心理旋转实验报告

摘要

该实验采用不同方向和角度的R字符，研究了4名大学生在不同的方向和旋转角度下判断字符正像或镜像的反应时,结果表明(1)心理旋转是存在的,且基本支持Cooper和Shepard研究的结果, (2) 不同被试完成任务时采用了不同的策略,有些被试在反应的时候极可能不是完全的心理旋转。
关键词：心理旋转  表象  命题表征

1 引言

心理旋转是一种想象自己或客体旋转的空间表征转换能力。对于心理旋转能力及其性质的研究不仅在理解人类空间认知行为方面具有重要的理论意义，而且具有十分重要的应用价值。
    首先来说心理旋转的神经机制。认知神经科学家运用功能磁共振成像术(fMRI) 、脑电技术( EEG) 和正电子发射层析照相术 (PET) 等技术研究表明顶叶、枕叶和额叶在心理旋转过程中起重要作用。近年来，在心理旋转的神经机制研究领域内一直被广为关注的是心理旋转加工的大脑机能一侧化问题(优势半球问题) ，分歧大致在右脑半球是否是心理旋转的优势半球上。
    其次，在心理旋转能力上，个体之间存在差异性。学者认为遗传因素（高空间能力基因）和家庭教育因素在心理旋转能力的个体差异性上起着很重要的作用。心理旋转的个体差异性最显著的外现于性别差异性上。Peters(2005) 提出，反应时间限度也是引起心理旋转性别差异性的重要原因。因为心理旋转能力是一种空间表征转换能力，是构成空间智能的重要组成部分，并且无论是心理旋转的性别差异，还是年龄效应都已得到了足够的证据支持。所以通过有效的训练是可以提高个体的空间能力并缩减个体空间能力差异性。
    而根据心理旋转对象的不同,可以把心理旋转分为客体旋转和自我旋转。客体旋转就是旋转主体(被试) 对其外部物体的旋转。自我旋转就是旋转主体对其本身整个身体或身体某个部位的旋转。
    研究心理旋转的重要变量就是反应时，通过对被试反应时的测量我们可以借鉴减数法的研究思想判定心理旋转的存在。本实验假设心理旋转的角度对反应时有影响，倾斜180°时反应时最长。而0°（360°）时，反应时最短。同时对象旋转的度数越多，心理反应的时间就越多；在刺激呈现时，人类会自动的按照认知的规律，以尽可能小的能量消耗，获得我们所需的结果。
  本次实验旨在验证Cooper和Shepard的实验。

2 实验
2.1 被试：应用心理专业的本科生3人。性别:女

2.2 材料和仪器: 
1.JGW-B型心理实验台速视器单元 , 计时记数器单元, 手键一个。
2.测试卡片12张,每张上面有正向或反向的“R”一个。两种字母的倾斜角度有六种:      
  0°、60°、120°、180°、240°、300°。
3.注视卡片一张。

2.3程序

2.3.1卡片随机排好顺序并列表,将顺序号写在卡片的背面(用铅笔写),将作出的正确反应填入表中的相应位置,此列表只是样例，详细见后：

2.3.2接上电源;将导线的一端接速视仪的“反应时检处”,另一端接计时计数器的反应时输入反应时手键接计时计数器的碑石侧“手键”插口上。

2.3.3速视仪选择“ON”灯亮表示接通。明度测试卡调节A、B视场的明度达到基本一致；在工作方式选择栏，将A选“定时”；B选“背景”。选“A—B”顺序工作方式；在时间选择栏将A定为“0200”。

2.3.4打开计时计数器电源，电源灯亮计时屏幕显示“0.000”，正确系数与错误次数均显示“0”，表示电源接通，工作方式选择为“反应时”。

2.3.5将注视点卡片输入B视场。被试坐在桌前，面部紧贴速视器观察窗，两眼注视屏幕中心的注意点，左、右两手食指分别按在手键的红、黄按钮上。

2.3.6指导语：“我宣布‘预备’口令时实验开始，请你判断屏幕上的字母是正相的‘R’还是镜像的‘R’。如果你认为是正相则用左手指按红键，同时报告‘正’，如果你认为是镜像的‘R’就用右手食指按黄键，同时报告‘R’反。要求判断和按键准确而且迅速。”

2.3.7将实验卡片按顺序依次输入A视场。主试每输入一张卡片同时发出“预备“口令1—2秒后按下速视器单元的“触发”键，计时计数器自动记录被试没次的反应时间与反应结果。

2.3.8实验结束后询问被试是否在进行心理旋转。

2.3.9按计时计数器的打印键，打印实验结果。

3 结果与分析

被试一的结果: ( 注:  1 表示正向; 2 表示镜像.)

计算出第一名不同角度条件的平均反应时间（ms）。并以平均反应时间为纵坐标,以对应的角度为横坐标,画曲线图。

被试二的结果: ( 注:  1 表示正向; 2 表示镜像.)

    计算出第二名不同角度条件的平均反应时间（ms）。并以平均反应时间为纵坐标,以对应的角度为横坐标,画曲线图。

   

    计算出第三名不同角度条件的平均反应时间（ms）。并以平均反应时间为纵坐标,以对应的角度为横坐标,画曲线图。

    计算出第四名不同角度条件的平均反应时间（ms）。并以平均反应时间为纵坐标,以对应的角度为横坐标,画曲线图。

                                     ANOVA

平均数

F(5,23)=0.826,P〉0.05；各旋转角度之间差异在统计学上不显著。

4 分析和讨论

4.1  从实验结果可以看出,旋转的角度为0°或300°,不管是正常的或镜像的,判定所需时间都较少,而当样本作了不同角度的旋转,反应时随之增加,当样本旋转了180°时,反应时为最长(第二位被试除外),随着样本的旋转度数的进一步增大,反应时反而逐渐减少。因此,实验结果支持心理旋转存在的事实。
4.2  我们可以发现,结果和 Cooper 和Shepard（1973）的结果并非完全一致。对此,我们可以给出这样的解释:镜像的时间比正像的高出不少,或许是由于正像要比镜像的熟悉度高。
4.3  通过对被试的内省结果发现,一些被试在最开始时就确定了4个标准,即180°的镜像和正像也是参照标准,因此180°的反应时也很短(第二位被试),有可能采取了其他的策略来反应, R的正像旋转判断可以从其那一撇作出在头脑中的想象，就是R在以其正像旋转时，那一撇的连续图会形成一个逆时针的如反气旋的图案；而镜像就在其连续系列里呈现一个与气旋相像的图形）所以在找出规律时我们就能根据所出现的R那一撇的方向与心里预想的两种R的正反向的图形进行比较,而不是进行心理旋转加工而是心理的简单对比、再认的加工。这些都影响实验结果。
4.4  从Cooper和Shepard实验结果中旋转角度为0°时，反应时最短，旋转角度为180°时，反应时最长。此实验中被试2和被试3基本支持此观点，而被试1并无明显规律且不支持Cooper和Shepard实验结果，原因可能是：①实验过程中，周围环境比较吵，影响其注意力的集中；②被试1可能对正像和镜像＂R＂的不同角度进行过识记训练；③被试1可能采取了其他的旋转策略来反应，而并非用心理旋转。
4.5  由被试2和被试3的曲线图中可以看出整个图表180°为一个高峰，两边依此递减。说明我们在心理旋转的时候并不是按照一个次序来旋转的，在0°到180°的时候，我们倾向于逆时针转回与原（0°）时正像会镜像＂R＂比较，而在180°道360°的时候，我们倾向于顺时针转回与原（0°）时正像会镜像＂R＂比较。以尽可能简单的路径获得我们所需的结果。
4.6  本次实验由于被试单一，而且都为女生，人数又少，其验证的结果同时受到一定的质疑。 在心理旋转实验中有大量数据证明男性所用的反应时间远少于女性，男女性别差异非常显著，而此次实验单一的样本没能验证此结论。今后做类似实验应丰富样本的数量，男女都应有，而且应包含不同年龄层。

5 结论
5.1  心理旋转是存在的,且基本支持Cooper和Shepard研究的结果。
5.2  不同被试完成任务时采用了不同的策略,有些被试在反应的时候极可能不是完全的心理旋转。

参考文献

[ 1 ] 肖君政．关于心理旋转的验证研究．
[ 2 ] 心理实验指导书．盐城师范学院心理学研究中心
[ 3 ] 黄希庭主编，《心理学实验指导》，人民教育出版社，1987，328-330
[ 4 ] 杨治良主编，《实验心理学》，浙江教育出版社，104-150

注：实验原始数据见实验报告学号为17~20的四位同学的数据。

 

第二篇：心理旋转

表象——心理旋转

表象（Mental Image）亦称意象，是客观对象不在主体面前呈现时，在观念中所保持的客观对象的形象和客体形象在观念中复现的过程。表象不仅是一个人的映象，而且是一种操作，即心理操作可以以表象的形式进行，即形象思维活动。从这个意义上说，表象的心理操作、形象思维与概念思维可处于不同的相互作用中。在心理学中，表象是指过去感知过的事物形象在头脑中再现的过程。包括通常所说的记忆表象和想象表象。

心理旋转（mental rotation，又称心智旋转）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。或者说，第一，一个物体可以在我们的脑海中形成一个映像；第二，这个映像还可以进行旋转；第三，映像旋转的速度是相对恒定的。心理学家把这种物体映像旋转的现象叫做心理旋转。

Shepard及其同事于20世纪70年代初展开了“心理旋转”的研究。Shepard和Metzler在1971做了一个心理旋转的实验。在这个实验里，用速示器给被试成对的呈现图形，被试的任务是判定这两个图形是相同的还是不同的。每个图形都是由10个小方块连接起来组成的手柄形，看起来是立体的。这些成对的图形有3种情况。第一种情况是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角度，被试判定它为“相同”才是正确反应。第二种情况是两个图形相同，但其中一个图形在三维空间中旋转了一定角度，对它的正确反应也是“相同”。第三种情况为两个图形不同，它们是镜象对称的，对它们的正确判定是不同。这三种性质不同的图对随机的混在一起。实验时，每次呈现一个图对，要求被试尽快的作出异同的判定，记录反应时。

这个实验得到的结果表明，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，那么被试只需要一秒就能看出它们是相同的；然而当其中一个图形转动了一定角度，出现方位差后，反应时就增加了，反应时随方位差度数的增加而增加，两者成正比。不仅如此，从图中可以看出，平均反应时与方位差有着线性关系，反应时是随着方位差度数的增加以固定速率增加的。总体来看，平面对和立体对的实验结果几乎是一样的。

Shepard等认为，被试完成这种作业是不能依据图形的一些表面特征的，因为一对图形看起来相似，都有10个小方块和3个直角弯头，而且两个相邻的直角弯头间的方块数也是一样的，找不出两个图形在这些方面有什么明显差别。他们还排除了下列可能性：被试分别对两个图形进行分析，将每个图形的结构简化为某种类型的代码，然后再比较两个图形的代码，根据它们是否匹配而作出“相同”或“不同”的判定。例如，一个图形可以从一端开始，依照其方块数目和弯头的方向来表征为2R 2U 2L 1，即“两个方块，向右弯；两个方块，向上弯；两个方块，向左弯；一个方块”。 Shepard等认为，生成每一个图形的代码也许在某种程度上依赖于图形的绝对的方位，但两个图形是分别单独地受到分析的，生成两个图形的代码所需的时间绝不依赖于它们的相对方位，完成作业所需的时间不会随两个图形的方位差而变化。而实验结果却表明反应时与方位差有线性关系。并且，经过1600次实验后，被试仍不能认出任何单独的图形，而只能比较两个图形。这个结果也不支持上述代码比较的设想。

根据以上的实验结果，Shepard等指出，被试对两个图形作比较时，是在头脑里将一个图形转动到另一个图形的方位上来，然后依据匹配的情况再作出判

定。想象的转动或心理旋转成为这类比较的基础。并且这种这种旋转的速率是相对稳定的，每秒53°，所以两个图形的方位差越大，心理旋转所需的时间也越多，表现为反应时是两个图形方位差的线性函数。被试的报告也支持心理旋转的设想。他们通常说是先将左边的图形转动到使它上面的一条臂与右边图形的相应的臂平行，然后再通过想象将这样转动后的图形的另一端的伸展方向与右边图形的相应部分进行比较。被试的内省报告与反应时的数据是吻合的，都有利于承认心理旋转。实验结果还表明，被试既可以完成平面对的作业，也可以完成立体对的作业。这意味着表象可以表征画出来的物体的三维结构，而不仅是图形的二维特征；并且平面对和立体对的反应时数据包括反应时函数的斜率几乎是一样的，因而可以说，在三维空间中和二维平面上的转动都是同样易于想象的。Shepard等认为，他们确定了心理旋转这一事实，而且第一次实验证明了它具有上述的渐进性和空间性的特点。这个实验研究开创了表象研究的一个新方向，引导出一系列的研究。