1、現(xiàn)代認知心理學關于空間能力和心理旋轉的研究         周詳    曾暉海南師范大學教育管理系【正文】1有關空間能力的研究空間能力和言語能力都是智能的基本成分。在人類早期智能研究中，人們已發(fā)現(xiàn)：言語能力并非唯一的與智力有關的能力，空間能力也是較為獨立的智力結構，好的非言語測驗或操作測驗比言語測驗更能反映智能的本質，因為它受學校教育的影響較小。在較高級的認知階段空間能力的發(fā)展與言語能力的發(fā)展是相輔相承的。隨著現(xiàn)代認知心理學和現(xiàn)代生理學的發(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，而不僅僅從生理結構和大腦兩半球分散的角度去研究人類智能。Gordon提出了“認知功能分布特征”（cognitiveprofile），指出個體間存在著兩種認知功能的差異，這兩個認知功能是言語功能和空間功能，研究表明認知功能分布特征理論比優(yōu)勢腦半球理論更能有效地解釋個體的特殊技能及作業(yè)成績。1許多個體差異都來自于認知功能差異。一般認為廣義的空間能力指非言語信息加工中的個體差異，狹義的則指在完成空間測驗中的個體差異?？臻g能力研究大致有三個階段。第一階段（19041938）人們提出了空間能力存在的證據。如McFarlane（1925）的包括本料建構的操作測驗，美國篩選軍用人才的測驗（1918）

3、（用于未受過教育或言語困難的人）等。Thurston（1938）將空間因素定義為“在空間或視覺表象方面的才能”，其相關測驗的特征是“保持心理表象并在心理上使表象扭曲、轉動或旋轉到不同位置，以及能將移動了的表象和結果相匹配”。第二階段（19381961）人們試圖確定空間因素相互不同的程度，區(qū)分空間因素的亞類，并產生一些新的紙筆空間測驗。Thurston（1941）通過大規(guī)模測驗總結出一點：空間因素涉及二維中的表象運動，空間因素可分為S,1,S,2兩個。S,1指“想象一個剛體結構被移動到不同位置時的能力”，多見于圖片、卡片測驗。S,2是“想象結構間存在運動，一結構取代另一結構的能力”，多見于表面推

4、導，迷津測驗。French（1951）回顧了有關文獻后，總結道：至少有三個獨立的空間因素；第一是空間（“精確地覺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動，或操作想象中物體的能力”）。第三階段（1961現(xiàn)在）標志是大規(guī)模測驗研究減少，較多關心空間測驗中各種變異的來源，并開始用信息加工的方法探索包括模塊旋轉或表面推導作業(yè)的心理過程。Werdelim發(fā)現(xiàn)了與Thurston的S,1,S,2因素等價的因素，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部分的能力”，同時發(fā)現(xiàn)一些性別差

5、異（主要表現(xiàn)在解釋、組織和重組結構上，而不是對可見物體的操作上）。Piaget等認為兒童空間表征有一個從靜態(tài)空間感覺到動態(tài)空間概念的發(fā)展過程，后者在兒童發(fā)現(xiàn)了自己的觀察點時達到，此時具有心理運演的認知系統(tǒng)，知道圖案各部分的相對位置，圖案之間的相對位置，及整個結構相對于不同觀察點的位置。這對我們了解成人空間概念的形成有一定啟發(fā)。Ionman進行了系統(tǒng)的再分析指出一般有三個突出的空間因素和一些亞因素。三個空間因素是空間關系，空間定向，想象。亞因素是由視覺記憶、視覺刺激的匹配速度，辨別左右的速度等作業(yè)確定的。楊孟萍等有關空間能力的測驗研究中，發(fā)現(xiàn)空間能力有一個G因素和一個S因素。G因素是共同因素指圖

6、形識別和表象運動能力，S因素是圖形映象在二維和三維空間中的旋轉和方位定向能力。近20年來研究轉向對空間作業(yè)變異來源的研究，發(fā)現(xiàn)了作業(yè)難度，任務要求，維度、性別、策略等方面的差異。實驗心理學家越來越傾向于用信息加工模型來描述空間問題的解決，如Just等提出了認知坐標系的加工模型等等。從以上空間能力研究的發(fā)展過程來看，已從測量學方法，因素分析方法逐步向實驗的認知心理學的方法過渡，從大規(guī)模測驗轉向實驗室中對內部機制的探索。空間能力涉及到對物體內部關系，物體與物體關系，物體與觀察者的關系把握。空間能力至于少包含三個因素：空間關系、想象、定向。可以說空間認知技能是由準確知覺世界的能力、對知覺到的事物進行

7、改造或修改的能力及重建視覺經驗（即使在有關物體刺激不在的情況下）的能力構成的，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。圖形旋轉的心理操作實驗涉及各種空間因素，較多涉及表象運動，往往能揭示人的空間表象能力和人們的視空間表象體系。同時心理旋轉的內部加工類似于其它許多空間任務的內部加工。如按比例擴縮大小，保持知覺恒常性等，所以心理旋轉中的理論也可為其它空間加工過程提供總框架。在研究中，人們特別選擇心理旋轉的認知實驗來探察不同空間能力者的特點與水平，必有其深遠意義。2有關心理旋轉的研究目前，關于心理旋轉的研究主要集中在旋轉什么，如何旋轉兩個問題

8、上。關于旋轉什么的研究表明，既可以旋轉整個物體，也可是物體的子集（或為物體的一部分，或為從物體中抽出的構架）。另外Shepard提出表象（類似物analog）旋轉假說，認為旋轉的是表象，而Roberston則指出存在框架旋轉（類似前人所說的命題表征），后提出概率混合模型，認為人們是用不同概率使用表象和框架（命題）的。王才康在實驗中也證實了此模型的合理性，發(fā)現(xiàn)了主觀參考框架在心理旋轉中的作用。關于怎樣旋轉研究集中考慮三方面的問題，一是主體：涉及主體性別、策略、加工成分、加工過程；二是刺激：涉及刺激結構、維度、復雜度、熟悉度等；三是任務：涉及刺激呈現(xiàn)形式、反應形式等。Shepard等在他們的經典研

9、究中向被試呈現(xiàn)一對對由一些立方體（710個）所組成的表示三維空間物體的圖畫。被試任務是比較這些圖形，決定它們在形式上是否相同。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，或在于正像與鏡像的區(qū)別。他們發(fā)現(xiàn)，識別時間隨轉動角度的增加而成線性地增加，這味著被試對兩圖的比較方法是想象一圖以一種穩(wěn)定的速度旋轉到與另圖形相同的位置，然后再比較。而且想象中的旋轉是三維立體的，不是在平面上進行的。Cooper等運用字母（主要是R）和數字進行了心理旋轉的實驗，發(fā)現(xiàn)旋轉達到180°時反應時達到最大值。但如事先給被試關于字母的特征及將會出現(xiàn)的方位的信息，并給予足夠時間讓被試

10、動用這個信息，結果反應時與角度無關。如果事先只給以方向信息而不給予特征信息，就不如此。這表明不是旋轉抽象的框架，而是運用具體表象。Yuille等用了Shepard等的立方體及其變式進行了心理旋轉實驗。發(fā)現(xiàn)物體復雜度增加時（增加立方體結構特征）如果復雜度與識別無關則不影響旋轉中的反應時；而復雜度對識別很關鍵則影響反應時。并非物體所有特征都被編制在旋轉的表象中。BethellFox用24點多邊形作心理旋轉實驗發(fā)現(xiàn)：編碼、心理旋轉，比較不熟悉刺激（指3×3矩陣中所填充的正方形的類型）所需的時間隨刺激復雜度而增加（復雜度指填充的正方形的數量）。Shepard等用7個立方體組成的剛性臂狀結構進

11、行了有關刺激維度與任務類型的心理旋轉實驗，提出最初的關于心理旋轉的實驗認為：比較兩個三維刺激物的旋轉時間比比較一個兩維刺激和一個事先習得的兩維刺的進間略長2。Just等3動用標有字母和數字的立方體進行了心理旋轉實驗（CCT立方體比較測驗），比較高、低空間能力被試的操作情況，并建立計算機模型進行模擬、提出了認知坐標系的理論模型。認為個體差異的主要來源與坐標及策略的選擇有關。Carpenter基于CCT測驗的刺激特征，提出心理旋轉的三個加工過程：搜索找到兩立方體中相匹配的一對字母，旋轉比較在心理上經一定軌道旋轉字母，使它們的方向和位置相同；確認對剩余字母進行操作，使它們全部都匹配。他還認為對于采用

12、標準軸策略的被試，旋轉和確認時間都會隨角度增加而增加，高空間能力被試相對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心理測量學方法有關空間能力的心理測驗多偏重于因素分析法的使用，Thurston（1928）的旗幟追蹤、立方、表面推導等測驗，Koussy等的（1933）包括紙筆測驗的空間能力團體測驗，Guilford（1952）陸軍一空軍性能測驗，Gordon（1986）的認知一側化測驗（cognitivelateralitybattery，CLB），Alderton在對空間認知全面分析基礎之上建立了復雜空間問題解決測驗（complexspatialproblemsolving

13、test，CSPST）等。3.2實驗的方法Pellegrind等將智能成分研究分為認知關聯(lián)研究（cognitivecorrelatesapproach）和認知成分研究（cognitivecomponentsapproach）。認知關聯(lián)研究主要通過一定技術（建立一些標準的實驗程度即范式，多元回歸分析等）將代表能力差異的認知加工特點參數分離出來。要求對基本原理和特定參數非常明確。認知成分往往對與它的理論相關的任務變異的解釋力較強。如心理旋轉速度能解釋空間能力上的更多變異而不是言語能力中的變異。認知成分研究主要以Sternberg為代表，與認知關聯(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，常從復雜認知操作開始，解析與認知操作有關的各種認知成分，認為成分是指對物體或符號的內部表征進行操作的基本信息過程。任何一個復雜問題的解決都由一系列基本認知操作成分（如編碼、比較、判斷）構成。Sternberg將成分分為三類：元成分、操作成分、知識獲得成分。這些成分的差異是個體差異的來源。反應時技術是現(xiàn)代認知心理學實驗室研究中最廣泛使用的手段之一，用反應時技術分析人類信息加工過程的兩個基本方法是減法法和加因素法。用反應時研究人類認知過程有一個常見問題，即人可以主動地調整自己的反應速度，產生一種速度與準確性之間的權衡效應（tradeoffeffect）使反應時分析復雜化，最糟的情況是錯誤率降低而反應時卻增加，此時絕對不可以單純分析反應時。4參考文獻1GordonH.Thecognitivelateralitybatterytestsofspecializedcognitivefun