视知觉线索对幼儿小数离散量表征的影响，本文主要内容关键词为：表征论文,小数论文,知觉论文,线索论文,幼儿论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
文章编号：1001-4918(2012)04-0337-344 中图分类号：B844.1 文献标识码：A
1 前言
离散量(discrete quantity)是指用实物或实物记号(如点阵)通过视觉系列、声音系列或跨感觉通道呈现的数量集的个数(Brysbaert,2004)，离散量表征是指离散量刺激在主体头脑内部解释和表达的过程。离散量表征能力是个体获得高级数能力的重要基础(Le Corre & Carey,2007; Jordan,Glutting,& Ramineni,2010)。
以往研究认为人类与动物共同拥有两种离散量表征的核心系统(Gallistel & Gelman,1992,2000; Mix,Huttenlocher,& Levine,2002; Feigenson,Dehaene,& Spelke,2004；王乃弋，罗跃嘉，李红，2006)。第一个核心系统是小数量的精确表征系统，即动物和人均能对4以内的小数离散量进行精确表征，表征过程不受数量比例或距离的影响，表现出正确率高、反应时短的特点(Kahneman,Treisman,& Gibbs,1992; Brannon & Terrance,2000; Sulkowiski & Hauser,2000)。第二个核心系统是大数量的近似表征(approximate representaion)系统，也称为模拟表征(analog representaion)系统，即个体对4以上的大数量表征过程受数量比例的限制(Moyer & Landaeur,1967)，离散量之间的比例越接近1，其表征的正确率越低，反应时越长。个体大数量表征的水平随年龄增长不断提高，婴儿在6个月时只能辨别1∶2的数量，在10个月时能辨别2∶3(Xu & Spelke,2000; Lipton & Spelke,2003,2004; Xu & Arriaga,2007)；成人近似表征的水平更高，如van Oeffelen和Vos(1982)发现成人可以区分25个点和29个点。
但也有研究认为人类婴儿、成人及动物可能只依靠单一的、连续的模拟数量系统表征大小数离散量。Cordes等人(2001)发现成人在小数量范围的数字估计任务中也存在距离效应；灵长类动物在大、小数量范围的非符号数量比较任务中也均表现出了距离效应(Catlon & Brannon,2007)；近期研究发现幼儿在进行小数离散量表征时同样受到了数量比例的影响(Cantlon,Safford,& Brannon,2010)；此外，事件相关电位研究(Hyde & Wood,2010)也发现了通过操作空间注意可以决定成人对小数量表征的精确性。因此，幼儿在何种小数量表征情境下会表现出模拟数量系统的近似性特点，将是本研究关注的一个重要问题。
此外，近期研究表明了在小数离散量表征过程中元素的知觉线索可能比小数离散量本身的意义更大。婴儿在控制了诸如离散量集合的元素累积面积；元素累积周长等知觉因素后不能表征小数量(Clearfield & Mix,1999; Wood & Spelke,2005; Jordan & Brannon,2006; Cordes & Brannon,2009)；且婴幼儿表现出了对知觉维度而不是数量本身的偏好(Feigenson,Carey,& Spelke,2002a; Rousselle,Palmers,& No
,2004)。这些研究引发了本研究关注的另一个问题，即随着个体发展，其对集合元素的累积面积和数量的敏感性会产生怎样的变化。
除了上述集合内所有元素形成的整体知觉线索影响离散量表征外，单个元素的知觉特征也能对小数离散量表征产生影响，如客体—档案袋模型(object-file model)(Kahneman,Treisman,& Gibbs,1992; Trick & Pylyshyn,1994; Uller,Carey,Huntley,& Klatt,1999)认为主体采用工作记忆中一种基于客体位置的前注意机制建立起一个档案袋，该档案袋用参考标记保持客体位置，袋内参考标记小于4个，即每次只能保持4个客体的位置，使得4以内的元素个数得以精确表征。该模型强调主体加工了有限的元素位置，而并非对数量本身进行了表征。这再一次突出了表征知觉维度与表征数量的竞争，也引出了本研究的最后一个问题，即除了元素位置外，单个元素的知觉特征(如形状和颜色)是否影响小数离散量表征的精确性。由于离散量有多种呈现形式，本研究仅关注视觉系列的离散量表征，故将知觉线索限定为视知觉线索，并将元素累积面积作为整体视知觉线索，将单个元素的形状及颜色特征作为元素特征线索。
首先，本研究通过数量辨别任务考察了幼儿是否依然在小数离散量表征过程中表现出对整体视知觉线索的敏感性。即在大饼干面积与所有小饼干面积相等条件下，若幼儿选择了数量少但面积大的饼干，说明他对数量表征时依据的是元素累积面积；若选择了数量多但面积小的饼干，说明他表征时依据的是数量。为了探明幼儿的选择偏好是不是比较稳定，我们将饼干的形状分成了圆形和方形，如果两种形状的饼干，幼儿都倾向于选择面积或数量，则提示其敏感性可能是一般性的。并进一步考察幼儿是否能通过元素累积面积的大小关系辨别出抽象数量大小，即在大饼干的面积大于所有小饼干累积面积的条件下，若幼儿选择了大饼干，说明他能同时考虑知觉线索与离散量，从而辨别背后的抽象数量关系。
其次，本研究通过数量比较的干扰任务考察了当元素累积面积与离散量变化方向不一致时，幼儿是否表现出近似表征的特点。若幼儿数量比较的正确率随数量比例增大而降低，则说明其小数离散量表征不再精确。此外，幼儿的小数量表征是否一旦受到元素累积面积干扰，就会表现出稳定的近似表征特点；还是当单个元素的知觉特征更鲜明时，将有助于“客体档案袋”形成参考标记，从而促进幼儿小数量表征的精确性。为了深入考察这一问题，我们在干扰任务中增加了多种形状和颜色的元素混合的离散量集合条件，如果在元素累积面积干扰离散量表征时，幼儿在元素的形状和颜色较丰富的条件下进行数量比较的正确率不再受数量比例的影响，就说明单个元素的知觉线索与整体知觉线索共同影响小数离散量表征。这将提示我们幼儿的小数量表征精确性可能并非稳定存在，小数量表征在特定条件下也需要借助模拟数量系统。
2 实验方法
数量辨别任务采用2(形状)×2(累积面积关系)×2(年龄组)的混合设计；数量比较的干扰任务采用2(元素特征丰富度)×2(累积面积关系)×2(年龄组)的混合设计，其中，形状、元素特征丰富度和累积面积关系是被试内变量，年龄组是被试间变量。
2.1 被试
选取某市机关幼儿园3～6岁幼儿共92名，剔除未能完成全部实验的被试，80名有效被试完成了数量辨别任务。其中3岁幼儿28人(M＝3.53)，4岁幼儿15人(M＝4.41)，5岁幼儿26人(M＝5.33)，6岁幼儿11人(M＝6.14)；男生46名，女生34名。考虑取样代表性，由于3岁与4岁，5岁与6岁幼儿在数量辨别任务中无显著年龄差异，故将3岁及4岁幼儿合并为低年龄组(43人)，5岁和6岁幼儿合并为高年龄组进行统计分析(37人)。
被试在任务1完成后的第二天完成任务2，任务2剔除了没有完成全部实验及反复练习仍无法理解任务要求的被试，得到有效被试74人。其中3岁幼儿23人(M＝3.37)，4岁幼儿16人(M＝4.43)，5岁幼儿24人(M＝5.42)，6岁幼儿11人(M＝6.14)；男生39名，女生35名。同样，考虑到取样代表性，由于3岁与4岁，5岁与6岁幼儿在数量比较任务中没有显著年龄差异，故将3岁及4岁合并为低年龄组(39人)，5岁和6岁合并为高年龄组(35人)。
2.2 任务1：数量辨别任务
2.2.1 材料
采用圆形和方形饼干矢量图作为刺激材料，数量范围为1～4。首先将电脑屏幕分为左右两侧，一侧呈现若干尺寸相同的小饼干，同时另一侧呈现一块形状相同的大饼干，小、大饼干的数量比为1∶1，2∶1，3∶1，4∶1，该比例设置是为了保证整体视知觉线索(累积面积)与离散量(饼干数)不存在共变关系，幼儿只依据面积大小或数量多少进行判断，在参考了(Feigenson,Carey,& Spelke,2002a)的研究范式后，本研究将大饼干数控制为1，保证其离散量数始终少于与之比较的小饼干数。将两侧饼干的累积面积关系分为相等与不等两种，相等条件下大饼干的面积等于对侧所有小饼干的累积面积；不等条件下大饼干的面积大于对侧所有小饼干的累积面积，且大面积控制为所有小面积之和的1.5倍(如图1)，此处大小饼干累积面积的倍数关系设定结合了以往研究对数量比例的难度设定，使得面积比为中等难度(2∶3)。由于在大饼干面积小于所有小饼干累积面积时，面积变化与离散量变化方向相同，这时幼儿的选择不能说明其数量辨别的标准，故将此种不等条件排除。对方形和圆形饼干的呈现顺序进行了ABBA平衡，并对大小饼干及米老鼠性别呈现的左右位置进行了平衡。实验数据均采用SPSS17.0进行分析。
图1 累积面积相等条件下的圆形饼干比较 累积面积不等条件下的方形饼干比较
2.2.2 程序
被试坐在安静的房间里，距离电脑屏幕正前方约60厘米处。主试向被试说明指导语：“今天米妮/米奇从家里拿来了一些小饼干，米奇/米妮从家里拿来了一块大饼干。现在你可以选择一边的饼干，你会选择哪边的饼干呢？”(考虑到有指向性的指导语可能会影响被试选择的心理过程，不能较客观地反映其选择偏好，故没有明确要求被试选择那边多，或者选择哪边大)。在幼儿做出选择后追问，“你为什么选这边的饼干呢？”(回答“这边多”、“这边大”则视为有效反应)。若幼儿选择大饼干记为1；选择小饼干则记为0。实验的四个条件(圆形相等，方形相等，圆形不等，方形不等)下均设置了4个试次，每名被试共进行16次反应。本实验的因变量指标为被试选择整体视知觉线索(大饼干)的比率，即该条件下选择大饼干的次数之和与该条件总选择次数的比值；相等条件下被试的选择可以反映幼儿在进行离散量表征时对整体视知觉线索的偏好，同时作为幼儿辨别数量关系的几率水平；被试在面积不等条件下选择连续量的比率视为正确数量辨别的水平。若被试在面积不等条件下选择大饼干的比率显著高于面积相等水平，说明其能正确辨别数量。
2.3 任务2：数量比较的干扰任务
本任务在参考了前人研究的基础上(Hurewitz et al.,2006; Hilary,2008；王静，陈英和，曹仕莹，2011)，设置了同色同形点集和混色混形点集两种条件，分析元素特征丰富度对幼儿小数离散量表征的影响；两种任务均设置了3种数量比例(1∶2，2∶3，3∶4)，这是以往研究使用较多的代表三种辨别难度的比例设置，以考察幼儿小数离散量表征是否表现出近似表征的特点，并分析比例条件与累积面积变化的交互作用。因变量均为数量比较的正确率，即对两个集合中离散量多少进行比较的正确率。
2.3.1 材料
同色同形点集条件下，在电脑屏幕中央呈现相同颜色的圆形点集对(如图2)，单个集合的元素个数为1～4个。点集对全部随机呈现。为了去除心理轮廓的干扰，所有点集都呈现在90mm×90mm的方框内。为了控制元素累积面积与离散量的共变关系，设置了两种变化关系条件：面积—数量不一致条件(较大数的元素累积面积小于较小数量集合对，图2-a)，面积—数量一致条件(点集中较大数的元素累积面积大于较小数，图2-b)。两种条件下的累积面积比均控制中等难度(2∶3)。此外，为了避免元素尺寸的干扰，在保持各点集内元素尺寸随机变化的同时，保持两点集的最大元素尺寸相等。
图2 同色同形点集对元素累积面积变化关系示例(数量比3～4)
混色混形条件设置与同色同形条件相同，只是增加了元素形状和颜色的丰富度，采用随机色彩的圆形和方形随机混合点集作为刺激材料(如图3)。
图3 混色混形点集对元素累积面积变化关系示例(数量比3～4)
2.3.2 程序
被试坐在安静的房间内，距离电脑屏幕约60厘米处。采用E-prime 1.0软件编制并呈现实验任务，首先呈现注视点(＋)1000ms，紧接着呈现点集对500ms，呈现完毕黑屏，该黑屏保留集合对的外部方框，要求被试通过指认方框或按键来判断哪边点集的数量多。被试反应后，进入下一个试次。其中，要求3～4岁幼儿直接指认方框，主试代替其按键，以记录正确率；5～6岁幼儿自主按键，若屏幕左侧方框的点多则按“A”键，右侧点多则按“L”键反应，相应按键均贴上了贴纸，以突出显示，避免按错。每个条件均先进行3个练习试次，回答正确2个试次以上则进入正式施测，否则主试重新讲解任务要求并继续练习。正式实验的每个条件下有8个试次，被试共进行33次反应。程序自动记录正确率(程序虽自动记录了反应时，但由于3、4岁幼儿年龄过小，其按键反应由主试操作，该记录不能反映幼儿的心理操作过程；而5、6岁幼儿按键反应的心理操作过程杂质较多，反应时指标不能直接并纯粹地反映其数量表征的过程，故未采用反应时指标)；在被试完成所有试次后，给予贴画奖励。平衡实验材料的左右位置及顺序。
3 结果
3.1 视知觉线索对幼儿数量辨别的影响
3.1.1 幼儿对离散量与整体视知觉线索偏好的分析
各条件下选择大饼干的比率的基本情况如表1所示：
在面积相等的各条件下被试选择大饼干的比率与几率水平之间均未发现差异(ps＞0.05)，即幼儿没有表现出对整体视知觉线索或离散量的偏好。
3.1.2 视知觉线索对幼儿数量辨别的影响
首先进行2(形状)×2(面积关系)×2(年龄组)的三因素重复测量方差分析，结果表明，只有面积关系存在显著主效应(F(1，78)＝8.89，p＜0.01，
＝0.10)，面积不等条件下选择大饼干的比率显著高于面积相等条件(t(79)＝2.69，p＜0.001，Cohen’s d＝0.17，SE＝0.09)；形状的主效应、年龄组的主效应及所有交互作用均不显著(ps＞0.05)。
由于面积关系有显著主效应，且面积不等条件下被试的选择可反映其数量辨别能力的水平，故进一步将该条件下的被试区分为能辨别组和不能辨别组；由于面积不等条件下有8个反应试次，根据二项分布原理计算得出在该条件下区分被试能否真正辨别的标准为6个试次，区分出能辨别组30人，不能辨别组50人。两组被试的年龄分布及趋势见表2。
卡方分析表明以上两组人数差异不显著(p＞0.05)，但两组内部各年龄组人数存在显著差异(
＝14.16，df＝1，p＜0.001)，其中不能辨别组以低年龄被试(3、4岁)居多，能辨别组以高年龄被试(5、6岁)居多。
为了进一步分析不能辨别组被试是否受元素特征线索的影响，对该组进行了2(形状)×2(年龄组)的重复测量方差分析，发现二者交互作用显著(F(1，48)＝10.45，p＜0.01，＝0.18)，其中，低年龄组在方形条件下正确辨别的比率显著高于圆形条件(F(1，29)＝19.61，p＜0.001，＝0.65)，高年龄组在两种形状条件下辨别正确率无显著差异(p＞0.05)。其他各项的差异均不显著(ps＞0.05)。
3.2 视知觉线索对幼儿离散量比较的影响
我们分析了元素累积面积和元素特征线索对幼儿小数量表征精确性的影响及其年龄差异。两种条件下离散量比较的正确率基本情况如表3及表4所示。
2(元素特征丰富度)×2(累积面积关系)×2(年龄组)的重复测量方差分析表明，元素特征丰富度与累积面积关系的交互作用显著(F(1，72)＝5.18，p＜0.05，＝0.07)，其他结果均不显著(p＞0.05)，且仅在元素累积面积—数量不一致时，混色混形条件下的正确率显著高于同色同形条件(F(1，73)＝10.26，p＜0.001，＝0.11)。
为了弄清两种视知觉线索与比例效应的关系，采用2(元素特征丰富度)×2(累积面积关系)×3(比例)的重复测量方差分析发现，元素特征线索及数量比例的主效应均显著(F(1，67)＝5.37，p＜0.05，＝0.07；F(2，66)＝15.51，p＜0.001，
＝0.32)；元素特征线索与面积关系、面积关系与比例的交互作用均显著(F(1，67)＝6.27，p＜0.05，＝0.09；F(2，66)＝3.53，p＜0.05，＝0.10)；元素特征丰富度、面积关系与比例三者交互作用显著(F(2，66)＝4.85，p＜0.05，＝0.13)，故进行简单简单效应分析，发现在同色同形元素面积不一致条件下的比例效应显著(F(2，134)＝9.92，p＜0.001，＝0.13)，且三种比例的正确率差异显著(1∶2与2∶3的差异为t(79)＝2.897，p＜0.01，Cohen’s d＝0.29，SE＝0.14；2∶3与3∶4的差异为t(79)＝2.839，p＜0.01，Cohen’s d＝0.39，SE＝0.19；1∶2与3∶4的差异为t(79)＝4.531，p＜0.001，Cohen’s d＝0.66，SE＝0.31)，其他条件下的数量比例效应均不显著(ps＞0.05)。
4 讨论
4.1 视知觉线索对幼儿小数离散量辨别的影响
本研究并未发现3～6岁幼儿在离散量辨别过程中对整体视知觉线索的偏好，且通过深入分析发现了在累积面积不等条件下，幼儿更多地选择累积面积较大但数量为1的大饼干，表明幼儿能同时分析累积面积和饼干个数两个维度，从而辨别抽象的数量信息，这种辨别能力存在随年龄提高的趋势。此外，不能辨别组中的低年龄组幼儿还受到了所比较集合的元素知觉特征线索的影响，他们辨别方形饼干数量关系的正确率显著高于圆形饼干，这可能是由于方形饼干的累积面积关系比圆形饼干更易表征和转换，在方形条件下，该组幼儿可以通过“一一对应”的方式进行小数量面积拼凑，对量的关系进行转换和表征；而在圆形条件下，这种对应方式难以实现面积加和，带来了抽象量关系辨别的难度。
以上结果说明幼儿在小数量表征过程中对整体视知觉线索的敏感性已经相对婴儿阶段产生了较大变化。Feigenson等人(2002a)曾采用打破预期范式，让平均月龄为6个月的婴儿在习惯化阶段熟悉一个特定的大物体，在测试阶段呈现一个与大物体外观相同的小物体(其表面积为大物体的一半)，或呈现两个小物体(这两个小物体面积之和等于习惯化阶段所呈现的大物体面积)，结果发现了婴儿对一个小物体的注视时间显著增长，对两个小物体的注视时间无显著变化，即婴儿对面积变化产生了去习惯化，而对数量变化未产生去习惯化。Xu等人(2003)发现了在严格控制点集的整体视知觉线索(如元素累积面积、元素总周长等)后，6个月婴儿便不能区分2个点和4个点。客体档案袋理论的解释认为婴儿可能通过注意客体的空间位置在工作记忆中将客体表征为离散标记，可能并未加工客体数量(Leslie,Xu,Tremoulet,& Scholl,1998; Uller et al.,1999)；Feigenson等人(2002b)则认为整体视知觉线索能和表征单个客体的心理标记绑定，使婴儿偏好注意小数量集合的累积面积而非离散量。可见婴儿在数量表征过程中可能只能关注知觉维度的信息，而发展到幼儿阶段尤其是幼儿后期时，个体能同时从两个维度判断抽象数量的大小。这一结果还需进一步验证，在后续研究中我们将尝试设置样本—匹配任务(Cantlon et al.,2010)，设置一个样本刺激(如一块大饼干)；并设置两种选择刺激：如将选择刺激一设置为4块相同的小饼干，其累积面积等于样本刺激中的一块大饼干的面积；选择刺激二设置为1块与样本刺激形状相同的小饼干，再让幼儿选择哪种选择刺激材料与样本匹配。以期更有效地排除额外变量的干扰，更好地反映幼儿在数量表征过程中的偏好反应。
4.2 视知觉线索对幼儿小数离散量比较的影响
首先，本研究发现整体与单个元素的视知觉线索在幼儿数量比较任务中的交互作用显著，且未发现年龄差异，这表明当整体视知觉线索干扰离散量表征时，点集元素的形状与颜色等特征线索能作用于幼儿小数离散量表征，提高表征正确率。以往研究多认为影响小数量表征的视知觉线索是客体位置或运动轨迹而不是客体具体的外观特征：如Koechlin等人(1997)采用习惯化范式发现了4～5个月婴儿不期待挡板后的物体外观一致，只期待物体的精确数量一致，这表明婴儿能够独立于客体的外观特征表征数量；Xu和Carey的研究(1996)也发现了物体的空间轨迹信息是婴儿数量表征的核心线索；Trick和Pylyshyn等人(1993)以层叠的方式呈现了三个客体，使位置线索难以知觉，发现在这种条件下成人也不再能精确表征小数离散量。Deheane(1997)的客体位置平行积累理论(parallel accumulation of object location theory)认为小数离散量精确表征依赖于主体对客体定位和追踪的神经系统，大脑枕叶的神经元能快速和平行地提取并保持视野中客体的位置，这些区域能容易并准确地提取小数量。然而上述研究结果及理论并未清晰地说明客体形状、颜色等特征在小数离散量表征中所起的作用。本研究发现了形状与颜色等元素特征线索能在整体视知觉线索对数量比较产生干扰时，提高了幼儿小数量表征的正确率。这提示我们局部视知觉线索可能与位置线索产生某种联系而有利于小数量表征，也可能存在其他因素的调节效应，需进一步挖掘，以期建构更完善的理论模型。
其次，本研究考察了两种视知觉线索与数量比例对小数量表征精确性的作用，发现幼儿只在累积面积不一致条件下进行同色同形点集的数量比较时表现出了比例效应。即当两种视知觉线索都不能支持数量表征时，数量比较的正确率随点集数量比例增大而降低，在点集比例为3∶4时正确率甚至降至几率水平；此外，当整体视知觉线索与数量变化方向一致或元素特征丰富度较高，抑或两种线索条件都满足时则不再表现出比例效应。这些结果说明幼儿的小数量表征并不是稳定的精确表征，这一结果对核心表征系统的假设(Feigenson,Dehaene,& Spelke,2004)及客体档案袋理论的假设提出了质疑。我们认为近似表征与精确表征可能并没有明确界限，这一观点也有相关理论及研究结果支撑：如工作记忆有限理论(working memory-based theory)认为工作记忆负荷将决定主体是否能对小数量进行精确表征，若采用双任务作业则不会出现小数量的精确表征(Trick & Pylyshyn,1994)；最近的事件相关电位研究(Hyde & Wood,2010)也发现当注意资源足够用于选择客体数量时，一个早期脑反应覆盖了所呈现的小数量，表现出平行加工的信号；当注意资源被其他任务占用时，一个后期脑反应随数量比例变化，数量表征出现了近似表征的特点。在后续研究中，我们将结合双任务范式及脑成像等技术手段，以更系统地探索视知觉线索在小数量表征中的作用及发展特点。
5 结论
(1)幼儿数量辨别过程中并未表现出对整体视知觉线索或离散量的偏好，不能正确辨别抽象量关系的幼儿以低年龄组(3、4岁)居多，且该低年龄组被试在方形条件下正确辨别的比率显著高于圆形条件；
(2)视知觉线索对幼儿小数量比较的作用不存在年龄差异；在元素累积面积干扰数量表征时增加元素特征丰富度能提高幼儿小数离散量表征的正确率；
(3)整体视知觉与元素特征线索共同影响幼儿小数量表征的精确性。当整体视知觉线索干扰数量表征且元素特征丰富度较低时，幼儿的小数量表征表现出近似表征的特点。