赵梦雅 肖承丽
(1南京信息工程大学,南京 210044;2南京大学,南京 210046)
周末,你跟男友去商场逛街,在某家店试了一条裙子之后,你决定吃过饭之后再来买,男友说你这个“路痴”等下肯定找不到这家店,可没想到吃过饭后你居然真的找到了那家店,男友简直不敢相信,在办公楼里经常迷路的你怎么在商场却可以这么快找到自己想逛的商店呢?这个例子实际就涉及到“大尺度空间能力性别差异”这个概念。
当前关于空间能力性别差异研究中所涉及的空间尺度可以划分为大尺度、中尺度和小尺度空间(Siegel,1981),大尺度空间能力与中小尺度空间能力由于空间尺度的不同,空间能力的定义及测量方式也存在差异。大尺度空间能力指的是个体在完全包围其身体的空间环境中,必须通过身体的运动学习空间布局并整合所处空间环境中物体与物体、物体与身体间空间关系的能力。与测量中小尺度空间能力等在实验室内完成的纸笔测试不同,对大尺度空间能力的测量一般需要被试学习环境的布局,进而完成诸如寻路、距离估计、方位判断等空间任务(Hegarty, Montello, Richardson, Ishikawa, &Lovelace,2006)。也就是说,个体在中、小尺度空间环境中的空间能力并不能够完全代表其大尺度空间能力,因为大尺度空间能力需要个体对心理旋转、空间知觉及空间可视化等多种技能进行整合(Golledge& Stimson,1997)。神经科学的研究也证明,处理不同尺度的空间信息涉及的大脑部位和机制不同。比如类似心理旋转等小尺度空间主要与大脑顶叶的激活有关(Kosslyn& Thompson,2003),而学习和记忆大尺度空间环境布局则主要与大脑海马及内侧颞叶的周围区域的激活有关 (Morris&Parslow,2004)。脑病变的病人会出现不同程度的地形定向障碍,进而削弱了其寻路以及学习环境布局的能力,但其小尺度空间能力并没有受影响,心理旋转任务表现与常人无异 (Aguirre & D’Esposito, 1999);相反,顶叶受损的病人,其小尺度心理空间操作能力显著被削弱,而大尺度空间随身体运动进行空间更新的能力完好无损 (Philbeck,Behrmann,Black,&Ebert, 2000) 。
个体的大尺度空间能力存在显著的性别差异。不同于小尺度空间能力上明显表现出的男性优势(比如心理旋转,Linn & Petersen, 1985; Hyde,2016; Fisher,Meredith & Gray,2018; Vashro,Padilla& Cashdan,2015),大尺度空间能力的性别差异则由于场景、任务类型的不同呈现出不同的结果。场景方面,大尺度空间能力研究中采用的场景可以分为真实环境和虚拟环境,不同场景中,空间能力的性别差异有不同表现。有学者让被试学习虚拟环境后站在路径起点处完成指向任务,结果表明男性被试的指向错误角度显著低于女性被试(Weisberg,Schinazi, Newcombe, Shipley, & Epstein,2014); 而 New, Krasnow, Truxaw 和 Gaulin(2007)让被试站在农贸市场中心完成指向任务,结果发现,女性平均指向角度比男性更加准确。造成上述虚拟环境和真实环境研究结果不一致的原因可能是,虚拟环境的研究多是让被试在电脑桌面或沉浸式虚拟现实头盔中,使用鼠标或游戏杆在环境中游览(Tlauka, Brolese, Pomeroy, & Hobbs, 2005;Weisberg ,Schinazi,Newcombe, Shipley,& Epstein, 2014;Werkhoven, van Erp, & Philippi,2014; Slone, Burles, Robinson, Levy, & Iaria,2015),这种不涉及本体感觉运动的空间活动方式,与真实的空间活动是有很大差异的(Hegarty,Montello, Richardson, Ishikawa, & Lovelace, 2006)。即便都是把真实大尺度环境作为学习和测试环境(Hegarty, Montello, Richardson, Ishikawa, &Lovelace, 2006;Berry, & Bell, 2014; Campbell,Hepner, & Miller, 2014; Labate, Pazzaglia, &Hegarty, 2014; Brunye, Burte, Houck, & Taylor,2015),由于空间任务类型不同,这些研究的实验结果也不一致。比如有学者发现指向任务中,男性被试的指向错误角度显著低于女性被试(Persson,Herlitz, Engman, Morell, Sjölie, Wikström, & Söderlund, 2013,De Goede, & Postma, 2015), 而另一些研究却并没有发现显著的性别差异(Marchette,Yerramsetti, Burns & Shelton,2011)。
为了对不同空间尺度、场景及任务上男女空间能力的差异表现进行整合,为大尺度空间能力性别差异提供更加明确的答案,本研究做出了两个改变:
首先,本研究尝试以中尺度实验室的研究得出的在线—离线空间认知双系统模型 (Waller&Hodgson, 2006; Piccardietal., 2014; Hatzipanayioti et al., 2014; Santoro et al., 2017a,b;Liu& Xiao,2018)为依据,将任务分为在线—离线两类,对性别差异进行探讨。在线空间任务,顾名思义,即被试可以利用在线空间认知系统完成的空间任务,比如被试在完成空间环境的学习后,在学习环境中完成诸如寻路(Wayfinding)、指向或方位判断(Pointing)、路径重走 (Route retrace)并指出地标(Landmark recall)、距离估计(Distance estimation)等空间任务;而离线空间任务则是指被试必须依靠离线空间认知系统完成空间任务,比如完成空间环境的学习后,在远离学习环境的空间环境中完成一系列如相对位置判断 (Judgment of Relative Direction, JRD)、地图草图绘制(Sketch map)、方向感自评问卷等空间任务。本研究把在线空间任务(方位判断、距离估计)和离线空间任务(离线相对位置判断和方向感问卷)结合,同时考虑到这些空间任务的测量标准大多以是否建立纵览表征以及纵览知识的优劣为最终标准,而男性在纵览表征的建立上常常表现出比女性更大的优势(Kelly,McNamara,Bodenheimer, Carr,& Rieser,2009),因此本研究还增加了更加贴近真实生活的指标——成功率①本研究把被试在路径重走任务中的错误或停顿次数作为“成功率”这一指标的具体体现。(Shelton,Marchette& Furman,2013),进行多种空间任务比较研究,以期全方位描绘两性的空间能力差异。
其次,本研究将研究场景限定为大尺度的真实环境,为了保证环境的多样性和生态效度,我们选择了三个场景,商场—熟悉品牌楼层、商场—陌生品牌楼层和办公楼层。在当前大尺度空间能力性别差异的实验研究中,场景多使用建筑物、校园或城市等中性环境,而很少使用商场这种女性喜欢的活动空间作为实验环境。前人研究表明,女性偏好使用地标来记忆路径(route),而男性偏好使用方位来建立纵览(survey) 表 征 (Lawton, Charleston, & Zieles,1996; Kelly, McNamara, Bodenheimer, Carr, &Rieser,2009)。比如,男女同时学习一条有多个岔路口的路径,当再次走到某个岔路口时,女性可能记住的是要拐到一条路边有一排长椅的路上,而男性可能记住的是要往东拐。而商场作为一个陈列了各种物品的环境,是非常有利于女性发挥物体位置记忆的优势 (New,Krasnow,Truxaw,& Gaulin,2007)。也就是说,相较于一般环境,商场内部丰富的地标线索可能会帮助女性建立起更好的路径表征。为了验证商场内丰富多样的品牌地标是否会对女性的空间认知有所助益,提高女性被试的空间任务表现,本研究除了把办公楼层这一中性环境作为研究场景外,还包含了商场这一特殊的空间环境,并把商场环境区分为商场—陌生品牌楼层和商场—熟悉品牌楼层,从而更加全面理解两性在不同的大尺度真实空间环境中的空间能力差异。
2.1.1 被试
32名在校大学生 (16男,16女),年龄17~25岁,平均年龄20.4岁,视力或矫正视力正常。实验后获得一定的报酬。所有被试在实验前从未去过3个实验环境。
2.1.2 实验材料
实验环境 本研究采用了三种类型的大尺度空间表征,包括:(1)商场—陌生品牌楼层,某大型商场1层(图2A),该层主营成熟女装,目标消费群体为30~50岁的女性,在售商品多为本研究的被试不熟悉的品牌;(2)商场—熟悉品牌楼层,该大型商场4层(图2B),该层主营少女淑女服饰,目标消费群体为20~30岁的女性,在售商品多为本研究被试熟悉的品牌;(3)办公楼层,研究者所在高校某学院办公楼2层 (图2C),该层主要为办公室,环境中的特征线索较少。在每个环境中,选择一条路径,并将沿路经过的4个物体定为目标物体,目标物体彼此之间不可见。三个环境中的路径总长度相当 (分别为144.4米,138.5米,145.8米),路径结构类似,均为5段4弯。
在线指向任务 被试使用自制的指向板在现场指向各目标物体。该指向板为直径20厘米的圆形,周边标有刻度,圆板中心连接一个可以转动的指针。实验时,被试通过转动指针指向对应目标物体,主试读取相应的角度数。
离线相对位置判断任务 该任务每一个试次(trial)由两条指令组成:想象朝向指令(如,“想象你站在A,面对着B”)和物体指向指令(如,“请指向C”,A、B、C分别为目标物体的名称)。实验指令通过语音播放,被试的反应数据通过游戏杆收集。
问卷 问卷测试分为两部分:商场活动情况调查和圣巴巴拉方向感问卷(the Santa Barbara Sense of Direction Scale,SBSOD)。商场活动情况调查包括两个问题:1.您平时多长时间去一次商场? (A.每周;B.每月;C.每季度;D.每年;E.从来不去)2.您逛一次商场大约要多长时间?(A.平均1小时;B.平均2~3小时;C.平均3小时以上);对被试方向感的测量,我们采用了经典的圣巴巴拉方向感问卷(Hegarty,Richardson, Montello, Lovelace, & Subbiah,2002)。该问卷共包括与个体方向感相关的15个积极陈述或消极陈述。积极陈述如“我十分善于指出方向”,消极陈述如“我常常忘记把东西放在了哪里”。被试在7点量表上对这些陈述进行判断:“1”表示“完全符合”,“7”表示“完全不符合”。该问卷得分越高,表明方向感越好(积极陈述的结果反向记分)。
2.1.3 实验设计和实验过程
本研究采用3(环境:熟悉品牌楼层、陌生品牌楼层、办公楼层)×2(性别:男、女)混合实验设计,环境为被试内变量,性别为被试间变量。
主试(女)和被试在一个远离3个实验环境的办公室碰面,向被试简介实验流程之后,被试完成包含两道题目的商场活动情况调查问卷,了解被试平时的商场活动情况,然后主试带领被试前往其中一个实验环境,依次完成三个实验环境的学习和在线测试之后,主试和被试回到远离3个实验环境的办公室,完成目标地点相对位置判断、方向感问卷填写。被试学习3个环境的先后顺序在被试间平衡。
以商场—陌生品牌楼层为例。被试首先被带至该楼层实验路径的起点,然后在主试的带领下沿着预先设计好的路线行走,在经过每一个目标物体时,主试告诉被试该目标物体的名称,并要求被试记住该目标物体的位置及路径的走向。路径学习完毕之后,主试带领被试离开该楼层,从商场外部经由曲折路线返回学习原点。然后依次完成以下测试:(1)路径重走测试。被试依照之前的学习路径,原路重走一遍,途经目标物体时,指出该物体并说出它的名称。该过程全程录像,在之后的数据分析中,统计这一过程中被试走完该路径的停顿和错误次数。其中,停顿定义为在某地点停顿或徘徊2秒以上,错误定义为被试偏离正确路径0.5米以上。路径重走测试结束之后,被试离开该楼层,从商场外部再次绕道至起点。(2)进行距离估计和方位判断。在主试的带领下,被试依次来到各目标物体位置,在每一地点,用自制刻度盘指出其他三个目标物体的位置,主试记录指向角度。然后被试对其他三个目标物体相对于当前目标物体的路径和直线距离进行估计。其中,路径距离为从当前位置走到目标物体的路径长度,而直线距离为当前位置和目标物体间直接连线的长度。为了让被试对距离长度有一定的概念,在进行距离估计前,主试告诉被试从一侧肩膀到另一侧手指尖的长度约为一米。
商场—熟悉品牌楼层和办公楼层的学习和在线测试方法与商场—陌生品牌楼层类似,唯一不同在于,在路径终点时,主试带领被试从楼梯走到另一楼层,通过另一楼层绕道至路径起点。
三个环境的路径学习和在线测试结束之后,主试带领被试返回远离3个实验环境的办公室,依次完成如下测试:(1)目标地点相对位置判断。在正式实验之前,请被试观看摆放在面前的一个简单场景,根据该场景练习使用游戏杆和理解实验任务。正式实验时,被试触动游戏杆上的按键,听到想象朝向的指令(如“想象你站在取款机,面对着收银台”),确定该想象朝向后,按动游戏杆上的扳机。听到物体指向指令(如“请指向灭火器”),被试需要根据想象朝向的视角,快速而准确地扳动游戏杆,指向目标物体所在的相对方位。完成后复位游戏杆,按键进行下一个试次。每一个环境有24个试次 (4个地标挑选3个进行测试,全排列),呈现顺序随机。3个环境的测试顺序与被试的学习顺序一致。(2)回答问卷。被试对打印在A4纸上的方向感问卷作答。
商场活动情况问卷中,对逛商场的频率的统计显示,16名女性中有10人选择每月去一次商场,4人选择每季度去一次商场,2人选择每年去一次商场;而16名男性中有2人选择每周去一次商场,5人选择每月去一次商场,6人选择每季度去一次商场,3人选择每年去一次商场。卡方检验结果差异不显著,χ2=4.27,p=0.23。对单次逛商场时长的统计显示,16名女性中有13人平均时长在3小时以上,3人平均时长在1小时,而16名男性中有13人平均时长在1小时,1人平均时长在2~3小时,2人平均购物时长在3小时以上。卡方检验差异显著,χ2=15.32,p<0.05。这与前人的研究一致,即相比男性而言,女性更喜欢在商场活动,表现在每次逛商场花费的时间更长。
2.2.1 在线测试
成功率(路径重走中的停顿或错误次数) 由于每个被试的行走速度存在差异,因此,统计被试走完路径所耗时间可能不能准确反映被试的空间行为。我们参考了前人的统计方法 (Hölscher,Buchner,Meilinger, &Strube,2009), 将被试在重走路径过程中停顿或错误的次数作为主要的指标,来检验被试在真实空间活动中的效率。使用SPSS 20.0对停顿或错误次数进行3(环境:熟悉品牌楼层、陌生品牌楼层、办公楼层)×2(性别:男、女)混合测量方差分析,结果如图3所示。 性别主效应显著,F(1,30)=5.32,p<0.05,ηp2=0.15,在重复学习路径的过程中,女性比男性的停顿、错误次数更少。环境主效应不显著,F(2,30)=2.96,p=0.06,ηp2=0.09,性别和环境交互作用不显著,Fs<1,ps>0.44。 表明无论在商场还是办公环境,女性均表现出了更高效的空间行为(更少的错误和停顿次数)。
距离估计和方位判断 根据前人的研究,在线测试时主要测量被试对其他目标物体位置的方位和距离 的 判 断 (Hegarty, Richardson, Montello,Lovelace,& Subbiah,2002)。其中,距离又分为路径距离和直线距离两种。一般认为,路径距离估计反映了个体的路径知识,而直线距离估计反映的是个体的纵览知识,因为对前者的判断,只需要将沿途路径长度相加即可,而对后者的判断,必须结合每段路径的长度以及路径间的夹角。我们参考了Ishikawa和Montello(2006)的方法,分别计算被试的路径距离和直线距离估计值与真实距离的皮尔逊相关系数,然后将相关值r通过Fisher r-to-z转化为Z分数。使用SPSS 20.0分别对路径距离相关Z分数和直线距离相关Z分数进行3(环境:熟悉品牌楼层、陌生品牌楼层、办公楼层)×2(性别:男、女)混合测量方差分析。结果发现路径距离估计性别主效应显著,F(1,30)=9.78,p=0.004,ηp2=0.25 ,如图 4(为了便于读者理解,图中报告的是相关系数r而非转换后的Z分数)所示。男性的路径距离相关显著高于女性,环境主效应和交互作用均不显著。这说明无论在何种环境,男性对路径距离的表征均优于女性。而直线距离估计的主效应和交互作用均不显著,Fs<2.04,ps>0.16, 这说明在进行在线测试时,无论在何种环境,男女两性的纵览表征差异不显著。
对目标物体的方位判断 计算被试判断角度与目标物体真实角度的绝对角度误差,然后进行3(环境:熟悉品牌楼层、陌生品牌楼层、办公楼层)×2(性别:男、女)混合测量方差分析。结果如图5所示,环境主效应显著,F(2,30)=15.45,p<0.001,ηp2=0.34,性别主效应和交互作用均不显著,Fs<2.01,ps>0.17。这与直线距离的结果一致,说明无论在何种环境,男女被试在在线测试时表现出了相同准确度的纵览知识。
2.2.2 离线相对位置判断任务
使用SPSS 20.0对指向角度误差的绝对值进行3(环境:熟悉品牌楼层、陌生品牌楼层、办公楼层)×2(性别:男、女)混合测量方差分析,结果如图6所示。 性别主效应显著,F (1,30)=5.78,p<0.05,ηp2=0.16,女生角度误差(M=46.56,SD=19.87)大于男生(M=34.49,SD=13.20), 这个结果与前人研究(Moffat, Hampson, & Hatzipantelis, 1998)一致。 说明在离线测试时,女性的纵览表征准确度不如男性。楼层主效应和交互作用均不显著。说明无论是在商场还是在办公楼,女性建立纵览表征的能力都较男性更差。
2.2.3 圣巴巴拉方向感问卷
将男女性别的圣巴巴拉方向感问卷得分进行独立样本t检验得到,女生方向感问卷得分(M=51.69,SD=16.48)显著低于男生(M=67.19,SD=18.38)得分,t(1,31)=-2.51,p<0.05。 这说明,在自我方向感评估中,女性对自己方向感的评估更差。
综合男女被试在三个环境中的各种空间任务的表现,本研究可以得出以下几个主要发现:(1)在线测试任务中,无论是商场还是中性环境,女性的任务表现与男性相同甚至更好,具体体现在对目标物体的在线方位判断、直线距离估计上,两性的成绩相当,而在重走路径的任务中,女性的停顿和错误次数比男性更少;仅在路径距离的判断上,女性差于男性。(2)在离线相对位置判断任务中,女性的角度误差大于男性。(3)在方向感问卷的自评分数上,男性显著高于女性,说明男性对自己的方向感评价更高。
本研究探讨了两性被试在3种大尺度真实空间环境下的各种空间活动表现。其中,两个商场环境(品牌熟悉楼层和品牌陌生楼层)均为女性偏好的环境,而办公环境为中性环境。与传统研究不同,本研究采用了真实的大尺度空间场景,相比使用虚拟现实场景而言,牺牲了一定的实验控制(比如无法保证3个环境的复杂程度是完全一致的),但保证了实验研究的生态效度。首先,在真实的空间中活动,涉及到利用本体感觉的空间更新,这是在使用游戏杆或按键完成空间活动的虚拟现实环境中无法实现的,而有无本体感觉对人的空间活动影响很大(Farrell& Robertson, 1998; Waller, 2000)。 其次,真实商场的购物氛围、各种熟悉的品牌和布局,是在虚拟环境中难以完全模拟的,而这些可能是我们探讨女性在商场的空间活动的关键因素。相比传统研究,本研究的另一突破之处在于引入了空间活动效率 (成功率)这一更贴近日常生活的指标。在日常生活中,人们的空间活动往往是目的导向型的,只需要能在合理的时间里到达目的地。以商场购物为例,人们可能在逛商场的过程中将某几个商品列为待选,等到全部逛完之后,再返回到某一个选中商品处购买该商品 (至于能否在逛完商场之后对商场布局建立纵览表征,绝大多数人并不关心)。本研究的路径重走任务,旨在模拟这样的行为。从完成任务的角度而言,无论是拥有纵览知识还是拥有路径知识的被试,都可以很好地完成。从这个思路来考察人们的大尺度空间活动水平,与当前学界对大尺度空间能力的反思和修正是一致的 (Wolbers& Hegarty,2010;Shelton,Marchette,& Furman,2013)。
本研究中女性在路径重走任务中的优势表现,从本质上来说,是由于人们评估大尺度空间能力时所涉及的空间能力不同于在商场活动时所需的空间能力。无论是传统的实验室研究还是大众眼中的大尺度空间能力,往往都离不开纵览表征和方向感,而这些均为男性优势的空间能力,但是,商场活动可以依靠路径表征来实现。因此,当我们从实用的角度出发,观察被试能否成功重新走到之前经过的物品时,发现了女性更为优势的结果。另外,在本研究中,并没有发现性别和环境的交互作用,意味着商场对女性的空间活动并没有特殊帮助,或许从心理上,相比逛办公楼,女性更爱逛商场,但是在空间行为上,无论是在商场还是在办公楼,女性都可以成功到达目的地,也都一样不能很好地完成离线的纵览表征测试。
在本研究中,我们对纵览表征进行了在线和离线的测试,但男女被试在这两类测试中的差异不同。在线测试时 (对目标物体方位判断和直线距离估计),没有发现性别差异,而离线测试时(相对位置判断),女性显著差于男性。造成这种差异可能有两种原因:第一,在线测试和离线测试分别涉及在线和离线两种空间表征(Avraamides& Kelly,2008;肖承丽, 刘传军, 2014; Xiao, Lian,& Hegarty,2015;),建立这两种表征所需的空间能力不尽相同,而男女两性在不同的空间能力上的性别差异也有所不同;第二,在线和离线的测量方式差异,在线测试时,被试的朝向总是与学习的朝向一致,而离线测试时,被试需要通过想象站在目标物体A面对目标物体B来建立想象朝向,而这些想象朝向往往不同于学习朝向,男女两性有可能建立了相同的纵览表征,但是在从不同于学习朝向的方向提取该表征时,女性较男性更为困难。
值得注意的是,本研究所采用的3个环境均为室内环境,在室内环境进行空间活动时,女性表现出了与男性相当甚至更优的成绩,这些差异或许暗示着大尺度空间还可以进一步细分为不同的类型,拥有不同大尺度空间能力优势或者偏好某种空间策略的被试在与其能力和策略匹配的空间中可能会有更好的表现。其次,根据大尺度空间能力的狩猎者—采集者理论 (Hunter-Gatherer Theory)(Silverman,&Eals,1992),男性或许能够在更大的空间范围上表现出比女性更强的空间活动优势,由于本研究的路径距离不超过150米,空间范围不超过0.0027平方公里,因此可能仍然在女性采集者的空间活动范围之内。在更大的尺度,比如机场或大型火车站,女性的空间活动效率是否与男性一样,是有待探讨的问题。最后,本研究预期商场环境会对女性有帮助,结果发现女性在商场环境中的任务表现并没有特别优势,所以空间环境究竟能多大程度影响被试的空间能力,或者空间环境对哪些空间任务有优势是未来研究者要思考的重点。
本研究为探究两性空间能力的差异,让被试在大尺度真实空间环境中完成一系列空间任务,但也存在着以下几点不足。首先,基于大尺度真实环境进行实验研究,整个实验在商场和办公楼等贴近生活现实的场景中进行,保证了研究的生态效度,但也由于在真实场景中进行研究,对某些无关变量(商场客流量、时间延迟)无法做到较好的实验控制,未来大尺度真实环境的研究除了保证实验有效开展外,还应对如何有效控制无关变量进行全面而深入的思考,提高实验的内部效度。其次,本研究中的被试全部是大学生,所以空间任务的测量结果直接推广到一般群体可能存在限制,未来研究应选择更加能够代表一般群体的样本进行深入研究。
人们每天都在办公室、商场、地铁站等大尺度的空间环境中活动,尽管各人的大尺度空间能力存在差异,但在绝大多数情况下,都能顺利到达目的地。传统的空间认知研究关注人们建立的纵览表征的优劣,但是,更具有生态效度的测量应该是关注人们在何种环境下,使用何种表征(纵览或路径)来有效地完成空间活动。本研究通过探讨两性在商场和办公楼的空间活动,证明了:(1)尽管两性在纵览表征上存在差异,但他们均可以高效地到达目的地、定位目标物体的位置;(2)与普通的办公环境相比,商场对女性的空间活动并没有提供什么特殊的助益,无论是在商场还是在办公楼,女性都能高效地进行空间活动。