空間認(rèn)知是認(rèn)知心理學(xué)的一個重要分支，是人類認(rèn)知事物的重要方面之一�？臻g認(rèn)知的研究重點是人的空間方位識別能力。在自然界中，空間方位的識別對于一切動物（包括人類）都有著重要的生存適應(yīng)作用�？臻g再定向（spatialreorientation）是指動物（包括人類）在某一陌生環(huán)境中迷失方向后，他們可能會依據(jù)空間中的幾何信息或特定的路標(biāo)線索等非幾何信息重新確定自己的方位，進而找到正確的返回路線（Cheng，1986；Huttenlocher&Vasilyeva，2003）。

　　摘要：空間再定向是指迷失方向的個體在空間中重新確定自己方位并找回迷失方向前丟失或被隱藏物體的能力。幾何模塊理論、適應(yīng)性結(jié)合理論和視覺圖像匹配理論都能夠?qū)�兒童空間再定向做出一定解釋，但三者之間互不相容，并存在局限：解釋不了語言對整合幾何和非幾何信息的影響、環(huán)境空間大小和參照系選擇對再定向的影響以及空間再定向中性別差異的現(xiàn)象。今后研究應(yīng)注意實驗的生態(tài)效應(yīng)、空間條件的規(guī)則性、幾何信息的直接性與間接性以及對三個理論的整合。

　　關(guān)鍵詞：兒童,空間再定向,幾何模塊論,適應(yīng)性結(jié)合理論,視覺圖像匹配理論

　　1引言

　　再定向找物（thereorientationtask）是探討動物及人類的空間再定向能力的一個研究范式，即通過創(chuàng)設(shè)一定形狀的空間環(huán)境，讓迷失方向的（disoriented）動物或人類在這個空間中根據(jù)所提供的幾何或非幾何線索重新確定自己的方向，從而找出在其迷失方向前所隱藏的目標(biāo)物（Hermer&Spelke，1994，1996）。自從Cheng（1986）對大鼠在一個矩形封閉空間中再定向行為進行研究之后，在過去的20多年中，研究者采用再定向找物對動物及人類的空間再定向進行了廣泛和深入的研究，這些研究主要集中在探討引導(dǎo)再定向行為的環(huán)境線索，包括幾何線索和非幾何線索（紋理、顏色、氣味等）。在眾多的研究中，關(guān)于動物和人類是如何利用環(huán)境線索的觀點卻沒有達成一致的解釋。主要觀點有幾何模塊理論、適應(yīng)性結(jié)合理論和基于視覺圖像匹配的快照理論，每一種理論得到相應(yīng)的實驗研究的證明。然而，隨著研究的深入，研究者們對這三種理論解釋提出了質(zhì)疑和反駁，每種理論似乎都逐漸呈現(xiàn)出其局限性。

　　2幾何模塊理論（modulartheory）

　　2.1理論內(nèi)容

　　該理論來源于Cheng（1986），認(rèn)為再定向以封閉的幾何模塊為基礎(chǔ)，大腦中某個特定區(qū)域是用來編碼幾何信息的，即通過對環(huán)境形狀進行編碼，可以把目標(biāo)物與其在環(huán)境中的位置聯(lián)系起來，形成固定的位置標(biāo)記。只要記住這種標(biāo)記，就可以準(zhǔn)確地進行再定向。以幾何模塊加工為基礎(chǔ)的再定向與對三維空間布局的敏感性有關(guān)，在三維空間布局中對幾何信息的加工計算是自動化的、具體的，與其他認(rèn)知加工過程是分開的。在三維空間布局中的再定向需要對表面距離和左右關(guān)系這些幾何信息具有高度敏感性，與其他環(huán)境線索相比，這些幾何線索是具有優(yōu)先利用性。

　　2.2理論證明

　　封閉空間即連續(xù)表面圍成的環(huán)境。為了研究空間再定向中對幾何信息的加工過程，很多實驗都是在墻壁圍成某種形狀的封閉空間中觀察分析被試的再定向行為。這種對封閉空間的再定向研究起源于Cheng對大鼠的空間再定向能力的經(jīng)典研究。為排除外在條件的影響，Cheng讓大鼠在封閉矩形籠子里尋找食物，并設(shè)置了兩種條件，分別為無路標(biāo)線索條件和有路標(biāo)線索條件。在前一種條件下，籠子四周沒有任何參照物，籠子的四個側(cè)面除了形狀不同，其他特征都相同；相反，在后一種條件下，給予大鼠不同的路標(biāo)線索，如將籠子的一面做成白色，其他三面為黑色，并且籠子的每個角落所放置的板子在觸覺、味覺和嗅覺上都有區(qū)別。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種條件下，大鼠均產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)錯誤，即在正確角落和對角之間的搜索次數(shù)沒有顯著性差異，說明大鼠主要依據(jù)籠子的幾何形狀確定自身位置，而不采用其它非幾何路標(biāo)線索。因此，Cheng提出空間認(rèn)知是以幾何模塊為基礎(chǔ)的理論，認(rèn)為在空間再定向任務(wù)中大鼠主要依賴了幾何信息，而對非幾何信息（如顏色、質(zhì)地，氣味等）不敏感。

　　在對人類的再定向研究中，Hermer和Spelke（1994，1996）最先對兒童的空間再定向能力進行研究。研究沿用了Cheng用于大鼠空間再定向的范式，在一個1.9m×1.2m的矩形房間中考察兒童的空間再定向能力，同樣設(shè)置了兩種條件，分別為房間四面墻均為白色和房間一面墻為藍色、三面墻為白色。先把一串鑰匙藏在房間的一個角落，并用檔板擋住，然后讓兒童站在房間的中心位置上閉眼轉(zhuǎn)四圈，之后睜眼尋找隱藏的鑰匙。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，和大鼠類似，3-5歲兒童也只能利用矩形房間的幾何信息，而不能利用矩形房間的非幾何信息來再定向。如圖1所示，如果把靶物體藏在B處，兒童可以根據(jù)房間的幾何形狀來再定向，在正確位置B和與B具有相同幾何意義的對角位置C尋找靶物體。從位于矩形房間中心的兒童來看，B和C的左邊都是長邊，B和C的右邊都是短邊。但是，如果把該矩形房間的一面墻（如BD邊）改為藍色，其他三面保持白色。藍色邊BD就可作為一種非幾何信息來確立靶物體的位置，此位置有獨特的幾何信息和非幾何信息，即靶物體在藍色邊的左端。然而，兒童卻不會利用這面顏色不同的墻來確定靶物體的位置，仍然會選擇與靶物體所在位置相同的對角。

　　據(jù)此，Hermer和Spelke認(rèn)為，年幼兒童在空間再定向任務(wù)中只利用幾何信息而忽略非幾何信息，因為年幼兒童與一些非人類動物一樣，主要依賴于較原始的幾何模塊。盡管迷失方向的兒童或動物可能利用了環(huán)境中有區(qū)分性的物體、有顏色的墻壁或其他非幾何線索來引導(dǎo)自己的行為，但是這些非幾何線索只是作為尋找靶物體的直接線索，而不用于再定向。

　　Gouteux，Vauclair和Thinus-Blanc（2001）采用小模型環(huán)境對3-5歲兒童的再定向進行了研究。在沒有呈現(xiàn)非幾何信息的矩形模型中，4歲兒童在正確角落和對角上產(chǎn)生了混淆，出現(xiàn)了180°的選擇性模糊，說明兒童能夠利用矩形模型中的幾何信息。雖然這個年齡比大矩形空間測得的年齡要大，但卻說明不僅當(dāng)兒童置于矩形環(huán)境中時能利用幾何信息，而且當(dāng)兒童面對小模型的環(huán)境空間時，也同樣能夠利用小模型所提供的幾何信息進行再定向。Lourenco和Huttenlocher（2006）對18-24個月兒童的再定向進行研究。讓其中一組兒童在一個等腰三角形小房間中（沒有非幾何特征）進行再定向任務(wù)，另一組兒童在相同形狀的桌面盒子外進行再定向任務(wù)，最后比較兩組兒童的成績。結(jié)果顯示，在這兩種條件下，兒童都能夠確定隱藏物體的位置。說明了基于形狀的再定向不僅適于置身其中的環(huán)境，也適合于封閉環(huán)境外看到的情形�？梢姡�在這一領(lǐng)域的研究中，采用類似材料與過程的實驗得到了比較穩(wěn)定的結(jié)果，兒童都表現(xiàn)出對幾何信息的優(yōu)先利用。

　　2.3幾何模塊理論的局限性

　　雖然幾何模塊理論已經(jīng)得到大量實驗證據(jù)的支持，但是隨著研究的深入，幾何模塊理論似乎呈現(xiàn)出越來越多的局限性。具體表現(xiàn)為以下幾方面：

　　2.3.1幾何模塊編碼只對明顯的幾何信息敏感

　　如果大腦特定區(qū)域?qū)θ魏螏缀涡畔⒍济舾械脑挘�那么，兒童�?yīng)該能夠很容易地觀察到由若干個分離物體所圍成的不明顯的幾何形狀，能夠利用這些非連續(xù)的、不明顯的幾何信息進行再定向。然而，研究者們的研究卻否定了這一假設(shè)，對幾何信息的利用似乎只適于封閉空間內(nèi)部。當(dāng)環(huán)境空間由分離的路標(biāo)或其他排列構(gòu)成時，兒童不能利用幾何信息進行再定向。Gouteux和Spelke（2001）在圓形空間中用三個彼此不相連的、不同盒子構(gòu)成了一個直角三角形。雖然這個三角形的邊長并不相等，但是迷失方向的兒童仍然不能利用三角形的差異信息進行再定向。當(dāng)把盒子改為四個時，3—4歲的兒童也不能根據(jù)盒子構(gòu)成的矩形排列所提供的幾何結(jié)構(gòu)來確定靶物體的位置。

　　使用其它形狀及不同物體作隱藏地點的大量研究也得到了相同結(jié)果。Lee，Shusterman和Spelke（2006）在一個圓形房間中對4歲兒童進行測試，房間里有三個盒子，其中兩個相同。當(dāng)靶物體藏于獨特盒子時，兒童在迷失方向后準(zhǔn)確地走向獨特盒子找回靶物體；但當(dāng)靶物體藏于兩個相同盒子之一時，兒童卻經(jīng)常在這兩個相同盒子之間產(chǎn)生混淆。說明獨特盒子已成為確定靶物體位置的直接線索，而不是方向信號。Gibson，Leichtman，Costa和Bemis（2009）讓兒童在由電腦屏幕呈現(xiàn)的三個物體中進行再定向。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與三個物體是分離的條件相比，在有線條將三個物體連接起來的條件下，兒童利用幾何信息進行尋找的正確率明顯提高。Lee和Spelke（2011）的研究呈現(xiàn)四個深藍色圓柱體，這四個圓柱體構(gòu)成了一個矩形。結(jié)果38-51個月的兒童不能在這個矩形中進行再定向。由此可見，在由分離的物體構(gòu)成的矩形幾何形狀中，兒童不能像在封閉矩形中那樣利用矩形所提供的幾何信息進行再定向。顯然，分離物體所呈現(xiàn)的幾何信息不如封閉空間所呈現(xiàn)的幾何信息明顯，而這些實驗都證明了兒童對這些不太明顯的幾何信息是不敏感的，因此盡管存在幾何信息，但是兒童卻不能利用這些信息進行再定向。另外，Lew，Gibbons，Murphy和Bremner（2010）設(shè)置對稱矩形封閉空間、不對稱四邊形封閉空間、對稱矩形排列、不對稱四邊形排列、對稱三角形排列、不對稱三角形排列，考察18個月至3歲兒童利用幾何信息進行再定向的情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，存在對稱信息時，兒童能夠利用幾何信息，而空間中沒有對稱信息時，兒童不能利用幾何信息，即兒童利用幾何信息進行空間再定向只適用于對稱空間中。

　　2.3.2幾何模塊編碼只適用于三維結(jié)構(gòu)

　　證明幾何模塊編碼合理性的實驗有一個共同特點，即都是在三維空間中進行的。而當(dāng)在二維結(jié)構(gòu)中進行再定向任務(wù)時，兒童對幾何信息的利用就存在一定局限性。在以二維圖像形式呈現(xiàn)的空間中，兒童的再定向表現(xiàn)遠遠不如在相同形狀的三維空間中。Gibson，Leichtman，Kung和Simpson（2007）在電腦屏幕上給兒童呈現(xiàn)二維圖片，圖片上由三個相同的獨立物體形成一個三角形，讓兒童在這個三角形中進行再定向，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3-6歲兒童在二維結(jié)構(gòu)中不會利用幾何信息進行再定向。Lee和Spelke（2008）發(fā)現(xiàn)，即使是用5厘米寬的磁帶線將空間中的物體圍成一個幾何形狀，兒童也不會依據(jù)由磁帶線構(gòu)成的幾何形狀來進行再定向，只有當(dāng)把磁帶線改為高達3/4英尺的墻壁時，兒童才能利用這個墻壁所形成的較明顯的幾何形狀來再定向。Lee和Spelke把這種現(xiàn)象歸結(jié)為三維結(jié)構(gòu)的作用。他們在地板上給兒童呈現(xiàn)一個黑色的二維特征矩形結(jié)構(gòu)，同樣發(fā)現(xiàn)38-51個月的兒童在矩形四個角落上隨機進行搜索，而不能利用所呈現(xiàn)的幾何信息進行再定向（Lee&Spelke，2011）。

　　2.3.3幾何模塊理論沒有揭示出兒童利用哪些幾何屬性進行再定向

　　雖然已有大量研究證明了幾何模塊理論的合理性，但是這些研究并未解決這樣的問題：兒童是怎樣對幾何信息進行編碼和利用的？他們是通過哪些基本的幾何屬性來確定自己在環(huán)境中的位置以及靶物體的位置？

　　許多研究都是在矩形空間中進行的，這樣，兒童可以通過構(gòu)成矩形空間的圍墻長度、距離和方向產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的不確定性（180°的選擇模糊性），自然會在正確角落和相差180°的對角上產(chǎn)生混淆。因此，在矩形中，兒童可能利用了長度、距離和方向信息。由此可以推論，當(dāng)呈現(xiàn)的幾何形狀不同時，給兒童提供的幾何信息也是不一樣的，如果幾何模塊編碼對任何幾何信息都敏感，那么，無論提供了哪一種幾何信息，兒童都應(yīng)該能夠察覺到這種可辨別信息并且利用它進行再定向。然而，相關(guān)研究卻表明兒童在這一方面的局限性。

　　Huttenlocher和Vasilyeva（2003）讓迷失方向的2歲兒童在一個等腰三角形空間中尋找玩具。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兒童尋找的正確率為70%。說明兒童能利用既有長度差異也有角度差異的三角形空間的幾何信息進行再定向，但是兒童所利用的幾何信息卻不涉及角度差異。因為等腰三角形的頂角與兩個底角存在角度差異。如果兒童能利用這些角度信息，則他們在頂角的正確率應(yīng)該最高，并且在兩個相等的底角之間也應(yīng)該產(chǎn)生更多混淆，而實驗結(jié)果卻非如此。Hupbach和Nadel（2005）在一個菱形（內(nèi)角為60°、120°、60°、120°）房間內(nèi)對2-6歲兒童進行測試。每次實驗將靶物體隱藏在菱形的不同角落，讓兒童在迷失方向后尋找。年齡較大的兒童在正確角落和幾何對等角落中尋找物體，顯示出對幾何學(xué)形狀的成功利用。反之，3歲兒童和更小兒童在迷失方向后卻隨意地在四個角落進行搜索，顯然無法將角度信息作為再定向的線索或者作為隱藏物的位置標(biāo)記。李富洪、孫弘進、李紅、曹碧華和鄔德利（2008）采用幾何信息更豐富的等腰梯形空間考察了2-3.6歲兒童的再定向能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兒童并不會利用新增的幾何信息來確定靶物體，與在矩形空間中一樣，并沒有整合梯形的角度差異和邊長差異做出準(zhǔn)確判斷。Lee，Sovrano和Spelke（2012）給2歲兒童提供封閉或破裂的菱形空間和矩形空間，探索了再定向任務(wù)中迷失方向的兒童對長度、角度、距離和方向信息的敏感性。結(jié)果表明，兒童根據(jù)一些但非所有的幾何屬性進行再定向：利用了菱形或矩形空間中的距離和方向信息進行再定向，而對長度和角度信息不敏感。因此，兒童在再定向任務(wù)中對幾何信息的利用是有限的，他們只能利用某些幾何信息而對其他幾何信息不敏感，也不會整合多重幾何屬性來做出更好的定向。2.3.4幾何模塊理論解釋不了兒童利用非幾何信

　　息進行再定向的現(xiàn)象

　　根據(jù)幾何模塊論的觀點，空間再定向是由一個對空間幾何信息進行加工的“封裝”系統(tǒng)完成的，其他任何信息無法進入此系統(tǒng)。盡管某些條件下兒童能夠利用路標(biāo)信息，但該路標(biāo)信息并不是用于再定向，而只是用于找回靶物體的一個直接線索（Wang&Spelke，2002；Leeeta1.，2006）。然而，越來越多的研究表明事實并非如此。Newcombe，Ratliff，Shallcross和Twyman（2009）用兩種方法考察了兒童再定向中對特征信息的利用。他們用一個幾何結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的徑向?qū)ΨQ八邊形空間作為實驗材料。當(dāng)八邊形的邊都是白色時，2—3歲兒童能夠在幾何正確的位置上進行選擇，證明了兒童能夠在徑向?qū)ΨQ的空間中利用幾何信息進行再定向而不僅僅局限于單一對稱軸的空間。當(dāng)八邊形的一條邊為紅色其他邊為白色，即有兩個角為白色邊和紅色邊的夾角時，如果兒童僅僅把非幾何信息作為直接線索而不作為再定向依據(jù)的話，兒童就會在這兩個角落上產(chǎn)生混淆。但實驗結(jié)果卻非如此，3歲和5歲兒童都能夠結(jié)合幾何信息和顏色信息進行再定向。李富洪、曹碧華、謝超香、孫弘進和李紅（2011）在矩形房間的四角設(shè)置顏色不同的檔板作為路標(biāo)線索，以平均年齡為3.5歲的兒童作為被試。研究發(fā)現(xiàn)，在幾何信息與路標(biāo)信息同時存在時，幼兒可以對二者進行整合；而只有路標(biāo)信息時，兒童也能依據(jù)路標(biāo)信息并結(jié)合左右方位準(zhǔn)確地再定向。

　　3適應(yīng)性結(jié)合理論（adaptivecornbinationtheory）

　　3.1理論內(nèi)容

　　盡管已有一些實驗證明再定向依賴于環(huán)境的幾何形狀，但是其他一些實驗也提供了不少反駁。適應(yīng)性結(jié)合理論就是一個有影響力的觀點，它強調(diào)再定向是以環(huán)境中所有可感知的信息資源為基礎(chǔ)，并且每種資源都是按照它的顯著性和有效性而被不同年齡兒童賦予了不同的權(quán)重（Newcombe&Ratliff，2007）。適應(yīng)性結(jié)合理論認(rèn)為，空間再定向能力與對相關(guān)信息進行編碼的能力是有關(guān)的。這兩種能力對環(huán)境中的相關(guān)信息賦予權(quán)重，然后根據(jù)已有經(jīng)驗中每種信息的效用來構(gòu)成一個最佳組合，利用這種組合完成再定向任務(wù)。因此，兒童能否利用非幾何信息與這些信息的顯著性和有效性有關(guān)。無論是幾何信息還是非幾何信息，顯著的物體能被當(dāng)作可靠線索來引導(dǎo)再定向行為。適應(yīng)性結(jié)合理論和幾何模塊理論之間的爭論焦點在于兒童能否整合利用幾何和非幾何信息進行再定向。按照幾何模塊理論的觀點，個體對環(huán)境的空間形狀是敏感的，兒童像動物一樣只利用環(huán)境中的幾何信息而忽略了非幾何信息進行再定向；然而，按照適應(yīng)性結(jié)合理論的觀點，兒童是將環(huán)境線索的顯著性和有效性作為再定向的基礎(chǔ)，幾何信息和非幾何信息同樣能夠被用于再定向。支持適應(yīng)性結(jié)合理論的證據(jù)主要是來自于兒童能整合幾何信息和非幾何信息進行再定向的相關(guān)研究。

　　3.2理論證明——兒童不能利用非幾何信息的原因

　　3.2.1路標(biāo)的固定可靠性

　　Hermer和Spelke采用被試內(nèi)設(shè)計，讓所有被試都參與兩種條件的實驗（四面墻壁顏色相同和有一面墻壁顏色與眾不同），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兒童不能利用顏色與眾不同的墻壁作為再定向的依據(jù)。研究者認(rèn)為，兒童先后交替參加這兩種條件的實驗時，雖然意識到顏色信息的存在，但是可能認(rèn)為墻壁的顏色是隨時更換的，是不穩(wěn)定的，所以沒有將顏色作為再定向的依據(jù)。Hermer和Spelke（1996）在實驗中用玩具汽車、玩具熊與盒子作為路標(biāo)，結(jié)果兒童沒有利用這些路標(biāo)來尋找物體。Wang，Hermer和Spelke（1999）采用正方形空間研究了路標(biāo)的固定性與熟悉性對兒童空間再定向的影響。在實驗中，近2歲的兒童不能利用顏色不同的墻壁來準(zhǔn)確找到靶物體。但是，當(dāng)其中一面墻上呈現(xiàn)一個凸起物時，兒童會將這個凸起物作為線索，與紅色墻壁聯(lián)系在一起，因為凸起物增加了非幾何線索的固定性（引自鄔德利，李富洪，孫弘進，李紅，2007）。

　　由上可見，兒童會根據(jù)路標(biāo)信息的可靠性程度對其賦予權(quán)重。當(dāng)路標(biāo)信息是可靠的，兒童會對其賦予較高權(quán)重，從而加以利用；而當(dāng)路標(biāo)信息不固定、不可靠時，兒童就會忽略這些信息。在兒童的經(jīng)驗中，非幾何信息都是小的、可移動的物體，是不可靠的線索。而墻壁或大物體中的幾何信息都是穩(wěn)定、顯著的。兒童認(rèn)識那些提供可靠線索的潛在路標(biāo)并且對其賦予高權(quán)重。因此，當(dāng)環(huán)境布局的幾何信息是微弱或不可靠時，這些幾何信息對兒童再定向的影響應(yīng)該變小或消失。

　　3.2.2信息的顯著性

　　目前有關(guān)兒童再定向的研究主要考察了對幾何信息和非幾何信息的利用。在這些研究中，幾何信息是以一種非常強烈的形式呈現(xiàn)的，而非幾何的特征信息卻遠遠沒有幾何信息那么強烈。突出的、顯著的信息容易被兒童捕獲并且加以利用。而當(dāng)信息不突出時，即便是幾何信息兒童也照樣不能利用（Gouteux&Spelke，2001；Leeeta1.，2006；Lee&Spelke，2011）。Nardini，Atkinson和Burgess（2008）指出，以往的研究設(shè)計（Hermer&Spelke，1994，1996；Cheng&Newcombe，2005）并沒有完全體現(xiàn)出兒童利用顏色信息的能力，因為那些實驗條件本身就傾向于給兒童提供更多的幾何信息。因此，Nardini等人用一個小方形封閉空間（兩面墻壁為白色，另兩面墻壁為藍色）進行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，18-24個月的兒童能夠利用墻壁顏色進行再定向，即以顏色信息為基礎(chǔ)，進行左右方向判斷。在他們的實驗中，正方形沒能提供可利用的幾何信息，但有可利用的顏色信息，所以顏色信息是顯著的，結(jié)果兒童成功地利用了該信息。

　　周嬋和胡清芬（2011）考察了幾何線索的直接性和顯著性如何影響5歲兒童利用幾何和非幾何線索。研究采用在一個邊或角有顏色標(biāo)記的菱形平面作為研究材料，在這個菱形平面的四個角或邊位置中藏物，讓兒童找物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，幾何線索優(yōu)先性并不穩(wěn)定。幾何線索的直接性直接影響了幾何線索的使用。而在幾何線索直接的條件下，幾何線索的顯著性又影響了幾何線索的使用。另外，幾何線索直接性及顯著性均不影響兒童對顏色線索的使用。3.3適應(yīng)性結(jié)合理論的局限性

　　盡管適應(yīng)性結(jié)合理論能夠很好地解釋幾何模塊論所不能解釋的一些現(xiàn)象，也得到了大量的實驗支持，但是該理論仍然受到一些質(zhì)疑。Lee和Spelke（2008）創(chuàng)設(shè)了四個實驗情境對4歲兒童的再定向進行考察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在30cm高圍墻的矩形中，兒童的再定向成績與在1m高圍墻的矩形中的成績沒有差異；在由4根獨立的1.8m高的圓柱體所構(gòu)成的矩形中和一個二維形式的矩形中均不能進行再定向任務(wù)。這個結(jié)果對適應(yīng)性結(jié)合理論提出了三個質(zhì)疑：第一，高墻壁（1m）圍成的空間阻擋了兒童的視線和行動，而在低墻壁（30cm）圍成的空間中兒童的視線不受阻擋，同時還能越過低墻壁進行位移，因此，與高圍墻空間相比，兒童在低圍墻空間中接收到的信息更多（包括空間外的），這就使得高圍墻空間中幾何信息比低圍墻空間更明顯突出。因此，按照適應(yīng)性結(jié)合理論，與低圍墻相比，高圍墻會對兒童再定向產(chǎn)生更大影響。但實驗結(jié)果卻非如此；第二，穩(wěn)固的大圓柱體是突出的、可靠的，但是單靠四根豎立的圓柱體圍成的矩形空間所提供的信息卻不能引導(dǎo)兒童進行再定向；第三，在用粘在地板上的2cm寬黑色帶子構(gòu)成的二維矩形空間中，兒童仍然不能利用二維矩形進行再定向，盡管該二維矩形構(gòu)造是明顯和突出的。這三點都是適應(yīng)性結(jié)合理論所無法解釋的，因此，該理論也存在一定的局限性。

　　4圖像匹配理論（image-matchingtheory）

　　4.1理論內(nèi)容

　　圖像匹配理論強調(diào)再定向加工是以圖像匹配為基礎(chǔ)的（Sturzl，Cheung，Cheng，&Zeil，2008；Wystrach&Beugnon，2009）。人們會在視網(wǎng)膜上對環(huán)境形成一個全景的二維圖像，再依據(jù)當(dāng)前成像來記住該環(huán)境。根據(jù)此觀點，再定向過程中并沒有對幾何形狀和路標(biāo)進行表征。表面布局之所以影響迷失方向動物的行為，是因為在視網(wǎng)膜上形成了與環(huán)境中那些獨特的、顯著邊緣有關(guān)的圖像（Cheng，2008）。如果三維和二維路標(biāo)在視網(wǎng)膜上形成了相等的邊緣，那么它們在再定向中就具有同等的影響，即二維和三維表面局部是沒有差異的。視網(wǎng)膜上出現(xiàn)的顯著性特征決定了環(huán)境中的哪些物體會影響動物行動的方向。

　　4.2理論證明

　　動物迷失方向之后，他們會在環(huán)境中移動，直至他們視網(wǎng)膜上形成的環(huán)境圖像與之前儲存在其頭腦中的二維圖像之間的匹配達到最高程度，這使他們返回到目標(biāo)位置。這一觀點最先由動物研究證實。蜜蜂在對單一物體的距離和方向進行編碼時，會根據(jù)路標(biāo)大小在視網(wǎng)膜上的成像進行搜索（Collett，T.S.，&Collett，M.，2002），即蜜蜂已經(jīng)在記憶中儲存了從目標(biāo)位置上所看到的路標(biāo)形狀，之后通過移動來找到與之相匹配的視網(wǎng)膜成像，以致找出目標(biāo)位置。

　　這種現(xiàn)象與空間表征依賴于特定朝向的觀點是一致的。Rieser（1989）在研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)想象朝向與學(xué)習(xí)朝向一致時，被試提取空間信息比二者不一致時更為準(zhǔn)確和迅速。另外，圖像匹配理論與兒童在空間表征中采取自我參照系表征（egocentricrepresentation）的現(xiàn)象是一致的。在自我參照系表征中，物體的位置是相對于觀察者來表征的，并且隨著觀察者的移動，空間表征也在不斷地更新。在Wang和Spelke（2002）的系列研究中，被試首先學(xué)習(xí)房間中六個物體的位置，然后分別在迷失方向（disorientation）、導(dǎo)向轉(zhuǎn)動（oriented-turning）和再定向（reorientation）條件下完成物體位置指向任務(wù)。迷失方向條件下，被試在蒙眼自轉(zhuǎn)的過程中房間的燈光沒有變化：導(dǎo)向轉(zhuǎn)動條件下，在固定的方向上提供了燈光，被試能夠在蒙眼自轉(zhuǎn)時依據(jù)燈光確定自己的方向；而再定向條件下，被試蒙眼自轉(zhuǎn)時燈光是熄滅的，但自轉(zhuǎn)結(jié)束時燈光又亮起來。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與導(dǎo)向轉(zhuǎn)動和再定向條件相比，被試在迷失方向情況下提取物體空間結(jié)構(gòu)關(guān)系的準(zhǔn)確性明顯變差。因為迷失方向使被試的自我朝向感喪失，從而導(dǎo)致其對空間表征的動態(tài)更新過程中斷，這時視網(wǎng)膜上的成像與貯存在頭腦中的圖像之間具有很大差異，被試需要通過移動來尋找與頭腦中儲存的圖像最相似的場景才能做出準(zhǔn)確判斷。在沒有找到匹配度較高的情況下，被試容易指向錯誤的位置和物體。而在導(dǎo)向轉(zhuǎn)動過程中，被試能夠保持自我朝向感，因此可以較為準(zhǔn)確地更新物體相對于自身的位置表征。Nardini，Thomas，Knowland，Braddick和Atkinson（2009）在研究中，要求兒童在迷失方向后從最利于圖像匹配的位置（以觀點依賴的方法進行編碼）上或者從一個新的位置（以觀點獨立的方法進行編碼）上找出隱藏的靶物體。結(jié)果表明，4歲兒童只有在觀點依賴條件中才能進行再定向，5歲兒童的再定向從觀點依賴轉(zhuǎn)變到觀點獨立，6歲兒童能夠采用觀點獨立方法進行再定向。說明，小于6歲的兒童是通過圖像匹配進行再定向的。

　　4.3圖像匹配理論的局限性

　　盡管圖像匹配理論已經(jīng)得到相關(guān)研究的證明，但是這個理論卻遭到了越來越多的質(zhì)疑。Lee和Spelke（2008）的實驗除了反駁適應(yīng)性結(jié)合理論之外，同樣也反駁了圖像匹配理論。因為如果二維圖像跟三維環(huán)境沒有差異，那么，當(dāng)實驗材料以二維形式呈現(xiàn)時，兒童的再定向成績應(yīng)該與在相應(yīng)的三維空間中的成績沒有差異。但是Lee和Spelke（2008）的實驗結(jié)果并非如此。隨后，Lee和Spelke（2011）在一個同質(zhì)的矩形中測試了3-4歲兒童的再定向。當(dāng)矩形是由短擋板或隆起物作邊長時，兒童成功地進行了再定向。而當(dāng)矩形是由房間地板上的一張黑色塑料紙（即二維的矩形）呈現(xiàn)或當(dāng)矩形是由四個獨立的圓柱體排列、一條連續(xù)的細繩構(gòu)成時，兒童均不能進行再定向。這說明兒童是依據(jù)三維表面布局進行再定向的，引導(dǎo)兒童進行再定向加工過程的是幾何信息而不是對環(huán)境圖像的匹配。另外，Nardini等人（2009）的研究中，6歲以上兒童能夠從新穎的視角下進行再定向，這是圖像匹配理論無法解釋的。5超出三種理論解釋力的現(xiàn)象

　　引導(dǎo)兒童再定向的機制是什么？正如前文所述，不同的研究者在不同條件下得出了不一致的結(jié)論，三種理論分別從不同角度對這些實驗進行解釋。然而，仍然存在超出以上三種理論解釋力之外的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

　　5.1語言對幾何信息和非幾何信息整合的影響

　　為了探討兒童能否整合幾何信息和非幾何信息進行再定向，Hermer-Vazquez，Spelke和Katsnelson（1999）以測試年幼兒童的任務(wù)來測試成人，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，成人能同時利用幾何信息和非幾何信息進行再定向。然而，讓成人在完成再定向任務(wù)的過程中同時口頭重復(fù)一段剛剛聽到的文章時，成人的再定向能力與兒童一樣，均只能利用幾何信息而不能利用非幾何信息。相反，如果讓成人在完成再定向任務(wù)的過程中口頭重復(fù)聽到的一段音樂旋律時，其再定向能力不受干擾，能夠整合利用幾何信息和非幾何信息。也就是說，非語言的旋律不會對空間再定向產(chǎn)生干擾，而語言信息會起明顯的干擾作用。因此，Hermer-Vazquez等認(rèn)為，在語言干擾情景下，成人不能整合幾何信息和非幾何信息進行再定向是由于語言的缺失。同樣。3-5歲兒童不能利用非幾何信息只能利用幾何信息，很可能是因為3-5歲兒童還處于語言發(fā)展初期，空間語言發(fā)展不成熟，因此不能借助于語言將幾何信息和非幾何信息整合起來進行再定向。Hermer-Vazquez，Moffet和Munkholm（2001）進一步研究發(fā)現(xiàn)，兒童要到5-7歲時才能將幾何信息和非幾何信息整合起來進行再定向。

　　根據(jù)這些實驗結(jié)果，Hermer-Vazquez等認(rèn)為，語言系統(tǒng)在兒童空間再定向中對幾何信息和非幾何信息的整合具有重要作用。年幼兒童的再定向能力之所以類似于一些低等動物，只能利用幾何信息，是因為他們的語言發(fā)展不夠成熟。隨著年齡的增長，語言會不斷發(fā)展，因此在5歲以后，兒童能使用語言將幾何和非幾何信息整合起來，表現(xiàn)出與成人相同的空間再定向能力（引自鄔德利，李富洪，孫弘進，李紅，2007）。

　　然而，有研究者對語言在整合幾何信息和非幾何信息中的重要性也提出了異議。Ratliff和Newcombe（2005）重復(fù)了Hermer-Vazquez等（1999）使用語詞干擾的實驗，不同的是，在他們的實驗中明確告訴了被試要做什么，而Hermer-Vazquez等僅要求被試注意所要發(fā)生的事。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在明確告訴被試要做什么情況下，成人的再定向能力與沒有任何干擾情況下的再定向能力相同，從而否定了Hermer-Vazquez等所提出的語詞干擾任務(wù)對成人再定向能力的破壞作用。因此，Ratliff和Newcombe認(rèn)為可能語言并非整合幾何和非幾何信息必不可少的因素。然后，他們設(shè)計了另一種任務(wù)來代替語詞干擾任務(wù)，要求被試在完成空間再定向任務(wù)的同時完成一個空間想象任務(wù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，成人再定向能力只利用幾何信息，不能利用非幾何信息來再定向。因此，研究者認(rèn)為可能存在一些非語言的空間認(rèn)知系統(tǒng)破壞了成人整合利用幾何和非幾何信息的能力。這一實驗結(jié)果否認(rèn)了語言在空間再定向中整合幾何和非幾何信息的作用（Hermer-Vazquezeta1.，2001）。

　　由此可見，語言在人類個體再定向中具有一定的作用，但是它對整合幾何和非幾何信息是否必要，研究結(jié)論并非一致。而無論是幾何模塊論、適應(yīng)性結(jié)合理論還是圖像匹配理論都沒能對語言的作用進行解釋。

　　5.2環(huán)境空間的大小對再定向的影響

　　Learmonth，Newcombe和Huttenlocher（2001）對17-24個月的兒童進行研究。研究的空間形狀和墻布顏色與Herman和Spelke實驗相同，但是將矩形空間擴大為Herman和Spelke所用空間的4倍，結(jié)果這個年齡的兒童能夠利用非幾何信息來再定向。換言之，當(dāng)環(huán)境中呈現(xiàn)顏色信息時，小于5歲的兒童并不是一味地依靠幾何信息而忽略顏色這一非幾何信息，空間的大小會影響兒童對非幾何信息的利用程度。在大房間里，幾何信息在再定向加工中并沒有被優(yōu)先利用。而Hermer和Spelke的實驗卻認(rèn)為3-5歲兒童不能利用非幾何信息。

　　之后，Learmonth，Nadel和Newcombe（2002）等人又用一個小的和一個大的實驗房間，對3-4歲和5-6歲的兒童進行了重復(fù)的實驗。結(jié)果顯示，小于6歲的兒童在大房間的再定向中沒有產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)錯誤，但是在小房間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)錯誤，而6歲兒童在大和小的房間都能正確定位。小房間的實驗結(jié)果可以與Hermer和Spelke的實驗進行比較。由此可見，環(huán)境大小是整合幾何信息和非幾何信息的一個關(guān)鍵的因素，并且這種能力在5歲左右發(fā)展。Gouteux等人在一種小模型空間對3-5歲兒童進行的實驗也得到了一個類似結(jié)果。這個任務(wù)不是在一個房間里迷失方向后的再定向，而是在桌面的一個小矩形盒子里進行定位。矩形盒子呈現(xiàn)在兒童前面并且讓兒童閉眼自轉(zhuǎn)。結(jié)果同樣證明了兒童4歲之后才能利用矩形模型的幾何線索，這比Hermer和Spelke（1994）證明的2歲兒童在矩形房間中能利用幾何線索的年齡要大兩歲。

　　由此可見，進行再定向任務(wù)的空間大小對兒童能否利用幾何信息、能否整合利用幾何信息和非幾何信息以及最早能夠利用的年齡有影響，然而無論是幾何模塊論、適應(yīng)性結(jié)合理論還是圖像匹配理論都沒有對空間大小這一因素進行解釋。

　　5.3參照系選擇對再定向的影響

　　個體在認(rèn)識周圍事物時主要有兩種參照體系，一種是以自身為參照系；另一種是以客體為參照系。無論是證明或反駁幾何模塊論、適應(yīng)性結(jié)合理論還是圖像匹配理論的研究都未能區(qū)分這兩種參照系對兒童空間再定向的影響。

　　綜上所述，不難看出，這些研究基本上都是讓兒童在矩形房間中進行再定向。根據(jù)皮亞杰對兒童空間表征的研究，兒童空間定位發(fā)展是一個由自我中心編碼向客體中心編碼發(fā)展的過程，兒童建構(gòu)自身和物體之間的空間關(guān)系先于建構(gòu)物體之間的關(guān)系，并且只有9-10歲的兒童才沒有表現(xiàn)出自我中心編碼現(xiàn)象（引自劉劍，2008）。換言之，在矩形空間中，小于該年齡段的兒童能夠以自我為參照系依據(jù)左右方位在正確位置（或?qū)�角）尋找隱藏物。然而，當(dāng)兒童的這一自我參照體系被破壞后，他們就不能順利地利用幾何信息完成再定向任務(wù)。Gouteux等人在一種小模型空間對3-5歲兒童進行的實驗表明，3歲及其以下兒童在矩形模型外完成空間再定向任務(wù)時無法依據(jù)自我參照系進行定位，只是在矩形房間的四個角落上隨機尋找靶物體。由此可見，參照系的確定與選用可能會影響兒童的空間再定向成績。5.4空間再定向中的性別差異

　　以往再定向研究（Hermer&Spelke，1994，1996；Hupbach&Nadel，2005；Huttenlocher&Vasilyeva，2003；Learmonth，Newcombe，Sheridan&Jones，2008）并沒有呈現(xiàn)出再定向的性別差異情況，近期有研究對這一問題進行了考察。Lourenco，Addy，Huttenlocher和Fabian（2011）對18-24個月兒童如何表征矩形空間中的幾何信息進行考察。該矩形空間既存在可確定隱藏物位置的幾何信息，也存在直接的非幾何信息。研究發(fā)現(xiàn)，無論是在幾何信息和非幾何信息同時可用的條件下、只有幾何信息可利用的條件下還是在幾何信息和非幾何信息相沖突的條件下，男孩都能比女孩更多地利用幾何信息進行再定向。研究認(rèn)為，雖然女孩和男孩一樣能夠?qū)�幾何信息進行編碼，但是不同性別兒童對幾何信息賦予的權(quán)重不同，導(dǎo)致了男孩和女孩在整合多種信息時出現(xiàn)了不同的變化。

　　按照幾何模塊論，個體優(yōu)先對幾何信息進行編碼，因此對幾何信息的利用情況不應(yīng)該存在性別差異；同樣，按照圖像匹配理論的解釋，空間再定向中同樣不存在性別差異；盡管適應(yīng)性結(jié)合理論能夠從賦予幾何信息或非幾何信息不同權(quán)重的角度來解釋再定向中兒童能夠利用幾何或非幾何信息，但卻不能解釋為什么不同性別兒童對幾何信息賦予的權(quán)重不同。

　　6未來研究方向

　　近20年來，雖然關(guān)于兒童空間再定向問題已經(jīng)進行了大量的研究，并且也取得了很多有價值的成果，但是仍然存在一些值得我們進一步探討的問題：

　　6.1生態(tài)效應(yīng)

　　關(guān)于兒童再定向能力的研究都是采用再定向找物的研究范式，通過創(chuàng)設(shè)一個環(huán)境空間，讓迷失方向的個體在這個空間之中或之外，根據(jù)所提供的幾何信息或非幾何信息重新確定自己的方向從而找出迷失方向前被隱藏的靶物體。這種實驗范式下的研究已經(jīng)得出了很多結(jié)論，但是，這些結(jié)論都是來自于嚴(yán)格控制的實驗室，那么，實驗室中得到的結(jié)論是否同樣適用于自然環(huán)境？

　　前面已經(jīng)提到，空間環(huán)境的大小、路標(biāo)的顯著性、路標(biāo)的可靠性均對兒童的再定向產(chǎn)生影響。在自然環(huán)境中，兒童置身的空間可能遠遠大于實驗室環(huán)境，并且自然環(huán)境中存在更多可利用的可靠或顯著的路標(biāo)信息，而在實驗室環(huán)境中，兒童所處的空間是封閉的，這種差異有可能給兒童整合利用幾何信息或非幾何信息進行再定向帶來了不同影響。有研究者在具有生態(tài)效應(yīng)的環(huán)境中對3-7歲兒童進行考察（smitheta1.，2008），，讓兒童在一個開放的公園里進行再定向，結(jié)果，3歲兒童能夠利用自然環(huán)境中的路標(biāo)信息進行再定向，這與Hermer和Spelke的研究結(jié)論不同，即3-5歲兒童不能利用非幾何信息進行再定向。這種不一致的結(jié)果可能是由不同的實驗環(huán)境造成的。與自然環(huán)境中的實驗相比，實驗室的封閉空間可能限制了兒童利用非幾何信息能力的發(fā)揮，從而低估了兒童利用非幾何信息的能力。所以，實驗室中得出的結(jié)論能否推廣值得懷疑。因此，以后的研究需要考慮生態(tài)效應(yīng)，可以在自然環(huán)境對以往實驗室的研究結(jié)論進行驗證，豐富研究。

　　6.2空間的規(guī)則性

　　以往證明幾何模塊論、適應(yīng)性結(jié)合理論和圖像匹配理論的研究多數(shù)使用矩形空間，也有研究使用菱形或三角形，其共同特點是空間都是比較簡單的規(guī)則形狀，這些規(guī)則形狀往往具有對稱性，并且是兒童熟悉的，兒童對空間的幾何信息較敏感，換言之，這些實驗條件本身提供的線索就偏向于有較多的幾何信息和較少的非幾何信息，從而使得兒童更傾向于利用幾何信息而忽略非幾何信息，這就難于考察出兒童是否具有整合幾何、非幾何信息的能力。如果規(guī)則性確實突出了空間中的幾何線索，那么有理由對前人的研究結(jié)論進行質(zhì)疑，兒童在再定向找物任務(wù)中對幾何線索和非幾何線索的使用并不意味著其有或沒有利用某種線索的能力，而只是反映了他們在這些規(guī)則形狀下對幾何線索的利用傾向。如果采用多邊形或不規(guī)則的空間，兒童是否還能首先利用幾何信息來再定向？

　　為了探討形狀規(guī)則性在兒童再定向中的作用，以后的研究可以設(shè)置多種形狀的空間進行實驗，而不僅僅使用矩形、菱形或三角形。此外，在自然環(huán)境下，人們所處的空間很少是規(guī)則的幾何形狀，比如，室外環(huán)境中，人們面臨的空間更多是非規(guī)則形狀，而即便室內(nèi)空間具有一定規(guī)則性，但是由于室內(nèi)空間往往存在其他家具設(shè)施的干擾，使得原本規(guī)則的空間形狀也變得不規(guī)則了。因此，使用不規(guī)則的空間形狀進行研究更符合人們的生活經(jīng)驗。也可以避免由于人們對規(guī)則形狀的過于熟悉導(dǎo)致研究結(jié)論難以推廣。

　　6.3幾何信息的直接性與間接性

　　從前文所述中可以看出，以往的研究用不同的實驗材料會得到不同的實驗結(jié)果，而在這些實驗中，很多研究都忽略了幾何信息的直接性和間接性這一變量。無論是在矩形、菱形還是三角形空間中進行的再定向任務(wù)，很多研究者都是將這些形狀的角落位置作為考察的位置，忽略了不同形狀中角位置所提供的幾何線索的直接性與間接性是不同的。比如，矩形空間中四個角都是直角，角度沒有差異而邊長有差異，當(dāng)隱藏物放在角位置時，兒童不能直接根據(jù)角度進行判斷，而需要先對角落的左右邊長進行判斷，從而找出角落，因此角位置需要間接從邊長關(guān)系得到的，利用難度較大；而在菱形中，邊長相等而角度有差異，當(dāng)隱藏物放在角位置時，兒童不需要對邊長進行判斷，而可以直接根據(jù)角度大小進行判斷，因此在菱形中，角位置提供了直接的幾何線索，利用難度較小�？梢�，不同形狀中角位置所體現(xiàn)的幾何信息意義是不同的，而單純地將在矩形角位置中得到的結(jié)果與在菱形角位置中得到的結(jié)果進行比較是不恰當(dāng)?shù)�。因此，在以后的研究中，需要考慮和區(qū)分所考察位置幾何線索的直接性和間接性，從而更準(zhǔn)確、全面地了解兒童的再定向能力。

　　6.4三種理論的統(tǒng)一

　　盡管幾何模塊論、適應(yīng)性結(jié)合理論和圖像匹配理論都能夠?qū)�兒童空間再定向進行一定的解釋，但是三個理論的觀點是相互獨立的，而證明某種理論的實驗的目的之一在于反駁其他理論觀點�？梢姡�關(guān)于兒童再定向能力發(fā)展的理論之爭尚未結(jié)束�；蛟S這三種理論并非獨立而是相互聯(lián)系的。另外，正如前文所述，仍存在這三種理論所無法解釋的現(xiàn)象。那么，是否存在其他的理論可以對這些現(xiàn)象進行解釋呢？是否存在一種能夠整合三種理論的觀點呢？在以后的研究中，可以對這三種理論的關(guān)系進行進一步的研究。

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