（学前教育学专业论文）儿童视觉空间表象重建的眼动研究.pdf

儿童视觉空间表象重建的眼动研究 够罂嘲 摘要 视觉表象是指人在视觉活动时 在没有外部信息直接作用的情况下 头脑中形成 关于事物形状 颜色 亮度和空间方位等的图像 作为多元智力理论中空间智能的核 心 视觉空间表象能力是影响儿童空间能力和智力发展的重要因素 研究儿童视觉空 间表象重构问题对早期教育和早期智力开发都有着重要的理论 实践价值 以往对儿童视觉空间表象能力的研究多是有关空间表象旋转能力的 研究手段也 大都是基于反应时和正确率 难以深入解释视觉表象建构的过程机制 本研究采用眼 动追踪技术和 感知 干扰 表象 三阶段范式 对儿童和成人在图像知觉和表象过程 中的眼动特征 特别是眼动在视觉空间表象建构过程中的作用进行考察 本研究分为两部分 实验一选择以成人为被试 目的在于为儿童研究提供指标参 照 采用2 知觉过程眼动自由度 自由 固定 2 过程变量 知觉阶段 表象 阶段 被试内实验设计 考察在不同眼动自由度水平下 视觉空间知觉过程和表象过 程的眼动特征 及其与表象正确率 表象清晰度的关系 实验二则以儿童为被试 采 用2 知觉过程眼动自由度 自由 固定 2 图片复杂度 简单 复杂 2 过 程变量 知觉阶段 表象阶段 被试内实验设计 考察眼动在视觉表象重构中的作用 以及图片的复杂性对眼动功能的影晌 结论如下 1 表象研究中 通过视觉追踪技术获得的指标比正确率更灵敏更稳定 2 眼动与儿童的视觉表象重构存在内在关联 眼动行为存在于儿童的视觉空间 表象重构过程中 且扮演着功能性角色 3 视觉表象重构任务中 儿童还未发展出类似成人的策略 他们表现出的加工 特征与心理资源分配特征与成人不同 关键词 眼动 视知觉 表象重构 学前儿童 p r e s c h o o l e r s e y e m o v e m e n t s d u r i n g v i s u a l s p a t i a li m a g e r y r e c o n s t r u c t i o n a b s t r a c t i ti st h em e n t a li m a g eo fs h a p e c o l o r b r i g h t n e s s a n do r i e n t a t i o n o ft h eo b j e c sb a 5 e d 0 nt h ev i s u a la c t i v i t yt h a tf o r mt h ev i s u a li m a g e r y w h i l ew i t h o u t t h ed i r e c t1 n i l u e n c eo f e x t e m a li n f o r m a t i o n a st h ec o r eo fs p a t i a li n t e l l i g e n c e v i s u a l s p a t i a li m a g e r y a b i l i t yh a sa c r i t i c a li n n u e n c eo nc h i l 出e ns p a t i a la b i l i t ya n di n t e l l e c t u a ld e v e l o p m e n t t h e 廊r e t o r e s e a r c ht h er c c o n s t r u c t i o no f c h i l d r e nv i s u a l s p a t i a li m a g e r ya b i l i t yh a sag r e a t t h e o r e t l c a l a j l dp m c t i c a is i g n i f i c a n c eo ne a r l ye d u c a t i o n a n di n t e l l e c t u a id e v e l o p m e n t p r e v i o u ss t u d i e so fc h i l d r e nv i s u a l s p a t i a li m a g e r ya b i l i t yf o c u s e d o nt h ea b i l i t yo f m e n t a lr o t a t i o n a n d b a s e do nt h er e s p o n s e t i m ep a r a d i g ma n d a c c u r a c y h o w e v e r t h e s e s t u d i e sc a nn o te x p l a i nd e e p l yt h em e c h a n i s m o fv i s u a li m a g e r yc o n s 仃u c t i o n t h l ss t u d y u s e de y et r a c k i n gt e c h n i q u e sa n dp e r c e p t i o n i n t e r f e r e n c e i m a g et h r e e p h a s e p a r a d l g mt 0 r e s e a r c hc h i l d r e na n da d u l t se y e m o v e m e n t s c h a r a c t e r i s t i c s0 fi m a g ep e r c e p t l o n a n d i m a g e r yp h a s e e s p e c i a l l y t h er o l e o f e y e m o v e m e n t s i nv i s u a l s p a t i a l1 m a g e r y c o n s t r u c t i o n t h i ss t u d yw a sc o m p o s e do f t w op a r t s e x p e r i m e n t1 w h i c hc h o s ea d u l t sa ss u b j e m s a i m e da tp r o v i d i n gr e f e r e n c ei n d i c a t o r sf o rt h es t u d yo fc h i l d r e n i t w a sa2 f i r e e d o ml e v e l o fe y em o v e m e n t s i n p e r c e p t i o n f r e e f i x e d 2 p h a s e p e r c e p t l o n 1 m a g e r y w i t h i n s u b j e c td e s i g n e x p e r i m e n t 1e x a m i n e de y e m o v e m e n t sc h a a c t e r i s t l c s o f1 m a g e p e r c e p t i o na n di m a g e r yp h a s ew i t h i nt h ed i f f e r e n t f r e e d o ml e v e lo fe y em o v e m e n t s1 n p e f c e p t i o np h a s e e x p e r i m e n t2c h o s e 5 6y e a r so l dp r e s c h o o l e r sa ss u b j e c 5 1 w a 8a 2 f f r e e d o ml e v e lo fe y em o v e m e n t si n p e r c e p t i o n f r e e f i x e d 2 a s e p e r c e p t l o n i m a g e r y c o m p l e x i t yo fi m a g e s i m p l e c o m p l e x w i t h i n s u b j e c d e s i 弘 e x 咖m e n z e x 锄i n e dt h er 0 1 eo fe y e m o v e m e n t si nc h i l d r e nv i s u a l s p a t i a li m a g e r y r e c o n s t r u c t l o na n d i n f l u e n c e fi m a g ec o m p l e x i t y o nf u n c t i o no fe y em o v e m e n t s c o n c l u s i o n s 盯ea s 删o w 5 1 i nt h es t u d yo fi m a g e r y t h ei n d i c a t o r so b t a i n e db ye y et r a c k i n g t e c h n l q u e sa e m n r es e n s i t i v ea n dm o r es t a b l et h a nc o r r e c t r a t e i i 2 t h e r ei si n t e m a lc o n n e c t i o n sb e t w e e ne y em o v e m e n t sa n dc h i l d r e nv i s u a l s p a t i a l i m a g e r yr e c o n s t r u c t i o n e y e m o v e m e n t sd oe x i s t d u r i n g t h ep r o c e s so fc h i l d r e n v i s u a l s p a t i a li m a g e r yr e c o n s t r u c t i o na n dp l a yaf u n c t i o n a lr o l e 3 i nv i s u a l s p a t i a li m a g e r yr e c o n s t r u c t i o nt a s k p r e s c h o o l e r s h a v en o ty e td e v e l o p e d s i m i l a rs t r a t e g i e sa sa d u l t sh a v e t h e ye x p r e s s e dd i f f e r e n tp r o c e s s i n ga n dp h y c o l o g i c a l r e s o l l r c e sc h a r a c t e r i s t i c sf r o mt h ea d l d t s k e yw o r d s e y em o v e m e n t s v i s u a lp e r c e p t i o n i m a g e r yr e c o n s t r u c t i o n p r e s c h o o l e r s i i i 目录 摘要 i a b s t r a c t i i 目录 i v 弓i 言 1 二 文献回顾 2 一 学前儿童表象研究综述 一2 1 表象研究 2 2 学前儿童表象研究 5 二 学前儿童视觉表象的眼动研究综述 一6 1 学前儿童眼动研究 7 2 学前儿童视觉表象的眼动研究 8 三 研究构想 1 2 一 问题提出 1 2 二 研究思路 1 3 四 实验研究 1 4 一 实验一儿童视觉空间表象重构参照研究 1 4 1 实验目的 一1 5 2 实验方法 15 3 实验结果和分析 18 4 研究讨论 一2 1 5 小结 一2 2 二 实验二儿童视觉空间表象重构研究 2 3 1 实验目的 2 3 2 实验方法 2 3 3 实验结果和分析 一2 7 4 研究讨论 2 9 5 小结 一3 l 五 综合讨论与研究结论 3 2 一 综合讨论 3 2 1 眼动追踪技术与视觉表象重构 3 2 2 眼动在视觉表象重构中的作用 3 3 i v 3 视觉空间表象重构策略的发展 一3 4 二 研究结论 3 5 三 研究创新 不足与展望 3 6 1 研究创新 3 6 2 研究不足与展望 3 7 参考文献 3 8 附录a 实验一视觉刺激材料 4 2 附录b 实验二视觉刺激材料 4 3 攻读学位期间取得研究成果 4 4 致 射 4 5 浙江师范大学学位论文独创性声明 4 6 学位论文使用授权声明 4 6 v 一 引言 在当今蓬勃发展的知识经济时代 创新型人才是不可或缺的 创造性思维活动是 形象思维和逻辑思维共同运作的结果 而表象又是形象思维主要的加工材料 可以说 研究表象就是研究形象思维的基础 更是研究创造性思维的根本 但早期比奈与西蒙 基于逻辑思维的智力测试使教育理念产生了偏倚 使人们在逻辑思维 科学教育上花 费了大量精力与金钱 却忽视了形象思维的教育与研究 从事基础教育工作半个多世 纪的我国教育家温寒江先生也指出 我国的教育实践中存在问题之首就是 注重左脑 逻辑思维训练 而忽视右脑形象思维培养 对于创造力的培养也缺乏具体方法 究其 根本原因就是在教育理论上忽视了表象研究 表象来自被记忆获取的知觉信息 是人们对感知过的事物在头脑中保留后再现出 来的形象 大量的研究证实 在思维过程中 儿童比成人更多的运用表象 其发生早 于语言 更是促使语言发展关键因素 同时 表象是促进认知能力发展和思维发展的 重要因素 对感知觉 记忆 想象的发展起到促进作用 表象越丰富 儿童的形象思 维也就越好 作为多元智力理论中空间智能的核心 视觉空间表象能力 更是儿童 表象能力研究的重中之重 在人工智能 运动技能以及航空航天等特定技术领域的研 究也扮演着关键角色 众所周知认知过程能够影响眼动特征 而单纯基于反应时和正确率范式下的表象 行为实验研究 并不能很充分的对表象这一连续的过程进行解释 所以 深入研究眼 动作为知觉和表象等内部认知过程的这一重要外显形式有重要作用 最近 有一些研 究以成人为被试对知觉和表象过程的眼动特征以及眼动如何影响这两个认知过程进 行了研究 但是 在眼动技术飞速发展的今天 以儿童为被试对该问题的研究还是风 毛麟角 而皮亚杰等在1 9 6 3 年就指出 表象在儿童思维过程中扮演了关键角色 认 为表象过程的眼动能够反映视觉感知过程的眼动 因此 本文选自通过眼动技术对儿童视觉空间表象过程进行研究 这无论是从解 决当前教育弊端 还是从儿童早期教育和早期智力开发来说都有重要的理论 实践意 义 二 文献回顾 一 学前儿童表象研究综述 表象 m e n t a li m a g e r y 亦称意象 心像 主要表现于记忆和想象活动中的感性形 象 表象在感知觉基础上所形成 并由其他事物或词语唤起 2 表象具有直观性 概 括性 可操作性等特征 有利于对事物进行概括性认识 在认知活动中发挥这重要的 桥梁作用 3 l m a r k s 在1 9 9 0 年提出的表象活动周期理论认为 表象能够促进行为的计 划 管理和监控行为 且表象的清晰度越高 起到的促进作用也就越大 1 4 1 除了有重 要的理论价值外 对表象的研究还具有广泛的应用价值 如能有效促进智力的表象训 练l 5 嗣和临床上应用的表象心理治疗 1 表象研究 按照概括性 可将表象划分为个别表象与一般表象 按照功能 可将表象划分为 记忆表象与想象表象 按照接收刺激的性质和通道 可将表象划分为视觉表象 听觉 表象以及运动表象等 由于视觉在人类生活中担负着巨大的作用 因此现阶段认知心 理学对表象的研究几乎都集中于视觉表象 下文也将围绕视觉表象展开 表象研究可以分为两类 一类是将表象作为是一种治疗工具进行研究 如1 9 7 0 年b u g e l s k i 和1 9 6 9 年p a i v i o 的研究 1 7 8 而另一类则主要把表象合并到认知模型中 研究信息如何组织 怎样从记忆中提取的问题 另一方面 从表象的研究历程来说 在科学心理学研究初期 研究主要是对表象的某些特性进行定量评定 十九世纪二十 年代 行为主义的盛行使得表象研究走向落寞 直到认知心理学在六十年代后期的崛 起 表象的研究才再一次得到关注并快速发展起来 认知心理学着眼于表象的信息加 工过程的探讨 研究所应用的方法和渠道的结果对后来的表象研究产生了具体的影响 9 1 研究表明 表象同知觉 记忆 认知策略 问题求解 形象思维和语言理解等复杂 的心理活动有着十分密切的关系 二 文献回顾 从研究方法来说 表象研究从采用单一的反应时方法和个别少量的指标到内省和 外观相结合 定性与定量研究相结合 综合运用多种方法和多个研究指标对表象展开 多元化多层次的研究 从研究领域来说 大致分为偏向于表象形式的研究 如表象与 知觉 表象与神经生理的机能关系 表象过程的操作变化性 和偏向于表象内容的研 究 如表象的清晰度 准确性 前者大都集中于定性的研究方面 并取得了丰富的研 究成果 后者则继续保持在定量测评的研究方向上 有关表象研究的一直集中在对表象表征问题到底是形象式表征还是命题 符号式 表征问题 以及表象与知觉机能等价性的问题的探讨上 因此下文主要针对这两方面 的文献进行梳理 1 表象的表征 表征问题的辩论从未停止过 主要集中在表象的心理表征是独立的么 表象的心 理表征到底是形象式表征还是命题 符号式表征昵 一些研究者将表象的心理表征看 作是事物的感性形象 认为表象是一种独立的心理表征方式 它的加工过程也是独立 的 o 主要通过以s h e p a r d 等人的视觉表象心理旋转实验和k o s s l y n 等人的视觉表象扫 描实验支持 s h e p a r d 表示人们在加工视觉和空间的信息时经历了表象加工 1 0 j k o s s l y n 表示表象过程是独立的 表象过程和知觉实际对象的过程相似 视觉表象中 的对象同样具备大小 位置和方向等空间特性 他的心理扫描实验结果证明了表象的 这种距离以及大小效应 k o s s l y n 通过从头脑中的注视起点至目标点的最短距离的反 应时来衡量距离相应 结果发现心理起点与目标点距离越远 反应时也就越长 也就 是说当心理起点与目标点距离变近时 反应时便会缩短 大小效应则通过被试对客体 评定获得 表现为 相对于主观表象大的客体 对主观表象越小的客体的评定更困难 就是说对较小客体的扫描也更困难 1 但是 以p y l y s h y n 为代表的一些心理学家不承认表象的独立地位 反对将表象 过程看作类似知觉的过程 认为表象的心理表征是符号或命题而非感性形象 提出了 表象表征的命题符号理论 1 1 2 1 命题表征理论提出的理由如下 1 如果表象的心理表 征是感性形象 那么感性形象的存储量和存储方式是量大且繁难的 这不符合认知心 理的经济简约原则 2 形象表征很难对表象所具有的抽象概括性进行解释 3 知 觉模式识别的特征理论表明 客体 事物在长时记忆中是以其特征进行表征的 特征 是构成模式的基本元素 特征与特征的分析在模式识别中起到了关键作用 因为模式 3 二 文献回顾 识别的特征理论具有很充分证据 所以通常受到心理学家的首肯 该理论认为表象旋 转和表象扫描实验的结果可以用命题表征的观点进行解释 a n d e r s o n 用命题表征说 解释了表象旋转实验结果 他认为命题之间的联系能够发生系统的变换 命题可以转 换为一种中间状态 表象旋转实验中被试只是对命题进行了转换 并非对表象进行了 旋转 1 3 p y l y s h y n 认为 在表象扫描实验中 由于实验任务要求被试建构一个视觉表 象并完成扫描 被试的要求特性可能使实验中的距离属性纳入了被试对扫描过程所产 生的想象中 因而得到的实验结果并不是表象扫描的数据 而是被试对距离特性的想 象对扫描影响的结果 1 4 除此之外 表象表征理论还不得不提到双重编码理论和知觉符号理论 p a i v i o 在 1 9 7 5 年提出了表象的双重编码理论 d u a l c o d i n gt h e o r y 认为人脑中有表象和言语是 平行且联系的两个认知系统 言语系统负责加工离散的语言信息 表象系统负责对具 体客体 事件信息进行编码 存储 转换及提取 以与知觉类似的形式进行表征 两 个系统分别由相关刺激激活 两类信息可以相互转换 该理论亦得到了一系列实验的 支持 l l5 j 知觉符号理论是以具身性和情境性为特征的第二代认知科学的核心理论 b a i s a l o u 在2 0 世纪末提出了知觉符号理论 p e r c e p t u a ls y m b o ls y s t e m s 1 6 该理论认 为人们通过感觉运动过程来表征概念和事件 知觉符号是认知构成的材料 长时记忆 中存储的是具模式性 类似性的知觉符号构成的模拟器 也就是说 外界刺激会同时 引发对外界刺激的无意识神经表征和有选择的意识经验 然后通过选择性注意抽取并 存储在长时记忆中 在将来激活时 这种知觉记忆作为代表外界事物的符号进入符号 操作过程 大量的知觉符号集中起来就成为了认知表征 1 7 2 表象与知觉的关系 除了表象表征问题 近二十年来 表象和知觉关系的研究也一直是国内外对表象 认知研究中的重点 1 8 而最受关注的便是表象与知觉的机能等价性问题 1 9 1 所谓表 象与知觉的机能等价 是指同一作业分别通过表象和知觉来完成时达到相同或相似的 结果 因此表象和知觉有相同或相似的内部过程 即二者在机能上是等价的 2 0 也就 是说 如果知觉和表象是机能等价的 那么对视知觉加工所起作用的影响因素也会影 响到视觉表象的加工 许多实验采用在表象和知觉两种条件下完成同一作业这一方法进行机能等价性 的比较研究 p o d g n m y 和s h e p a r d 采用视觉定位实验 对在知觉 表象两种条件下完 4 二 文献回顾 成同一作业进行比较 结果发现两条件下的研究结果没有显著差异 2 l f i n k e 和 k o s s l y n 对表象清晰度能力不同的被试进行了边缘视觉锐敏度和相应的表象锐敏度实 验 研究发现 表象清晰度高的被试在知觉和表象两种条件下的锐敏度几乎没有差异 而清晰度低的被试在表象条件下的锐敏度低于知觉条件 2 2 1 s e g a l 和f u s e l l a 采用选择 性干扰实验 要求被试形成某个视觉表象或听觉表象 接着对他们进行视觉信号和听 觉型号的觉察实验 结果表明 视觉 听觉 表象对视觉 听觉 信号觉察存在干扰 这 表明同一感觉通道的表象和知觉是相似的 两者竞争同一心理过程或资源 2 3 国内也 有学者通过视觉或触觉给被试呈现完整的三角形 或呈现构成一个三角形所必需而又 充分的一组部件以在表象上形成一个三角形 并评估其大小 结果发现 被试在表象 中利用部件建构起来的三角形面积的增长与实际知觉的三角形一样 保持了相似的心 理量的增长趋势 进一步验证了表象与知觉的机能等价 2 4 以上行为学的研究均说明 表象与知觉的机能等价 表象确实具有一种类似知觉的信息表征方式 2 学前儿童表象研究 布鲁纳提倡发现学习和直觉思维的运用 他认为认知生长是形成表征系统的过程 而研究认知生长的根本就是理解表征和表征系统 皮亚杰认为儿童表象能力的发展水 平依赖于其心理发展水平 要形成心理表象 就必须通过一定的运算 在理解客体运 动和变形过程的基础上才能产生 因此他认为 儿童的表象能力产生于出后的第二年 因为这是他们出现了某些行为模式能引用到当时知觉到的因素 有能引用到当时没有 知觉到的因素 他通过著名的三山实验将儿童空间表象的发展分为再现表象和预见 表象两阶段 再现表象只限于对先前知觉过情景的再现 包括静态表象 6 岁前 运动表象和变形表象 7 8 岁 预见表象为主体未对客体观察之前对其运动或变化 及结果的预见 包含于运动和变形表象的再现过程之中 f 2 6 李文馥等对3 7 岁和8 一1 3 岁两个年龄段的儿童空间表象能力进行了研究 结果发现 幼儿对几个物体相对位置 关系的空间表象发展缓慢 但对单个物体不同房屋特征的空间表象能力发展良好 对 几种物体相对位置关系的空间表象能力发展主要在童年期并具有阶段性 存在两个飞 跃期 8 9 岁和1 2 1 3 岁 和一个过渡期 9 1 2 岁 1 2 7 j 心理旋转作为空间表征的转换形式 是研究是当代认知心理学有关表象的一系列 研究中的焦点 除成人研究外 以儿童为被试的研究也屡见不鲜 有人对5 岁和8 岁儿童的心理旋转研究发现 5 岁和8 岁儿童的反应时和旋转角度呈线性关系 从而 气 二 文献回顾 得出两组儿童都在想象中进行了表象旋转 2 8 1 侯公林等人将旋转的米老鼠图片作为测 试材料 对1 3 3 名3 5 6 5 岁的幼儿进行了心理旋转实验 结果发现幼儿在4 岁就已 经开始有了心理旋转能力 2 9 也有研究对5 岁和8 岁儿童的心理旋转能力做了研究 发现未经训练的5 岁儿童的反应时和旋转角度之间不存在显著关系 并且在旋转角度 大于9 0 时 5 岁儿童会产生更高的错误率 3 0 另外 大量的研究结果清楚的表明 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 1 3 l 儿童对三维客体的心 理旋转中同样存在精确性和速度方面的性别差异 3 2 二 学前儿童视觉表象的眼动研究综述 眼睛是 心灵之窗 它既是人类获取外界信息的重要通道 又是人类探究心理 活动规律的窗口 人所获得的百分之八十以上的外界信息都是由视觉捕获的 在人类 观察时 眼睛会通过不断运动连续的对所观察客体的不同位置来取样 我们将此称为 眼动 e y em o v e m e n t 3 3 人类大脑在处理视觉信息的过程中 通过神经反馈控制眼球 的运动 以便能以最有效的方式和速度来采集信息 眼球运动直观且清楚的展现了人 们对视觉信息的认知加工过程 3 4 而眼动追踪技术提供了一种研究视觉加工可靠 有 效的即时法 3 5 因此 眼动追踪技术在心理学领域有着不可估量的价值 因为它能够 展现出大脑如何选择 过滤信息的 3 6 j 入的眼球运动有三种基本方式 注视 眼跳和追随运动 3 7 这三种眼动方式通过 相互作用来选择信息 并将要观察的客体成像于中央窝区域 形成清晰的像 眼动指 标能够反映认知过程 因而对眼动过程的研宄有着重要的意义 对眼睛的科学研究在 中世纪的早期开始 主要是围绕视觉系统的生理机制展开的 此时的学者在著作中描 述了眼睛的生理结构并提出了相应的视觉理论 也就是这时 人类意识到了眼球运动 的意义 从此拉开了眼动研究的序幕 然而 在此之后的长达8 9 个世纪 有关眼动 的研究却几乎没有任何进展 1 9 世纪后 德国著名生理学家c h a r l e s 和j o h a n n e s 发表 了一系列聚焦眼动的文章 打开了眼动研究的新局面 对眼动测量的研究经历了主观感知法 观察法 机械传动法 发展为电流记录法 以及利用光学原理的光学记录法 3 8 眼动技术为我们提供了一种可靠 有效 即时的 视觉加工研究法 眼动技术的不断进步使眼动仪器越来越人性化 也越来越多的被应 用于心理学的各个领域 以最为成熟的阅读研究中的应用为例 研究者借助于眼动追 踪技术对不同群体对不同类型文章阅读的眼动特征进行了探究 他们将阅读时间 注 6 二 文献回顾 视点个数等作为研究阅读的指标 通过分析这些眼动指标来解读阅读者的文字加工过 程 此外 眼动技术还被大量应用于图画观看 视觉搜索与模式识别 动机与态度研 究 在体育心理学 消费心理学 广告心理学 人机交互领域的应用也得到越来越多 的关注 1 学前儿童眼动研究 由于眼动仪的技术限制 侵入性或需保持头部不动眼动仪都不能很好的应用于生 性好动 注意力容易分散的幼儿 所以将幼儿作为实验对象的眼动研究寥寥无几 不 过眼动仪技术的不断发展带来了一些基于视频技术的眼动设备 更加友好的眼动追踪 法使眼校准程序更方便 赋予头部的灵活度也更高 完成实验时儿童不用带任何追踪 装置在眼睛周围 并在一定范围内活动 于是 越来越多的发展心理学家开始使用眼 动仪对儿童的认知过程进行深入的研究 特别是图形和人面知觉 图形观看 场景知 觉和视觉搜索等领域的研究 3 9 f h 于图形认知 图画书阅读过程的眼动过程与本研究 关注的视觉表象过程的眼动特征关系密切 故下文选择对有关图形认知以及图画书阅 读的文献进行梳理 1 学前儿童眼动研究与图形认知 对图形识别的眼动特点研究发现 与文字阅读不同 人们对图的眼动路径是按照 图形轮廓展开的 在对面孔进行识别进行研究时则发现 人们主要是对眼鼻嘴等局部 特征进行注视的 1 4 0 1 1 4 1 f a n t z 的研究考察了年龄对婴儿选择复杂性刺激的影响 结果 发现 年龄较大的婴儿偏好较复杂的图形 4 2 还有研究发现 儿童年龄越大 注视范 围也越大 注视就越具有系统性和目的性 4 4 s a l a p a t e k 等人的一系列研究表明新 生儿能有选择的对图形特点进行反应 婴儿出生一个月就能把注意集中在刺激图形的 轮廓 但不会去注视图形的中心部分 随着婴儿感知能力的增长 两个月的婴儿既会 注视外部轮廓 也能注视图形的中心区域 1 4 5 我国学者王志清通过眼动追踪技术考察了幼儿视觉和认知发展问题0 1 4 6 他以幼儿 园3 6 岁四个班的学前儿童为被试 以不规则的图形和图画中的插图为视觉刺激展开 了研究 结果显示6 岁儿童的注视数量多于较小年龄儿童的注视次数 但很难从观看 图画时眼运动轨迹上发现年龄差异 他的另一项实验对幼儿的眼动与物体知觉的发展 问题进行了研究 结果发现 儿童年龄越大 眼动范围也越大 眼动轨迹也会由杂乱 7 二 文献回顾 的在单一方向循环扫视状态变为更广的有条理状态 4 7 2 学前儿童眼动研究与图画书阅读 因为学前儿童识字水平低 纯文本式的内容不能使儿童乐于关注 更不能以此获 得有意义的阅读能力 4 8 于是为了更好的对儿童阅读进行研究 研究者将目光投向了 图画书阅读的眼动研究 e v a n s 等人将五个四至五岁的学前儿童置于亲子阅读情境 记录了不同类型文字编排图画书阅读的眼动情况 结果表明 不管图画书的图文编排 是哪种类型 儿童在边听边看式的阅读情境中都基本不对文字进行关注 图画部分与 文字部分的注视时间为二十七比一 4 9 s a i n t a u b i n 等 5 0 和j u s t i c e 等的研究 5 1 都得到 了类似的结论 j u s t i c e 进一步研究发现 大体上 学前儿童在图画书阅读时只关注图 而不关注字 他们表现出的图画书阅读眼动模式与学龄儿童不一样 当年龄进一步增 加 阅读能力进一步发展 且图画书文本难度在学前儿童阅读能力范围内时 学前儿 童才会一点点把注意力从图移至字 5 2 国内学者高晓妹发现 儿童的图画书阅读呈现 出自单一向联合 自分散向集中的发展规律 除此之外 针对学习困难 阅读障碍 注意力缺陷多动障碍 自闭症 唐氏综合 症患儿的研究也是眼动研究的重要方面 与国外相比 我国的眼动研究起步较晚 但 近二 三十年来 我国眼动研究的数量激增 删采用眼动追踪技术对学前儿童进行的 研究也越来越多的引起关注 2 学前儿童视觉表象的眼动研究 视觉表象是人们在视觉活动的基础上 当没有外部信息直接作用时头脑中形成关 于事物形状 颜色 亮度和空间方位等的图像 5 4 1 视觉表象一般比较容易产生 它也 是当前认知心理研究最多的一种表象类型 1 视觉表象眼动研究概述 视觉表象中的眼动研究最早可以追溯到1 8 8 2 年 s t r i c k e r 在1 8 8 2 年发表的书中 提到他对在表象中自己眼球的运动进行了仔细的观察 在s t r i c k e r 之后 又有许多研 究者对这一现象进行了纯内省报告法的研究 直到1 9 1 0 年 p e r k y 首次对表象中的眼 动现象进行了实验研究 对表象眼动的研究主要集中在对知觉眼动和表象眼动的对比 研究上 研究者通过对二者眼动扫描轨迹的对比 以期揭示表象与知觉间的相似性以 8 二 文献回顾 及眼动在表象中的作用 t o t t e n 首先提出了表象扫描假设 他认为被试在扫描视觉表象时 其眼动轨迹与 扫描原有客体的眼动轨迹相同 s 5 a n t r o b u s 有关移动物体表象的研究和w e b e r 等人 表象扫描的研究结果都证明了这一点 5 6 1 s t a r k 在实验中要求被试看一张图片 他们 发现当被试首次接触图片时 研究会按照一个固定的路径对整个图片进行扫描 从而 形成一个轮廓形状的固定扫描路径 而当相同的图片在短时间内再次呈现时 被试会 出现与首次看该图片时相同的扫描轨迹 于是提出 当被试浏览一个新刺激时 会在 记忆中储存注视点的顺序 作为一个空间模型 从而形成扫描路径 5 7 1 5 8 当该刺激 再次呈现时 为了便于对刺激的再认 被试倾向于使用相同的路径进行扫描 y a r b u s 的研究也发现 视知觉中的眼动方向并不是混乱的 而是形成与所呈现物体相似的扫 描路径 5 9 n e i s s e r 也认为构建一幅图像需要与原先感知过程中的眼动一样的眼动行 为存在 并且他还指出 表象的逼真程度与眼动存在关系 表象越逼真 越有可能存 在眼动现象 删 b r a n t 和s t a r k 在1 9 9 7 年也进行了相关研究 他们首先让被试看一张图片 在脑 海中形成对所看图片的视觉表象 然后让被试睁开眼睛在空白屏幕上想象刚才看过的 图片 结果发现 视觉表象中存在同时性眼动 并且想象时的眼动轨迹与之前观看图 片时的轨迹相似 表象眼动模式反映了与知觉相似的内容和空间排列 他们认为 视 觉表象中的这种有序的眼动模式对视觉表象起到了功能性的作用 6 l j i 2 0 0 2 年 l a e r l g 和t e o d o r e s c u 的实验采用了创新的实验设计 他们对知觉阶段 眼球自由度进行了控制 将被试分成眼球活动自由组和眼球活动固定组 两组被试同 样观看一个6x6 的栅格 并将其中5 个栅格涂黑作为目标刺激 然后在表象阶段要 求被试在空白栅格条件下对5 个目标刺激进行回忆 通过分析知觉阶段和表象阶段的 注视时间百分比发现 对同一位置进行注视所用的时间百分比在知觉阶段和表象阶段 具有高度相关 并且表象阶段对黑色色块所在位置的注视顺序与知觉阶段的注视顺序 相关 在口头描述的空间位置关系的实验中也出现了类似的眼动效应 于是他们提出 眼动在视觉表象的产生过程中是一个必要的环节 也就是说 眼动在图象识别过程中 必不可少 眼球运动客观地反映了大脑的信息处理过程 也由此认为 即时眼动指标 能够反映视觉表象操作加工的一些特征 可以作为探讨视觉表象操作加工特性的有效 手段 6 2 1 国内学者采用了与l a e n g 和t e o d o r e s c u 相似的实验范式对视觉表象建构 扫描过 9 二 文献回顾 程的眼动特征进行了研究 李瑛的研究发现 表象过程中存在眼动行为 在允许自由 眼动条件下 被试表象阶段重复了知觉阶段的眼动路径 对眼动自由度的限制会使表 象正确率显著下降 而对阻止复述条件下的眼动特征研究表明 空间表象正确率受阻 止复述的影响 但知觉 表象阶段扫描轨迹的相关性未受干扰任务影响 该研究支持 了眼动在表象建构和扫描中具备功能性的角色说 表象的形象表征说以及表象与知觉 的机能等价性 6 3 与张婷的研究结论一致 6 4 当我们建立客体视觉表象时 并不是所有内容同时清晰起来的 而是需要一个一 系列的过程 这就像知觉过程一样 首先对各部分的进行逐一注视 然后将多次注视 整合后获得知觉 于是在1 9 6 8 年 h e b b 在研究中首次指出 表象与知觉机能等价 而眼动则是视知觉和视觉表象中的固有成分 并认为眼动是视觉表象产生的必要条件 6 5 对于表象和知觉过程中的相同眼动模式和现象 存在两种相互对立的解释 即功能 说和副现象说 功能说 f u n c t i o n a la c c o u n t 的特点是假设知觉过程中每一次注视的编码 都作 为图像内各部分位置的索引 参与后来的表象生成过程 该观点认为 对眼睛和本体 感觉信息输出的命令被作为一种形式的空间编码与视觉表征存储在一起 1 6 6 通常 这 些命令会反应编码过程中观察各部分的顺序及其位置 编码的根据是基于运动的坐标 系统 在提取时 这信息通过重复相同的眼动顺序影响图像各部分的整合方式 支持 这一观点的研究发现选择性地进行眼动会干扰心理表象 1 6 7 6 8 表明眼动系统可能并 不是被动地受视觉系统指使 l a e n g 和t e o d o r e s c u 在2 0 0 2 年的研究结果支持了功能 说 因为他们发现 实验中知觉和表象阶段眼动模式的差异显著的影响了被试的表象 成绩 相反 副现象说 e p i p h e n o m e n a la c c o u n t 认为表象时的眼动是图像内部检查 过程中注意力内隐转移导致的 这种被动的溢出是自然发生的 表象过程中不同注意 区域的神经系统放电使注意的窗口向图像的不同部分让位 并保持在视觉缓冲器内 这样 脑 注意 眼动三者的耦合就产生了反映心理表象过程的视觉行为 这样的视 觉行为不会干扰到相关表象活动完成 也因而视觉系统并不需要阻止表象时的自然眼 动行为 6 9 2 学前儿童眼动研究与视觉表象 相对于成人表象表征过程眼动特征的研究 以儿童为被试的这方面研究还非常少 r i c h a r d s o n 和k i r k h a m 在2 0 0 4 年以六个月大的婴儿为被试 对通过跨通道线索进行 1 0 二 文献回顾 回忆的眼动过程进行了研究 实验刺激呈现屏幕被分为左右两个部分 首先为被试播 放三组听觉刺激 如b i n g b i n g b i n g 伴随每组听觉刺激是随机出现在屏幕一侧 的一个视觉刺激 如玩具猫 然后是实验的验证阶段 这时实验者再一次播放之前 的听觉刺激 而这时的刺激呈现屏幕的左右两部分均为空白 结果发现 在验证阶段 婴儿注视之前播放该听觉刺激时对应的视觉刺激呈现位置的时间更长 1 7 0 除此之外 在2 0 1 0 年 m a r t a r e l l i 和m a s t 以1 3 名3 4 岁的幼儿和6 名成人为被 试 对被试回忆图片内容过程中的眼动特征进行了研究 实验刺激呈现屏幕被一个十 字平均划分为四个区域 四个区域中的任意一个区域呈现一个彩色的视觉刺激 如一 个小天使或一个松鼠 其余三个区域为空白 实验首先让被试通过视觉感知一系列图 片 让被试对图片中的视觉刺激进行命名 再用被试命名答案相应的对图片提问一个 问题 如小天使穿鞋了么 小松鼠在吃东西么 被试回答是或者否 然后屏幕上只出 现一个十字 要求被试尽可能清晰且准确的回忆刚才看到的图片 想象完毕后问被试 刚才呈现的图片的中细节问题 这时提出的问题与在视觉感知阶段提出的问题不同 实验还使用了控制组进行参照 控制组中的被试在回忆任务中要求回忆一个之前没有 出现过的刺激 并针对这个回忆对象提一个问题 实验发现 在回忆之前看过的图片内容时 三 四岁儿童的眼动就已经具备了特 定的特征 因为儿童在问及之前呈现图片相关问题时 会更多的注视之前呈现视觉刺 激的区域 研究同时发现 表象阶段回答正确的儿童注视视觉刺激呈现位置的时间显 著大于出错的儿童 因为实验结果排除了感知过程视觉信息编码错误是造成表象提取 错误的可能 于是 研究认为眼动指标反映了记忆提取过程中的正确性 成人的结果 表明 成人表象阶段正确率显著高于儿童 回忆过程中对感知阶段刺激呈现位置的注 视时间也比儿童更长 但由于成人回忆正确率过高 研究无法进一步分析表象阶段正 确与错误t r i a l 对应的眼动指标 1 7 j j 由于该实验感知过程和表象过程的间隔过长 介于4 5 毫秒和9 0 毫秒之间 因 而不能排除过长的间隔对表象阶段正确率产生的影响 另外 研究只通过对注视点的 分析来说明知觉阶段和表象阶段眼动的特征 并未对两阶段扫描轨迹进行分析 一 问题提出 三 研究构想 首先 从感觉到思维横向来看 表象从始至终的贯穿于意识活动 它具有动机和 情感成分 对目标选择 行为复述以及行为的计划 调控 管理具有促进作用 对感 知觉 记忆力 想象力 形象思维 逻辑思维和创造性思维有促进作用 从意识到潜 意识纵向来看 表象能够深入潜意识来挖掘潜力 能够通过清晰的意象来破除心灵伪 装和心理防御机制 促进心理健康 其次 对表象的研究能够纠正早期偏向逻辑思维 科学教育的教育理念 更好的为形象思维 创造性思维的培养提供理论依据 而作为 多元智力理论中空间智能的核心 视觉空间表象能力是影响儿童空间能力和智力发展 的重要因素 研究儿童视觉空间表象表征问题对早期教育和早期智力开发有着重要的 意义 以往单纯基于反应时和正确率范式下的表象行为实验研究 并不能1 6 1 艮充分的对表 象这一连续的过程进行解释说明 所以 通过研究眼动一一知觉和表象等内部认知过 程的重要外显形式 对表象表征问题进行研究具有重要的理论和教育价值 发展心理学家p i a g e t 和i n h e l d e r 在1 9 6 3 年就指出 表象在儿童思维过程中扮演 了重要的角色 感知运动阶段的后期 1 8 个月 儿童就发展了将外部事物内化为相 应表象的能力 并将表象和动作技能相联系 认为表象过程的眼动能够反映视觉感知 过程的眼动 1 7 2 1 更重要的是 对儿童表象过程眼动的研究是研究儿童在不同记忆任务 中眼动表现的基础与关键 尽管对这个问题的研究具有重要的理论价值 但由于技术 层面的限制 早期并没有相关研究 然而在眼动技术飞速发展的今天 针对儿童表象能力的眼动研究却并不多 且大 都是有关空间表象旋转能力的 针对儿童视觉感知过程和表象过程中的眼动具有怎样 的特征研究更是鲜有问津 儿童表象过程究竟是否有眼动行为参与 表象与知觉过程 的眼动行为又有怎样的区别与联系 眼动在儿童表象建构过程中又是否扮演着功能性 三 研究构想 角色 视觉刺激材料复杂性是否会影响眼动特征等等一些基础问题还是没有答案 于是 本研究尝试对儿童视觉空间表象重构的眼动特征进行研究 一方面欲通过 本研究更好的理解知觉 表象过程关系以及表象表征形式和理解自上而下加工的普遍 本质 另一方面 也为知觉 表象能力的发展性研究奠定基础 为研究儿童眼动特征 的发展提供一手资料 从而为人工智能的研究提供依据 提出教育建议及实践研究佐 证 为儿童设计出更好的学习策略