是从当前刺激的朝向处旋转到直立位置，该理论能够很好地解释经典心理旋转实 验发现的线性递增的反应时函数。 1 3 4 命题表征假说 该假说认为我们头脑中储存的是时间的表征，而不是形象成分。成功地表征语词信 息的命题表征系统也能同样成功地表征非语词信息及空间关系信息。a n d e r s o n 认为 s 河北大学教育学硕士学位论文 s h e p a r d 的心理旋转实验结果完全可以用命题来解释，该假说认为角度越小，则用以表 征的命题所需时间越少，因而表象操作的时间越少，反之，角度越大，则用以表征的命 题所需时间越多，因而表象操作的时间越长。但是命题表征假说不能解释对1 8 0 。以上 的心理旋转。 1 4 心理旋转的内部心理机制 研究心理旋转的内部心理机制主要是通过认知神经科学来进行的，通过考察大脑的 结构和功能来解释心理旋转的认知过程。常使用的方法有正电子发射断面扫描技术 ( p e t ) ，功能核磁共振成像术( 恻) ，事件相关电位法( e r p s ) 。有研究表明心理旋转 活动与顶叶、枕叶和额叶密切相关。c h o n e 等人使用s h e p a r d 和m e t z l e r 所用的3 d 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。发现心理旋转的 活动在顶叶和v s 区最为强烈与顶叶。 在心理学界一直存在着心理旋转的优势半球的争论，一种争论是右脑半球是心理旋 转的优势半球。该观点认为既然表象转换的认知属性完全区别于言语机制，而且空间能 力常被认为是言语能力的补充物，那么心理旋转的右脑优势半球观点就应该是合理的 ( c o r b a l l i s ，1 9 9 7 ) 。p a p n a i o c l n a u o 等人( 1 9 8 7 ，1 9 8 8 ) 用类似于s h e p a r d 的三维图形进行 心理旋转实验，记录被试的脑电位变换和局部皮层血流量，结果发现右顶叶的脑电位强 于左顶叶的脑电位。这与i r i n am h a r r i s 等人对字母旋转的p e t 研究的结果是一致的， 心理旋转的明显活动区域在右后顶叶。 另一种争论是左脑是心理旋转的优势半球。m e h t a 和他的同事对脑损伤患者和正常 人的心理旋转进行研究，结果表明和正常人的心理旋转能力相比，左脑半球损伤患者的 心理旋转能力受损，而右脑半球损伤患者的心理旋转能力却没有受损。有些学者( c o h e n & p o l i c h ，1 9 8 9 ：j o n e s & a n u s e ，1 9 8 2 ：u e c k e r & o b r z u t ，1 9 9 3 ：v a n s t r i e n & b o u m a ， 1 9 9 0 ) 发现了心理旋转的右侧视野优势( f i s c h e r & p e l l e g r i n o ，1 9 8 8 ) ，这说明心理旋转的 优势半球在左脑。c o r b a l l i s 等人( 1 9 8 9 ) 对前脑完全割裂的被试进行研究，发现被试不 能完成对呈现于他们左侧视野内的2 d 正像镜像图形的心理旋转任务，而很容易的就完 成了右侧视野内的心理旋转任务，也证明了心理旋转的左半球优势。v o y e r 和b r y d e n ( 1 9 9 0 ) 的研究得出了心理旋j 专的优势半球与空间能力的高低有关，高空间能力被试心 理旋转的优势半球视野是其右侧半球视野，低空间能力被试心理旋转的优势半球视野是 6 第1 章研究综述 皇曼曼曼鼍! 曼! ! 曼曼曼曼鲁i i i ； _|_ii i 皇曼曼曼皇曼曼曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼鼍曼曼曼曼曼曼曼舅 左侧半球视野。 第三种观点认为大脑两半球共同参与，认为右脑半球保持参照图形，左脑半球对另 一图形加以旋转( c o o k ，1 9 9 4 ) 。r y a n ( 1 9 9 0 ) 通过研究也认为右脑半球发挥心理旋转的 作用，还认为左脑半球也能够完成心理旋转任务，因为有关研究表明，割裂脑被试的左 脑半球也发展了心理旋转的能力。 1 5 心理旋转的影响因素 1 5 1 年龄因素 年龄是影响心理旋转的重要因素，曾有学者认为学前阶段的儿童不能进行心理旋转 活动。p i a g e t 和i n h e l d e r 提出假设：学前阶段的儿童不能在心理想象中表征运动。方富 熹( 1 9 8 3 ) 的研究证实了这一假设，得出4 岁儿童的三维空间与二维空间想象能力一般还 没有形成和发展起来，即使通过训练也没有进步。但是国内外的一些研究否定了这一假 设，m a n n o r ( 1 9 7 5 ) 1 6 1 对5 岁和8 岁儿童进行了心理旋转的实验研究，结果得出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。我国的众多学者也对学前阶段儿童的心理旋转进行了研究，也得出了与 m a n n o r 一致的结果。侯公林、缪d x 春( 1 9 9 8 ) 1 7 】对1 3 3 名3 5 6 5 岁幼儿进行的心理旋转 实验研究发现，幼儿在4 5 岁时已经开始建立心理旋转能力。林仲贤等人( 2 0 0 2 ) 对儿 童、中青年及老年人心理旋转能力实验结果证实t ) 6 童在7 8 岁已经开始发展了心理旋 转能力。徐凡( 1 9 8 9 ) 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，结果发现儿童已有空间表征的能力。李文馥等人 1 9 1 研究4 - _ 9 岁儿童空间图形认知发展，结果表明4 5 岁是对空间图形低位水平识别能 力的一个快速发展阶段；6 7 岁是简单形体转换能力发展的一个快速阶段。 在一定的时期，心理旋转能力是随着年龄的增长而发展的，其发展具有连续性。徐 凡( 1 9 8 9 ) 的心理旋转实验发现儿童的空间表征的能力随年龄的增长而增长，从4 岁到5 岁，这一发展非常明显。侯公林、缪小春( 1 9 9 8 ) 以旋转的米老鼠图形作为测试项目， 对3 5 6 5 岁幼儿进行的心理旋转实验研究发现，他们的心理旋转能力的发展呈连续性。 赵金萍等( 2 0 0 6 ) 1 2 0 】选择不同年龄段的飞行学员、飞行员、飞行教员7 7 人进行心理旋转测 验，结果表明不同年龄阶段的飞行人员测验成绩的比较有显著差异。林仲贤等( 2 0 0 2 ) t 2 1 1 研究了我国7 - 9 岁汉族、基诺族、布朗族儿童的“心理旋转”能力，结果表明7 - 9 岁儿 7 河北大学教育学硕士学位论文 童的心理旋转能力随着年龄增长而发展。林仲贤等人( 2 0 0 2 ) 【1 引研究了儿童、中青年及老 年人心理旋转能力，实验结果表明不同年龄段的被试心理旋转能力是不同的，中青年组 完成任务所需时间明显少于儿童组的，中青年组完成任务的准确性明显高于儿童组。周 珍、连四清( 2 0 0 5 ) 【2 2 1 研究了中学生心理旋转能力，研究表明中学生的心理旋转能力随年 级的增长而提高。 心理旋转能力的发展还具有阶段性。侯公林、缪小春( 1 9 9 8 ) m j 的心理旋转实验研究 发现，男女幼儿在5 6 岁都发现有一个负增长阶段。李文馥等人【1 9 1 研究铲- 9 岁儿童空 间图形认知发展，发现空间认知能力的发展具有阶段性，对空间图形低位水平识别能力 的一个快速发展阶段是4 5 岁；简单形体转换能力发展的一个快速阶段是6 7 岁；通过 表象推理对空间图形与相应的立体结构进行转译能力发展的重要年龄阶段是8 - 9 岁；9 岁儿童基本上能够正确认知立体空间图形，表明儿童对立体空间图形的认知是从二维图 形认知通过一定过渡形式转化来的。周珍等研究了中学生空间图形的认知能力，结果 也发现，初三年级学生基本具备了三维图形向二维图形转换的能力和依据想象的转动对 图形的匹配做出正确判断的能力，并且得出，初二初三年级时心理旋转能力和图形识 别能力发展的一个关键时期。 心理旋转能力的发展与年龄的增长并不是均衡的，并不是随着年龄的增长而无限制 的发展下去。心理旋转能力发展到一定的年龄就不再发展；处于一个相对平稳的时期， 到老年期的时候，心理旋转能力反而下降。林仲贤等人( 2 0 0 2 ) 【1 8 】研究了儿童、中青年及 老年人心理旋转能力，实验结果表明，中青年组完成任务所需时间及准确性方面的结果 明显优于其他两组；儿童组完成任务的准确性方面与老年组基本上无明显差异。游旭群， 杨治1 曼( 1 9 9 9 ) 2 4 】探讨表象旋转这一典型视觉空间认知加工中各子系统所表现出的可塑性 和稳定性问题。研究结果表明，表象旋转可随年老而发生功能衰减的年龄效应，表象旋 转表现出了认知加工的可塑性和易变形特点。 1 5 2 心理旋转的性别差异 在有关心理旋转的性别差异问题上，存在着两种观点： ( 1 ) 男女之间存在着性别差异，男性优于女性。c r o n i n ( 1 9 6 7 ) 让幼儿园和小学一 年级儿童分辨三角形和它的镜像，这一任务考察儿童的心理旋转能力，发现男孩表现好 于女孩( 转引自l e v i n & h u t t e n l o c h e r ，1 9 9 8 ) 。m a c c o b y 和j a c k l i n ( 1 9 7 4 ) 通过研究认为 8 第1 章研究综述 男女的心理旋转能力存在着差异，男性优于女性，但出现的时间比较晚，男性的优势出 现在青春期，贯穿成年期。r o s s e r 等人( 1 9 8 4 ) 在一项从金属薄片中识别一个特定的具 有突出特征的刺激的二维旋转的实验中发现4 岁和5 岁男孩表现好于女孩( 转引自l e v i n & h u t t e n l o c h e r ，1 9 9 8 ) 。j o h n s o n 和m e a d e ( 1 9 8 7 ) 应用大样本( 1 2 0 0 ) 被试进行了研究，结 果发现在空间能力上的男性优势从1 0 岁开始出现，并一直保持到1 8 岁。l i n n ( 1 9 8 6 ) 对 大量空间能力研究资料进行分析后得出结论，男性的心理旋转能力优势大约到l o 1 1 岁 时才会显现。k e m ( 1 9 9 1 ) 测验了9 一1 2 岁和9 1 3 岁的儿童的心理旋转和空间视觉化能力， 结果显示男孩的得分要显著高于女孩。u t a l l ，g r e g g 和c h a m b e r l a i n ( 1 9 9 9 ) 发现当空间地 图是它所代表的空间的一个旋转时，5 岁男孩在解释一个空间地图上表现要好于女孩。 周珍、连四清( 2 0 0 5 ) 1 2 2 】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： 男性优于女性，仅在初三年级出现显著差异。施建农等【2 5 】研究- j d , 学五年级和初中一年 级组儿童的心理折叠能力，研究得出性别差异主要来源于超常学生。李文馥等【8 】关于三 山课题的实验发现只有到1 1 ，1 2 岁才显示男性儿童显著优于女性儿童。王庭照，张凤 琴，方俊明( 2 0 0 6 ) 【2 6 】采用认知心理学的反应时研究模式，对聋童和听力正常儿童的心理 投影能力进行了比较研究。研究结果表明男性听力正常儿童的反应时间少于女性听力正 常儿童；男性聋童的反应准确性高于女性聋童。 ( 2 ) 男女之间不存在着性别差异。李文馥等( 1 9 8 9 ) 嫡j 应用三山课题对儿童的心理旋转 能力进行研究，发现3 7 岁儿童的心理旋转方面不存在性别差异。许燕，张厚粲( 2 0 0 0 ) 1 2 7 】 对二、四、六年级小学生空间能力进行了研究，结果表明，男生虽然存在着心理旋转的 优势，但随年龄增长而减弱并消失。林仲贤等人( 2 0 0 2 ) 叫对儿童，中青年和老年人心理 旋转能力进行影f 究，发现各个年龄组都没有发现性别差异。林仲贤等【2 8 1 对弱智儿童的研 究也未能发现心理旋转儿童在心理旋转能力上存在性别差异。 西0 的大多数学者研究得出男性好于女性，而我国的大多数学者研究得出男女之间 没有差异，这可能与东两方不同的教育文化的差异有关。 1 5 3 智力因素 通过研究发现个体的一i a 、, 理旋转能力与智力有非常显著的正相关a 对心理旋转的智力 因素的研究，大多数是利用弱智的彼试和正常人进行比较的，弱智儿童中大脑发育存在 缺陷，造成智力水平低下，他们的分析综合能力、对外界的认知能力及神经过程灵活性 9 洞北大学教百学硕士学位论文 等方面都较差。林忠贤等1 2 8 1 比较了弱智儿童和正常儿童的心理旋转能力，研究表明正常 儿童的心理旋转能力明显高于弱智儿童的心理旋转能力。王庭照，张凤琴，方俊明【2 6 1 对聋童和听力正常儿童的心理投影能力进行了比较研究，结果表明不管在反应时上还是 在错误量上，听力正常儿童都优于聋童。施建农等【2 5 】研究了小学五年级和初中一年级组 儿童的心理折叠能力，研究得出智力在认知作业中起主要的作用，智力超常学生的心理 折叠能力显著地高于一般学生，心理折叠能力随年龄的增大而提高。研究结果还显示年 级或年龄因素与智力的显著交互作用，个体的智力水平是影响心理折叠能力的首要因 素。王庭照( 2 0 0 6 ) 【2 9 】比较研究了聋人与听力正常人的心理旋转。实验结果表明聋人在进 行心理旋转操作时，困难要比正常儿童大，这也提示人的智力因素对旋转操作有着明显 的影 1 5 4 刺激材料 不同的刺激材料对认知能力测验结果会产生影响，心理旋转的快慢受到刺激材料复 杂程度的影响。y u i l l e 等用了s h e p a r d 等的立方体极其变式进行了心理旋转的实验，发 现物体复杂度增加时( 增加立方体结构特征) ，如果复杂度与识别无关则不影响旋转中 的反应时；而复杂度对识别很关键则影响反应时。并非物体所有特征都被编制在旋转的 表象中。b e t h e l l f o x 用2 4 点多边形作心理旋转实验发现：编码、心理旋转比较不熟悉 刺激所需要的时间随着刺激复杂度而增加( 复杂度指填充的正方形的数量) 。j u s t 3 0 1 用中 文科技文章为阅读材料，测量被试阅读时的眼动，发现词的注视时间随汉字笔画数的增 多而增加。 1 5 5 心理旋转策略 两种非常重要的心理旋转策略是视者旋转和客体旋转。视者旋转是客体保持不动， 视者想象自己旋转至新的视点方向；客体旋转是视者自己保持不动，想象客体旋转至新 的位置。但是一般研究主要集中在客体旋转上，对视者旋转的研究还是相对较少。不同 的心理旋转策略，对心理旋转有不同的影响。通过对客体旋转( o b j e c tr o t a t i o n ) 禾1 视者旋 转( v i e w e rr o t a t i o n ) 比较研究，得出两种相反的观点， ( 1 ) 存在着视者心理旋转的优势效应，即想象视者自己旋转易于想象客体旋转【3 l 】。 s i m o n 和w a n g 的研究口2 1 也支持了这种视者优势效应的存在。a m o f i m & s t u c c h i 在视者 中心v c ( v i e w e r - c e n t e r e d ) 和客体中心o c ( o b j e c t - c e n t e r e d ) 条件下研究一个3 d 字母“f 1 0 第1 章研究综述 的心理旋转，结果显示，不管是反应时还是正确率，被试在v c 条件下完成任务的成绩 好于在o c 条件下完成任务的成绩。w r a g a 等人( 2 0 0 0 ) 进行了两个视者旋转和客体旋 转的实验，两实验结果均发现，被试在视者任务中的反应时和正确率均好于客体任务中 的反应时和正确率。 ( 2 ) 存在着客体心理旋转的优势效应，即想象客体旋转易于想象视者自己旋转【3 3 1 ， p r e s s o n 在实验中呈现给被试的是一个系列的客体，要被试想像自己围绕着系列客体旋 转( 视者任务) 或想象系列客体围绕被试旋转( 系列任务) ，研究结果显示存在着客体旋转 优势。h a r d w i c k ，m c i n t y r e & p i c k ，1 9 7 6 ；h u t t e n l o c h e r & p r e s s o n ，1 9 7 9 t 3 4 3 5 】运用“位置” 问题的研究也验证了客体优势效应。但有学者【3 6 1 认为“位置”问题下的客体优势效应很 可能是不准确的，不适合用“位置 问题对客体旋转和视者旋转进行比较研究的，因为 在客体旋转中，被试在“位置”问题下完成的是心理位移( t r a n s l a t i o