動作序列學習的心理表征機制研究——基于學習遷移率的定量分析

咸桂彩，施 霞

無論是在日常生活中（走路、寫字、游泳、騎車等生活技能），還是在工作中（如職業中的機床操作、生產線裝配、電腦操作、樂器演奏、按摩推拿等職業技能），動作技能都是人類重要的學習內容。這些技能大部分是由幾個基本的簡單動作（動作單元）按照特定的順序組織起來的動作序列構成。可見，動作序列學習（motor sequencelearning）是動作技能學習的重要內容，在動作技能獲得中具有重要作用[1-3]。

在眾多動作技能中，雙手是重要的動作效應器（effector），即參與技能實施的主要身體部位。人們在利用雙手完成不同的任務時，左手和右手有著明確的分工，分別發揮不同的作用，它們需要學習掌握不同的技能要求。但是，當人們在受到情境限制（一只手疲勞或行動不便）時，一只手學習掌握的動作技能可否由另一只手代替完成操作？此外，人們學習掌握了一種動作序列類的技能后，當動作序列以另外一種方式呈現時，雙手還能同樣很好地完成它嗎？甚至是手部掌握的技能能夠遷移到其他的肢體上嗎？以上這些問題最終集中于動作序列學習究竟是否依存于效應器？即依存于效應器（effector-dependent），或獨立于效應器（effector-independent）。或者說，個體在動作序列學習中究竟學到了什么？

針對動作序列學習是否依存于效應器，研究者進行了不同的探討[4-5]。支持獨立于效應器的研究者遵循的研究路線是：先訓練由某效應器參與的動作序列，直至個體獲得該動作序列技能，然后由另一效應器執行該動作序列。如果新效應器執行該動作序列的績效水平優于執行其他新動作序列的績效，則認為技能在效應器間發生了遷移，進而證明技能的獲得是獨立于效應器的[6]。該研究范式中，呈現相同的刺激序列，考察不同的效應器對該序列的反應被稱為反應遷移測驗。但有研究者認為，反應遷移測驗無法揭示“效應器相同、而刺激序列不同”時的遷移情況[6-7]。于是提出刺激遷移測驗，即考察同一效應器面對不同呈現方式的刺激時的遷移。結果發現，反應遷移測驗和刺激遷移測驗中均有遷移發生[7]。表明，動作序列學習既包含了獨立于效應器的成分，又包含依存于效應器的成分，甚至依存于效應器的成分更占主導的地位[8]。

此后，研究者又在反應遷移測驗和刺激遷移測驗中設計了鏡像遷移（mirror transfer），即借助鏡像順序分別進行反應遷移測驗和刺激遷移測驗[9-11]。所謂鏡像順序，指在鏡面中反映出的順序，與原始順序剛好相反，如當原始順序為1-2-3-4-5時，其鏡像順序為5-4-3-2-1。鏡像遷移測驗則是在學習階段使用原始順序，在測驗階段采用鏡像順序。如在反應遷移測驗中，以原始順序訓練左手后，刺激順序不變，改由右手執行原始順序進行技能水平測驗，此時右手手指實際上執行的是原始順序的鏡像順序；在刺激遷移測驗中，以原始順序訓練左手后，測驗時將刺激順序鏡像反轉，仍由左手執行鏡像順序時的技能水平。如果以原始序列訓練左手，測驗時將刺激順序鏡像反轉，同時換為右手執行該鏡像順序，則屬于反應-刺激遷移測驗。鏡像遷移測驗的結果表明，反應遷移和刺激遷移均可發生。由此也說明，動作序列學習既在一定程度上獨立于效應器，又有依存于效應器的成分存在，2種學習機制可能并存。

上述研究中，多采用的是一種最簡單的計算遷移量的方法，即將訓練手完成遷移任務的作業績效（作業時間）與控制手完成遷移任務時的作業績效相減，得到一個絕對數值。M.K.RAND等[12]認為，僅比較新效應器執行舊動作序列和新動作序列之間的績效差異尚不足以證明遷移是否發生，還需要將新、舊效應器執行舊順序的績效進行比較。這種直接相減法計算遷移量的一個重要缺陷是，沒有考慮個體完成遷移技能的績效可能的提高總量。此外，無論是在反應遷移測驗中，還是在刺激遷移測驗中，盡管通過訓練獲得的技能在一定程度上發生了遷移，但這個遷移都是不完全的。為了準確地反映這種情況，西格勒和安德森提出了遷移率（transfer rate）的概念，即實際發生的遷移量占可能提高總量的比率[13]。可能提高的總量，用被試在重復多次（2次）完成遷移任務過程中成績的提高量。

本研究采用序列反應時任務（serial reaction time task，SRT）范式[14]，設置反應遷移測驗、刺激遷移測驗和反應-刺激遷移測驗3種測驗形式，以“遷移率”為指標，分別計算3種測驗條件下的遷移率，以此來進一步揭示動作序列學習過程的心理機制。

1 試驗對象與方法

1.1 被試

選取在校大學生為被試，均為右利手，裸眼或矯正視力正常，且均無參加序列反應時（SRT）任務或其他序列學習任務的相關經驗。在考慮男女生比例均衡的情況下，將被試隨機分為3組，隨機安排其中1組執行反應遷移測驗、刺激遷移測驗和反應-刺激遷移測驗3種試驗之一。

試驗任務完成后，對每個被試單獨進行外顯測驗（口頭言語報告），如果被試報告意識到刺激呈現存在某種規律，并能復制規律，則該被試的成績將被剔除，最后保留的有效被試構成見表1。

表1 3個試驗組有效被試構成

1.2 試驗設計

試驗采用被試間設計，反應遷移測驗組（A組），對訓練手進行動作序列學習訓練，原序列順序不變的情況下，測驗階段改由非訓練手執行序列反應任務，檢驗從訓練手到非訓練手之間的遷移率；刺激遷移測驗組（B組），對訓練手進行動作序列學習訓練，測驗階段將原順序序列按鏡像順序呈現，仍由訓練手執行該鏡像序列進行反應，檢驗訓練手從執行原順序序列到執行鏡像序列時的遷移率；反應-刺激遷移測驗組（C組），對訓練手進行動作序列學習訓練，測驗階段不但將原順序序列按鏡像順序呈現，并且改由非訓練手執行該鏡像序列反應任務，檢驗從訓練手執行原順序序列到非訓練手執行鏡像序列時的遷移率。

1.3 內隱學習量及遷移率的計算

根據內隱學習量的定義，被試經過學習訓練后，表現出來的對序列反應比隨機反應的成績提高（即訓練手執行隨機組段與執行序列組段時的反應時之差），即為內隱學習的結果。結合本試驗中的試驗順序安排，3個試驗組的內隱學習量（ILns）為：

式中：RTi表示第i個組段的反應時（下同）。

試驗組A、B、C中，通過遷移獲得的內隱學習量（ILc）為：

遷移率的計算公式為：

1.4 序列反應時任務范式及基本程序

試驗在微型計算機上進行，利用刺激呈現軟件DMDX（由JONATHAN等開發）編寫SRT任務程序，DMDX是基于windows環境及DirectX7.0的軟件系統，顯示分辨率為1024×600，60Hz，8bit。屏幕中央呈現4個方框（2.5 cm×2.5 cm），水平排列（從左到右依次用1、2、3、4來表示），分別對應計算機鍵盤上的F、G、H和J4個反應鍵。試驗時，一個紅色★將會連續出現在4個方框中的任意一個，要求被試在看到紅色★后，又快又準地用手指按下其相應位置的反應鍵（對應左手的小指、無名指、中指和食指，或右手的食指、中指、無名指和小指）。為確保序列學習為內隱學習，根據DESTREBECQZ等[15]的研究，試驗在“無RSI條件”（即刺激-反應間隔RSI=0）下進行。計算機將自動記錄被試的反應時間，試驗的基本程序如下。

（1）試驗前，先隨機呈現16次刺激，供被試練習。練習完畢后，開始正式試驗。

（2）正式試驗分成16個組段（block），每個組段紅色★呈現72次，共1 152次，每個組段之間休息10 s。16個組段可以分成3個階段：階段I，學習訓練和效果檢查階段（第1～9組段）；階段II，遷移測驗階段（第10～13組段）；階段III，學習訓練效果檢查階段（第14～16組段）。

在學習階段，3個試驗組的試驗安排都相同。首先安排一個適應性練習的隨機組段（第1組段），即刺激在4個位置上隨機出現72次，每個位置上出現信號的次數相等，連續的4個刺激位置避免出現重復型（如1223）、連續型（如1234）和顫動型（如1313）。其次，為左手（訓練手）安排6個用于學習訓練的序列組段（第2～7組段），即刺激以某一固定的順序結構（如4-3-1-2-1-3-2-4-2-3-4-1）重復呈現6次。然后，再安排一個隨機組段（第8組段）后恢復為學習階段的序列組段（第9組段），用于檢驗訓練手的內隱學習效果。

在遷移測驗階段（第10～13組段），根據3個試驗組不同的測驗要求，分別安排不同的測驗任務（見表3）。

反應遷移測驗組試驗中，左手作為訓練手執行完成第1～9組段后，首先為右手安排一個適應性練習的隨機組段（第10組段），并且能檢查到右手的基礎反應水平。其次，測驗右手執行序列組段（第11組段）的反應水平，再安排一個隨機組段（第12組段），為平衡試驗順序，繼續安排右手執行一個序列組段（第13組段）。以右手在執行序列組段（第11、13組段）的反應水平與執行隨機組段（第12組段）的反應時之差作為右手獲得的學習遷移量。

刺激遷移測驗組試驗中，左手作為訓練手執行完成第1～9組段后，首先為右手安排一個適應性練習的隨機組段（第10組段），并且能檢查右手的基礎反應水平。其次，測驗左手執行鏡像序列組段（第11組段）的反應水平，為平衡試驗順序，在安排一個隨機組段（第12組段）后，再次測驗左手執行鏡像序列組段（第13組段）的反應水平。以左手在執行鏡像序列組段（第11、13組段）的反應水平與執行隨機組段（第12組段）的反應時之差作為左手獲得的學習遷移量。

反應-刺激遷移測驗組試驗中，左手作為訓練手執行完成第1～9組段后，首先為右手安排一個適應性練習的隨機組段（第10組段），并且能檢查右手的基礎反應水平。其次，測驗右手執行鏡像序列組段（第11組段）的反應水平，為平衡試驗順序，在安排一個隨機組段（第12組段）后，再次測驗右手執行鏡像序列組段（第13組段）的反應水平。以右手在執行鏡像序列組段（第11、13組段）的反應水平與執行隨機組段（第12組段）的反應時之差作為右手獲得的學習遷移量。

為平衡試驗順序，在遷移測驗階段（第10～13組段）結束后，繼續安排左手先執行一個序列組段（第14組段），再執行一個隨機組段（第15組段），最后執行一個序列組段（第16組段）。左手執行2個序列組段（第14、16組段）的反應水平與執行隨機組段（第15組段）的反應時之差仍為左手在訓練階段獲得的內隱學習量。

表2 3個試驗組試驗順序安排

（3）測驗完成后，逐一對被試進行外顯測驗，即詢問被試對這項任務的感受是什么？是否注意到紅色★出現的位置有某種規律？如果意識到有某種規律，能否將它復制出來（口頭言語報告）？

1.5 數據處理

利用Excel進行試驗數據整理和分析。

2 試驗結果與分析

2.1 3組被試序列反應時結果

對3個試驗組中的每名被試進行外顯測驗后，保留沒有注意到紅色五星出現位置有規律的被試為有效被試，整理匯總有效被試在各組段上的平均反應時（見表3），將其繪為折線圖（見圖 1）。

表3 3個試驗組被試各組段平均反應時/ms

圖1 3個試驗組被試各組段平均反應時折線圖

2.2 3組被試內隱學習量及遷移率

根據試驗結果，利用公式（1）和（2）分別計算3組被試左手和右手的內隱學習量，利用公式（3）分別計算雙手間的學習遷移率（見表4）。

表4 左手與右手的內隱學習量及遷移率

3 討 論

3.1 關于3個試驗組被試的內隱學習情況

在第1個學習訓練和效果檢查階段（第1～9組段），被試在整個序列反應時任務過程中，3個試驗組呈現相同的走勢，即在1～7組段上逐漸下降；并且，被試在隨機組段（第8組段）上比相鄰2個序列組段（第7、9組段）上均表現出反應時間的相對延長，說明被試左手在訓練過程中逐漸習得了內隱序列。在第2次學習訓練效果檢查階段（第14～16組段），被試在隨機組段（第15組段）上比相鄰2個序列組段（第14、16組段）同樣表現出反應時間的相對延長。進一步說明，3組被試在學習訓練（第2～7組段）所獲得的內隱學習效果存在，并得到了保持。

3.2 關于3個試驗組被試的學習遷移情況

在遷移測驗階段（第10～13組段），反應遷移測驗組（A組）分別檢測非訓練手（右手）執行隨機序列和順序序列任務時的反應時成績，刺激遷移測驗組（B組）分別檢測訓練手（左手）執行隨機序列和鏡像序列任務時的反應時成績，反應-刺激遷移測驗組（C組）分別檢測非訓練手（右手）執行隨機序列和鏡像序列任務時的反應時成績，目的分別是檢測反應變化、刺激變化、反應-刺激均變化時內隱學習的遷移情況。

反應遷移測驗組（A組）被試換成非訓練手（右手）執行原學習順序序列任務（第12組段）的反應時較執行隨機序列（第11、13組段）反應時縮短，表明內隱學習在效應器間遷移的發生。刺激遷移測驗組（B組）被試訓練手（左手）在執行鏡像序列任務（第12組段）時的反應時成績較執行隨機序列（第11、13組段）反應時縮短，表明刺激變化后內隱學習遷移的發生。反應-刺激遷移測驗組（C組）被試改換成非訓練手（右手）執行鏡像序列任務（第12組段）的反應時較執行隨機序列（第11、13組段）反應時縮短，表明刺激變化后內隱學習在效應器間仍有遷移的發生（見圖1）。

綜上所述，無論是改變反應效應器、刺激序列，還是二者同時改變，均發生了學習遷移現象。

3.3 關于3個試驗組中遷移率的比較

反應遷移測驗組（A組）被試改換成非訓練手（右手）執行原學習順序序列任務（第12組段）的反應時，訓練手（左手）到非訓練手（右手）2個效應器之間的平均遷移率為70.00%，說明動作序列的習得有獨立于特定效應器的成分存在。刺激遷移測驗組（B組）被試訓練手（左手）在執行鏡像序列任務（第12組段）時，訓練手（左手）習得的原順序序列向新的鏡像序列平均遷移率達到50.79%，說明動作序列的習得有依存于特定效應器的成分存在。反應-刺激遷移測驗組（C組）被試改換成非訓練手（右手）執行鏡像序列任務（第12組段）時，既改變了效應器，又改變了刺激序列的，訓練手（左手）習得的原順序序列向非訓練手（右手）執行鏡像序列的平均遷移率為47.96%（見表1）。

有研究發現，反應遷移測驗和刺激遷移測驗均有遷移現象發生[7-8]。G.BIRD等[8]認為，在動作序列學習中依存于效應器的成分占主導地位。但本研究結果顯示，反應遷移測驗的遷移率大于刺激遷移測驗，表明在動作序列學習中獨立于效應器的成分更占主導地位。這或許與本研究中以非優勢手（左手）為訓練手，而以優勢手（右手）為非訓練手有關。有研究發現，訓練手的優勢性越強，動作序列學習越容易表現出依存于效應器的特征[10]。

3.4 關于動作序列學習的心理表征

事實上，對動作序列學習是否依存于效應器的討論，涉及到人們對于動作序列學習的心理表征問題。目前，關于序列反應時任務中內隱習得的知識表征方式的觀點有S-R表征、S-S表征和R-R表征3種[16]。支持獨立于效應器的研究者認為，動作序列學習主要發生在刺激信號的序列順序聯結階段，即S-S表征；支持依存于效應器的研究者則認為，動作序列學習主要發生在動作序列順序聯結階段，即R-R表征；支持2種成分同時存在的觀點則屬于S-R（刺激-反應）表征。

呂勇等[16]的試驗結果支持內隱序列學習的S-R表征，其結果表明，內隱學習涉及知覺學習和動覺學習2種機制，但內隱學習的表征方式中動覺較知覺起更大的作用。

本試驗結果同樣支持S-R表征，但從遷移率上看，反應遷移測驗的遷移率高于刺激遷移測驗，知覺較動覺起著更大的作用。

此外，根據反應-刺激遷移組的遷移率大于反應遷移組和刺激遷移組的疊加（即47.96%>70.00%×50.79%）。這一結果還可以表明，S-R表征絕非S-S表征和R-R表征的簡單疊加。可見，動作序列學習既有刺激信號的知覺學習成分（刺激序列順序聯結），又有動覺學習成分（動作序列順序聯結），但這2種成分又不是彼此獨立的，所以不能將2種成分進行簡單疊加。

4 結 論

本試驗結論包括：（1）在序列反應時任務中所習得的內隱學習，在反應遷移測驗、刺激遷移測驗和反應-刺激遷移測驗中均發生了學習遷移現象；（2）通過反應遷移測驗、刺激遷移測驗和反應-刺激遷移測驗中的遷移率比較表明，動作序列學習中獨立于特定效應器的成分更占主導地位；（3）動作序列學習中知覺學習和動覺學習同時存在，但這2種學習又不是彼此獨立的，不能將2種成分進行簡單疊加。

基于動作序列學習任務中心理表征機制的探討，提示，重視和充分發揮技能學習的遷移規律，充分發揮知覺學習、動覺學習的協同作用，動作序列技能的訓練不必拘泥于動作效應器的訓練，可以通過動作示范、變換不同效應器等策略，降低因重復訓練帶來的情緒困擾，心理或生理疲勞。

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