动作序列学习的心理表征机制研究——基于学习迁移率的定量分析

咸桂彩，施 霞

无论是在日常生活中（走路、写字、游泳、骑车等生活技能），还是在工作中（如职业中的机床操作、生产线装配、电脑操作、乐器演奏、按摩推拿等职业技能），动作技能都是人类重要的学习内容。这些技能大部分是由几个基本的简单动作（动作单元）按照特定的顺序组织起来的动作序列构成。可见，动作序列学习（motor sequencelearning）是动作技能学习的重要内容，在动作技能获得中具有重要作用[1-3]。

在众多动作技能中，双手是重要的动作效应器（effector），即参与技能实施的主要身体部位。人们在利用双手完成不同的任务时，左手和右手有着明确的分工，分别发挥不同的作用，它们需要学习掌握不同的技能要求。但是，当人们在受到情境限制（一只手疲劳或行动不便）时，一只手学习掌握的动作技能可否由另一只手代替完成操作？此外，人们学习掌握了一种动作序列类的技能后，当动作序列以另外一种方式呈现时，双手还能同样很好地完成它吗？甚至是手部掌握的技能能够迁移到其他的肢体上吗？以上这些问题最终集中于动作序列学习究竟是否依存于效应器？即依存于效应器（effector-dependent），或独立于效应器（effector-independent）。或者说，个体在动作序列学习中究竟学到了什么？

针对动作序列学习是否依存于效应器，研究者进行了不同的探讨[4-5]。支持独立于效应器的研究者遵循的研究路线是：先训练由某效应器参与的动作序列，直至个体获得该动作序列技能，然后由另一效应器执行该动作序列。如果新效应器执行该动作序列的绩效水平优于执行其他新动作序列的绩效，则认为技能在效应器间发生了迁移，进而证明技能的获得是独立于效应器的[6]。该研究范式中，呈现相同的刺激序列，考察不同的效应器对该序列的反应被称为反应迁移测验。但有研究者认为，反应迁移测验无法揭示“效应器相同、而刺激序列不同”时的迁移情况[6-7]。于是提出刺激迁移测验，即考察同一效应器面对不同呈现方式的刺激时的迁移。结果发现，反应迁移测验和刺激迁移测验中均有迁移发生[7]。表明，动作序列学习既包含了独立于效应器的成分，又包含依存于效应器的成分，甚至依存于效应器的成分更占主导的地位[8]。

此后，研究者又在反应迁移测验和刺激迁移测验中设计了镜像迁移（mirror transfer），即借助镜像顺序分别进行反应迁移测验和刺激迁移测验[9-11]。所谓镜像顺序，指在镜面中反映出的顺序，与原始顺序刚好相反，如当原始顺序为1-2-3-4-5时，其镜像顺序为5-4-3-2-1。镜像迁移测验则是在学习阶段使用原始顺序，在测验阶段采用镜像顺序。如在反应迁移测验中，以原始顺序训练左手后，刺激顺序不变，改由右手执行原始顺序进行技能水平测验，此时右手手指实际上执行的是原始顺序的镜像顺序；在刺激迁移测验中，以原始顺序训练左手后，测验时将刺激顺序镜像反转，仍由左手执行镜像顺序时的技能水平。如果以原始序列训练左手，测验时将刺激顺序镜像反转，同时换为右手执行该镜像顺序，则属于反应-刺激迁移测验。镜像迁移测验的结果表明，反应迁移和刺激迁移均可发生。由此也说明，动作序列学习既在一定程度上独立于效应器，又有依存于效应器的成分存在，2种学习机制可能并存。

上述研究中，多采用的是一种最简单的计算迁移量的方法，即将训练手完成迁移任务的作业绩效（作业时间）与控制手完成迁移任务时的作业绩效相减，得到一个绝对数值。M.K.RAND等[12]认为，仅比较新效应器执行旧动作序列和新动作序列之间的绩效差异尚不足以证明迁移是否发生，还需要将新、旧效应器执行旧顺序的绩效进行比较。这种直接相减法计算迁移量的一个重要缺陷是，没有考虑个体完成迁移技能的绩效可能的提高总量。此外，无论是在反应迁移测验中，还是在刺激迁移测验中，尽管通过训练获得的技能在一定程度上发生了迁移，但这个迁移都是不完全的。为了准确地反映这种情况，西格勒和安德森提出了迁移率（transfer rate）的概念，即实际发生的迁移量占可能提高总量的比率[13]。可能提高的总量，用被试在重复多次（2次）完成迁移任务过程中成绩的提高量。

本研究采用序列反应时任务（serial reaction time task，SRT）范式[14]，设置反应迁移测验、刺激迁移测验和反应-刺激迁移测验3种测验形式，以“迁移率”为指标，分别计算3种测验条件下的迁移率，以此来进一步揭示动作序列学习过程的心理机制。

1 试验对象与方法

1.1 被试

选取在校大学生为被试，均为右利手，裸眼或矫正视力正常，且均无参加序列反应时（SRT）任务或其他序列学习任务的相关经验。在考虑男女生比例均衡的情况下，将被试随机分为3组，随机安排其中1组执行反应迁移测验、刺激迁移测验和反应-刺激迁移测验3种试验之一。

试验任务完成后，对每个被试单独进行外显测验（口头言语报告），如果被试报告意识到刺激呈现存在某种规律，并能复制规律，则该被试的成绩将被剔除，最后保留的有效被试构成见表1。

表1 3个试验组有效被试构成

1.2 试验设计

试验采用被试间设计，反应迁移测验组（A组），对训练手进行动作序列学习训练，原序列顺序不变的情况下，测验阶段改由非训练手执行序列反应任务，检验从训练手到非训练手之间的迁移率；刺激迁移测验组（B组），对训练手进行动作序列学习训练，测验阶段将原顺序序列按镜像顺序呈现，仍由训练手执行该镜像序列进行反应，检验训练手从执行原顺序序列到执行镜像序列时的迁移率；反应-刺激迁移测验组（C组），对训练手进行动作序列学习训练，测验阶段不但将原顺序序列按镜像顺序呈现，并且改由非训练手执行该镜像序列反应任务，检验从训练手执行原顺序序列到非训练手执行镜像序列时的迁移率。

1.3 内隐学习量及迁移率的计算

根据内隐学习量的定义，被试经过学习训练后，表现出来的对序列反应比随机反应的成绩提高（即训练手执行随机组段与执行序列组段时的反应时之差），即为内隐学习的结果。结合本试验中的试验顺序安排，3个试验组的内隐学习量（ILns）为：

式中：RTi表示第i个组段的反应时（下同）。

试验组A、B、C中，通过迁移获得的内隐学习量（ILc）为：

迁移率的计算公式为：

1.4 序列反应时任务范式及基本程序

试验在微型计算机上进行，利用刺激呈现软件DMDX（由JONATHAN等开发）编写SRT任务程序，DMDX是基于windows环境及DirectX7.0的软件系统，显示分辨率为1024×600，60Hz，8bit。屏幕中央呈现4个方框（2.5 cm×2.5 cm），水平排列（从左到右依次用1、2、3、4来表示），分别对应计算机键盘上的F、G、H和J4个反应键。试验时，一个红色★将会连续出现在4个方框中的任意一个，要求被试在看到红色★后，又快又准地用手指按下其相应位置的反应键（对应左手的小指、无名指、中指和食指，或右手的食指、中指、无名指和小指）。为确保序列学习为内隐学习，根据DESTREBECQZ等[15]的研究，试验在“无RSI条件”（即刺激-反应间隔RSI=0）下进行。计算机将自动记录被试的反应时间，试验的基本程序如下。

（1）试验前，先随机呈现16次刺激，供被试练习。练习完毕后，开始正式试验。

（2）正式试验分成16个组段（block），每个组段红色★呈现72次，共1 152次，每个组段之间休息10 s。16个组段可以分成3个阶段：阶段I，学习训练和效果检查阶段（第1～9组段）；阶段II，迁移测验阶段（第10～13组段）；阶段III，学习训练效果检查阶段（第14～16组段）。

在学习阶段，3个试验组的试验安排都相同。首先安排一个适应性练习的随机组段（第1组段），即刺激在4个位置上随机出现72次，每个位置上出现信号的次数相等，连续的4个刺激位置避免出现重复型（如1223）、连续型（如1234）和颤动型（如1313）。其次，为左手（训练手）安排6个用于学习训练的序列组段（第2～7组段），即刺激以某一固定的顺序结构（如4-3-1-2-1-3-2-4-2-3-4-1）重复呈现6次。然后，再安排一个随机组段（第8组段）后恢复为学习阶段的序列组段（第9组段），用于检验训练手的内隐学习效果。

在迁移测验阶段（第10～13组段），根据3个试验组不同的测验要求，分别安排不同的测验任务（见表3）。

反应迁移测验组试验中，左手作为训练手执行完成第1～9组段后，首先为右手安排一个适应性练习的随机组段（第10组段），并且能检查到右手的基础反应水平。其次，测验右手执行序列组段（第11组段）的反应水平，再安排一个随机组段（第12组段），为平衡试验顺序，继续安排右手执行一个序列组段（第13组段）。以右手在执行序列组段（第11、13组段）的反应水平与执行随机组段（第12组段）的反应时之差作为右手获得的学习迁移量。

刺激迁移测验组试验中，左手作为训练手执行完成第1～9组段后，首先为右手安排一个适应性练习的随机组段（第10组段），并且能检查右手的基础反应水平。其次，测验左手执行镜像序列组段（第11组段）的反应水平，为平衡试验顺序，在安排一个随机组段（第12组段）后，再次测验左手执行镜像序列组段（第13组段）的反应水平。以左手在执行镜像序列组段（第11、13组段）的反应水平与执行随机组段（第12组段）的反应时之差作为左手获得的学习迁移量。

反应-刺激迁移测验组试验中，左手作为训练手执行完成第1～9组段后，首先为右手安排一个适应性练习的随机组段（第10组段），并且能检查右手的基础反应水平。其次，测验右手执行镜像序列组段（第11组段）的反应水平，为平衡试验顺序，在安排一个随机组段（第12组段）后，再次测验右手执行镜像序列组段（第13组段）的反应水平。以右手在执行镜像序列组段（第11、13组段）的反应水平与执行随机组段（第12组段）的反应时之差作为右手获得的学习迁移量。

为平衡试验顺序，在迁移测验阶段（第10～13组段）结束后，继续安排左手先执行一个序列组段（第14组段），再执行一个随机组段（第15组段），最后执行一个序列组段（第16组段）。左手执行2个序列组段（第14、16组段）的反应水平与执行随机组段（第15组段）的反应时之差仍为左手在训练阶段获得的内隐学习量。

表2 3个试验组试验顺序安排

（3）测验完成后，逐一对被试进行外显测验，即询问被试对这项任务的感受是什么？是否注意到红色★出现的位置有某种规律？如果意识到有某种规律，能否将它复制出来（口头言语报告）？

1.5 数据处理

利用Excel进行试验数据整理和分析。

2 试验结果与分析

2.1 3组被试序列反应时结果

对3个试验组中的每名被试进行外显测验后，保留没有注意到红色五星出现位置有规律的被试为有效被试，整理汇总有效被试在各组段上的平均反应时（见表3），将其绘为折线图（见图 1）。

表3 3个试验组被试各组段平均反应时/ms

图1 3个试验组被试各组段平均反应时折线图

2.2 3组被试内隐学习量及迁移率

根据试验结果，利用公式（1）和（2）分别计算3组被试左手和右手的内隐学习量，利用公式（3）分别计算双手间的学习迁移率（见表4）。

表4 左手与右手的内隐学习量及迁移率

3 讨 论

3.1 关于3个试验组被试的内隐学习情况

在第1个学习训练和效果检查阶段（第1～9组段），被试在整个序列反应时任务过程中，3个试验组呈现相同的走势，即在1～7组段上逐渐下降；并且，被试在随机组段（第8组段）上比相邻2个序列组段（第7、9组段）上均表现出反应时间的相对延长，说明被试左手在训练过程中逐渐习得了内隐序列。在第2次学习训练效果检查阶段（第14～16组段），被试在随机组段（第15组段）上比相邻2个序列组段（第14、16组段）同样表现出反应时间的相对延长。进一步说明，3组被试在学习训练（第2～7组段）所获得的内隐学习效果存在，并得到了保持。

3.2 关于3个试验组被试的学习迁移情况

在迁移测验阶段（第10～13组段），反应迁移测验组（A组）分别检测非训练手（右手）执行随机序列和顺序序列任务时的反应时成绩，刺激迁移测验组（B组）分别检测训练手（左手）执行随机序列和镜像序列任务时的反应时成绩，反应-刺激迁移测验组（C组）分别检测非训练手（右手）执行随机序列和镜像序列任务时的反应时成绩，目的分别是检测反应变化、刺激变化、反应-刺激均变化时内隐学习的迁移情况。

反应迁移测验组（A组）被试换成非训练手（右手）执行原学习顺序序列任务（第12组段）的反应时较执行随机序列（第11、13组段）反应时缩短，表明内隐学习在效应器间迁移的发生。刺激迁移测验组（B组）被试训练手（左手）在执行镜像序列任务（第12组段）时的反应时成绩较执行随机序列（第11、13组段）反应时缩短，表明刺激变化后内隐学习迁移的发生。反应-刺激迁移测验组（C组）被试改换成非训练手（右手）执行镜像序列任务（第12组段）的反应时较执行随机序列（第11、13组段）反应时缩短，表明刺激变化后内隐学习在效应器间仍有迁移的发生（见图1）。

综上所述，无论是改变反应效应器、刺激序列，还是二者同时改变，均发生了学习迁移现象。

3.3 关于3个试验组中迁移率的比较

反应迁移测验组（A组）被试改换成非训练手（右手）执行原学习顺序序列任务（第12组段）的反应时，训练手（左手）到非训练手（右手）2个效应器之间的平均迁移率为70.00%，说明动作序列的习得有独立于特定效应器的成分存在。刺激迁移测验组（B组）被试训练手（左手）在执行镜像序列任务（第12组段）时，训练手（左手）习得的原顺序序列向新的镜像序列平均迁移率达到50.79%，说明动作序列的习得有依存于特定效应器的成分存在。反应-刺激迁移测验组（C组）被试改换成非训练手（右手）执行镜像序列任务（第12组段）时，既改变了效应器，又改变了刺激序列的，训练手（左手）习得的原顺序序列向非训练手（右手）执行镜像序列的平均迁移率为47.96%（见表1）。

有研究发现，反应迁移测验和刺激迁移测验均有迁移现象发生[7-8]。G.BIRD等[8]认为，在动作序列学习中依存于效应器的成分占主导地位。但本研究结果显示，反应迁移测验的迁移率大于刺激迁移测验，表明在动作序列学习中独立于效应器的成分更占主导地位。这或许与本研究中以非优势手（左手）为训练手，而以优势手（右手）为非训练手有关。有研究发现，训练手的优势性越强，动作序列学习越容易表现出依存于效应器的特征[10]。

3.4 关于动作序列学习的心理表征

事实上，对动作序列学习是否依存于效应器的讨论，涉及到人们对于动作序列学习的心理表征问题。目前，关于序列反应时任务中内隐习得的知识表征方式的观点有S-R表征、S-S表征和R-R表征3种[16]。支持独立于效应器的研究者认为，动作序列学习主要发生在刺激信号的序列顺序联结阶段，即S-S表征；支持依存于效应器的研究者则认为，动作序列学习主要发生在动作序列顺序联结阶段，即R-R表征；支持2种成分同时存在的观点则属于S-R（刺激-反应）表征。

吕勇等[16]的试验结果支持内隐序列学习的S-R表征，其结果表明，内隐学习涉及知觉学习和动觉学习2种机制，但内隐学习的表征方式中动觉较知觉起更大的作用。

本试验结果同样支持S-R表征，但从迁移率上看，反应迁移测验的迁移率高于刺激迁移测验，知觉较动觉起着更大的作用。

此外，根据反应-刺激迁移组的迁移率大于反应迁移组和刺激迁移组的叠加（即47.96%>70.00%×50.79%）。这一结果还可以表明，S-R表征绝非S-S表征和R-R表征的简单叠加。可见，动作序列学习既有刺激信号的知觉学习成分（刺激序列顺序联结），又有动觉学习成分（动作序列顺序联结），但这2种成分又不是彼此独立的，所以不能将2种成分进行简单叠加。

4 结 论

本试验结论包括：（1）在序列反应时任务中所习得的内隐学习，在反应迁移测验、刺激迁移测验和反应-刺激迁移测验中均发生了学习迁移现象；（2）通过反应迁移测验、刺激迁移测验和反应-刺激迁移测验中的迁移率比较表明，动作序列学习中独立于特定效应器的成分更占主导地位；（3）动作序列学习中知觉学习和动觉学习同时存在，但这2种学习又不是彼此独立的，不能将2种成分进行简单叠加。

基于动作序列学习任务中心理表征机制的探讨，提示，重视和充分发挥技能学习的迁移规律，充分发挥知觉学习、动觉学习的协同作用，动作序列技能的训练不必拘泥于动作效应器的训练，可以通过动作示范、变换不同效应器等策略，降低因重复训练带来的情绪困扰，心理或生理疲劳。

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