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【学生作品及教师点评】实验报告:表象的心理旋转

发布日期:2015-06-02   浏览次数

【学生作品】

表象的心理旋转

XXX

(华东师范大学 心理与认知科学学院)

 

 

  采用不同角度的正R和反R(镜像)图片,有0°、60°、120°、180°、240°、300°(按顺时针方向计算)正反共12种不同角度和方向的R,对被试进行辨认是正R还是反R的反应时测定。被试为华东师范大学心理与认知科学学院心理学系本科生10名,其中男生5名,女生5名,均为二十岁。使用计算机以及PsyTech心理实验系统收集数据,利用excel2003SPSS17.0软件记录和分析数据。结果表明当字母旋转180°时,无论正反,反应时最长;而当字母旋转0°时,反应时最短,验证了库柏和谢波娜的研究,即表象心理旋转的存在。并对实验数据做重复测量的方差分析,结果表明“正反R”的主效应是及其显著的,(F=7.628p**=0.008<0.01)。且正R反应时-R反应时差异显著, (t=-2.759,p=0.008<0.01);性别的主效应不显著,F=1.443,p=0.235>0.05)正反R与性别不存在明显交互作用,(F=1.106,p=0.297>0.05)。实验表明,人们在进行表象加工时,确实可能存在一种心理旋转范式。

 

关键词 心理旋转 反应时 表象加工

 

1 引言

表象是人脑对感知过的事物形象的反应。表象是人脑中以形象的形式对客观事物进行操作和加工的过程,是事物不在面前时关于事物的心理复现。表象由人脑中刺激痕迹的再现引起,是以感知觉提供的材料为基础的,没有对客观事物的感知,表象就无法形成。但表象不是感知觉的翻版和重复,它是感知觉痕迹经信息加工后再作用的产物。从认知心理学观点看,表象是客观事物在人脑中的表征形式,具有鲜明的形象性,它也是知识表征的形式之一,不仅可以存储,而且还可以被加工和编码。由于表象的形成不需要客观事物的直接作用,可以不受时间和空间的限制而在脑中出现,因此,人的思维活动不仅可以借助概念进行,也可以借助表象进行,它对人的思维、想象等高级心理活动具有重要的影响作用。表象是心理学研究的重要对象之一。17世纪英国哲学家洛克(J.Locke)等人认为,表象是思维的元素;19世纪英国心理学家、测量学家高尔顿(F.Galton)测量了人的表象的鲜明性,并确定表象的某些个体差异;20世纪初,行为主义在心理学研究中占据主导地位,认为表象在功能上毫无意义,故而将其排斥在心理学研究之外,使对表象的研究陷入停顿状态。直到20世纪60年代,认知心理学兴起,表象作为人的信息加工、存储信息的基本方式而重新得到重现,并成为当代认知心理学研究的重要内容。

心理旋转(mental rotation)指单凭心理运作(不靠实际操作),将所知觉之对象予以旋转,从而获得正确知觉经验的心理历程,是一种想象自我或客体旋转的空间表征动力转换能力,也是一种评定空间智能的重要标尺。在心理旋转的实验中,人脑正是通过对刺激对象进行观察后形成了想象表象,通过对这一表象进行旋转操作,使对象回到没有旋转的状态才完成对于刺激对象正、反的判断的。

认知心理学认为,表象是真实物体的类似物,是真实物的抽象化再现,人将视觉和言语信息转化为表象存储在记忆中,表象是信息编码的基本形式,人可以对表象进行操作,这种操作类似于对具体事物的操作。库伯和谢波德(L.A.Cooper&R.N.Shepard)在20世纪70年代初,通过心理旋转来说明表象的信息加工过程。在实验中,他以不同倾斜角度的正形象和反形象字母“R,即其镜像共12个字符作为表象实验的材料,观察被试确定刺激图形是正形象还是反形象所需要的反应时间,以此来说明被试对物体进行二维或三维旋转的心理加工过程。在实验中,随机地将每个刺激材料呈现给被试,要求被试判断该字符是正向的还是反向的,并记录每一次反应时间。结果表明,字符从垂直方向旋转的角度越大,判断需要的时间久越长;当字符处于垂直0°位置时,不管是正向的还是反向的,判断需要的时间都较少;而当字符旋转180°时,判断需要的时间最多。这说明,被试在判断“R”时需要在大脑中将字符的表象旋转到垂直方向才能做出正确判断。而试图用其他方法,例如用命题去描述字符的位置时很困难的,这一实验结果充分证明了心理操作可以以表象形式进行,表象是人脑操作和存储信息的一种形式。

 

2 方法

2.1 被试

华东师范大学心理学专业本科二年级学生10名,男女生各5名,均20岁。

2.2 仪器与材料

2.2.1 仪器:计算机及PsyTech心理实验系统

2.2.2 材料不同角度的正R和反R(镜像)图片,有0°、60°、120°、180°、240°、300°(按顺时针方向计算)正反共12种不同角度和方向的R

2.3 程序

2.3.1 登录并打开PsyTech心理实验软件主界面,选中实验列表中的表象的心理旋转。单击呈现实验简介。点击进入实验操作向导窗口。实验者可进行参数设置(或使用默认参数),然后点击开始实验按钮进入指导语界面。可先进行练习实验,也可以直接点击正式实验按钮开始。

2.3.2 指导语是:这是一个表象心理旋转的实验。下面屏幕要呈现的是一系列不同角度的字母正R和反R(镜像),请你使用1号反应盒对呈现的R作出反应。如果认为是正 R号键,认为是反R则按号键,反应越快越好。当你明白了上述指导语后,请你点击下面的正式实验按钮开始实验。

2.3.3 正式实验开始后屏幕随机呈现不同角度的正向和反向R,被试对呈现的R作出正向还是反向的判断。程序将自动记录反应时。

2.3.4 实验结束, 数据被自动保存。实验者可直接查看结果,也可换被试继续实验,以后在主界面数据菜单中查看。

 

3 结果

3.1 计算被试对不同角度的正R和反R正确判断的平均反应时和正确百分比

10名被试不同角度的正R和反R的正确率和正确反应时输入SPSS17.0进行描述性统计,计算平均值。

3-1  不同角度的正R和反R的正确率和正确平均反应时

方向角度

            R

            R

0° 60° 120° 180° 240° 300°

0° 60° 120° 180° 240° 300°

反应时/ms

572  700  926  1255  836   685

702  754  988  1229  983   818

正确率/%

98  98    93   83    95    95

95   97   98   92    98    97

 

3.2 R和反R的角度与反应时之间的关系曲线

10名被试的反应时的平均数,分别以R的旋转角度为横轴,反应时为纵轴,画出正R和反R的角度与反应时之间的关系曲线。根据图形结果显示,当字母旋转180°时,无论正反,反应时最长;而当字母旋转0°时,反应时最短。由此可见,样本偏离正位度数越大,所需的心理旋转越多,时间也就越长。

     图3-2-1R和反R的角度与反应时之间的关系曲线

 

3.3 分别以性别和正反R为因素,对实验结果作2×2的方差分析

    性别作为被试间变量、正反R作为被试内变量,即实验为双因素的混合实验设计。对实验数据做重复测量的方差分析,结果表明“正反R”的主效应是及其显著的,F=7.628p=0.008<0.01;性别的主效应不显著,F=1.443,p=0.235>0.05;正反R与性别不存在明显交互作用,F=1.106,p=0.297>0.05

3-3-1 重复测量的方差分析结果

变异来源

平方和

自由度

均方

F

显著性

正反R

209167.5

1

209167.5

7.628

0.008**

正反R*性别

30337.2

1

30337.2

1.106

0.297

残差

1590412.3

58

27420.9

 

 

 

变异来源

平方和

自由度

均方

F

显著性

被试间效应 

9.107E7

1

9.107E7

384.302

  0.0001**

性别

341973.6

1

341973.6

  1.443

0.235

被试间误差

1.374E7

58

 236979.414

 

 

 

3-3-2 正反R差异显著性的事后检验

条件

平均数

样本容量

标准差

标准误

R反应时 

  829.42

60

    381.8

49.29

R反应时

912.92

60

      347

     44.807

       

3-3-3配对样本t检验

条件

平均差异

t

自由度

显著性

R反应时-R反应时

-83.5

-2.759

59

      0.008**

: R反应时-R反应时差异显著,t=-2.759,p=0.008<0.01

 

4 讨论

4.1  实验结果

由图3-2表明当字母旋转180°时,无论正反,反应时最长;而当字母旋转0°时,反应时最短,验证了库柏和谢波娜的研究,即表象心理旋转的存在。并对实验数据做重复测量的方差分析,由表3-3表明“正反R”的主效应是及其显著的;性别的主效应不显著,而且数据表明正反R与性别不存在明显交互作用,实验表明,人们在进行表象加工时,确实可能存在一种心理旋转范式。正R反应时-R反应时差异显著,正R反应时比反R反应时短。

4.2  实验误差

实验的因变量为反应时,故设计到准确——速度权衡的问题。而实验中对实验结果的处理上没有明确规定当被试作出错误判断时对反应时的处理标准,是应该去掉此数据还是规定一个对应的反应时值没有一个统一的标准。因而,在本实验的后期处理时,针对少数错误数据采取了直接去掉的处理方法,尽管,实验结果依然成功验证了心理旋转的存在,但这种处理方法造成的误差也是同样存在的。为了减少这一处理带来的误差,可以在查阅前人研究文献的资料上借鉴有效的处理方式。

 

4.3 以反应时指标研究表象在人脑中的加工

本实验采用反应时为因变量指标,在此实验中这一反应时可以分为认知刺激对象“R”、心理旋转过程与作出判断3个部分,3者相互独立,因此可以适用唐德斯减数法的基本逻辑。由于同一被试在认知刺激对象与作出判断这两个部分的反应时基本恒定,所以被试总体反应时的差异即可以代表被试心理旋转过程中的反应时差异。这一指标方便、有效,适用于本次实验对于心理旋转过程的初步分析与探究。不同旋转角度所需反应时的对比,正是由于被试在做出判断之前需要将R旋转到正立,而由于R出现时角度都有所不同,所以需要旋转不同的角度,所以有时间的差异。而且需要旋转的角度越大,所需的越长,即:RT1-RT2=RT认知1+RT旋转1+RT判断1-RT认知2+RT旋转2+RT判断2=RT旋转1-RT旋转2

                                        

4.4 连续旋转

被试一定程度上感受到了心理旋转,但对于是否连续并不清晰。一些研究认为,心理旋转是一个连续的心理过程,所有的心理旋转都是由初始状态开始按顺时针或逆时针方向连续旋转直至回到没有旋转的直立状态下再进行判断的,旋转的方向则由需旋转的角度大小决定,往哪个方向转到直立所需的角度小就往这一方向转,即:180°—300°的旋转就是逆时针方向180°—60°的旋转,因此180°时无论从哪个方向旋转,其结果都是一样的,所需时间最长,而随着旋转度数增大,所需要进行的心理旋转就必须在原先旋转程度上增加一定角度的旋转,表现在因变量指标上就是该行为所花费的反应时增加。以数学式进行表达:RT120°-RT60°=60°至120°所需的心理旋转时间。连续的感觉不强烈可能是因为本实验说选取的角度是以60°为单位进行变换的,并不是连续的。所以,如果随着旋转角度不断地连续增加,反应时也不断增加,则可以基本证明心理旋转这一连续的心理过程确实存在。

 

4.5 性别差异

本实验结果表明性别对反应时没有显著影响。与本实验相关研究表明,男性比女性的反应时短,以往的研究一般将这一现象归因于男女先天在大脑结构功能上的差异,认为男性在空间知觉能力优于女性,所以在以空间位置变化为主要活动中,女性的表现一般不如男性,许多脑电研究中所呈现的男女被试生理学电位差异也显示出在进行心理旋转时不同性别具有不同的脑部运作状况,但也不能排除后天因素的影响。在2000年,Roberts等人的研究中发现大学生被试的性别差异比8岁儿童的性别差异大,说明后天的环境对人类空间旋转能力也有一定的影响。

 

5.1  结论

5.1  结果表明当字母旋转180°时,无论正反,反应时最长,当字母旋转0°时,反应时最短。

5.2  验证了库柏和谢波娜的研究,即表象心理旋转的存在。

5.3  “正反R”的对反应时影响极其显著;性别的影响不显著。

5.4  正反R与性别不存在明显交互作用。

5.5  R反应时与反R反应时差异显著,正R反应时比反R反应时短。

 

参考文献

郭秀艳 (2004). 实验心理学. 北京, 人民教育出版社.

张卫东 (2004). 基础心理学纲要. 北京, 原子能出版社.

邓铸 (2006). 应用实验心理学. 上海, 上海教育出版社.

杨治良,王新发 (2010). 心理实验操作手册. 上海, 华东师范大学出版社.

 

附录

原始数据

不同角度的正R和反R的正确率和正确平均反应时

 

 

 

 

 

0

60

120

180

240

300

R反应时(毫秒)

393

366

439

551

435

396

R正确率(%)

100

83

100

50

100

100

R反应时(毫秒)

444

428

501

733

538

545

R正确率(%)

100

100

83

33

67

100


【教师点评】

 

此实验报告思路清晰,尤其是摘要部分,能清楚明确地概括整个研究,正文的行文也较为准确,能让读者较为容易地把握到报告的框架;但在数据结果报告的规范性上仍有点加强。如在报告中是的方差分析的结果报告F=7.628p=0.008<0.01”,规范的表达应是Fdf1,df2=7.628, p=0.008<0.01”。希望在以后的实验报告中能多加注意的数据表达的规范。