心理旋转实验

表象的心理旋转

摘要：本实验旨在重复Cooper等人的R字符表象旋转实验，了解表象旋转的特点，并验证

是否样本偏离正位的度数越大，所需的心理旋转越多，用时也就越多。实验中，旋转角

度以60为一区间，从0到300（360与0重合），分别记下反应时和正确率。实验

结果表明，确实符合Cooper等人的R字符表象旋转的结论，即所需旋转角度越大反应时越

长。

关键词：表象；心理旋转；角度；反应时

1引言

表象是类似于知觉的信息表征。七十年代以来，关于表象的研究迅速发展，其中重

要的一项是表象旋转的研究。心理旋转作为一种空间认知能力，与语言相同的是，都属于

个体认知发展过程中一种相对高水平的能力；不同的是，心理旋转是一个没有标记的、不用

计算的、连续的、类比的过程。它是衡量空间智能的重要标尺之一,是当前空间认知领域中

备受关注的重要课题。在现代科技领域中,物理学上相对论的创立和遗传学上DNA双螺旋结

构的发现均是同这一人类空间认知表征转换紧密联系在一起的。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[1]

值。

心理旋转能力存在显著的个体差异性仓储管理的内容 ,学者们认为遗传因素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。具有高空间能力基因特征的女性或男性比没有这一

基因特征的女性或男性的心理旋转能力要高。基因倾向性在一定程度上影响到了一个人的兴

趣倾向和选择。具有高空间能力基因特征的父母在把其这一基因特征遗传给其子女的同时,

还会为其子女提供一种体现他们基因倾向性的教育方式。他们会给子女提供更多的训练空间

能力的机会。这样家庭的孩子在参与空间活动上得到了更多的鼓励。心理旋转也具有相对

[矿泉水广告语 6-7]

易变性和可塑性的认知加工特征。目前,如何提高人类的空间智能成为了应用空间认知

领域关注的热点问题。实际上,心理旋转与很多领域(如,数学、生物学、化学、物理、机械

和航空等)的操作能力有很高的相关性。研究发现,通过对这些领域问题解决能力的训练可以

提高心理旋转的能力。

在认知神经科学研究领域内,一般是以正常人、脑损伤患者、灵长类动物或小白鼠等的

为对象来探讨心理旋转的神经机制,并在研究过程中运用了多种神经表象技术,如功能磁共

[2-3]

振成像术(fMRI)、脑电技术(EEG)和正电子发射层析照相术(PET)等。相研究结果表

明顶叶、枕叶、额叶、动力皮层区在心理旋转过程中起重要作用。一些心理家还认为,相对

[4-5]

于言语的左脑半球优势而言,右脑是心理旋转的优势半球。

在表象的心理旋转经典实验中，Cooper等人1973年用不同倾斜角度的正的和反的（即

镜像）R母来研究表象的旋转。实验要求被试在看到呈现的字母后，不管其具体方位和

倾斜角度如何，尽快判断该字符是正的还是反的，并按键作出反应。如果反应错误，该

次实验在以后还会重复，直至反应正确。Cooper的实验表明：旋转180时，反应时最

长（无论正反），而0和360时，反应时最短。说明样本偏离正位的度数越大，所需

的心理旋转越多，用时也就越多蒸扇贝 。

本实验通过重复Cooper等人的R字符表象旋转实验，了解表象旋转的特点，验证是否样

本偏离正位的度数越大，所需的心理旋转越多，用时也就越多。

2方法

2.1被试

46人图灵为什么自杀 。男女比例接近1：2。

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2.2仪器和材料

心理旋转实验的计算机程序。

2.3实验设计与程序

在本实验中，用字母R来重复Cooper的表象旋转实验。有不同方位的正和反的R字母

共12种，随机呈现给被试，每种呈现6次，共72次实验。

主试指导被试认真阅读指示语，说明反应方式：正的“R”按“F”键反应，反的“R”

则按“J”键反应,在尽量正确的前提下，尽快反应。

3结果

表1字母正面各旋转角度反应时

平均值（ms）

标准差

正确率平均值

表2字母反面各旋转角度反应时

平均值（ms）

标准差

正确率平均值

0

718.70

324.5095.38%

60

845.85

402.7496.45%

120

895.21

421.5791.13%

180

1074.87

492.0677.30%

240

933.49

459.8284.75%

300

804.世界上最大的海湾 74

505.9295.04%

360

718.70

324.5095.38%

0

545.36

122.2798.22%

60

611.51

142.5597.52%

120

771.53

356.0791.84%

180

1117.574

442.0565.25%

240

770.06

262.9887.23%

300

672.38

333.5799.64%

360

545.36

122.2798.22%

如表1、表2所示，字母正面或反面的各旋转角度的反应时平均值从0到180逐渐

增大，再从180到360逐渐缩短。标准差随着需旋转角度的增大而增大，即离散程度随

着判断所需旋转角度增大而增大。判断字母正反面的正确率随着需旋转角度的增大而减小。

1200

1000

800

600

400

2000

0

60

120

180

240

300

360

图1字母正反面各角度旋转反应时

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正面

反面

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

0

60

120

180

240

300

360

图2不同性别对字母正反面各角度旋转反应时

从图中可以直观的看出反应时随着旋转角度的不断变化而变化的趋势。

如图1所示，判断字母是反面的反应时要比判断正面的反应时要大。如图2所示，在

不同性别对字母正反面各角度旋转反应时比较中，无论是判断正面还是反面，男生的反应时

皆要多于女生。

正面（女）

正面（男）

反面（女）

反面（男）

120

100

80

60

40

200

0

60

120180240300360

图3字母正反面随不同角度变化的正确率

如图3所示，无论是字母呈正面还是反面旋转，判断正反面的正确率，随着旋转角度

变大而变小。

4讨论

结果正像Cooper等人当年作出的结论相近，样本偏离正位的度数越大，所需的心理

旋转越多，用时也就越多。但进行该实验时还是有一些不足，致使实验数据不是完全符

合Cooper等人的结论。

本实验是在计算机上进行并完成的，也就是所有数据都是很精确的，误差相对较小，

这是本实验的优点。

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字母正面正确率字母反面正确率

缺点：角色方式对心理旋转产生显著影响,第三人称角色心理争辩的意思 旋转易于第一人称角色心

[14]

理旋转,即存在心理旋转的角色效应。本实验没有事先考虑到这个条件限制，也许会造成

实验误差。

如果实验可以很规范的控制被试在实验前，实验中的行为，以及统计方法更高级一些，

会得出更准确的结果。

引起注意的是，在以往心里旋转的性别差异研究中，Peter[9],Resnic[10],Voy冰心文学奖 e[11]

都分别证明了心理旋转存在性别差异，且男性反应时要低于女性，即男性在心理旋转任务中

[12，13]

的表现明显好于女性。而本实验的结果正好相反，女性的反应时正好比男性的反应时

低100ms左右。可能是因为女性被试在此次试验中比男性多出一倍，且统计数据的方法并不

能消除这一干扰而引起的。

5结论

实验结果显示，随着需要旋转的角度增大，被试反应时也增大，正确率降低。符合Cooper

等人的R字符表象旋转实验结果，样本偏离正位的度数越大，所需的心理旋转越多，用

时也就越多。

6参考文献

[1]王鹏，游旭群，刘永芳。心理旋转研究的新进展.心理科学2005,28(5):1164-1166

[2]HarrisIM,allobecontributiontomentalrotationdemonstratedwithrTMS[J].JournalofCongitiveNeuroscience,2003,15:315-323.

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ofvisualimagesandmotorim鞭长莫及造句 agesinunilateralbrai私房菜菜谱大全 n-damagedpatients[J].BrainandCognition,2003,51:368-371.

[4]CorballisMC,hericspecializationformentalrotation[J].Cortex,1989a,25:15-25

[5]VoyerD,,levelofspatialability,andlateralizationofmentalrotation[J].BrainandCognition,1990,13:18-29.

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transformationsafteraparietallesion[J].Neurology,2004,2:287-292.

[7]游旭群,杨治良.表象旋转加工子系统特性的初步研究[J].心理学报,1999,31(4):376-381.

[8]韩厉萍,吴兴裕,李学义,胡文东,王涛,李小京.噪声对人心理旋转能力的影响.航天医

学与医学工程Vol.11No.4.

[9]PetersM．Sexdife~'encesandthefactoroftimeinsolvingVandenbergand

Kumentalrotationproblems．BrainandCognition，2005，57：176---184

[10]ResnickSM．Sexdiffercodesinmenta1rotations：aneffectoftimelimits

BrainandCognition，l993，2l(1)：71-79

[11]VoyerD，RodgersMA，McCormickPA．TiⅡlingconditionsandthemagnitudeofgender

differencesontheMentalRotationsTest．MemoryandCognition,2004，32(1)：72-82

[12]Jann-OsmannHeilM．Suitablestimulitoobtain(no)genderdiferencesinthe

speedofcognitiveprocessinvolvedinmentalrotation．BrainandCognition，

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[13]VoyerD，VoyerS，BrydenMP．Magnitudeofxdifferencesinspatial

abilities：Ameta-analysisandconsider：rationofcriticalvariables．Psychological

第2页，共5页

Bulletin,1995，117：250-270

[14]王鹏,游旭.群角色方式对心理旋转的影响.心理科学。2006,29(4):815–818

【教师评语】：本实验报告写作格式规范，完整。对心理表象旋转的理论解释的

回顾和总结较好。但在“结果”部分写的不够深入，仅仅使用了简单的描述统路由器登录网址 计，

该做进一步的推断统计，“讨论”部分与本实验的主体不够紧密。

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