认知心理学心理旋转的研究.docx

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认知心理学心理旋转的研究

认知心理学课程论文

——心理旋转的研究范式总结、

前沿研究以及实验设计

心理旋转

心理旋转（mentalrotation）是一种想象自己或客体旋转的空间表征转换能力。

（一）心理旋转的实验研究范式

1．反应时研究范式

1.1实验材料

实验材料是用计算机制作的，每个图形是由10个小方块连接起来组成的手柄并有3个直角弯头。

Shepard将图形的成对分成3种情况：

（1）两个图形相同而方位不同，其中一个相对于另一个在平面上转动了一定的角度，即平面对。

（2）两个图形相同，但其中那个一个图形在与纸张表面垂直的平面上转动了一定的角度，即立体对。

（3）两个不同的图形，它们是镜像对称的，即镜像对。

1.2实验设计

自变量：

图形类型（平面对，立体对和镜像对），图形旋转的角度。

因变量：

被试判断图形是否相同的反应时。

实验过程：

在实验室内，主试用速视器给被试成对地呈现图形，被试的任务是判断这两个图形是相同的还是不同的。

实验时，3种不同类型的图对随机地混一起，每次呈现一个图对，并要求被试尽快地做出异同的判断，记录其反应时。

1.3实验结论

该实验研究表明，无论是平面对还是立体对，如果两个图形的形状和方位都相同，那么被试只需1秒就能判断它们相同；然而当其中一个图形转动了一定的角度，出现方位差后，反应时便增加了，并且反应时随方位差度数的增加而增加，两者成正比。

实验说明人识别图形所需要的时间随着图像旋转角度的增加而增加，说明了人类心理旋转能力的存在。

实验二：

字符旋转实验

2.1实验材料

不同倾斜角度的字母、数字，并且分为正像和镜像，如字母G、L、R，数字2、5、7等，并且每个字母和数字的正像和镜像都有6种不同的倾斜角度：

00、600、1200、1800、2400、3600。

每个字符就有了6个正像的和6个镜像的样本，即每个字符都有了12个样本。

2．2实验设计

自变量：

字符的类型（字母或数字）；字符的方位（6种不同的角度）；是否有前行信息；前行信息的类型（只呈现给被试所要呈现的字符；只呈现给被试所要呈现字符的方位；同时呈现给被试所要呈现的字符和字符的方位；分开呈现给被试所要呈现的字符和字符的方位）。

其中字符的类型和方位为被试内因素，前行信息的类型为被试间因素。

因变量：

被试判断所呈现字符正反的反应时。

实验过程：

每个字符的实验都是分别进行的，实验时，主试用速视器将某个字符的某一样本呈现给被试，被试的任务每次都是判断该字符是正的还是反的，而不用考虑其具体的方位，然后作按键反应，记录其反应时。

在试验中，每个字符的12个样本各呈现一次，顺序是完全随机的。

实验分为几种，另外几种都比上一种增加了前行信息。

前行信息有分为：

只告诉被试所要呈现的字符；只告诉被试所要呈现字符的方位；告诉被试所要呈现的字符和字符的方位（结合呈现和分开呈现两种）。

除了增加前行信息的步骤外，实验过程与上一种相同。

2．3实验结论

该实验研究表明，当样本为垂直的正位时，不管是字符的正像还是镜像，被试判断所需的时间较少；当样本作了不同角度的旋转，反应时随之增加，当样本旋转到1800时，反应时最长，但随着样本旋转度数的进一步增加，反应时反而随之减少。

也就是说，以1800为界，曲线的两侧是对称的。

有单独的字符前行信息或方位前行信息时，实验结果与此相似。

但同时既有字符信息又有方位信息时（包括结合呈现和分开呈现两种），其反应时的曲线几乎是平行于横坐标的直线。

在1800两侧相对称的角度做判断时，被试的反应时几乎是相等的，而并没有随着度数的增加而增加，这说明人们在进行心里旋转时采用了一定的策略。

2．信号检测论研究范式

蔡华俭和李鹃教授的研究突破传统的反应时范式,把信号检测论应用于心理旋转研究,在信号检测论范式下，对心理旋转的角度差和刺激作用时间的效应进行研究，并试图进一步揭示心理旋转在表征方式方面的特征，并且试图解释心理旋转中的性别差异。

2．1实验被试

华东师大心理系二年级学生27名，其中男生14名，女生13名

实验材料：

采用了类似R.Sheperd等所曾用过的经典三维立体图形。

实验中共有四类三维立体图形对，其中两类是互为匹配的图对，只是两图形方位不一致,存在一定的平面角度差,分别为900和1800，除此外结构完全一致，旋转后可以互相匹配。

把这两类图对中的一个图形取为镜像，就构成了另两类图对，其中两图形除了角度上存在差异外，结构上也是不匹配的，而是互为镜像。

2．2实验设计

本实验共有三个自变量：

旋转角度、心理旋转时间、性别。

其中旋转角度有两个水平：

900和1800；由于R.Sheperd等曾发现旋转角度和旋转时间呈线性关系，基线时间为1秒左右，心理旋转速度为每秒550—560，故本研究以每秒550为标准速度,先计算出角度差分别为900和1800时所需的旋转时间并以此作为标准时间，把刺激作用时间设置三个水平：

即基线时间分别加上标准时间，标准时间的一半，标准时间的两倍；性别为两个水平。

采用2*2*3重复测量两个因素的三因素混合实验设计，其中旋转角度和旋转时间为被试内因素,性别为被试间因素。

因变量为被试的鉴别力和反应偏好，分别以信号检测论中的d’和β为指标。

实验共分六组，每组共50对图形刺激，其中25对为匹配对，作为信号，25对不匹配，作为噪言，50对图形刺激随机呈现。

2．3实验程序

实验指导语为:

“这是一个空间能力实验,请注视计算机屏幕中间的“+”,即将呈现的是一对三维图形，请注意观察每一对图形，判断它们是否完全匹配，即除了角度不同以外，二者完全一样。

如果能匹配，请按‘是’，否则按‘否’。

”实验中为严格控制被试旋转作业时间，在每一对图形呈现消失之后，立即在相应位置上呈现两张风景图片，作为干扰刺激破坏被试头脑中的残余表象，以防止被试利用残余表象继续进行旋转。

六组实验按预期的由易到难顺序进行，每组实验前设有练习项目，练习时间长短由被试据自己实际情况决定，以熟练为原则。

各组实验间可以休息。

实验结果计算机自动记录。

2．4实验结论

研究结果表明，当旋转角度为1800时，鉴别力不但没有降低，反而非常显著地高于旋转角度为900时，类比说对此是难以解释的，因而更符合命题表征说的观点。

在完成心理旋转过程时，空间能力高的个体更倾向与采取类比表征以外的命题表征。

经研究者根据实验结果的推测：

被试在面对简单的实验任务时，倾向于采取类比表征；而当被试面对困难的实验任务时，倾向于采取命题表征，并且出现了明显的性别差异即男性更善于采用命题表征。

在旋转时间与鉴别力的关系中，该研究表明：

心理旋转操作的确需一定的时间（这里为标准时间），在刺激作用时间短于标准时间时，时间是制约作业绩效的一个主要因素，当达到或超过时，旋转能力则是影响作业绩效的主要因素。

在图对识别中的偏好研究中表明：

被试在进行图对识别过程中，反应偏好的性别差异显著，但旋转角度和旋转时间对其影响不显著。

（2002）

（二）前沿研究

中文前沿研究

题目：

不同平面心理旋转的角色效应

作者：

游旭群王鹏晏碧华

摘要：

采用实验方法，分别在水平面和冠状面内对第一人称角色和第三人称角色心理旋转进行了对比研究。

实验结果表明：

空间表征转换的角色方式对心理旋转产生显著地影响，第三人称角色心理旋转易于第一人称角色心理旋转，即存在心理旋转的角色效应；心理旋转的角色效应并不是在特定的条件下才出现的，具有更大的普遍性。

关键词：

心理旋转，第一人称角色，第三人称角色，水平面，冠状面

实验一：

水平面上心理旋转的角色效应

1.1实验被试

38个右利手大学生（其中女生28人，男生10人），年龄在19-20岁，视力正常。

将被试随机分成两组，即A组和B组（其中每组女生14人，男生5人）。

1.2实验材料即设备

一个直径为10cm的皮球，1m长的尺子、17英寸清华同方显示器和PIII-800MHz计算机。

实验程序由Java计算机语言编写，该软件平台对反应时的记录精度可以达到1ms。

1.3实验设计

自变量：

旋转类型：

第一人称角色和第三人称角色；旋转角度：

00,900,1800,2700

因变量：

被试的反应时和错误数

采用了2*4的混合设计，其中旋转角度为被试内因素，旋转类型为被试间因素。

1.4实验过程

该实验过程共分为四个阶段：

预备阶段、按键练习阶段、学习阶段和正式测试阶段。

A组和B组前两阶段相同，在第三、四阶段出现差异。

指导语由计算机提示。

（1）预备阶段：

向被试呈现一个直径为10cm的实体皮球和1m长的尺子，并告知被试何为围绕身体纵轴（头-脚）的顺时针自我旋转。

（2）按键练习阶段：

计算机键盘内有四种颜色（红、绿、黄、蓝）选择键。

要求被试双手的中指和食指分别放在四个反应键上，身体保持不动，并对计算机上所呈现的不同色球（红、绿、黄、蓝）做出相应的反应，即看到什么颜色的球就按下相应颜色的键。

此阶段每种色球随机呈现2次，共有8个问题。

当被试对按键反应达到非常熟练的程度时（反应的正确率为100%，每个问题的反应时不超过200ms），进入下一阶段。

否则重新开始练习。

（3）学习阶段：

A组学习任务（第一人称角色条件）：

被试想象自己的周围有直径为10cm的红、绿、黄、蓝四个色球，分别位于他的前、后、左、右四个方向。

四个球与他的距离均是1m远。

要求被试记住自己与四个色球的空间位置关系，并要对他的记忆情况加以测验。

B组学习任务（第三人称角色条件）：

被试想象同学张某背对着他站于正前方1.05m处。

张某的周围有红、绿、黄、蓝四个直径为10cm的球，分别处于他的前、后、左、右四个方向。

四个色球与张三的距离均是1m远。

要求被试记住张三与四个色球的空间位置关系，并要对他的记忆情况加以测验。

在测验过程中，由计算机呈现类如：

你的左面是什么颜色的球（A组）或张某的左面是什么颜色的球（B组）的问题。

这一阶段的共有8个问题（每个方位随机呈现2次）。

当被试的反应正确率达到100%且反应时均不超过1s时，才可进入正式测验阶段。

否则重新学习位置关系，直到达到要求为止。

（4）正式测验阶段：

A组旋转任务（第一人称角色心理旋转）：

要求被试在不发生任何实际移动的情况下，围绕其身体纵轴顺时针旋转一定角度（00、900、1800或2700）后，判断其身体某侧（左、右、前或后）是什么色球。

问题的模式为：

旋转（--）度数后，你的某侧是什么颜色的球？

被试确定答案后，立即按下相应的颜色键。

B组旋转任务（第三人称角色心理旋转）：

要求被试在不发生任何实际移动的情况下，想象自己就是张某，并使这个“想象自己”围绕其纵轴顺时针旋转一定角度（00、900、1800或2700）后，判断“想象自己”的某侧（左、右、前或后）是什么色球。

问题的模式为:

旋转（--）度数后“想象自己”的某侧是什么颜色的球？

当被试确定答案后，立即按下相应的颜色键。

正式测验中，共16个问题（4种旋转角度*4个方位），随机呈现。

加上8个练习，一个被试一共要作24次旋转判断。

1.5实验结论

实验结果表明,旋转类型和旋转度均是影响心理旋转的重要因素,水平面内的第三人称角色心理旋转易于第一人称角色心理旋转。

实验结果显示,两种角色的00心理旋转反应时无显著性差异[F（1,36）=2.03,p>0105]。

900、1800和2700旋转条件下,两种角色心理旋转的反应时均存在显著性差异,第三人称角色心理旋转快于第一人称角色心理旋转。

根据实验结果可看出：

在四个旋转角度上,第一人称角色心理旋转错误数均多于第三人称角色心理旋转错误数。

实验二：

冠状面上心理旋转的角色效应

实验二在实验被试，实验设计和实验程序上与试验一基本相同，在实验程序上存在着不同之处。

2.1在预备阶段，向被试告知何为围绕身体前-后轴的顺时针自我旋转。

在学习阶段，A组被试想象四个色球分别位于他的上、下、左、右四个方向（第一人称角色条件）；B组被试想象四个色球分别位于他同学张某的