Пространственная способность - Spatial ability

Космические инженеры видеоигра: трехмерная пространственная навигация

Пространственная способность или же зрительно-пространственная способность это способность понимать, рассуждать и помнить пространственные отношения между объектами или пространством.^[1]

Визуально-пространственные способности используются для повседневного использования: от 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, инженерное дело, экономическое прогнозирование, метеорология, химия и физика.^[2][3] Пространственные способности включают не только понимание внешнего мира, они 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, складывание мыслей и умственное 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] Умственное вращение с другой стороны, это умственная способность быстро и точно манипулировать и вращать 2D или 3D 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

Стрельба из боевика: использование навыков пространственного восприятия

Пространственное восприятие определяется как способность воспринимать пространственные отношения относительно ориентации 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, путешествуя 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, измеряющие пространственное восприятие, включают испытание штанг и рамы, где субъекты должны поместить стержень вертикально, глядя в рамку с ориентацией под углом 22 градуса, или задача уровня воды, где испытуемые должны нарисовать или обозначить горизонтальную линию в наклоненной бутылке.^[5]

Пространственное восприятие также очень актуально в спорте. Например, исследование показало, что крикет игроки, которые быстрее собирали информацию с кратко представленных визуальных дисплеев, были значительно лучшими игроками с битой в реальной игре.^[8] Исследование 2015 г., опубликованное в Журнал видения обнаружили, 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, опубликованное в Журнал кинетики человека по фехтованию спортсмены обнаружили, что уровень достижений сильно коррелировал с навыками пространственного восприятия, такими как зрительное различение, зрительно-пространственные отношения, зрительная последовательная память, узкий фокус внимания и обработка визуальной информации.^[10] Обзор опубликован в журнале Нейропсихология обнаружили, что пространственное восприятие включает приписывание значения объекту или пространству, так что их сенсорная обработка фактически является частью семантической обработки поступающей визуальной информации.^[11] Обзор также показал, что пространственное восприятие включает зрительная система человека в мозгу и теменная долька который 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

Кубик Рубика: популярная головоломка с трехмерным мысленным вращением

Умственное вращение это способность мысленно представлять и вращать 2D и 3D объекты в космосе быстро и точно, 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 умение людей находить ответы на вопросы о величине наклона, необходимой 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 ментальные образы и манипуляции в качестве одного из методов достижения результатов в игре. (Джонс и Стут, 1997)^[13] Недавнее исследование (например, Cherney, 2008) также продемонстрировало доказательства того, что игра в видеоигры с постоянной практикой может улучшить навыки умственного вращения, например, улучшение результатов женщин после тренировки в игре, в которой участвовали гонки в трехмерной среде.^[13] Такие же эффекты были замечены в играх-боевиках, например Нереальный Турнир а также популярная мейнстрим-игра Тетрис.^[14] Головоломка пазлы и Кубик Рубика также являются видами деятельности, которые включают более высокий уровень умственного вращения, и их можно практиковать для улучшения пространственных способностей со временем.^[15][16][17]

Психическое вращение также уникально и отличается от других пространственных способностей, поскольку оно также включает области, связанные с двигательное моделирование в мозгу.^[18]

Пространственная визуализация

Пространственная визуализация характеризуется как сложные многоступенчатые манипуляции с пространственно представленной информацией.^[5] Это включает в себя визуальные образы то есть способность мысленно представлять визуальные образы объекта, и пространственные образы который состоит 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 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 ментальные 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 один критический возможность пространственной визуализации является умственное оживление.^[20] Ментальная анимация - это мысленная визуализация движения и движения компонентов в любой форме системы или в целом.^[20] Это способность, чрезвычайно важная 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 механической системы.^[21] Короче говоря, мысленная анимация - это мысленное представление о том, как работают механические объекты, путем анализа движения их более мелких частей.

Ментальные складки представляет собой сложную пространственную визуализацию, включающую складывание из 2D-рисунка или материала в 3D-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, свойства управляемого объекта меняются. При жестких манипуляциях изменяется не сам объект, а его пространственное положение или ориентация, тогда как при нежестких преобразованиях, таких как мысленное сворачивание, объект и формы изменяются.^[23] Мысленное сворачивание в задачах обычно требует серии мысленных вращений, чтобы последовательно сворачивать 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 способность временно хранить зрительно-пространственные воспоминания под контроль внимания, чтобы выполнить задачу.^[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 управления визуально-пространственной информацией, 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 в правом полушарие 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 возрастает в положительной зависимости от уровня пространственных способностей. Например, исследование 2009 г., опубликованное в Журнал педагогической психологии обнаружили, что 45% людей с КОРЕНЬ Доктора наук были в пределах верхнего процента высоких пространственных способностей в группе из 400 000 участников, которые анализировались в течение 11 лет с 12-го класса.^[26] Только менее 10% из тех, у кого КОРЕНЬ В подростковом возрасте степень доктора наук по пространственным способностям была ниже верхней четверти.^[26] Затем исследователи пришли к выводу, насколько важны пространственные способности для КОРЕНЬ и как фактор достижения высоких образовательных успехов в этой области.^[26]

Пространственная визуализация особенно важна в наука и технологии. Например, астроном должен визуально представить структуры солнечной системы и пути 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 мы визуально представляем, как горные породы меняются во времени, например, миграция магматического тела через кору или постепенное складывание стратиграфической последовательности. Другой навык пространственной визуализации, известный как зрительная проникающая способность важен в геологии, поскольку требует от геологов визуализации того, что находится внутри твердого объекта, на основе прошлых знаний.^[24]

Современная литература также указывает на то, что математика включает в себя визуально-пространственную обработку. Исследования показали, что одаренные ученики в математике, например, лучше справляются с пространственной визуализацией, чем не одаренные ученики.^[19] Обзор 2008 г., опубликованный в журнале Неврология и биоповеденческие обзоры нашли доказательства того, что визуально-пространственная обработка интуитивно вовлечена во многие аспекты 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 основываются на интеграции различных пространственных процессов.^[30] Еще одно исследование 2015 г., опубликованное в журнале Границы в психологии также было обнаружено, что числовая обработка и арифметические вычисления могут зависеть от способности визуального восприятия.^[31]

Исследование 2007 г., опубликованное в журнале Наука о мышлении также обнаружил, что способность пространственной визуализации имеет решающее значение для решения кинематический проблемы по физике. Тем не менее, современная литература указывает на то, что пространственные способности, особенно умственное вращение, имеют решающее значение для достижения успеха в различных областях химии, инженерии и физики.^[3][32]

Смотрите также

• Механические способности
• Моторные образы
• Прогрессивные матрицы Raven
• Осведомленность о пространственном контексте
• Пространственная память

внешняя ссылка

• Обзор - Визуальные пространственные навыки
• Признание пространственного интеллекта
• Тест на пространственные способности, Исследовательская группа Аляски.

Рекомендации

1. «Пространственная способность» (PDF). www.jhu.edu. Университет Джона Хопкинса.
2. Университет Джона Хопкинса. "Что такое пространственные способности?" (PDF). Университет Джона Хопкинса.
3. (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).
4. 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. ЧВК  3211902. PMID  16248138.
5. Linn, Marcia C .; Петерсен, Энн С. (1985). «Возникновение и характеристика половых различий в пространственных способностях: метаанализ». Развитие ребенка. 56 (6): 1479–1498. Дои:10.1111 / j.1467-8624.1985.tb00213.x.
6. Шелтон, Джилл Т .; Эллиотт, Эмили М .; Hill, B.D .; Calamia, Matthew R .; Гувье, Wm. Дрю (2009-05-01). «Сравнение лабораторных и клинических тестов рабочей памяти и их прогнозирование жидкого интеллекта». Интеллект. 37 (3): 283. Дои:10.1016 / j.intell.2008.11.005. ISSN  0160-2896. ЧВК  2818304. PMID  20161647.
7. Симмонс, Элисон (2003). «Пространственное восприятие с картезианской точки зрения» (PDF). Философские темы. 31.
8. Уважаемый, И. Дж .; Митчелл, Х. (1 января 1989 г.). «Время осмотра и скоростные игры с мячом». Восприятие. 18 (6): 789–792. Дои:10.1068 / p180789. ISSN  0301-0066. PMID  2628929.
9. Ромеас, Томас; Фобер, Джоселин (01.09.2015). «Оценка специфического для спорта и неспецифического биологического восприятия движения у спортсменов-футболистов показывает фундаментальное преимущество в способности распознавать кинематику тела над не-спортсменами». Журнал видения. 15 (12): 504. Дои:10.1167/15.12.504. ISSN  1534-7362.
10. Хиджази, Мона Мохамед Камаль (31 декабря 2013 г.). «Внимание, визуальное восприятие и их связь со спортивными достижениями в фехтовании». Журнал кинетики человека. 39: 195–201. Дои:10.2478 / hukin-2013-0082. ISSN  1640-5544. ЧВК  3916930. PMID  24511355.
11. Jeannerod, M .; Джейкоб, П. (2005-01-01). «Визуальное познание: новый взгляд на модель двухзрительных систем» (PDF). Нейропсихология. 43 (2): 301–312. Дои:10.1016 / j.neuropsychologia.2004.11.016. ISSN  0028-3932. PMID  15707914.
12. Ву, Сицзин; Спенс, Ян (1 мая 2013 г.). «Игра в шутер и видеоигры по вождению улучшают визуальный поиск сверху вниз». Внимание, восприятие и психофизика. 75 (4): 673–686. Дои:10.3758 / s13414-013-0440-2. ISSN  1943–393X. PMID  23460295.
13. «Лаборатория онлайн-психологии - о ментальном ротации». opl.apa.org. Получено 2016-01-09.
14. Латам, Эндрю Дж .; Патстон, Люси Л. М .; Типпетт, Линетт Дж. (13 сентября 2013 г.). «Виртуальный мозг: 30 лет видеоигр и когнитивных способностей». Границы в психологии. 4: 629. Дои:10.3389 / fpsyg.2013.00629. ISSN  1664-1078. ЧВК  3772618. PMID  24062712.
15. Levine, S.C .; Ratliff, K.R .; Huttenlocher, J .; Кэннон, Дж. (2012-03-01). «Ранняя игра-головоломка: показатель способности дошкольников к пространственной трансформации». Развивающая психология. 48 (2): 530–542. Дои:10.1037 / a0025913. ISSN  0012-1649. ЧВК  3289766. PMID  22040312.
16. 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. Дои:10.1098 / rstb.2008.0337. ISSN  0962-8436. ЧВК  2677592. PMID  19528020.
17. Хопкинс, Дж. Рой (10 мая 2014 г.). Подростковый возраст: переходные годы. Академическая пресса. ISBN  9781483265650.
18. Закс, Джеффри М. (01.01.2008). «Нейровизуализационные исследования умственного вращения: метаанализ и обзор». Журнал когнитивной неврологии. 20 (1): 1–19. Дои:10.1162 / jocn.2008.20013. ISSN  0898-929X. PMID  17919082.
19. Ван Гардерен, Делинда (2006). «Пространственная визуализация, визуальные образы и решение математических задач для учащихся с различными способностями» (PDF). Журнал нарушений обучаемости. 39 (6).
20. Симс, В. К .; Хегарти, М. (1997-05-01). «Ментальная анимация в зрительно-пространственном блокноте: данные двойных исследований». Память и познание. 25 (3): 321–332. Дои:10.3758 / bf03211288. ISSN  0090-502X. PMID  9184484.
21. Хегарти, М. (1992-09-01). «Ментальная анимация: вывод движения из статических отображений 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. PMID  1402712.
22. Гласс, Лейла; Крюгер, Франк; Соломон, Джеффри; Раймонт, Ванесса; Графман, Иордания (1 июля 2013 г.). «Умственное сгибание бумаги после проникающей травмы головного мозга у ветеранов боевых действий: исследование картирования поражения». Кора головного мозга. 23 (7): 1663–1672. Дои:10.1093 / cercor / bhs153. ISSN  1047-3211. ЧВК  3673178. PMID  22669970.
23. 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. Дои:10.1007 / s10339-013-0544-6. ISSN  1612-4790. PMID  23397105.
24. Тит, Сара (2009). «Характеризация и улучшение навыков пространственной визуализации». Журнал геолого-геофизического образования. 57 (4): 242–254. Bibcode:2009JGeEd..57..242T. Дои:10.5408/1.3559671.
25. Баддели, А. Д. (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.
26. Вай, Джонатан (2009). «Пространственные возможности для областей STEM: согласование более чем 50-летних совокупных психологических знаний укрепляет их важность» (PDF). Журнал педагогической психологии. 101 (4): 817–835. Дои:10.1037 / a0016127.
27. Тосто, Мария Грация; Hanscombe, Ken B .; Haworth, Claire M.A .; Дэвис, Оливер С.П .; 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. Дои:10.1111 / desc.12138. ISSN  1363-755X. ЧВК  3997754. PMID  24410830.
28. 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. Дои:10.1016 / j.neubiorev.2008.05.015. ISSN  0149-7634. PMID  18584868.
29. Гебуис, Тития; Рейнвоет, Берт (01.01.2012). «Роль визуальной информации в оценке численности». PLOS ONE. 7 (5): e37426. Bibcode:2012PLoSO ... 737426G. Дои:10.1371 / journal.pone.0037426. ISSN  1932-6203. ЧВК  3355123. PMID  22616007.
30. 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. Дои:10.1080/17470218.2014.897359. ISSN  1747-0226. PMID  25051274.
31. Чжоу, Синьлинь; Вэй, Вэй; Чжан, Юнь; Цуй, Цзясинь; Чен, Чуаньшэн (01.01.2015). «Визуальное восприятие может объяснить тесную связь между обработкой числовых значений и вычислительной беглостью». Границы в психологии. 6: 1364. Дои:10.3389 / fpsyg.2015.01364. ISSN  1664-1078. ЧВК  4563146. PMID  26441740.
32. Ха, Оай; Фанг, Нин (2016). «Пространственные способности в обучении инженерной механике: критический обзор». Журнал профессиональных вопросов инженерного образования и практики. 142 (2): 04015014. Дои:10.1061 / (ASCE) EI.1943-5541.0000266. Получено 2016-01-15.