Пространственная способность или зрительно-пространственная способность - это способность понимать, рассуждать и запоминать пространственные отношения между объектами или пространством. [1]
Визуально-пространственные способности используются для повседневного использования: навигации, понимания или фиксации оборудования, понимания или оценки расстояния и измерения, а также выполнения работы. Пространственные способности также важны для успеха в таких областях, как спорт, технические способности, математика , естественные науки, инженерия , экономическое прогнозирование, метеорология , химия и физика . [2] [3] Пространственные способности включают не только понимание внешнего мира, но также включают обработку внешней информации и рассуждения с ней через представление в уме.
Определение и виды
Пространственная способность - это способность понимать, рассуждать и запоминать пространственные отношения между объектами или пространством. [1] Существует четыре общих типа пространственных способностей, которые включают пространственное или зрительно-пространственное восприятие, пространственную визуализацию, мысленное складывание и мысленное вращение . [4] Каждая из этих способностей имеет уникальные свойства и важность для многих типов задач, будь то на определенной работе или в повседневной жизни. Например, пространственное восприятие определяется как способность воспринимать пространственные отношения относительно ориентации своего тела, несмотря на отвлекающую информацию. [5] С другой стороны, умственное вращение - это умственная способность быстро и точно манипулировать и вращать двумерные или трехмерные объекты в пространстве. [4] Наконец, пространственная визуализация характеризуется как сложные многоступенчатые манипуляции с пространственно представленной информацией. [5] Эти три способности опосредуются и поддерживаются четвертым пространственным когнитивным фактором, известным как пространственная рабочая память. Пространственная рабочая память - это способность временно хранить определенное количество визуально-пространственных воспоминаний под контролем внимания для выполнения задачи. [6] Эта когнитивная способность опосредует индивидуальные различия в способности к пространственным способностям более высокого уровня, таким как умственное вращение.
Пространственное восприятие
Пространственное восприятие определяется как способность воспринимать пространственные отношения относительно ориентации своего тела, несмотря на отвлекающую информацию. [4] Он заключается в способности воспринимать и визуально понимать внешнюю пространственную информацию, такую как характеристики, свойства, размеры, формы, положение и движение. [7] Например, когда кто-то перемещается по густому лесу, он использует пространственное восприятие и осведомленность. Другой пример: пытаясь понять взаимосвязи и механику внутри автомобиля, они полагаются на свое пространственное восприятие, чтобы понять его визуальную структуру. Тесты, которые измеряют пространственное восприятие, включают в себя тест стержня и рамки , где испытуемые должны поместить стержень вертикально, рассматривая ориентацию кадра под углом 22 градуса под углом, или задачу уровня воды , когда испытуемые должны нарисовать или идентифицировать горизонтальную линию в наклонной плоскости. бутылка. [5]
Пространственное восприятие также очень актуально в спорте. Например, исследование показало, что игроки в крикет , которые быстрее собирали информацию с кратко представленных визуальных дисплеев, были значительно лучшими игроками с битой в реальной игре. [8] Исследование 2015 года, опубликованное в Journal of Vision, показало, что футболисты обладают более высокой способностью восприятия кинематики тела, такой как обработка многозадачных массовых сцен, в которых пешеходы переходят улицу или сложные динамические визуальные сцены. [9] Другое исследование спортсменов-фехтовальщиков, опубликованное в Journal of Human Kinetics, показало, что уровень достижений сильно коррелировал с навыками пространственного восприятия, такими как зрительная дискриминация, зрительно-пространственные отношения, зрительная последовательная память, узкий фокус внимания и обработка визуальной информации. [10] Обзор, опубликованный в журнале Neuropsychologia, показал, что пространственное восприятие включает приписывание значения объекту или пространству, так что их сенсорная обработка фактически является частью семантической обработки входящей визуальной информации. [11] Обзор также показал, что пространственное восприятие включает человеческую зрительную систему в головном мозге и теменную долю, которая отвечает за зрительно-моторную обработку и зрительно-целенаправленное действие. [11] Исследования также показали, что люди, которые играли в стрелялки от первого лица, обладали лучшими навыками пространственного восприятия, такими как более быстрое и точное выполнение периферийных задач и задач идентификации при одновременном выполнении центрального поиска. [12] Исследователи предположили, что, помимо улучшения способности разделять внимание, игры в жанре экшн значительно улучшают навыки восприятия, такие как направление внимания сверху вниз к возможным целевым местоположениям. [12]
Умственное вращение
Мысленное вращение - это способность мысленно представлять и быстро и точно вращать 2D- и 3D-объекты в пространстве, при этом характеристики объекта остаются неизменными. Мысленные представления физических объектов могут помочь в решении проблем и понимании. Например, Хегарти (2004) показал, что люди манипулируют мысленными представлениями, чтобы рассуждать о механических проблемах, например о том, как работают шестерни или шкивы. [13] Точно так же Шварц и Блэк (1999) обнаружили, что выполнение таких мысленных симуляций, как проливание воды, улучшает навыки людей в поиске решения вопросов о величине наклона, необходимого для контейнеров разной высоты и ширины. [13] В области спортивной психологии тренеры по различным видам спорта (например, баскетболу, гимнастике, футболу или гольфу) рекомендовали игрокам использовать мысленные образы и манипуляции в качестве одного из методов для достижения результатов в игре. (Jones & Stuth, 1997) [13] Недавнее исследование (например, Cherney, 2008) также продемонстрировало доказательства того, что игра в видеоигры с последовательной практикой может улучшить навыки умственного вращения, например, улучшение результатов женщин после тренировки с игрой, в которой участвовали гонка в трехмерной среде. [13] Те же эффекты были замечены в играх-боевиках, таких как Unreal Tournament, а также в популярной основной игре Тетрис . [14] Пазлы и кубик Рубика - это тоже действия, которые требуют более высокого уровня умственного вращения, и их можно практиковать для улучшения пространственных способностей с течением времени. [15] [16] [17]
Психическое вращение также уникально и отличается от других пространственных способностей, поскольку оно также включает области, связанные с двигательной симуляцией в мозгу. [18]
Пространственная визуализация
Пространственная визуализация характеризуется как сложные многоступенчатые манипуляции с пространственно представленной информацией. [5] Он включает в себя визуальные образы, которые представляют собой способность мысленно представлять визуальные образы объекта, и пространственные образы, которые состоят из мысленного представления пространственных отношений между частями или местоположениями объектов или движений. [19]
Пространственная визуализация особенно важна в областях науки и техники. Например, астроном должен мысленно визуализировать структуры солнечной системы и движения объектов внутри нее. [2] Инженер мысленно визуализирует взаимодействие частей машины или здания, которые ему поручено проектировать или с которыми он работает. [2] Химики должны уметь понимать формулы, которые можно рассматривать как абстрактные модели молекул с удаленной большей частью пространственной информации; пространственные навыки важны для восстановления этой информации, когда в формулах необходимы более подробные мысленные модели молекул. [2]
Пространственная визуализация также включает в себя воображение и работу с визуальными деталями измерения, форм, движения, функций и свойств через мысленные образы и использование этих пространственных отношений для достижения понимания проблемы. В то время как пространственное восприятие включает понимание извне через чувства, пространственная визуализация - это внутреннее понимание через ментальные образы в уме.
Еще одна важная способность пространственной визуализации - ментальная анимация . [20] Ментальная анимация - это мысленная визуализация движения и движения компонентов в любой форме системы или в целом. [20] Это способность, имеющая решающее значение для механического мышления и понимания, например, мысленная анимация в механических задачах может включать мысленное разрушение системы шкивов на более мелкие единицы и их анимацию в соответствующей последовательности или законах в механической системе. [21] Короче говоря, мысленная анимация - это мысленное представление о том, как работают механические объекты, путем анализа движения их более мелких частей.
Мысленное сворачивание - это сложная пространственная визуализация, включающая сворачивание двухмерного рисунка или материала в трехмерные объекты и представления. [22] По сравнению с другими исследованиями, мысленное сворачивание было относительно мало исследовано и изучено. По сравнению с ментальным вращением ментальное сворачивание - это нежесткая способность к пространственному преобразованию, которая означает, что в отличие от ментального вращения, в конечном итоге изменяются характеристики управляемого объекта. При жестких манипуляциях сам объект не изменяется, а, скорее, изменяется его пространственное положение или ориентация, тогда как при нежестких преобразованиях, таких как мысленное сворачивание, объект и формы изменяются. [23] Мысленное свертывание в задачах обычно требует серии мысленных вращений, чтобы последовательно складывать объект в новый. Классические тесты мысленного складывания - это задание на складывание бумаги, которое похоже на Оригами . Оригами также требует мысленного складывания, оценивая складывание 2D-бумаги достаточно раз, чтобы создать 3D-фигуру. [22]
Зрительная проникающая способность - наименее распространенная задача пространственной визуализации, которая включает в себя способность представить, что находится внутри объекта, на основе внешних особенностей. [24]
Пространственная рабочая память
Пространственная рабочая память - это способность временно хранить визуально-пространственные воспоминания под контролем внимания для выполнения задачи. [6] Эта когнитивная способность опосредует индивидуальные различия в способности к пространственным способностям более высокого уровня, таким как умственное вращение. Пространственная рабочая память включает в себя хранение большого количества кратковременных пространственных воспоминаний относительно визуально-пространственного блокнота. Он используется для временного хранения и обработки визуально-пространственной информации, такой как запоминание форм, цветов, местоположения или движения объектов в пространстве. Он также участвует в задачах, которые состоят в планировании пространственных перемещений, таких как планирование маршрута через сложное здание. Визуально-пространственный блокнот можно разделить на отдельные визуальные, пространственные и, возможно, кинэстетические (движения) компоненты. Его нейробиологическая функция также коррелирует с правым полушарием мозга. [25]
Профессиональные приложения
Исследователи обнаружили, что пространственные способности играют важную роль в продвинутом образовании в области естественных наук, технологий, инженерии или математики (STEM). [26] [27] Исследования показали, что вероятность получения ученой степени в STEM увеличивается в положительной зависимости от уровня пространственных способностей. Например, исследование 2009 года, опубликованное в Journal of Educational Psychology, показало, что 45% людей с докторской степенью STEM находились в пределах верхнего процента высоких пространственных способностей в группе из 400000 участников, которые анализировались в течение 11 лет, начиная с 12-го класса. [26] Лишь менее 10% людей с докторской степенью в области STEM были ниже верхней четверти в пространственных способностях в подростковом возрасте. [26] Затем исследователи пришли к выводу, насколько важны пространственные способности для STEM и как фактор достижения высоких образовательных успехов в этой области. [26]
Пространственная визуализация особенно важна в науке и технологиях . Например, астроном должен визуально представить себе структуры солнечной системы и путь движения тел внутри нее. [2] Инженер должен визуально представить движения частей машины или здания, с которыми ему поручено работать. [2] Химики должны уметь понимать формулы, которые, по сути, являются абстрактными моделями, которые должны представлять пространственную динамику молекул, и поэтому пространственные навыки важны для визуализации моделей молекул, которые необходимы в формулах. [2] Способность к пространственным манипуляциям также важна в области структурной геологии, когда визуально представляют, как горные породы меняются во времени, например, миграция магматического тела через кору или постепенное складывание стратиграфической последовательности. Другой навык пространственной визуализации, известный как способность визуального проникновения, важен в геологии, поскольку требует от геологов визуализации того, что находится внутри твердого объекта, на основе прошлых знаний. [24]
В современной литературе также указывается, что математика включает в себя зрительно-пространственную обработку. Исследования показали, что, например, одаренные ученики в математике лучше справляются с пространственной визуализацией, чем не одаренные ученики. [19] В обзоре 2008 года, опубликованном в журнале Neuroscience Biobehavioural Reviews, были обнаружены доказательства того, что визуально-пространственная обработка интуитивно участвует во многих аспектах обработки чисел и вычислений в математике. Например, значение цифры в многозначном числе кодируется в соответствии с пространственной информацией, учитывая ее отношение к ее положению в числе. [28] Другое исследование показало, что численная оценка может основываться на интеграции различных визуально-пространственных сигналов (диаметр, размер, местоположение, измерение) для вывода ответа. [29] Исследование, опубликованное в 2014 году, также обнаружило доказательства того, что математические вычисления основаны на интеграции различных пространственных процессов. [30] Другое исследование 2015 года, опубликованное в журнале Frontiers in Psychology, также показало, что числовая обработка и арифметические вычисления могут зависеть от способности зрительного восприятия. [31]
Исследование 2007 года, опубликованное в журнале Cognitive Science, также показало, что способность к пространственной визуализации имеет решающее значение для решения кинематических задач в физике. [32] Тем не менее, современная литература указывает, что пространственные способности, особенно умственное вращение, имеют решающее значение для достижения успеха в различных областях химии, инженерии и физики. [3] [33]
Смотрите также
- Механические способности
- Моторные образы
- Прогрессивные матрицы Raven
- Осведомленность о пространственном контексте
- Пространственная память
Внешние ссылки
- Обзор - Визуальные пространственные навыки
- Признание пространственного интеллекта
- Тест на пространственные способности , Исследовательская группа Аляски .
Рекомендации
- ^ a b «Пространственные способности» (PDF) . www.jhu.edu . Университет Джона Хопкинса.
- ^ Б с д е е г Университет Джона Хопкинса. "Что такое пространственные способности?" (PDF) . Университет Джона Хопкинса.
- ^ а б (США), Национальная академия наук; (США), Национальная инженерная академия; Engineering, и Комитет Института медицины (США) по максимальному использованию потенциала женщин в академической науке и (01.01.2006). «Женщины в науке и математике» . Национальная академия прессы (США). Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ а б в Доннон, Тайрон; DesCôteaux, Жан-Гастон; Виолато, Клаудио (01.10.2005). «Влияние когнитивной визуализации и половых различий на развитие навыков лапароскопического наложения швов» . Канадский журнал хирургии . 48 (5): 387–393. ISSN 0008-428X . PMC 3211902 . PMID 16248138 .
- ^ а б в г Linn, Marcia C .; Петерсен, Энн С. (1985). «Возникновение и характеристика половых различий в пространственных способностях: метаанализ» . Развитие ребенка . 56 (6): 1479–1498. DOI : 10.1111 / j.1467-8624.1985.tb00213.x . PMID 4075870 .
- ^ а б Шелтон, Джилл Т .; Эллиотт, Эмили М .; Hill, BD; Calamia, Matthew R .; Гувье, Вм. Дрю (2009-05-01). «Сравнение лабораторных и клинических тестов рабочей памяти и их прогнозирование жидкого интеллекта» . Интеллект . 37 (3): 283. DOI : 10.1016 / j.intell.2008.11.005 . ISSN 0160-2896 . PMC 2818304 . PMID 20161647 .
- ^ Симмонс, Элисон (2003). «Пространственное восприятие с декартовой точки зрения» (PDF) . Философские темы . 31 : 395–423. DOI : 10.5840 / philtopics2003311 / 22 .
- ^ Уважаемый, Эй Джей; Митчелл, Х. (1 января 1989 г.). «Время осмотра и скоростные игры с мячом». Восприятие . 18 (6): 789–792. DOI : 10,1068 / p180789 . ISSN 0301-0066 . PMID 2628929 . S2CID 27010211 .
- ^ Ромеас, Томас; Фобер, Джоселин (01.09.2015). «Оценка специфического для спорта и неспецифического биологического восприятия движения у спортсменов-футболистов показывает фундаментальное преимущество в восприятии по сравнению с не-спортсменами в распознавании кинематики тела» . Журнал видения . 15 (12): 504. DOI : 10,1167 / 15.12.504 . ISSN 1534-7362 .
- ^ Хиджази, Мона Мохамед Камаль (31 декабря 2013 г.). «Внимание, визуальное восприятие и их отношение к спортивным результатам в фехтовании» . Журнал кинетики человека . 39 : 195–201. DOI : 10,2478 / hukin-2013-0082 . ISSN 1640-5544 . PMC 3916930 . PMID 24511355 .
- ^ а б Jeannerod, M .; Джейкоб, П. (2005-01-01). «Визуальное познание: новый взгляд на модель двух визуальных систем» (PDF) . Нейропсихология . 43 (2): 301–312. DOI : 10.1016 / j.neuropsychologia.2004.11.016 . ISSN 0028-3932 . PMID 15707914 . S2CID 13225551 .
- ^ а б Ву, Сицзин; Спенс, Ян (01.05.2013). «Игра в шутер и видеоигры по вождению улучшают навигацию сверху вниз при визуальном поиске». Внимание, восприятие и психофизика . 75 (4): 673–686. DOI : 10,3758 / s13414-013-0440-2 . ISSN 1943-393X . PMID 23460295 . S2CID 10088645 .
- ^ а б в г «Лаборатория онлайн-психологии - о ментальном вращении» . opl.apa.org . Проверено 9 января 2016 .
- ^ Латам, Эндрю Дж .; Патстон, Люси LM; Типпетт, Линетт Дж. (13 сентября 2013 г.). «Виртуальный мозг: 30 лет видеоигр и когнитивных способностей» . Границы в психологии . 4 : 629. DOI : 10.3389 / fpsyg.2013.00629 . ISSN 1664-1078 . PMC 3772618 . PMID 24062712 .
- ^ Левин, Южная Каролина; Рэтлифф, КР; Huttenlocher, J .; Кэннон, Дж. (2012-03-01). «Ранняя игра-головоломка: предсказатель навыков пространственной трансформации дошкольников» . Психология развития . 48 (2): 530–542. DOI : 10.1037 / a0025913 . ISSN 0012-1649 . PMC 3289766 . PMID 22040312 .
- ^ Барон-Коэн, Саймон; Эшвин, Эмма; Эшвин, Крис; Тавассоли, Тереза; Чакрабарти, Бхишмадев (27 мая 2009 г.). «Талант в аутизме: гиперсистематизация, повышенное внимание к деталям и сенсорная гиперчувствительность» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 364 (1522): 1377–1383. DOI : 10.1098 / rstb.2008.0337 . ISSN 0962-8436 . PMC 2677592 . PMID 19528020 .
- ^ Хопкинс, Дж. Рой (10 мая 2014 г.). Подростковый возраст: переходные годы . Академическая пресса. ISBN 9781483265650.
- ^ Закс, Джеффри М. (01.01.2008). «Нейровизуализационные исследования умственного вращения: метаанализ и обзор» . Журнал когнитивной неврологии . 20 (1): 1–19. DOI : 10.1162 / jocn.2008.20013 . ISSN 0898-929X . PMID 17919082 . S2CID 14543380 .
- ^ а б Ван Гардерен, Делинда (2006). «Пространственная визуализация, визуальные образы и решение математических задач для учащихся с различными способностями» (PDF) . Журнал нарушений обучаемости . 39 (6).
- ^ а б Симс, ВК; Хегарти, М. (1997-05-01). «Ментальная анимация в зрительно-пространственном блокноте: данные исследований с двойной задачей» . Память и познание . 25 (3): 321–332. DOI : 10.3758 / bf03211288 . ISSN 0090-502X . PMID 9184484 .
- ^ Хегарти, М. (1992-09-01). «Ментальная анимация: вывод движения из статических дисплеев механических систем». Журнал экспериментальной психологии: обучение, память и познание . 18 (5): 1084–1102. CiteSeerX 10.1.1.167.8298 . DOI : 10.1037 / 0278-7393.18.5.1084 . ISSN 0278-7393 . PMID 1402712 .
- ^ а б Гласс, Лейла; Крюгер, Франк; Соломон, Джеффри; Раймонт, Ванесса; Графман, Иордания (1 июля 2013 г.). «Умственная работа складывания бумаги после проникающей травмы головного мозга у ветеранов боевых действий: исследование картирования поражения» . Кора головного мозга . 23 (7): 1663–1672. DOI : 10.1093 / cercor / bhs153 . ISSN 1047-3211 . PMC 3673178 . PMID 22669970 .
- ^ Харрис, Джастин; Хирш-Пасек, Кэти; Ньюкомб, Нора С. (01.05.2013). «Понимание пространственных трансформаций: сходства и различия между мысленным вращением и мысленным складыванием». Когнитивная обработка . 14 (2): 105–115. DOI : 10.1007 / s10339-013-0544-6 . ISSN 1612-4790 . PMID 23397105 . S2CID 6072708 .
- ^ а б Тит, Сара (2009). «Характеризация и улучшение навыков пространственной визуализации». Журнал геолого-геофизического образования . 57 (4): 242–254. Bibcode : 2009JGeEd..57..242T . DOI : 10.5408 / 1.3559671 . S2CID 8733070 .
- ^ Баддели, AD (2000). «Эпизодический буфер: новый компонент рабочей памяти?». Тенденции в когнитивных науках . 4 (11): 417–423. DOI : 10.1016 / S1364-6613 (00) 01538-2 . PMID 11058819 . S2CID 14333234 .
- ^ а б в г Вай, Джонатан (2009). «Пространственные возможности для областей STEM: согласование более чем 50-летнего накопленного психологического знания укрепляет его важность» (PDF) . Журнал педагогической психологии . 101 (4): 817–835. DOI : 10.1037 / a0016127 .
- ^ Тосто, Мария Грация; Hanscombe, Ken B .; Хаворт, Клэр Массачусетс; Дэвис, Оливер SP; Петрилл, Стивен А .; Дейл, Филип С .; Малых, Сергей; Пломин, Роберт; Ковас, Юлия (01.05.2014). «Почему пространственные способности предсказывают математические способности?» . Наука о развитии . 17 (3): 462–470. DOI : 10.1111 / desc.12138 . ISSN 1363-755X . PMC 3997754 . PMID 24410830 .
- ^ де Эвиа, Мария Долорес; Валлар, Джузеппе; Джирелли, Луиза (2008-10-01). «Визуализация чисел мысленным взором: роль зрительно-пространственных процессов в числовых способностях». Неврология и биоповеденческие обзоры . 32 (8): 1361–1372. DOI : 10.1016 / j.neubiorev.2008.05.015 . ISSN 0149-7634 . PMID 18584868 . S2CID 207088066 .
- ^ Гебуис, Тития; Рейнвоет, Берт (01.01.2012). «Роль визуальной информации в оценке численности» . PLOS ONE . 7 (5): e37426. Bibcode : 2012PLoSO ... 737426G . DOI : 10.1371 / journal.pone.0037426 . ISSN 1932-6203 . PMC 3355123 . PMID 22616007 .
- ^ Маргетис, Тайлер; Нуньес, Рафаэль; Берген, Бенджамин К. (01.01.2014). «Выполнение арифметических действий вручную: движения рук во время точной арифметики показывают систематическую, динамическую пространственную обработку» . Ежеквартальный журнал экспериментальной психологии . 67 (8): 1579–1596. DOI : 10.1080 / 17470218.2014.897359 . ISSN 1747-0226 . PMID 25051274 .
- ^ Чжоу, Синьлинь; Вэй, Вэй; Чжан, Юнь; Цуй, Цзясин; Чен, Чуаньшэн (01.01.2015). «Визуальное восприятие может объяснить тесную связь между обработкой числа и вычислительной беглостью» . Границы в психологии . 6 : 1364. DOI : 10.3389 / fpsyg.2015.01364 . ISSN 1664-1078 . PMC 4563146 . PMID 26441740 .
- ^ Кожевникова Мария; Motes, Michael A .; Хегарти, Мэри (2007). «Пространственная визуализация в решении физических задач» . Когнитивная наука . 31 (4): 549–579. DOI : 10.1080 / 15326900701399897 . ISSN 1551-6709 . PMID 21635308 .
- ^ Ха, Оай; Фанг, Нин (2016). «Пространственные способности в обучении инженерной механике: критический обзор» . Журнал профессиональных вопросов инженерного образования и практики . 142 (2): 04015014. DOI : 10,1061 / (ASCE) EI.1943-5541.0000266 . Проверено 15 января 2016 .