Пространственная способность или визуально-пространственная способность — это способность понимать, рассуждать и запоминать визуальные и пространственные отношения между объектами или пространством. [1]
Визуально-пространственные способности используются в повседневной жизни, от навигации, понимания или установки оборудования, понимания или оценки расстояния и измерения, и 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 и обработку внешней информации и рассуждения с ней посредством представления в уме.
Пространственная способность — это способность понимать, рассуждать и запоминать визуальные и пространственные отношения между объектами или пространством. [1] Существует четыре распространенных типа пространственных способностей: пространственное или визуально-пространственное восприятие, пространственная визуализация, ментальное складывание и ментальное вращение . [4] Каждая из этих способностей обладает уникальными свойствами и важностью для многих типов задач, будь то в определенных работах или повседневной жизни. Например, пространственное восприятие определяется как способность воспринимать пространственные отношения относительно ориентации своего тела, несмотря на отвлекающую информацию. [5] С другой стороны, ментальное вращение — это ментальная способность быстро и точно манипулировать и вращать 2D- или 3D-объекты в пространстве. [4] Наконец, пространственная визуализация характеризуется как сложные многошаговые манипуляции 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 визуально-пространственных воспоминаний под контролем внимания для выполнения задачи. [6] Эта когнитивная способность опосредует индивидуальные различия в способности к более высоким пространственным способностям, таким как мысленное вращение.
Пространственное восприятие определяется как способность воспринимать пространственные отношения относительно ориентации своего тела, несмотря на отвлекающую информацию. [4] Оно состоит из способности воспринимать и визуально понимать внешнюю пространственную информацию, такую как особенности, свойства, измерение, формы, положение и движение. [7] Например, когда человек движется по густому лесу, он использует пространственное восприятие и осознание. Другой пример — когда он пытается понять отношения и механику внутри автомобиля, он опирается на свое пространственное восприятие, чтобы понять его визуальную структуру. Тесты, которые измеряют пространственное восприятие, включают тест стержня и рамки , где испытуемые должны поместить стержень вертикально, рассматривая ориентацию рамки под углом 22 градуса, или задачу уровня воды , где испытуемые должны нарисовать или определить горизонтальную линию в наклоненной бутылке. [5]
Пространственное восприятие также очень важно в спорте. Например, исследование показало, что игроки в крикет , которые быстрее улавливают информацию из кратко представленных визуальных отображений, были значительно лучшими игроками 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 пересекают улицу, или сложных динамических визуальных сцен. [9] Другое исследование, опубликованное в Journal of Human Kinetics о спортсменах-фехтовальщиках, показало, что уровень достижений сильно коррелирует с навыками пространственного восприятия, такими как зрительное различение, визуально-пространственные отношения, последовательная визуальная 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 на самом деле является частью семантической обработки входящей визуальной информации. [11] Обзор также показал, что пространственное восприятие включает в себя зрительную систему человека в мозге и теменную дольку , которая отвечает за зрительно-моторную обработку и визуально целенаправленное действие. [11] Исследования также показали, что люди, которые играли в шутеры от первого лица, имели лучшие навыки пространственного восприятия, такие как более быстрое и точное выполнение периферических и идентификационных задач, одновременно выполняя центральный поиск. [12] Исследователи предположили, что, в дополнение к улучшению способности разделять внимание, игра в экшн-игры значительно улучшает перцептивные навыки, такие как нисходящее направление внимания к возможным целевым местоположениям. [12]
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 использовать решение проблем и понимание. Например, Хегарти (2004) показал, что люди манипулируют ментальными представлениями для рассуждений о механических проблемах, таких как работа шестеренок или шкивов. [13] Аналогичным образом, Шварц и Блэк (1999) обнаружили, что выполнение таких ментальных симуляций, таких как наливание воды, улучшает способность людей находить решение 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) поощряли игроков использовать ментальные образы и манипуляции как один из приемов для достижения результатов в своей игре. (Джонс и Штут, 1997) [13] Недавние исследования (например, Черни, 2008) также продемонстрировали доказательства того, что игра в видеоигры с постоянной практикой может улучшить навыки мысленного вращения, например, улучшение результатов женщин после практики в игре, которая включала гонку в трехмерной среде. [13] Те же эффекты были замечены при игре в видеоигры в жанре экшн, такие как Unreal Tournament , а также в популярной популярной игре Tetris . [14] Пазлы и кубик Рубика также являются видами деятельности, которые требуют более высокого уровня мысленного вращения и могут практиковаться для улучшения пространственных способностей с течением времени. [15] [16] [17]
Умственное вращение также уникально и отличается от других пространственных способностей, поскольку оно также задействует области мозга, связанные с двигательным моделированием . [18]
Пространственная визуализация характеризуется как сложная многошаговая манипуляция пространственно представленной информацией. [5] Она включает в себя визуальные образы , которые являются способностью 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 визуализировать структуры солнечной системы и движения объектов внутри нее. [2] Инженер мысленно визуализирует взаимодействия частей машины или здания, которые ему поручено проектировать или с которыми он должен работать. [2] Химики должны уметь понимать формулы, которые можно рассматривать как абстрактные модели молекул с большей частью удаленной пространственной информации; пространственные навыки важны для восстановления этой информации, когда в формулах требуются 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 ментальных образов и использование этих пространственных отношений для получения понимания проблемы. В то время как пространственное восприятие включает в себя понимание извне через чувства, пространственная визуализация - это понимание изнутри через ментальные образы в уме.
Другая важная способность пространственной визуализации — это ментальная анимация . [20] Ментальная анимация — это ментальная визуализация движения и перемещения компонентов в любой форме системы или в целом. [20] Это способность, крайне важная для механического рассуждения и понимания, например, ментальная анимация в механических задачах может включать мысленную деконструкцию системы шкивов на более мелкие единицы и их анимацию в соответствующей последовательности или законах в механической системе. [21] Короче говоря, ментальная анимация — это ментальное представление того, как работают механические объекты, путем анализа движения их более мелких частей.
Ментальное складывание — это сложная пространственная визуализация, которая включает в себя складывание 2D-модели или материала в 3D-объекты и представления. [22] По сравнению с другими исследованиями, ментальное складывание было исследовано и изучено относительно мало. По сравнению с ментальным вращением, ментальное складывание — это нежесткая пространственная способность преобразования, которая означает, что характеристики манипулируемого объекта в конечном итоге изменяются в отличие от ментального вращения. При жестких манипуляциях сам объект не изменяется, а изменяется его пространственное положение или ориентация, тогда как при нежестких преобразованиях, таких как ментальное складывание, изменяются объект и формы. [23] Ментальное складывание в задачах обычно требует серии ментальных вращений для последовательного складывания объекта в новый. Классические тесты на ментальное складывание — это задание по складыванию бумаги, которое похоже на оригами . Оригами также требует ментального складывания, оценивая складывание 2D-бумаги достаточное количество раз для создания 3D-фигуры. [22]
Визуальная проницательная способность — наименее распространенная задача пространственной визуализации, которая подразумевает способность представлять, что находится внутри объекта, основываясь на его внешних признаках. [24]
Пространственная рабочая память — это способность временно хранить визуально-пространственные воспоминания под контролем внимания , чтобы выполнить задачу. [6] Эта когнитивная способность опосредует индивидуальные различия в способности к более высоким уровням пространственных способностей, таким как ментальное вращение. Пространственная рабочая память включает в себя хранение больших объемов краткосрочных пространственных воспоминаний по отношению к визуально-пространственному блокноту. 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, которые состоят из планирования пространственных движений, таких как планирование маршрута через сложное здание. Визуально-пространственный блокнот можно разделить на отдельные визуальные, пространственные и, возможно, кинэстетические (движение) компоненты. Его нейробиологическая функция также коррелирует с правым полушарием мозга. [25]
В обширном обзоре исследований гендерных различий Маккоби и Жаклин сообщили, что мужчины, как правило, лучше справляются с задачами на пространственные способности, чем женщины, что соответствует результатам других исследований. [4] Они также обнаружили, что практика приводит к быстрому улучшению пространственных способностей у представителей обоих полов. [4]
Исследователи обнаружили, что пространственные способности играют важную роль в продвинутых образовательных документах в области науки, технологий, инженерии и 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 Journal of Educational Psychology, показало, что 45% тех, кто имел докторскую степень в области STEM, находились в верхнем процентном соотношении с высокими пространственными способностями в группе из 400 000 участников, которые анализировались в течение 11 лет с момента их обучения в 12 классе. [26] Только менее 10% тех, кто имел докторскую степень в области STEM, находились ниже верхней четверти по пространственным способностям в подростковом возрасте. [26] Затем исследователи пришли к выводу, насколько важны пространственные способности для STEM и как фактор достижения продвинутых образовательных успехов в этой области. [26]
Пространственная визуализация особенно важна в науке и технике . Например, астроном должен визуально представлять структуры солнечной системы и пути тел в ней. [2] Инженер должен визуально представлять движения частей машины или здания, с которыми ему поручено работать. [2] Химики должны уметь понимать формулы, которые по сути являются абстрактными моделями, призванными представлять пространственную динамику молекул, и поэтому пространственные навыки важны для визуализации моделей молекул, которые необходимы в формулах. [2] Способность к пространственной манипуляции также важна в области структурной геологии, когда визуально представляют, как горные породы изменяются с течением времени, например, миграция магматического тела через кору или прогрессивное складывание 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]
Текущая литература также указывает на то, что математика включает в себя визуально-пространственную обработку. Исследования показали, что одаренные ученики по математике, например, лучше справляются с пространственной визуализацией, чем неодаренные ученики. [19] Обзор 2008 года, опубликованный в журнале Neuroscience Biobehavioural Reviews, обнаружил 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 связь с ее положением в числе. [28] Другое исследование показало, что численная оценка может полагаться на интеграцию различных визуально-пространственных сигналов (диаметр, размер, местоположение, измерение) для выведения ответа. [29] Исследование, опубликованное в 2014 году, также обнаружило доказательства того, что математические вычисления полагаются на интеграцию различных пространственных процессов. [30] Другое исследование 2015 года, опубликованное в журнале Frontiers in Psychology, также обнаружило, что числовая обработка и арифметическая производительность могут полагаться на способность визуального 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 на то, что пространственные способности, в частности мысленное вращение, имеют решающее значение для достижения успеха в различных областях химии, техники и физики. [3] [33]
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )