心理旋转实验
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2023年3月16日发(作者：辛弃疾最出名十首诗词)表象——心理旋转
表象（MentalImage）亦称意象，是客观对象不在主体面前呈现时，在观念
中所保持的客观对象的形象和客体形象在观念中复现的过程。表象不仅是一个人
的映象，而且是一种操作，即心理操作可以以表象的形式进行，即形象思维活动。
从这个意义上说，表象的心理操作、形象思维与概念思维可处于不同的相互作用
中。在心理学中，表象是指过去感知过的事物形象在头脑中再现的过程。包括通
常所说的记忆表象和想象表象。
心理旋转（mentalrotation，又称心智旋转）是一种想象自我或客体旋转的
空间表征动力转换能力,也是一种评定空间智能的重要标尺。或者说，第一，一
个物体可以在我们的脑海中形成一个映像；第二，这个映像还可以进行旋转；第
三，映像旋转的速度是相对恒定的。心理学家把这种物体映像旋转的现象叫做心
理旋转。
Shepard及其同事于20世纪70年代初展开了“心理旋转”的研究。
Shepard和Metzler在1971做了一个心理旋转的实验。在这个实验里，用速
示器给被试成对的呈现图形，被试的任务是判定这两个图形是相同的还是不同
的。每个图形都是由10个小方块连接起来组成的手柄形，看起来是立体的。这
些成对的图形有3种情况。第一种情况是两个图形相同而方位不同，其中一个
相对于另一个在平面上转动了一定角度，被试判定它为“相同”才是正确反应。
第二种情况是两个图形相同，但其中一个图形在三维空间中旋转了一定角度，对
它的正确反应也是“相同”。第三种情况为两个图形不同，它们是镜象对称的，
对它们的正确判定是不同。这三种性质不同的图对随机的混在一起。实验时，每
次呈现一个图对，要求被试尽快的作出异同的判定，记录反应时。
这个实验得到的结果表明，无论是平面对还是立体对，如果两个图形的形状
和方位都相同，那么被试只需要一秒就能看出它们是相同的；然而当其中一个图
形转动了一定角度，出现方位差后，反应时就增加了，反应时随方位差度数的增
加而增加，两者成正比。不仅如此，从图中可以看出，平均反应时与方位差有着
线性关系，反应时是随着方位差度数的增加以固定速率增加的。总体来看，平面
对和立体对的实验结果几乎是一样的。
Shepard等认为，被试完成这种作业是不能依据图形的一些表面特征的，
因为一对图形看起来相似，都有10个小方块和3个直角弯头，而且两个相邻的
直角弯头间的方块数也是一样的，找不出两个图形在这些方面有什么明显差别。
他们还排除了下列可能性：被试分别对两个图形进行分析，将每个图形的结构简
化为某种类型的代码，然后再比较两个图形的代码，根据它们是否匹配而作出“相
同”或“不同”的判定。例如，一个图形可以从一端开始，依照其方块数目和弯
头的方向来表征为2R2U2L1，即“两个方块，向右弯；两个方块，向上弯；
两个方块，向左弯；一个方块”。Shepard等认为，生成每一个图形的代码也
许在某种程度上依赖于图形的绝对的方位，但两个图形是分别单独地受到分析
的，生成两个图形的代码所需的时间绝不依赖于它们的相对方位，完成作业所需
的时间不会随两个图形的方位差而变化。而实验结果却表明反应时与方位差有线
性关系。并且，经过1600次实验后，被试仍不能认出任何单独的图形，而只能
比较两个图形。这个结果也不支持上述代码比较的设想。
根据以上的实验结果，Shepard等指出，被试对两个图形作比较时，是在
头脑里将一个图形转动到另一个图形的方位上来，然后依据匹配的情况再作出判
定。想象的转动或心理旋转成为这类比较的基础。并且这种这种旋转的速率是相
对稳定的，每秒53°，所以两个图形的方位差越大，心理旋转所需的时间也越
多，表现为反应时是两个图形方位差的线性函数。被试的报告也支持心理旋转的
设想。他们通常说是先将左边的图形转动到使它上面的一条臂与右边图形的相应
的臂平行，然后再通过想象将这样转动后的图形的另一端的伸展方向与右边图形
的相应部分进行比较。被试的内省报告与反应时的数据是吻合的，都有利于承认
心理旋转。实验结果还表明，被试既可以完成平面对的作业，也可以完成立体对
的作业。这意味着表象可以表征画出来的物体的三维结构，而不仅是图形的二维
特征；并且平面对和立体对的反应时数据包括反应时函数的斜率几乎是一样的，
因而可以说，在三维空间中和二维平面上的转动都是同样易于想象的。Shepard
等认为，他们确定了心理旋转这一事实，而且第一次实验证明了它具有上述的渐
进性和空间性的特点。这个实验研究开创了表象研究的一个新方向，引导出一系
列的研究。