冉丑龍，張富昌

1.陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安 710300

2.西北大學(xué)公共管理學(xué)院應(yīng)用心理學(xué)研究所，陜西西安 710127

1 問題的提出

空間認(rèn)知能力是人類智能結(jié)構(gòu)的重要組成部分。對空間能力的研究不僅對理解人類空間認(rèn)知行為具有重要的理論意義。Thurston(1938)將空間認(rèn)知能力定義為“在空間或視覺表象方面的才能”。Kosslyn(1983)認(rèn)為用于操作表象的空間介質(zhì)（Spatial Medium）與工作記憶模型的時空畫板之間可能存在重要聯(lián)系，與時空畫板共享某些特征。但研究空間認(rèn)知能力與工作記憶這種聯(lián)系的研究相對較少，而且多集中在城鎮(zhèn)居民和在校學(xué)生，而對于成人群體研究較少，而對環(huán)境相對封閉，經(jīng)濟文化水平相對落后的山區(qū)成人研究就更為少見。所以本研究以秦巴山區(qū)健康成人為研究對象，探討空間認(rèn)知能力與工作記憶關(guān)系。

2 研究方法與實驗過程

2.1 研究對象

隨機選取秦巴山區(qū)柞水試驗區(qū)18～40 歲的成人，受教育水平均在小學(xué)三年級以上，身體健康，智力正常（通過瑞文測驗獲得），視力或矯正視力正常。

2.2 研究工具

實驗材料由計算機呈現(xiàn)，通過DMDX 編制實驗程序，并控制實驗的進程。

2.3 研究設(shè)計

2.3.1 工作記憶廣度實驗

采用雙任務(wù)加工范式，參考劉昌的相關(guān)研究設(shè)計數(shù)字工作記憶廣度（Digit Working Memory Span，DWMS）。呈現(xiàn)給出答案的一位正整數(shù)簡單加減法算式題（答案也為一位正整數(shù)），要求被試記住“＋”或“－”號后的數(shù)字，同時報告算式正確與否。

實驗程序和材料：在電腦屏幕中央依次呈現(xiàn)一位數(shù)的加減法等式（如6+2=8，7-3=4），要求被試出聲報告等式是否正確（對/錯），同時按回車鍵，并盡可能記住等式中的第二個數(shù)（被加或被減的數(shù)）。被試按回車鍵后立刻呈現(xiàn)下一道算術(shù)題，被試按回車鍵并報告答案的最長間隔時間為4 秒，超過此時間則自動呈現(xiàn)下一道。每組呈現(xiàn)完畢，出現(xiàn)？時，被試要按順序?qū)偛潘涀〉拿康浪阈g(shù)題中的第二個數(shù)回憶出來。這樣的測試共分7 個等級（廣度2-廣度8）每個廣度分別有3 組測試。在3 組測試都完成后，馬上進行下一個難度水平的測試。如果被試在某個廣度（難度水平）的3 組中連續(xù)錯了2 組，則終止實驗。在本研究中，數(shù)字工作記憶廣度成績的計分標(biāo)準(zhǔn)為：被試所能達到的最高水平，即以被試正確回憶的最大數(shù)字量定為其數(shù)字工作記憶廣度。

如：看到7-3=5，報告：錯，立刻按Enter 鍵，并記住3；

看到2+6=8，報告：對，主試立刻按Enter 鍵，并記住6；

當(dāng)看到？時，請被試按順序報告：3、6

2.3.2 空間認(rèn)知能力測驗——雙手旋轉(zhuǎn)實驗

參照Zacks 等人的實驗范式[55]相同-不同手（SD）任務(wù)以及以及陶維東等人[18]的研究設(shè)計。每次呈現(xiàn)兩只在平面上旋轉(zhuǎn)不同角度的左手或右手正面圖片，讓被試判斷所呈現(xiàn)的圖片是是否為同一只手，都是左手或都是右手，還是分別為左右手。

實驗材料：是在電腦屏幕上呈現(xiàn)的左右手圖片，見圖1。左右手分別只呈現(xiàn)正面圖像，作平面旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的中心是在3Dmax 軟件中構(gòu)建手的模型時中確定的重心，以手的中心Z 軸分別向左或向右平面旋轉(zhuǎn)45°、90°、135°。豎立方向的手大小為14cm×8cm，視角約為10.3°。共有圖片12 張，左手圖片和右手圖片各6 張。

圖1 雙手旋轉(zhuǎn)實驗圖片示例

實驗設(shè)計：實驗采用2（匹配情況）×2(比較刺激圖形)×2(旋轉(zhuǎn)方向)×3(旋轉(zhuǎn)角度)完全被試內(nèi)設(shè)計。自變量分別是:匹配情況（標(biāo)準(zhǔn)刺激和比較刺激圖形：正像關(guān)系—相同手；鏡像關(guān)系—不同手）、比較刺激圖形（左手，右手）、旋轉(zhuǎn)方向（比較刺激的圖形：向內(nèi)旋轉(zhuǎn)和向外旋轉(zhuǎn)。對于左手來說，順時針旋轉(zhuǎn)0°～180°為向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，180°～360°為向外旋轉(zhuǎn)，對于右手來說，順時針方向0°～180°為向外旋轉(zhuǎn)，180°～360°為向內(nèi)旋轉(zhuǎn)）、旋轉(zhuǎn)角度（比較刺激的圖片旋轉(zhuǎn)：45°、90°、135°）。因變量為反應(yīng)時和正確率。

實驗程序：在電腦屏幕正中央呈現(xiàn)一個視角約為0.5°的白色“十”字注視點0.2 秒，接著是一個隨機時間為0.5-1 秒的空屏，然后在屏幕正中央注視點處出現(xiàn)兩只手的圖片，等待被試反應(yīng)，被試的任務(wù)是判斷呈現(xiàn)的兩只手是相同手還是不相同的手。如果是相同手，按“Z”鍵，如果是不相同的手，按“/”鍵。在被試做完反應(yīng)后，呈現(xiàn)0.8 秒的等待時間，然后進入下一輪試驗。計算機自動記錄被試按鍵反應(yīng)正確率和反應(yīng)時。

2.4 數(shù)據(jù)整理

通過Excel 對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，得到的有效數(shù)據(jù)為379 個。通過SPSS17.0 對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 空間認(rèn)知能力與工作記憶廣度的相關(guān)分析

表1 秦巴山區(qū)成人各項認(rèn)知測驗成績狀況

表2 雙手旋轉(zhuǎn)任務(wù)結(jié)果與數(shù)字工作記憶廣度之間的相關(guān)分析

據(jù)表2 可知，數(shù)字工作記憶廣度與雙手旋轉(zhuǎn)的正確率之間存在著顯著負(fù)相關(guān)，r=0.189，p＜0.01；與每秒正確數(shù)之間存在著顯著正相關(guān)r=0.154，p＜0.01。

3.2 空間認(rèn)知能力對工作記憶廣度以回歸分析

采用回歸分析分別考察工作記憶廣度對空間認(rèn)知能力的預(yù)測和解釋效力。

表3 顯示了空間認(rèn)知能力對工作記憶廣度的一元回歸分析結(jié)果。結(jié)果顯示：

雙手旋轉(zhuǎn)的正確率對工作記憶廣度的一元回歸，工作記憶廣度進入到回歸方程，工作記憶廣度對雙手旋轉(zhuǎn)任務(wù)正確率具有正向預(yù)測作用?？梢詥为毥忉岆p手旋轉(zhuǎn)正確率變異的3.3%，回歸效應(yīng)顯著。

雙手旋轉(zhuǎn)的每秒正確數(shù)對工作記憶廣度的一元回歸，工作記憶廣度進入到雙手旋轉(zhuǎn)的每秒正確數(shù)的回歸方程，工作記憶廣度對雙手旋轉(zhuǎn)每秒正確數(shù)具有正向預(yù)測作用，可以單獨解釋雙手旋轉(zhuǎn)的每秒正確數(shù)變異的2.1%，回歸效應(yīng)顯著。

4 討論

工作記憶是一種在進行認(rèn)知活動的同時保持相關(guān)信息的系統(tǒng)或機制，它在復(fù)雜的認(rèn)知活動中扮演著非常重要的角色，被認(rèn)為是認(rèn)知的樞紐。因此，工作記憶能力被當(dāng)作一種更簡便有效的認(rèn)知指標(biāo)而逐漸受到人們的普遍重視。工作記憶理論自產(chǎn)生以來，已經(jīng)引起了活躍的跨學(xué)科研究。其中工作記憶容量個體差異的研究對于心理學(xué)各個領(lǐng)域的影響尤其強烈。

表3 雙手旋轉(zhuǎn)任務(wù)成績對工作記憶廣度的一元回歸分析

本文研究結(jié)果表明，工作記憶廣度與空間認(rèn)知能力測驗的雙手旋轉(zhuǎn)的反應(yīng)時指標(biāo)相關(guān)程度很低。但是工作記憶廣度與雙手旋轉(zhuǎn)的正確率指標(biāo)都顯著相關(guān)。隨后的回歸分析也表明，工作記憶廣度對雙手旋轉(zhuǎn)的正確率指標(biāo)的回歸效應(yīng)都處于顯著水平。由此可知，工作記憶廣度與雙手旋轉(zhuǎn)的判斷的準(zhǔn)確性關(guān)系較大，與雙手旋轉(zhuǎn)的判斷速度關(guān)系相對較小。也就是說，工作記憶廣度與雙手旋轉(zhuǎn)這種信息加工操作的辨別判斷能力有關(guān)。

Baddeley 認(rèn)為工作記憶是一個負(fù)責(zé)暫時儲存和加工操作信息的系統(tǒng)，其的一個重要原理就是容量有限，工作記憶廣度就是用來表示這種容量的。人在執(zhí)行空間認(rèn)知的心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)時的加工是基于類比表征己得到大量研究的驗證，而本研究的結(jié)果也與此一致。正如Shepard(1971)認(rèn)為的那樣，被試要將所呈現(xiàn)的刺激的表象回旋到正位上來，然后再與長時記憶中的正位的表征進行比較，才能判定圖對的匹配關(guān)系。研究同時發(fā)現(xiàn)隨著角度差的增大，被試的錯誤率升高，辨別能力相對降低Bryden(1990)[63]。這與工作記憶加工容量有限的原理有關(guān)。執(zhí)行雙手旋轉(zhuǎn)時，被試從長時記憶系統(tǒng)中提取這些刺激材料的表象表征，在工作記憶系統(tǒng)中對表象進行操作(旋轉(zhuǎn))，才能判斷刺激圖對的匹配關(guān)系。工作記憶從長時記憶提取匹配表征信息，而它自身的存儲容量卻會限制提取信息的數(shù)量。也可能由于工作記憶自身容量限制之故，即任何時刻只有一定數(shù)量的項目刺激可能被激活并處于活動狀態(tài)，并且當(dāng)角度差越大，表象旋轉(zhuǎn)操作加工越多，記憶容量被旋轉(zhuǎn)加工所占的比例越大，在這過程中造成用于判斷匹配關(guān)系必需的信息有所減少，于是辨別能力降低。從而被試的工作記憶廣度影響其雙手旋轉(zhuǎn)的判斷的正確率，也就是說。工作記憶通過其容量的有限影響了被試的雙手旋轉(zhuǎn)判斷的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)論

根據(jù)實驗的結(jié)果分析與討論，本研究得出以下結(jié)論：

空間認(rèn)知能力與與工作記憶廣度相關(guān)顯著，工作記憶廣度對空間認(rèn)知能力具有一定的預(yù)測作用。

[1]王鵬，游旭群，劉永芳.心理旋轉(zhuǎn)研究的新進展[J].心理科學(xué)，2005，28(5):1164-1166.

[2]Kosslyn S.M..Ghosts in the mind’s machine:Creating and using images in the brain[M].New York:W.W.Norton&Co.

[3]劉昌.數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)困難兒童的認(rèn)知加工機制研究[J].南京師大學(xué)報，2004，3.

[4]陶維東，孫弘進，閆京江，周柳.自我和物體為參照系的心理旋轉(zhuǎn)分離:內(nèi)旋效應(yīng)[J].心理學(xué)報，2008，40(1):14-24.