空間認知風格及其與空間能力的關系*

左婷婷 胡清芬

(北京師范大學發展心理研究所,北京 100875)

1 引言

人們在完成各種空間任務時都表現出了顯著的個體差異(Contreras,Rubio,Pe?a,&Santacreu,2010;Halpern,2013;Quiroga,Martínez-Molina,Lozano,&Santacreu,2011;周珍,周江霞,張景斌,王瑞梅,2013)。了解究竟哪些因素造成了這種個體差異并采取更加個性化的方式提高個體的空間能力,是極具現實意義的課題。

有些研究者將這種空間行為表現的個體差異歸結于個人一般認知能力(即：智力)的差異(鞠成婷,游旭群,2013),但是研究發現,當一般認知能力水平接近時,不同個體在完成空間任務時仍然表現出了顯著的差異?？臻g認知風格的差異可以幫助解釋一般認知能力相近時空間行為表現的個體差異(Nori&Giusberti,2003,2006;Nori&Piccardi,2010;Pazzaglia&De Beni,2001;Piccardi et al.,2011)。

本文將具體介紹空間認知風格的界定,闡述空間認知風格對個體在各種空間任務上表現的影響,描述不同人群空間認知風格的差異,并指出空間認知風格研究對于提高個體空間能力的可能作用。

2 空間認知風格

認知風格是指個體偏好使用的信息加工方式,反映了個體在解決問題時收集、組織、和加工信息的方式的不同(Pazzaglia&Moè,2013)。而空間認知風格(the Spatial Cognitive Style)則是個體獲取和編碼空間信息的方式(Nori&Giusberti,2006;Pazzaglia&De Beni,2001)。根據個體在空間定向時所采用的表征方式,研究者們將空間認知風格分為三種主要類型：界標型(the Landmark Style)、路線型(the Route Style)和整體型(the Survey Style)。

2.1 空間定向中的表征方式——空間認知風格的基礎

2.1.1 三種空間表征方式

Siegel和White(1975)提出,個體在進行空間定向時可采用三種不同的表征方式：界標表征(the Landmark Representation)、路線表征(the Route Representation)、整體表征(theSurvey Representation)。

界標表征中只包含具有知覺顯著性的或者對個體而言具有重要意義的物體,而不包含相關空間信息,如界標所在的空間位置。所以,界標表征似乎需要一種特殊類型的圖像記憶(Nori&Giusberti,2006;Nori,Grandicelli,&Giusberti,2006)。例如,剛進入一家公司的新員工可能僅僅記住了這家公司所在大樓的建筑特色,但是沒有記住其位置。

路線表征中則同時包含了界標以及界標之間的路線。這種表征方式是以自身為參照的,即依據觀察者自身所處的位置定位物體(Surtees,Noordzij,&Apperly,2012)。與主要基于視覺的界標表征不同,路線表征主要是感覺運動的,由主體的一系列動作組成(Siegel&White,1975)。路線表征中所包含的是一系列以特定順序排列的動作序列,其中的每一個動作成分都不可缺少,并且必須出現在特定的序列位置上,否則表征就會產生錯誤(Nori&Giusberti,2006;Nori et al.,2006)。例如,從臥室到廚房的路線表征中包含“向前走5步-左轉-向前走7步-右轉”這一系列動作,如果其中的任何一步被丟失或者放錯位置,都會使個體無法到達目的地,導致“迷路”。

整體表征則包含了環境的總體結構。這種表征不依賴于個體自身當前所處的位置,而是使用以環境為中心的參考系統來編碼空間位置之間的距離和方向。整體表征可能以環境中的客體為參照物,也可能使用“東南西北”這樣的絕對參考框架(Nori&Giusberti,2006;Nori et al.,2006;Surtees et al.,2012)。

這三種表征是逐漸遞進的,較高級的表征中包含較低級表征中所具有的特點。也就是說,界標表征只包含具有知覺顯著性的或者對個體而言具有重要意義的物體,而不包含相關空間信息;路線表征中則既包含界標,也包含將界標聯系起來的路線;而整體表征除了表征了界標以及界標之間的路線外,還對環境的總體結構進行了表征。Siegel和White(1975)認為,只要對環境有足夠的經驗,每個人都能夠使用整體表征方式。

2.1.2 空間表征方式的認知任務與測量方法

研究者使用了不同的認知任務來測量上述三種不同的空間表征方式。

界標任務主要包括：照片任務,就是給被試3s的時間學習一張照片,然后從4張照片(一張是目標照片,另外三張是干擾照片)中找出剛才學習過的照片。照片上呈現了相似的建筑物,但是某個特定的物體會存在或消失,比如：花、車、標志等(Nori&Giusberti,2006;Nori et al.,2006)。圖形任務,就是給被試75s的時間學習一張紙上的7個圖形,然后從50個圖形中選出剛才學習過的7個圖形(Nori&Giusberti,2006)。這兩項認知任務之所以可以用于測量界標表征方式,是因為為了完成這些認知任務,被試需要在心理上表征具有知覺顯著性的圖形,而不需要使用任何空間信息(Nori et al.,2006)。

路線任務主要包括：學習路線任務,該任務是在學習階段,由實驗者帶著被試走過一條包含9個界標和17個轉彎點的路線,并讓被試注意路線上的物體,比如：樓梯、桌子、門等。在測試階段,實驗者讓被試想象自己站在路線的起始位置,盡可能準確地描述這條路線(Nori et al.,2006)。繪制地圖任務,該任務是實驗者給被試呈現一張地圖,地圖上用點和線將兩個界標連接起來,被試要想象自己就站在地圖中點所在的地方,畫出從該位置到目標位置之間的路線(Nori&Giusberti,2006)。這兩項認知任務之所以可以用于測量路線表征方式,是因為為了完成這些認知任務,被試需要記憶界標,并且被試需要具有線性空間組織能力(Nori et al.,2006)。

整體任務主要包括：2-維旋轉任務,給被試呈現一對圖形,被試要判斷右邊的圖形是否是由左邊圖形旋轉得到的。3-維旋轉任務,給被試呈現印有圖形和箭頭的紙張,被試要按照箭頭所指的方向對左邊的圖形做心理旋轉,并從5個可能答案中選擇自己認為對的圖形(Nori&Giusberti,2006)。歸總任務,給被試呈現印在一張紙上的一系列片段,讓被試在心理上將它們從橫向上加在一起,并從4個可能的結果中選出一個自己認為正確的答案。這三項認知任務之所以可以用于測量整體表征方式,是因為在完成這些認知任務的時候,被試只能依賴于使用像整體表征這樣的抽象內部表征(Nori&Giusberti,2006;Nori et al.,2006)。

2.2 三種空間認知風格

與Siegel和White(1975)的觀點不同,Pazzaglia和De Beni(2001)指出,個體可能會停留在某個空間表征階段,而不能采用更高級的表征方式。據此,他們指出,人群中存在三種不同的空間認知風格(the Spatial Cognitive Style),即界標型認知風格(the Landmark Style)、路線型認知風格(the Route Style)和整體型認知風格(the Survey Style)(Nori&Giusberti,2006;Nori et al.,2006)。

界標型認知風格的個體主要使用界標表征方式。他們對各種空間成分的把握水平比較低,只能表征具有知覺顯著性的以及對個體自身具有重要意義的物體。這種認知風格的個體對環境中的標志性物體(即,界標)有清晰的表征,但是他們不能清晰表征與界標相關的空間信息,如界標之間的關系或某個界標的具體位置。界標型認知風格的個體通常依賴界標來完成在空間中的成功定向。為了保持正確的方向,他們選擇的界標之間的距離通常會比較短。值得注意的是,盡管這種風格的個體不能表征兩個界標之間的路線,他們仍然可以在環境中成功移動,并到達目的地(Nori et al.,2006)。

路線型認知風格的個體主要使用路線表征方式。他們既能表征具有知覺顯著性、或者對個體具有重要意義的物體,也能表征連接這些物體的路線。也就是說,當走在某條路上的時候,他們根據之前的記憶決定在哪個界標處要向左轉或者向右轉,從而完成成功的定向?？梢?他們既能表征視覺信息,也能表征繼時性信息。但是,由于他們使用的表征是一個固定的動作序列,因此靈活性很差,不能完成表征成分或空間關系的重組。事實上,這些個體在定向時是以自己的身體為參照的,他們使用自我中心的參考系統(比如,頭/腳,前/后, 左/右)(Nori et al.,2006)。

整體型認知風格的個體主要使用整體表征方式。與前兩種認知風格的個體相比,該類型的個體除了可以表征具有知覺顯著性或對個體具有重要意義的物體、可以使用自我中心的參考系統以外,還可以對環境的總體結構進行表征(Nori&Giusberti,2006)。他們在定向時使用以客體為中心的參考系統或者絕對參考系統,即依賴像空間環境的基本方向(如：東南西北)或者太陽的位置這樣的整體參照點來定向?？梢?他們既可以表征視覺信息和繼時性信息,也能表征同時性信息。并且,該類型的個體所使用的表征具有高度的靈活性,這就使他們能夠發現新的路線。所以,整體型認知風格的個體在完成空間任務時具有一定的優勢(Nori et al.,2006)。

3.2腫瘤標志物不論是單項(如癌胚抗原),還是套餐項(如蛋白芯片檢測),在年輕群體(≤30歲和30-40歲)中的選擇率都很高,蛋白芯片檢測的選擇率甚至高于年老群體(40-50歲和≥50歲),說明年輕群體重視早期診斷腫瘤的意識比較強。

3 空間認知風格對個體空間能力的影響

個體的空間認知風格和空間能力之間存在一定的關系(Pazzaglia&De Beni,2001)：整體型認知風格與較高的空間能力有關,而界標型認知風格的個體空間能力較低(Nori&Giusberti,2003;Pazzaglia&De Beni,2001)?？臻g認知風格關注個體完成空間任務時偏好使用的信息加工方式。而空間能力不同于空間認知風格,Linn和Petersen(1985)將空間能力定義為一種涉及表征(Representing)、轉換(Transfoming)、生成(Generating)和提取(Recalling)符號、非言語信息的技能。并且,空間能力影響個體在完成空間任務時的行為表現,它至少包括兩個因素：空間視覺化因素(Spatial Visualization)和空間關系因素(Spatial Relations)(Contreras et al.,2010;French,1951;Pe?a,Contreras,Shih,&Santacreu,2008)。其中,空間視覺化因素主要包含心理旋轉因素(Mental Rotation)(French,1951;Pe?a et al.,2008),反映了個體在心理上加工視覺圖形的能力(Contreras et al.,2010;French,1951;Pe?a et al.,2008);而空間關系因素主要包含空間定向因素(Spatial Orientation)(French,1951;Pe?a et al.,2008),反映了個體在空間環境中避開障礙物、成功地移動的能力(Nori&Giusberti,2006)。研究表明,空間認知風格對個體完成空間視覺化任務(心理旋轉任務)和空間關系任務(空間定向任務)時的表現都存在重要的影響。

3.1 空間認知風格對空間視覺化能力的影響

大量研究表明,空間認知風格影響個體在空間視覺化任務上的表現,且整體型認知風格被試的表現顯著的好于路線型和界標型認知風格的被試(例如,Meneghetti,Pazzaglia,&De Beni,2011;Pazzaglia&De Beni,2001;Pazzaglia&Meneghetti,2012)。衡量空間視覺化能力最好的測試是心理旋轉測試(MRT)(French,1951)。Pazzaglia和De Beni(2001)在研究中對比了整體型和界標型認知風格的被試在三維MRT任務中的表現。結果表明,整體型認知風格的被試得分顯著高于界標型認知風格的被試。與此結果類似,Meneghetti,Ronconi,Pazzaglia和De Beni(2014),以及Pazzaglia和Meneghetti(2012)都發現被試在MRT任務上的得分與他們對自己使用整體表征方式的自我評價得分之間存在極其顯著的正相關,而被試對自己使用路線表征和界標表征方式的評價得分則與他們的MRT任務得分之間沒有顯著相關。此外,研究者使用兩維心理旋轉測試時也得出了類似的結果,即整體型認知風格的被試表現更好(Verde et al.,2013)。

之所以出現上述結果,是因為MRT任務所測量的心理旋轉能力與形成整體心理圖像的策略有關,只有當個體采取這種策略,并對空間信息做整體上的把握時,才能夠有效的進行心理旋轉(Shepard&Metzler,1971)。而在三種認知風格的個體中,只有整體型認知風格的個體采用整體策略進行心理旋轉。在完成MRT任務時,界標型認知風格的被試加工圖形的靜態圖像(Kozhevnikov,Blazhenkova,&Becker,2010;Pazzaglia&Moè,2013),他們會辨別圖形的顏色和形狀等視覺特征,并將注意點放在圖形的這些特征上(Olsen,Laeng,Kristiansen,&Hartvigsen,2013),而忽略相關空間信息。比如,如果旋轉圖形的某個面是綠色的,那么,界標型認知風格的被試可能會始終關注這個綠色的面,而不去管圖形的旋轉過程。而路線型認知風格的被試雖然可以加工物體的視覺特征,也可以加工繼時性的空間信息,卻不能加工同時性的空間信息(Nori&Giusberti,2006;Nori et al.,2006)。在完成MRT任務時,該類型的被試首先辨別圖形的顯著特征,然后以自己的身體為參照,一步一步地做知覺匹配(Olsen et al.,2013),從而完成心理旋轉。所以,路線型認知風格的被試會對圖形旋轉的過程進行分解,采取序列加工的方式解決問題。而整體型認知風格的被試不僅可以加工物體的顯著視覺特征、加工繼時性的空間信息,而且可以加工同時性的空間信息(Nori&Giusberti,2006;Nori et al.,2006)。他們在完成MRT任務時,傾向于對信息做整體的把握,把圖形當作一個整體進行心理旋轉(Pe?a et al.,2008)。所以,他們可以同時兼顧圖形的多種信息,并采取一種寬視野的方式完成心理旋轉。因此,在完成MRT任務時,整體型認知風格的被試可能更多地使用整體心理旋轉的策略(Olsen et al.,2013),從整體上把握各種信息。所以,他們在完成MRT任務時表現更好,心理旋轉能力更高。

但是,整體型認知風格的被試在完成MRT任務時并不總是表現出優勢,當圖形變大時,界標型或路線型認知風格被試的表現會提高,而整體型認知風格被試表現上的優勢可能被削弱,甚至消失(Olsen,Laeng,Kristiansen,&Hartvigsen,2009;Olsen et al.,2013)。Olsen 等人(2009,2013)發現,當圖形較小時,三種認知風格被試的反應時不存在顯著差異。但是,當圖形變大后,整體型認知風格的被試反應時顯著提高,反應速度顯著下降,而路線型或界標型認知風格的被試反應時沒有顯著變化。此時,相比于整體型認知風格的被試,路線型或界標型認知風格的被試反應時更短,反應速度更快。但是,被試反應的準確率并不受到圖形大小的影響,即使圖形變大,整體型認知風格被試反應的正確率仍然更高(Olsen et al.,2009,2013)。所以,圖形的大小會影響被試完成心理旋轉的速度,而不影響被試完成心理旋轉的準確性。這可能是因為圖形變大后,被試對圖形進行內部編碼和比較時的工作記憶負載會增加,這就阻礙了整體型認知風格的被試把圖形當做一個整體進行旋轉,使他們轉而關注圖形的單個部分(Olsen et al.,2013),從而增加了該類型被試的反應時間。

3.2 空間認知風格對空間定向能力的影響

空間認知風格也影響個體在空間定向任務上的表現,整體型認知風格的被試在空間定向任務上同樣具有優勢(例如,Labate,Pazzaglia,&Hegarty,2014;Meneghetti,Pazzaglia,&De Beni,2015;Nori&Giusberti,2003,2006;Olsen et al.,2013;Pazzaglia&De Beni,2001;Pazzaglia&Meneghetti,2012;Pe?a et al.,2008;Picucci,Caffò,&Bosco,2011;Quiroga et al.,2011)。有研究者使用電腦操作的空間定向動態任務(SODT-R,The Spatial Orientation Dynamic Task-Revised)(Santacreu&Rubio,1998)測量了不同空間認知風格被試的表現。被試完成SODT-R時,會看到電腦屏幕上出現紅色和藍色兩個圓點,他們需要盡快將這兩個圓點移向某個目標位置。該任務以兩個圓點的平均角度偏移量(圓點初始位置和目標位置連成的線段與最終圓點移到的位置和目標位置連成的線段之間的角度)作為準確度指標,平均角度偏移量越高,操作越不準確(Contreras et al.,2010;Quiroga et al.,2011)。結果表明,整體型認知風格的被試移動圓點后的平均角度偏移量小于路線型和界標型認知風格的被試,且界標型認知風格被試移動點后的平均角度偏移量最大。這可能是因為被試在完成SODT-R時,不僅需要關注相關的視空信息,包括：圓點的起始位置,箭頭的位置和目標的位置;還需要關注同時性和繼時性信息,包括：圓點移動的方向以及圓點與目標位置之間的距離。這些同時性和繼時性信息是被試能夠正確按鍵到達目標位置所依據的線索(Quiroga et al.,2011)。因此,由于整體型認知風格的被試既能夠使用顯著的視空信息,也能夠使用同時性和繼時性信息,所以表現更好。

但是,整體型認知風格被試在空間定向中的優勢與研究所采用的具體任務有關。Pazzaglia和Meneghetti(2012)發現,當用語言從整體視角(即：以物體為中心的視角)描述空間信息時,整體型認知風格的被試沒有表現出明顯的優勢。實驗中,他們從整體視角描述空間信息,讓被試學習并記憶,然后用電腦呈現一系列語句,需要被試根據之前的記憶對空間關系做出正誤判斷。此外,他們讓被試對自己慣常使用的空間表征方式進行自我評價。結果表明,當從整體視角描述空間信息時,被試做正誤判斷的準確性與被試對自己使用整體表征方式的自我評價得分之間不存在顯著相關。這可能是因為,當用語言從以物體為中心的視角描述空間信息時,任何人都可能形成比較好的整體心理表征,與個體的空間認知風格無關(Pazzaglia&Meneghetti,2012)。并且,Pazzaglia和De Beni(2001)發現,在某些任務中,整體型認知風格被試的表現甚至低于界標型認知風格的被試。在這些研究中,他們先用語言描述路線,再讓被試根據這些語言描述來走這條路線。結果表明,界標型認知風格被試的錯誤率顯著的低于整體型認知風格的被試。這也許是因為語言描述任務需要被試以語言列表的形式記憶界標(Labate et al.,2014),所以,這更符合界標型認知風格的被試本身擅長使用的表征方式。另外,研究者發現,學習時間也可能影響不同空間認知風格的被試在空間定向任務上的表現。如果不限制學習時間,整體型認知風格的被試完成空間任務時的優勢會降低,甚至消失(Piccardi et al.,2008)。但也有研究者在實驗中并沒有發現這種學習時間的調節作用(Piccardi et al.,2011)。

4 空間認知風格的個體差異

4.1 性別與空間認知風格

在完成空間任務時,男性的表現優于女性(例如,Halpern,2013)。這種空間表現的性別差異與空間認知風格有關：男性通常屬于整體型認知風格,即男性更多地使用環境的主要方向或者太陽的位置進行定向;而女性通常屬于路線型或界標型認知風格,即女性更多地使用在某個具體的界標處左轉或右轉這樣的信息進行定向(Castelli et al.,2008;Lawton,1996;Lawton&Kallai,2002;Nori&Giusberti,2006;Piccardi et al.,2011)。Nori和Giusberti(2003)編制空間認知風格測試(SCST,the Spatial Cognitive Style Test),并測量了不同性別被試的空間認知風格。結果顯示,在45名男性被試中,有27名都屬于整體型認知風格,占60%,超過平均水平(33.3%);而在134名女性被試中,有58名屬于路線性型認知風格,另有37名屬于界標型認知風格,共占71%,超過平均水平(66.6%)(Nori&Giusberti,2006)。所以,空間認知風格存在性別差異。但是,并不是所有的研究都發現了空間認知風格的這種性別差異,這可能與視空工作記憶負載(VSWM)有關(Alloway,Banner,&Smith,2010)。一般認為,女性的視空工作記憶負載低于男性(Halpern,2013;Lawton,2010)。Coluccia和Iosue(2004)提出,空間認知風格的性別差異是否出現取決于空間任務的認知需求,只有當要求個體完成像MRT這種需要高視空工作記憶負載的任務時,才會出現性別差異。并且,隨著空間任務對認知需求的增加,性別差異也會增加(例如,Nori et al.,2006;Piccardi et al.,2011)。

正是由于空間認知風格存在性別差異,才使男性和女性表現出空間能力的差異。研究表明,如果兩個個體都屬于整體型認知風格,那么無論是男性或者女性,他們在空間任務上可以獲得同樣優異的成績(Piccardi et al.,2011;Verde et al.,2013)。

4.2 焦慮感與空間認知風格

空間焦慮對于發展和使用空間認知風格而言非常重要,具有較高空間焦慮感的個體一般屬于界標型或路線型認知風格(Lawton,1996;Nori et al.,2009)?？臻g焦慮是一種人格特質,指對在空間環境中迷失方向產生恐懼的傾向(Lawton,1996)。

空間焦慮感水平比較高的個體一般屬于界標型或路線型認知風格,他們在空間認知風格測試(SCST)上的得分較低(Nori&Giusberti,2006)。這也許是因為這類人對迷路有比較高的恐懼,因此在導航時傾向于使用熟悉路線。這種不愿意嘗試探索新路線的傾向導致了他們對環境缺乏經驗,所以他們發展出的空間表征僅包含少量元素。比如,空間焦慮感水平較高的個體的空間表征可能僅包含界標,或者還包含用于連接這些界標的路線。這樣的表征方式對應于界標型和路線型空間認知風格(Nori et al.,2009)。相反,整體型認知風格的個體空間焦慮水平較低(Nori et al.,2009)。Lawton和Kallai(2002)研究了整體型和路線型認知風格的個體在空間焦慮上的差異。結果表明,空間焦慮與整體型認知風格之間存在負相關,與路線型認知風格之間存在正相關。

5 評價和展望

空間認知風格的提出對于解釋空間能力的個體差異具有重要的啟示和推動作用。人們逐漸認識到,通過測量空間認知風格來解釋個體在空間任務上表現的差異已經變得越來越有必要(Quiroga et al.,2011)。這種測量可以幫助個體意識到自己的空間認知風格,從而更加有效地加強元認知控制(Kozhevnikov,2007)。同時,也可以根據個體不同的認知風格,針對不同的空間任務需求,為他們提供針對性的指導,以使他們使用更加有效的策略(Pazzaglia&Moè,2013)。這都將有助于提高學習者的空間能力(Pazzaglia&Moè,2013)。

同時,認知風格的差異也可解釋日常生活中一些常見的現象,如不同個體對于交通工具的偏好。界標型認知風格的個體可能比較喜歡使用被動的交通工具,比如：公交車、出租車或地鐵,路線型和整體型認知風格的個體可能更喜歡使用主動的交通工具,比如：開車或騎自行車。這可能是因為界標型認知風格的個體很難記住兩個界標之間的路線,所以為了不迷路,他們會喜歡將記憶路線這項任務交給別人,而不必自己找路(Nori&Giusberti,2006)。

然而,在這一領域中,還有大量的問題沒有得到解決。其中最為關鍵和重要的,是有關空間認知風格的形成與發展的問題。作為一種穩定的且具有群體差異性的個體特征,空間認知風格的形成來自于先天的遺傳還是后天的經驗？在其發展過程中,是否具有明顯的關鍵時期或關鍵步驟？男女兩性在空間認知風格上的差異又從何時開始？空間焦慮與空間認知風格的高度相關反映了怎樣的因果關系,又有怎樣的發展歷程？這些都是目前研究中尚未觸及的問題,有待于心理學家的進一步探索。

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