空间认知能力的结构和特征

空间认知能力的结构和特征

一、空间认知能力结构一般来说，智力包括语言因素、数量因素和非语言性因素，非语言性因素是指空间技能的因素。运用空间映象来解决各类课题(包括教学的、生产的、艺术的以及设计技术的等等)的技能是人的智力的重要特点。空间能力的研究在国外开始于本世纪初(1904年),从确定一个独立的空间因素的存在,到探索空间因素的亚类,空间能力的结构、特征、以及用信息加工模型来解决空间问题等,经历了八十多年的时间。其间Thurslore·Koussf,French,Michace等人进行了大量深入的研究,做出了突出的贡献。其中一些有关空间认知能力的研究,大量采用各种视空间知觉的测验,以签定其空间能力,这种以抽象的几何符号编制成的测验,有助于揭示和评价目测观察,灵敏性等能力,这些能力表现在用视觉估量图形的线、角相互关系,比较一系列几何符号,根据发现的共同特点补齐缺少的符号;表现在选择符号(去掉无用的符号),找出几何图形的各成份间的逻辑关系等,主要要求用视觉对比图象(图形符号)。我国在空间认知能力方面的(研究很少,在教学中发现学生的空间认知能力也较差。针对这种情况,我们试图在前人研究的基础上,编制一套以空间图形为基本材料的测验题目,来探讨空间认知能力的结构,评价学生空间认知能力的水平,为几何教学提供心理学的理论依据,并在此基础上进一步研究如何提高学生的空间认知能力。国外视空知觉的测验没有使用难度较高的题目因为难度较高的题目不仅要求用视觉对比图象,而且要求在图象的基础上运用映象改变映象和建立新映象,这正是我们所要进行研究的内容。我们认为空间认知能力是一种不同于一般的形象思维和抽象思维能力的特殊能力。空间认知能力是一种认知图形,并运用图形在头脑中的表象进行图形操作的能力,它的主要内容就是在解决任务的过程中运用图形表象,它的操作单位不是词,而是能表现客体的空间特征和关系的表象,如构成客体的各种因素的形状、大小、相互位置,客体的各种因素在平面上,在空间上相对于任何特定位置的排列次序。我们的测验题目就是基于以上观点编制的。二、提交和执行主题的准备和实施(一)测量模型的检验本测验是根据并列直进式的测验编制原则,共编了五个分测验。根据题目的性质,按照由平面到立体,由静到动的顺序排列。在-个分测验中又按混合螺旋式的原则,由易到难编排了每个题目。(二)所验图形为二维和三维时,高聚物,在空间内,也注意以下程序本测验从题目设计到87年、88年的两次试测(每次测取样人数为100)修订和89年的正式测验,共经历了三年的时间。测验题的结构和内容如下:第一分测验隐蔽图形(共六题)。要求根据给出的简单图形,从四个复杂图形中。选出不含简单图形的复杂图形。目的是测量其觉察图形位移的能力(图形交错后的识别能力)第二分测验:图形组合(共六题)。要求被试按照原形图,以给定的四组部分图形为基础,选出一组图形组合后与原整体图形完全相同。目的是测量其图形表象运动能力(图形映象在二维中的分解组合)。第三分测验:不同方位的立体视图(共八题)。给出立体图形和此立体图形不同方位的平面视图,要求被试按照正、侧、俯、后的顺序选出正确的平面视图。目的是测量其立体图形的方位定向能力(认识立体图形在空间中的方位相对改变的能力)。第四分测验:图形的旋转(共十题)。这个分测验包括两部分(各五题):(1)平面内旋转:要求被试按照目标图形,将后面四个给出的被选图形经过平面内旋转,然后从中选出一个旋转后能与目标图形完全相同的被选图形。(2)立体图形的旋转:此题特点要求被试在三维空间内旋转图形,其它是求与“(1)”相同。目的是测量其图形映象在二维和三维空间中的旋转能力。第五分测验:立体图形展示(共六题)。题中给出一立体图形的平面展示图和四个立体图形,要求被试选出一个立体图形,其展示图与给定的平面展示图完全相同。目的是测量其立体图形的表象运动能力(图形映象在三维空间中的分解组合)。(三)研究对象和分组本测验采用团体测验的方法,测验格式全部为选择题,测验以问卷方式进行,时间为一个半小时。评分标准为每小题1分,总计36分。被试来自天津市三所普通中学,按随机取样原则进行抽取,共150人。其中初一、初二、初三学生都是50人,男、女各半。三、测评结果及分析测验结束后,我们首先对被抽取的150名被试的答卷进行了评分,取得的原始分数,并做了初步统计,结果见表2:我们对测验的每个题目进行了项目分析。在此基础上对整个测验的难度、区分度、信度、效度进行了检验,取得了初步成果。同时,还进行了男女差异的检验及被试空间认知能力发展趋势的分析。下面分别就这些结果进行具体分析。(一)一般质量分析1、总体质量测试结果通过项目分析,我们统计出了各种质量的题目在整个测验中的比重。结果见表3:测验的总体质量仅就难度和签别力两个方面看是较好的,基本上能够反映出被试在空间认知能力上的不同水平,在评价意义上有一定价值。但有些题目还需进一步修改,才能使之趋于完善,达到较高的质量。2、内在一致性检验在符合同质性测定的条件下,我们采用了分半信度法进行检验,用斯皮尔曼——布朗公式对测验题进行了内在一致系数估计,结果如下:rhh=0.69,rtt=0.817,测验总体的内在一致性系数达到了0.817的较高水平,说明本测验的信度是较好的,测结果是可以说明问题的。3、关于被试与测试之间成绩相关的问题检验一个测验的效度有几种方法,因条件限制,我们没能找到一个统一的效标,故采用3组分类方法对测验的总体效度进行了初步检验。根据取样情况,我们将被试分成了初一组初二组、高三组,对三组被试的成绩进行了差异显著性检验,结果见表4从表4的结果得出,初一与高二、初三与高二之间存在显著性差异,说明本测验题能检验出不同阶段的被试空间认知能力的差异,有一定的效度。但从表4中我们同时着到,初一与初三的成绩差异并不显著,造成这一结果的直接原因,我们分析可能来自两个方面:第一,与取样有关。本次测验的取样较少,年龄阶段的划分也较粗,中间有间断。同时,本测验所选用的被试来自天津市的三所普通中学,其中初三组所在学校水平较差,被试本身的质量也可能影响测试结果。所以,我们认为客观原因很大程度上是由于初三组是从较低水平的学校取样,造成了初一与初三组之间的差异不显著。第二,当然,我们也不排除能力发展存在阶段性这种可能。初一和初三有可能处于空间认知能力发展的同一水平阶段上,或者空间认知能力发展到一定阶段有一种停滞趋势,而这一趋势恰表现在初三这一阶段。关于这一点还有待今后进一步的实验验证。总之,我们认为本测验题目的总体效度是可以肯定的。(二)空间认知能力显著性检验在统计过程中,我们也对男、女之间是否存在空间认知能力上的差异进行了显著性的检验,结果见表5。表5结果表明,男、女之间不存在显著性差异,说明男女总体,在空间认知能力上无明显的强弱之分。因此,在教学中教师和学生都不应存有偏见,认为女生在空间认知能力上远不如男生。四、结构的影响因素为了探讨空间认知能力的结构,形成科学的空间认知能力概念,我们应用了因素分析的方法,对本测验结果进行了计算机分析,结果见表6和表7。我们首先得到的是五个分测验的相关矩阵,然后,我们又从中提出了两个主要因素,即G因素和S因素。第Ⅰ因素(G因素)本测验中一个负荷量最大的因素,负荷量最大的是第三分测验,为0.691,最小的是第一分测验,也达到了0.532。我们认为这套测验题是以图形变化为基础的,每个分测验都需对图形进行认知,在二维和三维空间中分解组合,这是它们包含的共同因素。因此,我们确认空间认知能力结构中的G因素应该是图形的识别和表象运动能力。第Ⅱ因素(S因素),从表7看出有三个分测验是负值,两个分测验是正值,这说明第一、二、五三个分测验的因素负荷量小,还有一个一般因素。第三、四两个分测验的因素荷量较大一些,包含了两个因素,除G因素外还有一个S因素。我们从测验题目本身得知,第三、四两个分测验分别为“不同方位的视图”和“图形的转旋”。因此,我们认为S因素应该是图形映象在二维和三维空间中的旋转和方位定向能力。从测验题目的编制看,第二、五两个分测验也有旋转因素,但是没有提取出来,这可能是旋转能力因素在二、五两个分测验中的负荷量大小的原故,所以没能在结果中显现出来。根据测验和因素分析的结果,我们初步确认空间认知能力结构中有一个G因素和一个S因素。这种理论性的研究,在教学实践中有什么意义呢?首先,它使人们具体而明确地认识到空间认知能力结构中的共同因素是图形的识别和表象运动能力,它是空间认知能力的基础,具有普遍意义,结构中的特殊因素是图形映象在二维和三维空间中的旋转和方位定向能力,这是空间认知能力的核心,代表了空间认知能力的特征。实践上为培养学生的空间认知能力明确了内容,提供了心理学的理论依据。其次,为选择有效的教学方法指明了方向。教学方法灵活多样,哪种最好呢?我们说一切有助于促进空间认知能力结构中的G因素和S因素发展的方法都是好的。比如,几何教学中,在学生的作业里要求他画出图形的变式,制作图形的模型,这就是一种实际操作内化为空间认知能力的有效方法,它符合空间认知能力的结构理论和认知结构的内化理论。所以,它的有效性才是必然的。再次,有助于智力的全面发展,在以往的智力发展中,人们往往忽视空间认知能力的问题,这在一定程度上阻碍了智力的全面发展。今天,我们提出这一问题,无疑是有实际意义的。五、空间认知能力结构的研究,为学校几何教学提供依据1、这套测验题有83%的题目难度适宜,有86%的题目有相当的签别力。测验的信度系数较高,为0.817。效度上也具有一定的有效性。从以上四个方面看,题目质量属中上水平,有待进一步提高。2、在空间认知能力的发展趋势上,高二有明显的增强,我们认为这与年龄,经验增长及立体几何的学习有关。经过t检验,初一与初三无显著差异,这一方面可能与取样有关,另一方面与空间认知能力的发展规律有关,在初三阶段可能出现了停滞现象。3、男、女在空间认知能力上无显著性差异,空间认知能力的发展基本上不受性别的影响,在实践中不应人为地制造差异。4、空间认知能力结构的研究,在实践上的意义是多方面的,仅就教学工作而言,可为提高中学几何教学质量,