stringtranslate.com

Пространственные способности

Видеоигра «Космические инженеры» : пространственная 3D-навигация

Пространственные способности или зрительно-пространственные способности — это способность понимать, рассуждать и запоминать визуальные и пространственные отношения между объектами или пространством. [1]

Визуально-пространственные способности используются для повседневного использования: навигации, понимания или ремонта оборудования, понимания или оценки расстояния и измерений, а также выполнения работы. Пространственные способности также важны для успеха в таких областях, как спорт, технические способности, математика , естественные науки, инженерное дело , экономическое прогнозирование, метеорология , химия и физика . [2] [3] Пространственные способности включают не только понимание внешнего мира, но также обработку внешней информации и рассуждение с ее помощью посредством представления в уме.

Определение и виды

Пространственные способности — это способность понимать, рассуждать и запоминать визуальные и пространственные отношения между объектами или пространством. [1] Существует четыре распространенных типа пространственных способностей, которые включают пространственное или зрительно-пространственное восприятие, пространственную визуализацию, умственное сгибание и умственное вращение . [4] Каждая из этих способностей обладает уникальными свойствами и важностью для многих типов задач, будь то на определенных работах 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 2D- или 3D-объекты в пространстве. [4] Наконец, пространственная визуализация характеризуется как сложные многоэтапные манипуляции с пространственно представленной информацией. [5] Эти три способности опосредованы и поддерживаются четвертым пространственным когнитивным фактором, известным как пространственная рабочая память. Пространственная рабочая память — это способность временно хранить определенное количество зрительно-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

Стрельба в жанре экшн: использование навыков пространственного восприятия.

Пространственное восприятие определяется как способность воспринимать пространственные отношения относительно ориентации своего тела, несмотря на отвлекающую информацию. [4] Оно заключается в способности воспринимать и визуально понимать внешнюю пространственную информацию, такую ​​как особенности, свойства, измерения, формы, положение и движение. [7] Например, когда кто-то движется через густой лес, он использует пространственное восприятие и осознание. Другой пример: пытаясь понять взаимоотношения и механику внутри автомобиля, они полагаются на свое пространственное восприятие, чтобы понять его визуальную структуру. Тесты, измеряющие пространственное восприятие, включают тест с стержнем и рамкой , где испытуемые должны расположить стержень вертикально, рассматривая рамку с ориентацией под углом 22 градуса, или задачу с уровнем воды , где испытуемые должны нарисовать или определить горизонтальную линию в наклоненной рамке. бутылка. [5]

Пространственное восприятие также очень актуально в спорте. Например, исследование показало, что игроки в крикет , которые быстрее воспринимали информацию с помощью кратко представленных визуальных дисплеев, были значительно лучшими игроками с битой в реальной игре. [8] Исследование 2015 года, опубликованное в журнале Journal of Vision, показало, что футболисты обладают более высокими способностями к восприятию кинематики тела, например, к обработке многозадачных массовых сцен, в которых участвуют пешеходы, переходящие улицу, или сложных динамических визуальных сцен. [9] Другое исследование, опубликованное в журнале Human Kinetics, посвященное спортсменам-фехтовальщикам, показало, что уровень достижений сильно коррелирует с навыками пространственного восприятия, такими как зрительная дискриминация, зрительно-пространственные отношения, визуальная последовательная память, узкая фокусировка внимания и обработка визуальной информации. [10] Обзор, опубликованный в журнале «Нейропсихология» , показал, что пространственное восприятие включает в себя приписывание значения объекту или пространству, так что их сенсорная обработка фактически является частью семантической обработки поступающей визуальной информации. [11] В обзоре также было обнаружено, что пространственное восприятие задействует зрительную систему мозга человека и теменную долю , которая отвечает за зрительно-моторную обработку и визуально целенаправленное действие. [11] Исследования также показали, что люди, которые играли в стрелялки от первого лица, имели лучшие навыки пространственного восприятия, такие как более быстрое и точное выполнение периферийных задач и задач идентификации при одновременном выполнении центрального поиска. [12] Исследователи предположили, что, помимо улучшения способности распределять внимание, игра в экшн-игры значительно улучшает навыки восприятия, такие как направление внимания сверху вниз к возможным целевым местам. [12]

Ментальное вращение

Кубик Рубика : популярная головоломка, требующая мысленного трехмерного вращения.

Ментальное вращение — это способность мысленно представлять и вращать 2D и 3D объекты в пространстве быстро и точно, при этом характеристики объекта остаются неизменными. Ментальные представления физических объектов могут помочь в решении проблем и понимании. Например, Хегарти (2004) показал, что люди манипулируют мысленными представлениями, рассуждая о механических проблемах, например, о том, как работают шестерни или шкивы. [13] Аналогичным образом, Шварц и Блэк (1999) обнаружили, что выполнение таких мысленных симуляций, как наливание воды, улучшает умение людей находить решение вопросов о величине наклона, необходимого для контейнеров различной высоты и ширины. [13] В области спортивной психологии тренеры по различным видам спорта (например, баскетболу, гимнастике, футболу или гольфу) поощряют игроков использовать мысленные образы и манипуляции как один из методов достижения результатов в игре. (Jones & Stuth, 1997) [13] Недавние исследования (например, Cherney, 2008) также продемонстрировали доказательства того, что видеоигры при постоянной практике могут улучшить навыки умственного вращения, например, улучшение результатов у женщин после тренировки с игрой, в которой участвует гонка в трехмерной среде. [13] Тот же эффект наблюдался в экшн-видеоиграх, таких как Unreal Tournament , а также в популярной популярной игре «Тетрис» . [14] Головоломки и кубик Рубика — это также занятия, требующие более высокого уровня умственного вращения, и их можно практиковать для постепенного улучшения пространственных способностей. [15] [16] [17]

Ментальное вращение также уникально и отличается от других пространственных способностей, поскольку оно также задействует области, связанные с моторным моделированием в мозге. [18]

Пространственная визуализация

Пространственная визуализация характеризуется как сложные многоэтапные манипуляции с пространственно представленной информацией. [5] Оно включает в себя визуальные образы , которые представляют собой способность мысленно представлять визуальные проявления 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 представить себе структуру Солнечной системы и движение 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, особенностей и свойств посредством мысленных образов и использование этих пространственных отношений для достижения понимания проблемы. В то время как пространственное восприятие предполагает внешнее понимание посредством чувств, пространственная визуализация — это внутреннее понимание посредством мысленных образов в уме.

Еще одна важная способность пространственной визуализации — это мысленная анимация . [20] Ментальная анимация — это мысленная визуализация движения и движения компонентов внутри любой формы системы или в целом. [20] Эта способность очень важна для механического рассуждения и понимания, например, мысленная анимация в механических задачах может включать мысленную деконструкцию шкивной системы на более мелкие единицы и анимацию их в соответствующей последовательности или законам механической системы. [21] Короче говоря, мысленная анимация — это мысленное воображение того, как работают механические объекты, путем анализа движения их меньших частей.

Ментальное складывание — это сложная пространственная визуализация, которая включает в себя складывание двумерного рисунка или материала в трехмерные объекты и представления. [22] По сравнению с другими исследованиями, ментальное складывание было исследовано относительно мало. По сравнению с мысленным вращением, ментальное сворачивание представляет собой нежесткую способность пространственной трансформации, что означает, что характеристики объекта, которым манипулируют, в конечном итоге изменяются в отличие от мысленного вращения. При жестких манипуляциях меняется не сам объект, а его пространственное положение или ориентация, тогда как при нежестких трансформациях, таких как мысленное складывание, изменяются объект и формы. [23] Ментальное складывание в задачах обычно требует серии мысленных вращений, чтобы последовательно сложить объект в новый. Классические тесты на складывание в уме — это задание на складывание бумаги, похожее на оригами . Оригами также требует мысленного складывания: необходимо сложить двумерную бумагу достаточное количество раз, чтобы создать трехмерную фигуру. [22]

Способность визуального проникновения - 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 зрительно-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 предполагает хранение большого количества кратковременных пространственных воспоминаний относительно зрительно-пространственного блокнота. Он используется для временного хранения и манипулирования визуально-пространственной информацией, такой как запоминание форм, цветов, местоположения или движения объектов в пространстве. Он также участвует в задачах, связанных с планированием пространственных движений, например, планированием маршрута через сложное здание. Зрительно-пространственный блокнот можно разделить на отдельные визуальные, пространственные и, возможно, родственно-эстетические (движения) компоненты. Его нейробиологическая функция также коррелирует с правым полушарием мозга. [25]

Половые различия у людей

В обширном обзоре исследований половых различий Маккоби и Джеклин сообщили, что мужчины обычно лучше справляются с пространственными задачами, чем женщины, что соответствует результатам других исследований. [4] Однако следует отметить, что они также обнаружили, что практика приводит к быстрому улучшению пространственных способностей у обоих полов. [4]

Профессиональные приложения

Исследователи обнаружили, что пространственные способности играют важную роль в получении высшего образования в области науки, техники, инженерии или математики (STEM). [26] [27] Исследования показали, что вероятность получения ученой степени в области STEM увеличивается в положительной зависимости от уровня пространственных способностей. Например, исследование 2009 года, опубликованное в Журнале педагогической психологии, показало, что 45% людей с докторской степенью STEM находились в пределах верхнего процента высоких пространственных способностей в группе из 400 000 участников, которых анализировали в течение 11 лет, начиная с 12-го класса. [26] Только менее 10% людей с докторской степенью в области STEM в подростковом возрасте имели пространственные способности ниже верхней четверти. [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 технике . Например, астроном должен визуально представить себе структуру Солнечной системы и путь тел внутри нее. [2] Инженер должен визуально представлять себе движения частей машины или здания, с которыми ему поручено работать. [2] Химики должны уметь понимать формулы, которые по сути представляют собой абстрактные модели, которые должны отражать 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 вы визуально представляете, как горные породы изменяются с течением времени, например, миграция магматического тела через кору или прогрессивная складчатость стратиграфической последовательности. Другой навык пространственной визуализации, известный как способность визуального проникновения, важен в геологии, поскольку он требует от геологов визуализировать то, что находится внутри твердого объекта, на основе прошлых знаний. [24]

Современная литература также указывает на то, что математика включает зрительно-пространственную обработку. Исследования показали, что одаренные ученики, изучающие математику, например, 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 зрительно-пространственная обработка интуитивно участвует во многих аспектах обработки чисел и математических вычислений. Например, значение цифры в многозначном числе кодируется в соответствии с пространственной информацией, учитывая ее отношение к ее положению внутри числа. [28] Другое исследование показало, что численная оценка может основываться на интеграции различных визуально-пространственных признаков (диаметр, размер, местоположение, измерение) для получения 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 арифметическая производительность могут зависеть от способности визуального восприятия. [31]

Исследование 2007 года, опубликованное в журнале Cognitive Science, также показало, что способность пространственной визуализации имеет решающее значение для решения кинематических задач в физике. [32] Тем не менее, современная литература указывает на то, что пространственные способности, в частности умственное вращение, имеют решающее значение для достижения успеха в различных областях химии, техники и физики. [3] [33]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ab «Пространственные способности» (PDF) . www.jhu.edu . Университет Джонса Хопкинса.
  2. ^ abcdefg Университет Джонса Хопкинса. «Что такое пространственная способность?» (PDF) . Университет Джонса Хопкинса.
  3. ^ ab (США), Национальная академия наук; (нас), Национальная инженерная академия; Комитет инженерного дела и Медицинского института (США) по максимальному раскрытию потенциала женщин в академической науке (1 января 2006 г.). «Женщины в науке и математике». Издательство национальных академий (США). {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  4. ^ abcde Доннон, Тайрон; ДеКото, Жан-Гастон; Виолато, Клаудио (01 октября 2005 г.). «Влияние когнитивной визуализации и половых различий на развитие навыков лапароскопического наложения швов». Канадский журнал хирургии . 48 (5): 387–393. ISSN  0008-428X. ПМК 3211902 . ПМИД  16248138. 
  5. ^ abcd Линн, Марсия К.; Петерсен, Энн К. (1985). «Появление и характеристика половых различий в пространственных способностях: метаанализ». Развитие ребенка . 56 (6): 1479–1498. doi :10.1111/j.1467-8624.1985.tb00213.x. ПМИД  4075870.
  6. ^ Аб Шелтон, Джилл Т.; Эллиотт, Эмили М.; Хилл, BD; Каламиа, Мэтью Р.; Гувье, Вм. Дрю (01 мая 2009 г.). «Сравнение лабораторных и клинических тестов рабочей памяти и их прогнозирование гибкого интеллекта». Интеллект . 37 (3): 283. doi :10.1016/j.intell.2008.11.005. ISSN  0160-2896. ПМК 2818304 . ПМИД  20161647. 
  7. ^ Симмонс, Элисон (2003). «Пространственное восприятие с картезианской точки зрения» (PDF) . Философские темы . 31 : 395–423. дои : 10.5840/philtopics2003311/22.
  8. ^ Дорогой, Эй Джей; Митчелл, Х. (1 января 1989 г.). «Осмотр времени и скоростные игры с мячом». Восприятие . 18 (6): 789–792. дои : 10.1068/p180789. ISSN  0301-0066. PMID  2628929. S2CID  27010211.
  9. ^ Ромеас, Томас; Фобер, Джоселин (01 сентября 2015 г.). «Оценка специфического и неспецифического восприятия биологических движений у спортсменов-футболистов показывает фундаментальное преимущество перцептивных способностей перед неспортсменами в распознавании кинематики тела». Журнал видения . 15 (12): 504. дои : 10.1167/15.12.504 . ISSN  1534-7362.
  10. ^ Хиджази, Мона Мохамед Камаль (31 декабря 2013 г.). «Внимание, зрительное восприятие и их связь со спортивными достижениями в фехтовании». Журнал человеческой кинетики . 39 : 195–201. дои : 10.2478/hukin-2013-0082. ISSN  1640-5544. ПМЦ 3916930 . ПМИД  24511355. 
  11. ^ аб Жаннерод, М.; Джейкоб, П. (1 января 2005 г.). «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.
  12. ^ Аб Ву, Сидзин; Спенс, Ян (01 мая 2013 г.). «Игра в шутеры и вождение видеоигр улучшает управление сверху вниз при визуальном поиске». Внимание, восприятие и психофизика . 75 (4): 673–686. дои : 10.3758/s13414-013-0440-2. ISSN  1943-393Х. PMID  23460295. S2CID  10088645.
  13. ^ abcd «Онлайн-лаборатория психологии - о психическом вращении» . opl.apa.org . Проверено 9 января 2016 г.
  14. ^ Лэтэм, Эндрю Дж.; Патстон, Люси Л.М.; Типпетт, Линетт Дж. (13 сентября 2013 г.). «Виртуальный мозг: 30 лет видеоигр и когнитивные способности». Границы в психологии . 4 : 629. дои : 10.3389/fpsyg.2013.00629 . ISSN  1664-1078. ПМЦ 3772618 . ПМИД  24062712. 
  15. ^ Левин, Южная Каролина; Рэтлифф, КР; Хуттенлохер, Дж.; Кэннон, Дж. (01 марта 2012 г.). «Ранняя игра-головоломка: предсказатель навыков пространственной трансформации дошкольников». Психология развития . 48 (2): 530–542. дои : 10.1037/a0025913. ISSN  0012-1649. ПМЦ 3289766 . ПМИД  22040312. 
  16. ^ Барон-Коэн, Саймон; Эшвин, Эмма; Эшвин, Крис; Тавассоли, Тереза; Чакрабарти, Бхишмадев (27 мая 2009 г.). «Талант при аутизме: гиперсистематизация, гипервнимание к деталям и сенсорная гиперчувствительность». Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 364 (1522): 1377–1383. дои : 10.1098/rstb.2008.0337. ISSN  0962-8436. ПМЦ 2677592 . ПМИД  19528020. 
  17. ^ Хопкинс, Дж. Рой (10 мая 2014 г.). Подростковый возраст: переходные годы. Академическая пресса. ISBN 9781483265650.
  18. ^ Закс, Джеффри М. (1 января 2008 г.). «Нейровизуализационные исследования психического вращения: метаанализ и обзор». Журнал когнитивной нейронауки . 20 (1): 1–19. doi : 10.1162/jocn.2008.20013. ISSN  0898-929X. PMID  17919082. S2CID  14543380.
  19. ^ аб Ван Гардерен, Делинда (2006). «Пространственная визуализация, визуальные образы и решение математических задач учащихся с разными способностями» (PDF) . Журнал неспособности к обучению . 39 (6).
  20. ^ аб Симс, ВК; Хегарти, М. (1 мая 1997 г.). «Ментальная анимация в зрительно-пространственном блокноте: данные исследований с двумя задачами». Память и познание . 25 (3): 321–332. дои : 10.3758/bf03211288 . ISSN  0090-502X. ПМИД  9184484.
  21. ^ Хегарти, М. (1 сентября 1992 г.). «Ментальная анимация: определение движения на основе статических изображений механических систем». Журнал экспериментальной психологии: обучение, память и познание . 18 (5): 1084–1102. CiteSeerX 10.1.1.167.8298 . дои : 10.1037/0278-7393.18.5.1084. ISSN  0278-7393. ПМИД  1402712. 
  22. ^ аб Гласс, Лейла; Крюгер, Франк; Соломон, Джеффри; Раймонт, Ванесса; Графман, Джордан (01 июля 2013 г.). «Ментальное складывание бумаги после проникающей черепно-мозговой травмы у ветеранов боевых действий: исследование картирования повреждений». Кора головного мозга . 23 (7): 1663–1672. doi : 10.1093/cercor/bhs153. ISSN  1047-3211. ПМЦ 3673178 . ПМИД  22669970. 
  23. ^ Харрис, Джастин; Хирш-Пасек, Кэти; Ньюкомб, Нора С. (1 мая 2013 г.). «Понимание пространственных преобразований: сходства и различия между мысленным вращением и мысленным складыванием». Когнитивная обработка . 14 (2): 105–115. дои : 10.1007/s10339-013-0544-6. ISSN  1612-4790. PMID  23397105. S2CID  6072708.
  24. ^ аб Титус, Сара (2009). «Характеристика и улучшение навыков пространственной визуализации». Журнал геонаучного образования . 57 (4): 242–254. Бибкод : 2009JGeEd..57..242T. дои : 10.5408/1.3559671. S2CID  8733070.
  25. ^ Баддели, AD (2000). «Эпизодический буфер: новый компонент рабочей памяти?». Тенденции в когнитивных науках . 4 (11): 417–423. дои : 10.1016/S1364-6613(00)01538-2 . PMID  11058819. S2CID  14333234.
  26. ^ abcd Вай, Джонатан (2009). «Пространственные способности для областей STEM: согласование более чем 50-летних совокупных психологических знаний подтверждает их важность» (PDF) . Журнал педагогической психологии . 101 (4): 817–835. дои : 10.1037/a0016127. S2CID  17233758.
  27. ^ Тосто, Мария Грация; Хэнскомб, Кен Б.; Хаворт, Клэр, Массачусетс; Дэвис, Оливер СП; Петрилл, Стивен А.; Дейл, Филип С.; Малых, Сергей; Пломин, Роберт; Ковас, Юлия (01 мая 2014 г.). «Почему пространственные способности предсказывают математические способности?». Наука развития . 17 (3): 462–470. дои : 10.1111/дес.12138. ISSN  1363-755X. ПМЦ 3997754 . ПМИД  24410830. 
  28. ^ де Эвиа, Мария Долорес; Валлар, Джузеппе; Гирелли, Луиза (1 октября 2008 г.). «Визуализация чисел мысленным взором: роль зрительно-пространственных процессов в числовых способностях». Неврологические и биоповеденческие обзоры . 32 (8): 1361–1372. doi :10.1016/j.neubiorev.2008.05.015. ISSN  0149-7634. PMID  18584868. S2CID  207088066.
  29. ^ Гебуис, Тития; Рейнвоет, Берт (1 января 2012 г.). «Роль визуальной информации в оценке численности». ПЛОС ОДИН . 7 (5): e37426. Бибкод : 2012PLoSO...737426G. дои : 10.1371/journal.pone.0037426 . ISSN  1932-6203. ПМЦ 3355123 . ПМИД  22616007. 
  30. ^ Маргетис, Тайлер; Нуньес, Рафаэль; Берген, Бенджамин К. (1 января 2014 г.). «Арифметические действия вручную: движения рук во время точных арифметических действий демонстрируют систематическую, динамическую пространственную обработку». Ежеквартальный журнал экспериментальной психологии . 67 (8): 1579–1596. дои : 10.1080/17470218.2014.897359 . ISSN  1747-0226. ПМИД  25051274.
  31. ^ Чжоу, Синьлинь; Вэй, Вэй; Чжан, Юнь; Цуй, Цзясинь; Чен, Чуаньшэн (01 января 2015 г.). «Визуальное восприятие может объяснить тесную связь между обработкой чисел и беглостью вычислений». Границы в психологии . 6 : 1364. doi : 10.3389/fpsyg.2015.01364 . ISSN  1664-1078. ПМЦ 4563146 . ПМИД  26441740. 
  32. ^ Кожевникова, Мария; Мотс, Майкл А.; Хегарти, Мэри (2007). «Пространственная визуализация в решении физических задач». Когнитивная наука . 31 (4): 549–579. дои : 10.1080/15326900701399897 . ISSN  1551-6709. ПМИД  21635308.
  33. ^ Ха, Оай; Фан, Нин (2016). «Пространственные способности в изучении инженерной механики: критический обзор». Журнал профессиональных вопросов инженерного образования и практики . 142 (2): 04015014. doi :10.1061/(ASCE)EI.1943-5541.0000266 . Проверено 15 января 2016 г.

Внешние ссылки