В обзоре представлен фрагмент статьи, посвященный умственному вращению образов. Данная статья представляет интерес не только для специалистов по умственному вращению, но также служит примером подробного экспериментального исследования.
Авторами рассматривается изучение умственного вращения у детей с помощью специально разработанного электронного теста. Ранее умственное вращение изучалось с использованием бумажных тестов, существенно не изменявшихся с момента их создания Шепард и Мецлер в 1971 г. (Shepard и Metzler).
Г. Виеденбауер и П. Жансен-Османн сначала разработали электронный тест для взрослых (G. Wiedenbauer, J. Schmid & P. Jansen-Osmann Manual training of mental rotation, 2006), а потом создали аналогичный тест для детей.
В предлагаемом читателю исследовании авторы не только проводят диагностику способностей детей к умственному вращению, но и описывают тренинг по обучению вращению. Они показывают генетическое родство реального действия по вращению образа и собственно визуального вращения. В предлагаемом исследовании показано, что при осуществлении действия ручного вращения у ребенка формируется образ, который он использует потом при выполнении более сложных задач на умственное вращение.
Положение о генетическом сходстве процессов внутреннего и внешнего вращения очень близко культурно-исторической школе, поэтому мы предлагаем данную статью Вашему вниманию.
Авторами рассматривается изучение умственного вращения у детей с помощью специально разработанного электронного теста. Ранее умственное вращение изучалось с использованием бумажных тестов, существенно не изменявшихся с момента их создания Шепард и Мецлер в 1971 г. (Shepard и Metzler).
Г. Виеденбауер и П. Жансен-Османн сначала разработали электронный тест для взрослых (G. Wiedenbauer, J. Schmid & P. Jansen-Osmann Manual training of mental rotation, 2006), а потом создали аналогичный тест для детей.
В предлагаемом читателю исследовании авторы не только проводят диагностику способностей детей к умственному вращению, но и описывают тренинг по обучению вращению. Они показывают генетическое родство реального действия по вращению образа и собственно визуального вращения. В предлагаемом исследовании показано, что при осуществлении действия ручного вращения у ребенка формируется образ, который он использует потом при выполнении более сложных задач на умственное вращение.
Положение о генетическом сходстве процессов внутреннего и внешнего вращения очень близко культурно-исторической школе, поэтому мы предлагаем данную статью Вашему вниманию.
Ручное обучение детей умственному вращению
Г. Виеденбауер, П. Жансен-Османн
Обучение и инструкции вып. 18, №1, февраль 2008, с. 30—41
Manual training of mental rotation in children
G. Wiedenbauer, P. Jansen-Osmann
Learning and Instruction, Volume 18, Issue 1, February 2008, Pages 30—41,
Г. Виеденбауер, П. Жансен-Османн
Обучение и инструкции вып. 18, №1, февраль 2008, с. 30—41
Manual training of mental rotation in children
G. Wiedenbauer, P. Jansen-Osmann
Learning and Instruction, Volume 18, Issue 1, February 2008, Pages 30—41,
— URL: http://www.iapsych.com/articles/wiedenbauer2007ip.pdf (дата обращения: 17.05.2009)
Аннотация
При решении задачи о двух стимулах вращающихся в пространстве мы должны ответить на вопрос являются ли они одинаковыми или зеркально отраженными, решить такую задачу возможно благодаря умственному вращению образов.
Возможно обучать детей умственному вращению путем многократного повторения задач, однако улучшения наблюдаются только при работе с ранее изученными стимулами. Мы предположили, что из-за сходства процессов умственного и ручного вращения, обучение ручному вращению должно способствовать улучшению умственного вращения непосредственно. При таком подходе к обучению ограничение со стороны только что изученных стимулов снимается. Также исследования показали, что мальчики лучше девочек справляются с задачами на умственное вращение образов, однако при выполнении задачи на ручное вращение значимых различий не обнаружено.
Ключевые слова: Гендерные различия; Ручное обучение вращению; Умственное вращение
Ранее проведенные исследования показали, что дети чувствительны к обучению умственному вращению образов. Однако, эффект обучения распространялся только на ранее изученные объекты, сам по себе процесс умственного вращения не был улучшен, задача решалась посредством поиска подходящего представления в памяти (например, Kail, 1986; Kail & Park, 1990). Из-за близких отношений между моторным и умственным вращением мы предположили, что ручное обучение вращению могло улучшить процесс умственного вращения. Способность к умственному вращению была измерена «до» и «после» обучения ручному вращению, было произведено сравнение с контрольной группой, которая не обучалась ручному вращению, но получила непространственную замещающую задачу. Успешное обучение умственному вращению с помощью ручного вращения имеет широкое значение для учебных и познавательных установок. Кроме того, это может дать новое понимание сути познавательных процессов, лежащих в основе умственного вращения и обеспечить возможности использования результатов в образовательном исследовании, принимая во внимание взаимосвязь между способностью мысленно вращаться и, например, математическими навыками (например, Casey, Nuttal, & Pezzaris, 1997) или ориентировочным поведением в широком пространстве (Hegarty & Waller, 2005).
1.1. Способности детей к умственному вращению
Парадигма умственного вращения была предложена Shepard и Metzler (1971). Участники должны были решить, были ли два блока стимулов вращающиеся в пространстве одинаковыми или являлись зеркальным отражением друг друга. Время реакции увеличивалось линейно с увеличением углового неравенства между стимулами. Marmor (1975) была первой, кто занялся систематическим изучением умственного вращения у детей. Ее цель состояла в том, чтобы опровергнуть предположение Piaget и Inhelder (1971) о том, что дети не в состоянии представить кинетические изображения до окончания 7-8 летнего возраста. Marmor смогла показать, что даже 5-летние дети используют умственное вращение, чтобы решить задачу с двумерными числами.
Однако пятилетки были вдвое медленнее восьмилеток по скорости умственного вращения (такая разница определяется обратным наклоном регрессионной линии ментального вращения между временем реакции и углом несоответствия).
В дальнейшем исследовании выполнения задания четырехлетними детьми было показано, что существует линейная зависимость между временем реакции и углом несоответствия между объектами, типичное для умственного вращения
(Marmor, 1977). Снова скорость вращения образа была медленнее, чем у старших детей и намного медленнее, чем у взрослых. Другие исследования подтвердили эти результаты и указывают на то, что маленькие дети в возрасте до пяти лет обладают способностью умственного вращения образов (например, Kosslyn, Margolis, Barrett, & Goldknopf, 1990). Исследования Kail, Pellegrino, and Carter (1980) были посвящены дальнейшему развитию способности к умственному вращению у детей в возрасте от восьми лет и далее. Они использовали алфавитно-цифровые и абстрактные символы и обнаружили линейную функцию [описывающую] умственное вращение для детей и взрослых: скорость вращения возрастала почти вдвое с восьми лет до взрослого возраста и, была быстрее для алфавитно-цифровых чем для абстрактных символов. Увеличение скорости вращения с увеличением возраста, кажется непрерывным процессом (Kail, 1988), и, как другие ускоряющиеся познавательные процессы, мог бы лучше всего быть описан, используя экспоненциальную функцию.
В то время как результаты исследований, которые изучали развитие умственного вращения, являются весьма гомогенными, противоположные результаты получены в исследованиях гендерных различий детей. Linn и Petersen (1985) провели meta-анализ гендерных различий в пространственных способностей детей и взрослых. Они обнаружили устойчивые гендерные различия только при решении умственных задач на вращение и сообщили, что с 13 лет и далее мальчики показали лучшее исполнение умственного вращения, чем их ровесницы женского пола. Некоторые авторы связали появление гендерных различий с началом половой зрелости (например, Newcombe, Bandura, & Taylor, 1983; Sanders & Soares, 1986; Waber, 1976). Однако, много других исследований сообщили о гендерных различиях, одобряя мальчиков более раннего возраста (например, Levine, Huttenlocher, Taylor, & Langrock, 1999; Vederhus & Krekling, 1996; Voyer, 1995).
1.2. Умственное обучение умственному вращению взрослых и детей
Обучение умственному вращению было предметом многих исследований со взрослыми. Это могло показать, что время реакции сокращается в результате обширного повторения умственного вращения (например, Kail & Park, 1990; Kaushall & Parsons, 1981) или краткой тренировки без обширного повторения (Kass, Ahlers, & Dugger, 1998). Однако существуют очевидные указания что процесс умственного вращения как таковой не улучшается в результате тренировки умственного вращения (например, Heil, RoЁsler, Link, & Bajric, 1998; Tarr & Pinker, 1989). ). Heil и др. (1998) обнаружили, что тренировка умственного вращения чрезвычайно предметна и конкретно ориентирована. Их испытуемые показали уменьшение времени реакции только для предметов представленных в тренировочной серии, и только в том случае, если эти предметы были представлены точно под таким же углом, как и раньше. Результаты Tarr и Pinker (1989) показывают, что наклон функции умственного вращения сократился и почти исчез в результате обширного повторения. В исследовании Heil и других тренировка не оказала эффекта на скорость вращения предметов, которые были представлены в ориентации отличной от первой изученной. Умственное вращение, кажется, подменено поиском сохраненных представлений памяти.
У детей, тренировка умственному вращению изучалась крайне редко. В исследовании Marmor (1977) половина детей получила краткое обучение перед экспериментальной фазой. Тренировка включала семь проб с невыровненным стимулом на фанерном фоне, которые поворачивались вручную сначала экспериментатором и затем ребенком. Эта тренировка не оказала какого-нибудь эффекта на способность к умственному вращению. Длительная практика умственного вращения с 11 летними детьми и взрослыми была исследована Kail and Park (1990) После работы более чем на 3000 пробах умственного вращения четырех буквенно-цифровых символов детская скорость умственного вращения этих символов возрастала приблизительно в 6 раз по сравнению с предварительным тестом. Подобные результаты были получены и в другом исследовании Kail (1986) в котором даже возрастные различия в скорости умственного вращения были устранены в результате обширной тренировки. Однако, Kail и Park (1990) не обнаружили эффекта переноса на абстрактных символах. Эффект тренировки который ограничился буквенно-цифровыми символами изученными ранее и процесс умственного вращения сам по себе не казался улучшенным. Поэтому они решили, что снижение или устранение возрастных различий основано на подобной задаче извлечения сохраненных стимулом представлений.
1.3. Участие моторных процессов в умственном вращении
Тренировка ручного вращения могла бы быть подходящим методом для улучшения процесса умственного вращения как такового. Обучение взрослых показало что умственное и ручное вращение тесно связаны и в их основе лежат сходные процессы (Wexler, Kosslyn, & Berthoz, 1998; WohlschlaЁger & WohlschlaЁger, 1998). В этом обучении, было обнаружено, что умственное вращение было нарушено одновременным ручным вращением, которое осуществлялось в несовместимом направлении. Подобное исследование было проведено с детьми (Frick, Daum, Walser, & Mast, 2005) 5-, 8- и 11-ти летние дети и взрослые осуществляли умственное вращение двумерных стимулов, в то время как, выполняли ручное вращение, управляя колесом с ручкой. Направление ручного вращения оказывало эффект на время реакции умственного вращения. Анализируя результаты отдельно для каждой возрастной группы авторы обнаружили, что только для 5 и 8-ми летних детей время реакции удлиняется в случае несоответствующего направления по сравнению с соответствующим. Предположили, что в ранних возрастах умственные и моторные процессы связаны более близко, чем в более старших возрастах и во взрослости. Дополнительное подтверждение этого предположения получено в исследовании
Funk, Brugger, и Wilkening (2005). Дети в возрасте от 5-6 лет и взрослые умственно вращали изображение ладони или тыльной стороны руки. Участники исследования должны были нажать на соответствующий ответ, при этом ключевым являлось положение руки: или ладонью вниз или вверх. Когда изображение руки представленное в задаче на умственное вращение было тыльной стороной, участники были быстрее. Когда рука была изображена в положении ладонью вверх, дети отвечали, смотря на свою руку.
Более того, для всех участников увеличивалось время реакции, когда рука на картинке была изображена в положении, которому было трудно подражать собственной рукой (см. также Petit & Harris, 2005; Sekiyama, 1982). У взрослых тесную связь между умственным и ручным вращением также можно показать с помощь нейропсихологических методов. Моторные и премоторные области, которые включены в выполнение движений, также активны в течение метального вращения (например, Kosslyn, DiGirolamo, Thompson, & Alpert, 1998; Wraga, Thompson, Alpert, & Kosslyn, 2003).
2. Цели исследования и гипотезы
Немного измененная версия ручной тренировки использованная здесь была оценена в исследовании со взрослыми (Wiedenbauer, Schmid, & Jansen-Osmann, 2007). Задача участников состояла в том, чтобы вручную вращать фигуру в положение стандартной фигуры. По сравнению с контрольной группой, выполнение компьютерной задачи основанной на тесте умственного вращения в экспериментальной группе улучшилось за счет ручного обучения. Однако учебные эффекты были связаны с ускорением процесса обработки стимулов изученных в процессе тренировки. Из-за тесной связи между ручным и умственным вращением особенно у детей (Frick et al., 2005; Funk et al., 2005) мы ожидаем, что возможный эффект ручного обучения не будет предметно специфическим для детей.
Согласно Cooper and Shepard (1973), скорость умственного вращения
отражена наклоном линий регресса между временем реакции и несоответствием углов, в то время как точка пересечения должна представить кодирование стимула, сравнение стимулов, и моторный ответ.
При анализе потенциального эффекта обучения мы использовали разницу между результатами пре- и пост- тестов по времени реакции и параметрам регрессионной линии. Мы ожидали получить значимые различия [в параметрах вращения] у экспериментальной группы по сравнению с контрольной (Гипотеза 1). Сравнить разницу в оценках времени реакции для стимулов изученных в процессе предварительной тренировки и неизученных, чтобы продемонстрировать, что обучение не является предметно-специфическим (Гипотеза 2). И, наконец, мы исследовали эффекты влияния пола на умственное и ручное вращение. Благодаря существующим исследованиям, обнаружившим гендерные различия у детей, мы ожидали, что мальчики превзойдут девочек в решении задач на умственное вращение (Гипотеза 3). Однако было невозможно предсказать заранее выполнение мальчиками и девочками задач на ручное вращение, т.к. гендерные различия ручного вращения ранее никогда не исследовались. Так как эффект тренировки никогда ранее не исследовался у детей мы выбрали детей в возрасте 10-11 лет, т.к. ранее проведенные исследования показали, что дети этой возрастной группы способны использовать умственное вращение без проблем.
3. Метод
3.1. Участники
Участники исследования 71 ребенок. Семь детей были исключены, т.к. их совокупные ошибки при выполнении теста умственного вращения составили более 40%. Осталось 64 ребенка, половину из них составляли девочки, 10 и 11-ти лет (M = 10.67, SD = 0.71) Дети были набраны через местные газеты, призывающие к участию в компьютерном исследовании пространственных способностей. Перед тестированием все родители дали осознанное письменное согласие на участие своего ребенка в исследовании. Детям было оплачено их участие.
3.2. Материалы и проект
Эксперимент проводился на компьютере с 17-ти дюймовым монитором находившимся приблизительно в 50-ти сантиметрах перед испытуемыми.
Программное обеспечение 3D GameStudio A6 было использовано для создания виртуальных приложений. Входное устройство представляет собой двух кнопочную мышь и Microsoft Sidewinder точный джойстик.
3.2.1. Предварительный тест умственного вращения (MROT)
В предварительном тесте задача ребенка была определить, как можно быстрее, являются ли два представленных стимула одинаковыми или зеркальным отображением друг друга, сведя при этом количество ошибок к минимуму. Экспериментальный материал состоял из цветных рисунков шести различных животных (комплект иллюстраций дан в приложении). Картинки были взяты из цветного набора изображений Snodgrass and Vanderwart (Rossion & Pourtois, 2004; Snodgrass & Vanderwart, 1980) и мы их демонстрировали на черном фоне.
На пробе животное было представлено дважды: вертикальное статическое стандартное изображение, которое было представлено слева, рисунок для сравнения, который представлял собой повернутое изображение (идентичное первому) или зеркально отображенный рисунок (отличный от первого) располагался справа. Половина стандартных рисунков была повернута влево, а другая половина вправо. Угол несоответствия между фигурами составил 22.5°, 67.5°, 112.5°, или 157.5° по часовой стрелке и против часовой (т.е., 202.5°, 247.5°, 292.5°, or 337.5°). Каждая пара рисунков предъявлялась в восьми различных комбинациях, в зависимости от угла несоответствия, и дважды (когда рисунки одинаковы и когда они различны), таким образом, всего 96 испытаний.
Каждое испытание началось с представления на 500 миллисекунд серого 5-миллиметрового квадрата фиксации, сопровождаемого этими двумя стимулами, побуждающими детей ответить, нажимая или левую кнопку мыши, отмеченную зеленым («одинаковые») или правую кнопку, отмеченную красным («различные»).
3.2.2. Пост-тест на умственное вращение (MROT)
Параллельная версия MROT была модифицирована и использована как пост-тест. Стимулы предъявлялись в таких же углах несоответствия как и в пре-тесте. Стимулы это 12 рисунков животных, которые отличались от использованных в пре-тесте (см. Приложение). Это привело в общей сложности 192 испытаниям (то есть, удвоенное число предварительных контрольных испытаний MROT). Ни один из рисунков представленных в пре-тесте не использовался в пост-тесте.
3.2.3. Ручное обучение вращению
Как и в пре-тесте MROT вертикальный рисунок был представлен слева и рисунок для сравнения - справа. Задача ребенка состояла в ручном вращении сравниваемого рисунка до совпадения с вертикальным рисунком. 12 цветных рисунков животных использованных в обучении были взяты из набора картинок описанного выше. Чтобы изучить предметно-специфический эффект обучения, 6 из этих рисунков были взяты из стимульного материала пост-теста MROT (см. Приложение). Это привело к шести «изученным» и шести «неизученным» стимулам в пост-тесте MROT. Вертикальный и сравниваемый стимул были часто одинаковыми и различались только угловым неравенством в плоскости изображения. Угловое неравенство между двумя предъявляемыми стимулами совпадало с пре-тестом MROT. Каждый сравниваемый рисунок был представлен в каждом из восьми угловых различий. Так как каждое испытание было представлено дважды (но никогда последовательно), обучение состояло из 192 испытаний.
Устройство ввода для вращения сравниваемого рисунка представляло собой джойстик, закрепленный в картонной коробке. Это позволило удерживать джойстик, так как это можно было бы делать при повороте реального объекта в плоскости изображения (см. рис. 1).Джойстик осуществляет движение только по одной оси. Когда джойстик поворачивается вправо/влево, рисунок вращается в соответствующем направлении.
В каждом случае (пре- и пост-тест на умственное вращение и обучение ручному вращению) пробы предъявлялись в случайном порядке.
3.2.4.Замещающая задача для необучаемой (контрольной) группы
Детское издание компьютерной викторины «Кто хочет стать миллионером» (немецкая версия) использовалась в качестве замещающей задачи для детей необучаемой (контрольной) группы. Этой викторине, виртуальный мастер игры задает ребенку вопросы, после чего игрок должен выбрать из четырех вариантов правильный ответ. Степень сложности возрастает от одного вопроса к другому. Эта игра была выбрана, потому что задания (в ней) непространственные. Детям бросили вызов попытаться (решить задачу), как им сказали, задача была разработана для проверки их общих знаний.
Возможно обучать детей умственному вращению путем многократного повторения задач, однако улучшения наблюдаются только при работе с ранее изученными стимулами. Мы предположили, что из-за сходства процессов умственного и ручного вращения, обучение ручному вращению должно способствовать улучшению умственного вращения непосредственно. При таком подходе к обучению ограничение со стороны только что изученных стимулов снимается. Также исследования показали, что мальчики лучше девочек справляются с задачами на умственное вращение образов, однако при выполнении задачи на ручное вращение значимых различий не обнаружено.
Ключевые слова: Гендерные различия; Ручное обучение вращению; Умственное вращение
Ранее проведенные исследования показали, что дети чувствительны к обучению умственному вращению образов. Однако, эффект обучения распространялся только на ранее изученные объекты, сам по себе процесс умственного вращения не был улучшен, задача решалась посредством поиска подходящего представления в памяти (например, Kail, 1986; Kail & Park, 1990). Из-за близких отношений между моторным и умственным вращением мы предположили, что ручное обучение вращению могло улучшить процесс умственного вращения. Способность к умственному вращению была измерена «до» и «после» обучения ручному вращению, было произведено сравнение с контрольной группой, которая не обучалась ручному вращению, но получила непространственную замещающую задачу. Успешное обучение умственному вращению с помощью ручного вращения имеет широкое значение для учебных и познавательных установок. Кроме того, это может дать новое понимание сути познавательных процессов, лежащих в основе умственного вращения и обеспечить возможности использования результатов в образовательном исследовании, принимая во внимание взаимосвязь между способностью мысленно вращаться и, например, математическими навыками (например, Casey, Nuttal, & Pezzaris, 1997) или ориентировочным поведением в широком пространстве (Hegarty & Waller, 2005).
1.1. Способности детей к умственному вращению
Парадигма умственного вращения была предложена Shepard и Metzler (1971). Участники должны были решить, были ли два блока стимулов вращающиеся в пространстве одинаковыми или являлись зеркальным отражением друг друга. Время реакции увеличивалось линейно с увеличением углового неравенства между стимулами. Marmor (1975) была первой, кто занялся систематическим изучением умственного вращения у детей. Ее цель состояла в том, чтобы опровергнуть предположение Piaget и Inhelder (1971) о том, что дети не в состоянии представить кинетические изображения до окончания 7-8 летнего возраста. Marmor смогла показать, что даже 5-летние дети используют умственное вращение, чтобы решить задачу с двумерными числами.
Однако пятилетки были вдвое медленнее восьмилеток по скорости умственного вращения (такая разница определяется обратным наклоном регрессионной линии ментального вращения между временем реакции и углом несоответствия).
В дальнейшем исследовании выполнения задания четырехлетними детьми было показано, что существует линейная зависимость между временем реакции и углом несоответствия между объектами, типичное для умственного вращения
(Marmor, 1977). Снова скорость вращения образа была медленнее, чем у старших детей и намного медленнее, чем у взрослых. Другие исследования подтвердили эти результаты и указывают на то, что маленькие дети в возрасте до пяти лет обладают способностью умственного вращения образов (например, Kosslyn, Margolis, Barrett, & Goldknopf, 1990). Исследования Kail, Pellegrino, and Carter (1980) были посвящены дальнейшему развитию способности к умственному вращению у детей в возрасте от восьми лет и далее. Они использовали алфавитно-цифровые и абстрактные символы и обнаружили линейную функцию [описывающую] умственное вращение для детей и взрослых: скорость вращения возрастала почти вдвое с восьми лет до взрослого возраста и, была быстрее для алфавитно-цифровых чем для абстрактных символов. Увеличение скорости вращения с увеличением возраста, кажется непрерывным процессом (Kail, 1988), и, как другие ускоряющиеся познавательные процессы, мог бы лучше всего быть описан, используя экспоненциальную функцию.
В то время как результаты исследований, которые изучали развитие умственного вращения, являются весьма гомогенными, противоположные результаты получены в исследованиях гендерных различий детей. Linn и Petersen (1985) провели meta-анализ гендерных различий в пространственных способностей детей и взрослых. Они обнаружили устойчивые гендерные различия только при решении умственных задач на вращение и сообщили, что с 13 лет и далее мальчики показали лучшее исполнение умственного вращения, чем их ровесницы женского пола. Некоторые авторы связали появление гендерных различий с началом половой зрелости (например, Newcombe, Bandura, & Taylor, 1983; Sanders & Soares, 1986; Waber, 1976). Однако, много других исследований сообщили о гендерных различиях, одобряя мальчиков более раннего возраста (например, Levine, Huttenlocher, Taylor, & Langrock, 1999; Vederhus & Krekling, 1996; Voyer, 1995).
1.2. Умственное обучение умственному вращению взрослых и детей
Обучение умственному вращению было предметом многих исследований со взрослыми. Это могло показать, что время реакции сокращается в результате обширного повторения умственного вращения (например, Kail & Park, 1990; Kaushall & Parsons, 1981) или краткой тренировки без обширного повторения (Kass, Ahlers, & Dugger, 1998). Однако существуют очевидные указания что процесс умственного вращения как таковой не улучшается в результате тренировки умственного вращения (например, Heil, RoЁsler, Link, & Bajric, 1998; Tarr & Pinker, 1989). ). Heil и др. (1998) обнаружили, что тренировка умственного вращения чрезвычайно предметна и конкретно ориентирована. Их испытуемые показали уменьшение времени реакции только для предметов представленных в тренировочной серии, и только в том случае, если эти предметы были представлены точно под таким же углом, как и раньше. Результаты Tarr и Pinker (1989) показывают, что наклон функции умственного вращения сократился и почти исчез в результате обширного повторения. В исследовании Heil и других тренировка не оказала эффекта на скорость вращения предметов, которые были представлены в ориентации отличной от первой изученной. Умственное вращение, кажется, подменено поиском сохраненных представлений памяти.
У детей, тренировка умственному вращению изучалась крайне редко. В исследовании Marmor (1977) половина детей получила краткое обучение перед экспериментальной фазой. Тренировка включала семь проб с невыровненным стимулом на фанерном фоне, которые поворачивались вручную сначала экспериментатором и затем ребенком. Эта тренировка не оказала какого-нибудь эффекта на способность к умственному вращению. Длительная практика умственного вращения с 11 летними детьми и взрослыми была исследована Kail and Park (1990) После работы более чем на 3000 пробах умственного вращения четырех буквенно-цифровых символов детская скорость умственного вращения этих символов возрастала приблизительно в 6 раз по сравнению с предварительным тестом. Подобные результаты были получены и в другом исследовании Kail (1986) в котором даже возрастные различия в скорости умственного вращения были устранены в результате обширной тренировки. Однако, Kail и Park (1990) не обнаружили эффекта переноса на абстрактных символах. Эффект тренировки который ограничился буквенно-цифровыми символами изученными ранее и процесс умственного вращения сам по себе не казался улучшенным. Поэтому они решили, что снижение или устранение возрастных различий основано на подобной задаче извлечения сохраненных стимулом представлений.
1.3. Участие моторных процессов в умственном вращении
Тренировка ручного вращения могла бы быть подходящим методом для улучшения процесса умственного вращения как такового. Обучение взрослых показало что умственное и ручное вращение тесно связаны и в их основе лежат сходные процессы (Wexler, Kosslyn, & Berthoz, 1998; WohlschlaЁger & WohlschlaЁger, 1998). В этом обучении, было обнаружено, что умственное вращение было нарушено одновременным ручным вращением, которое осуществлялось в несовместимом направлении. Подобное исследование было проведено с детьми (Frick, Daum, Walser, & Mast, 2005) 5-, 8- и 11-ти летние дети и взрослые осуществляли умственное вращение двумерных стимулов, в то время как, выполняли ручное вращение, управляя колесом с ручкой. Направление ручного вращения оказывало эффект на время реакции умственного вращения. Анализируя результаты отдельно для каждой возрастной группы авторы обнаружили, что только для 5 и 8-ми летних детей время реакции удлиняется в случае несоответствующего направления по сравнению с соответствующим. Предположили, что в ранних возрастах умственные и моторные процессы связаны более близко, чем в более старших возрастах и во взрослости. Дополнительное подтверждение этого предположения получено в исследовании
Funk, Brugger, и Wilkening (2005). Дети в возрасте от 5-6 лет и взрослые умственно вращали изображение ладони или тыльной стороны руки. Участники исследования должны были нажать на соответствующий ответ, при этом ключевым являлось положение руки: или ладонью вниз или вверх. Когда изображение руки представленное в задаче на умственное вращение было тыльной стороной, участники были быстрее. Когда рука была изображена в положении ладонью вверх, дети отвечали, смотря на свою руку.
Более того, для всех участников увеличивалось время реакции, когда рука на картинке была изображена в положении, которому было трудно подражать собственной рукой (см. также Petit & Harris, 2005; Sekiyama, 1982). У взрослых тесную связь между умственным и ручным вращением также можно показать с помощь нейропсихологических методов. Моторные и премоторные области, которые включены в выполнение движений, также активны в течение метального вращения (например, Kosslyn, DiGirolamo, Thompson, & Alpert, 1998; Wraga, Thompson, Alpert, & Kosslyn, 2003).
2. Цели исследования и гипотезы
Немного измененная версия ручной тренировки использованная здесь была оценена в исследовании со взрослыми (Wiedenbauer, Schmid, & Jansen-Osmann, 2007). Задача участников состояла в том, чтобы вручную вращать фигуру в положение стандартной фигуры. По сравнению с контрольной группой, выполнение компьютерной задачи основанной на тесте умственного вращения в экспериментальной группе улучшилось за счет ручного обучения. Однако учебные эффекты были связаны с ускорением процесса обработки стимулов изученных в процессе тренировки. Из-за тесной связи между ручным и умственным вращением особенно у детей (Frick et al., 2005; Funk et al., 2005) мы ожидаем, что возможный эффект ручного обучения не будет предметно специфическим для детей.
Согласно Cooper and Shepard (1973), скорость умственного вращения
отражена наклоном линий регресса между временем реакции и несоответствием углов, в то время как точка пересечения должна представить кодирование стимула, сравнение стимулов, и моторный ответ.
При анализе потенциального эффекта обучения мы использовали разницу между результатами пре- и пост- тестов по времени реакции и параметрам регрессионной линии. Мы ожидали получить значимые различия [в параметрах вращения] у экспериментальной группы по сравнению с контрольной (Гипотеза 1). Сравнить разницу в оценках времени реакции для стимулов изученных в процессе предварительной тренировки и неизученных, чтобы продемонстрировать, что обучение не является предметно-специфическим (Гипотеза 2). И, наконец, мы исследовали эффекты влияния пола на умственное и ручное вращение. Благодаря существующим исследованиям, обнаружившим гендерные различия у детей, мы ожидали, что мальчики превзойдут девочек в решении задач на умственное вращение (Гипотеза 3). Однако было невозможно предсказать заранее выполнение мальчиками и девочками задач на ручное вращение, т.к. гендерные различия ручного вращения ранее никогда не исследовались. Так как эффект тренировки никогда ранее не исследовался у детей мы выбрали детей в возрасте 10-11 лет, т.к. ранее проведенные исследования показали, что дети этой возрастной группы способны использовать умственное вращение без проблем.
3. Метод
3.1. Участники
Участники исследования 71 ребенок. Семь детей были исключены, т.к. их совокупные ошибки при выполнении теста умственного вращения составили более 40%. Осталось 64 ребенка, половину из них составляли девочки, 10 и 11-ти лет (M = 10.67, SD = 0.71) Дети были набраны через местные газеты, призывающие к участию в компьютерном исследовании пространственных способностей. Перед тестированием все родители дали осознанное письменное согласие на участие своего ребенка в исследовании. Детям было оплачено их участие.
3.2. Материалы и проект
Эксперимент проводился на компьютере с 17-ти дюймовым монитором находившимся приблизительно в 50-ти сантиметрах перед испытуемыми.
Программное обеспечение 3D GameStudio A6 было использовано для создания виртуальных приложений. Входное устройство представляет собой двух кнопочную мышь и Microsoft Sidewinder точный джойстик.
3.2.1. Предварительный тест умственного вращения (MROT)
В предварительном тесте задача ребенка была определить, как можно быстрее, являются ли два представленных стимула одинаковыми или зеркальным отображением друг друга, сведя при этом количество ошибок к минимуму. Экспериментальный материал состоял из цветных рисунков шести различных животных (комплект иллюстраций дан в приложении). Картинки были взяты из цветного набора изображений Snodgrass and Vanderwart (Rossion & Pourtois, 2004; Snodgrass & Vanderwart, 1980) и мы их демонстрировали на черном фоне.
На пробе животное было представлено дважды: вертикальное статическое стандартное изображение, которое было представлено слева, рисунок для сравнения, который представлял собой повернутое изображение (идентичное первому) или зеркально отображенный рисунок (отличный от первого) располагался справа. Половина стандартных рисунков была повернута влево, а другая половина вправо. Угол несоответствия между фигурами составил 22.5°, 67.5°, 112.5°, или 157.5° по часовой стрелке и против часовой (т.е., 202.5°, 247.5°, 292.5°, or 337.5°). Каждая пара рисунков предъявлялась в восьми различных комбинациях, в зависимости от угла несоответствия, и дважды (когда рисунки одинаковы и когда они различны), таким образом, всего 96 испытаний.
Каждое испытание началось с представления на 500 миллисекунд серого 5-миллиметрового квадрата фиксации, сопровождаемого этими двумя стимулами, побуждающими детей ответить, нажимая или левую кнопку мыши, отмеченную зеленым («одинаковые») или правую кнопку, отмеченную красным («различные»).
3.2.2. Пост-тест на умственное вращение (MROT)
Параллельная версия MROT была модифицирована и использована как пост-тест. Стимулы предъявлялись в таких же углах несоответствия как и в пре-тесте. Стимулы это 12 рисунков животных, которые отличались от использованных в пре-тесте (см. Приложение). Это привело в общей сложности 192 испытаниям (то есть, удвоенное число предварительных контрольных испытаний MROT). Ни один из рисунков представленных в пре-тесте не использовался в пост-тесте.
3.2.3. Ручное обучение вращению
Как и в пре-тесте MROT вертикальный рисунок был представлен слева и рисунок для сравнения - справа. Задача ребенка состояла в ручном вращении сравниваемого рисунка до совпадения с вертикальным рисунком. 12 цветных рисунков животных использованных в обучении были взяты из набора картинок описанного выше. Чтобы изучить предметно-специфический эффект обучения, 6 из этих рисунков были взяты из стимульного материала пост-теста MROT (см. Приложение). Это привело к шести «изученным» и шести «неизученным» стимулам в пост-тесте MROT. Вертикальный и сравниваемый стимул были часто одинаковыми и различались только угловым неравенством в плоскости изображения. Угловое неравенство между двумя предъявляемыми стимулами совпадало с пре-тестом MROT. Каждый сравниваемый рисунок был представлен в каждом из восьми угловых различий. Так как каждое испытание было представлено дважды (но никогда последовательно), обучение состояло из 192 испытаний.
Устройство ввода для вращения сравниваемого рисунка представляло собой джойстик, закрепленный в картонной коробке. Это позволило удерживать джойстик, так как это можно было бы делать при повороте реального объекта в плоскости изображения (см. рис. 1).Джойстик осуществляет движение только по одной оси. Когда джойстик поворачивается вправо/влево, рисунок вращается в соответствующем направлении.
В каждом случае (пре- и пост-тест на умственное вращение и обучение ручному вращению) пробы предъявлялись в случайном порядке.
3.2.4.Замещающая задача для необучаемой (контрольной) группы
Детское издание компьютерной викторины «Кто хочет стать миллионером» (немецкая версия) использовалась в качестве замещающей задачи для детей необучаемой (контрольной) группы. Этой викторине, виртуальный мастер игры задает ребенку вопросы, после чего игрок должен выбрать из четырех вариантов правильный ответ. Степень сложности возрастает от одного вопроса к другому. Эта игра была выбрана, потому что задания (в ней) непространственные. Детям бросили вызов попытаться (решить задачу), как им сказали, задача была разработана для проверки их общих знаний.
3.3. Методика проведения
Экспериментальная серия продолжалась 60 минут и проводилась в лаборатории Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе. Двое детей тестировались одновременно; в случайном порядке в каждой паре выбирался один ребенок из экспериментальной группы и один из контрольной, в результате целых 32 [пары] детей по группе (половина из них были девочки). Дети были обязаны использовать наушники, и были разделены подвижными стенами, чтобы минимизировать факторы, отвлекающие внимание. Они были ознакомлены с тестом (MROT) в 24 практических пробах. Только в процессе ознакомления они получали обратную связь для каждой пробы («правильная»/«ложная»). Ни один из рисунков использовавшихся здесь не был представлен в последующей экспериментальной фазе тестирования MROT. После 5-ти минутного перерыва последовавшего за пре-тестом, экспериментальная группа завершила ручное обучение вращению, в то время как контрольная группа приняла участие в компьютерной викторине за, то же самое количество времени. Детям экспериментальной группы было показано, как использовать джойстик, и [они] были проинструктированы вращать сравниваемый рисунок в пространственную ориентацию стандартного рисунка и затем нажать «горячую кнопку» джойстика. Было возможно выполнить необходимое вращение в одним быстрым движением. Если ориентация в пространстве стандартного рисунка и сравниваемого отличались более чем на 15° вправо или влево, попытка регистрировалась как ошибочная и слово «ложное» было представлено в красных письмах [видимо имеется в виду выплывающее предупреждение о допущенной ошибке]. После того как дети завершили ручное вращение и компьютерную викторину, соответственно у всех детей был пятиминутный перерыв и впоследствии должны были выполнить пост-тест MROT.
Приложение
Название рисунков использованных в пре- и пост-тесте MROT и ручном обучении.
А. MROT пре-тест: слон, лиса, крокодил, корова, леопард, лошадь
В. Обучение ручному вращению: медведь, осел, собака, свинья, тигр, козел, обезьяна, кролик, кошка, мышь, черепаха, морской лев.
С. MROT пост-тест: медведь, осел, собака, свинья, тигр, козел, верблюд, лев, носорог, олень, овца, енот.
Перевод подготовлен Соколовой Татьяной Дмитриевной
педагог-психолог лаборатории теоретических и экспериментальных проблем
культурно-истоической психологии, Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
педагог-психолог лаборатории теоретических и экспериментальных проблем
культурно-истоической психологии, Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
Божович Лидия Ильинична
