不同认知风格视觉搜索空间不对称性的眼动研究
不同认知风格视觉搜索空间不对称性的眼动研究
【摘要】采用眼动仪考察不同认知风格的维汉大学生在视觉搜索中空间不对称性的眼动指标差异。本研究以80名大二、大三学生(维族大学生38人、汉族大学生42人)为被试，采用镶嵌图形测验筛选得到有效被试23人，包括场独立型认知风格被试13人、场依存型认知风格被试10人。结果表明：1、图片的不同位置对被试的眼动模式有一定的影响，第二象限的注视次数最多，显著多于其它三个象限，差异显著。2、不同性别的被试在平均眼跳距离上差异显著。3、不同搜索策略的被试在平均眼跳距离上变现出非常显著的差异。4、不同认知方式的被试在兴趣区内的眼动指标差异不显著。结论：图片第二象限的注视次数显著多于其它三个象限，不同性别和不同搜索策略的被试在平均眼跳距离上差异显著。
关键词：认知风格；视觉搜索；眼动；空间不对称性
1 引言
视觉搜索一般要求在某一刺激背景中找出特定刺激，具有较强的目的性。视觉搜索的非对称是指：以反应时为指标，在刺激B中搜索刺激A与在A中搜索B，搜索效率不一样，且有显著差异【1】。场认知方式，指个体在识别客体间关系特征、对非结构情景的组织及在认知上的重建问题的能力。它既是一种认知方式，也是一种人格特征的描述，它不仅表现在个体的认知过程中，也反映到个性心理特征方面，影响遍及人的整个心理活动领域【2】。但场依存和场独立型被试在视觉搜索过程中有哪些具体差异？两者之间的搜索策略有什么不同？针对这些不易察觉的心理现象，眼动分析可以提供心理活动中的即时加工数据，对人的心理活动进行精细的分析，它在视觉信息加工心理机制、阅读心理学、动机与态度、发展心理学等研究中都具有明显应用价值【3】。本文应用眼动仪，记录不同民族不同场认知方式大学生在视觉搜索中的眼动数据，通过分析各项眼动指标，探讨场认知方式和不同民族对视觉搜索的影响，以及场依存和场独立大学生视觉搜索策略的差异，为因材施教提供一定依据。
1.1场认知方式的理论概述及相关研究
1.1.1 场认知方式的定义和测量工具
认知方式，又称认知风格，是指个体在组织和加工信息中所具有的个体化的和一贯的方式。对于认知方式的研究最早可追溯到荣格所提出心理类型理论。而对认知方式的现代研究则由有“认知方式之父”之称的美国心理学家维特金开创，他提出了场独立性-场依存性的概念，并通过实验进行了系统的研究。在此之后，认知方式的研究一直是心理学研究的热点之一。近二十年，心理学家热衷于研究方式与教育理论和实践的关系。我国对认知方式的研究始于七十年代末，之后对认知方式的一系列研究成果就收录在了《认知方式-一个人格维度的实验研究》一书中【4】。
20世纪40年代，Witkin和他的同事Asch在进行空间定向和垂直知觉的经典性实验研究时，为了阐明垂直知觉的个别差异而提出场认知方式的概念。Witkin认为在暗室中作棒框实验，发现的个别差异可以用身体经验的线索（动觉和平衡觉）加以说明，所以早期场认知方式的含义是：依赖外在视野还是依靠内部感觉经验的知觉倾向性，倾向性依赖外在视野线索的个体属于场依存者，依赖内部感觉经验的个体则属场独立者。这一对比倾向可以通过Witkin设计的3个有名的实验来测定，即棒框测验（RFT）、身体顺应测验（BAT）和转屋测验（RRT）【5】。
从已有研究看，一般认为，场认知方式（Field Cognitive Style）是指个体在识别客体间关系特征、对非结构情景的组织及在认知上的重建的能力，又称场依存（Field dependent）和场独立（Field independent）认知方式【6】。是个体在组织和表征信息时的个人偏好和习惯方式【7】它不仅表现在个体的认知过程中，也反映到个性心理特征方面，影响遍及人的整个心理活动领域【8】。场依存和场独立之间的差异表现在对外部环境（“场”）的不同依赖程度上【9】。Witkin等人指出，当呈现一个具有支配作用的场的时候，比较场独立的个体倾向于克服场的组织，或重新建构它，认知改组技能高，解决新问题时，善于抓住问题的关键，能灵活运用已有知识解决问题，他们更有主见，对抽象的、理论的东西更感兴趣；而场依存的个体倾向于依附于给定的场的组织。以整体方式看待事物，解决熟悉问题时不会发生困难，但解决新问题时缺乏灵活性，易于接受外界暗示【10】。
镶嵌图形测验（EFT）是被广泛采用的测量场独立—场依存认知方式的工具。镶嵌图形测验最早是由Witkin等人开发出来的。在这个测验中要求被试从复杂图形中找出隐蔽在复杂图形中的简单图形。镶嵌图形测验作为测定认知方式的工具，主要基于在空间定向任务中场依存的个体完成这种测验比较困难，而场独立个体则更容易克服复杂图形的隐蔽作用，找出简单图形。正是这种高度的相关才发展出了镶嵌图形测验作为测量认知方式的工具。镶嵌图形测验是纸笔测验，它具有使用方便、可团体施测、经济、省时等优点。国内现在使用的镶嵌图形测验是北京师范大学心理系以国外有关测验为参考编制的，具有较高的效度（0.49）和信度（折半信度为0.90）。
1.1.2 场认知方式的基本特征
1.1.
2.1认知活动的特征
首先，研究发现，场独立性者能较快地从复杂图形中找到指定的简单图形，这说明他们的认知改组能力强，而场依存性者则不易完成这一操作，即他们的认知改组能力较差。第二，在记忆活动中，场独立性者对缺乏组织的材料记忆和学习的效果比场依存性者要好;场依存性者更擅长记忆和学习包含社会性内容的材料。第三，在问题解决方面，与场依存性者相比，场独立性者更能从习惯的解题模式中摆脱出来，采用新的解题方法。第四，对专业的兴趣和偏好方面，场独立性者对抽象的理论原则和概念更感兴趣，更喜欢与人无关的、需要认知改组能力的专业，如数学等;而场依存者则更喜欢与人打交道的、不需要认知改组能力的专业，如初等教育等。另外，在守恒、功能固着、完形速度和“三山问题”等实验中，研究表明，场依存性和独立性的人在完成这些任务上存在着差异。
1.1.
2.2场认知方式的基本特征
场独立――依存性个体表现在对他人意见的考虑上的差异。许多研究表明【11】，在可利用的信息不清晰，不充分的条件下，场依存性者更多的利用从别人那里的来的信息推测自己的结论；而场独立性者则倾向于利用自身已有的标准。进一步的研究证据还显示，场独立性者在人际关系中表现得更有自主性，较少考虑他人的意见；而场依存性者则更多的考虑他人的意见，对别人的想法和情感更加敏感。
另一关于社会行为的研究表明，场依存性者是社会定向，他们对社会线索更敏感，更喜欢与人有联系的情景，选择与人有关的社会工作，如小学教师等，在社会交往活动中场依存性者表现得热情、温和、老练、宽容、容纳别人、情感更加开放等;而场独立性者则是非社会定向，他们对社会线索不敏感，在社会交往活动中，他们表现得冷漠、苛求、不体谅别人、与他人保持距离。总之，与场独立性者相比，场依存性者与他人交往更富有经验，表现出更有效的人际交往特征，使得他们更容易与他人相处，就是通常人们常说的人缘关系好。综合分析有关理论研究，心理学界一般认为场认知方式具有如下特征:(1)它是认知活动中个体所采用的典型的信息加工方式，既区别于智力因素，也区别于认知内容和认知能力；它用两极来描述，没有高低优劣的差别。(2)它不仅表现在个体的认知过程中，也反映到个性心理特征方面，影响可以遍及人的整个心理活动领域。(3)它具有相对的稳定性，即个体在不同时间、不同任务中的认知倾向始终有一致的表现。(4)倾向于独立性者，善于运用分析性知觉方式，认知改组能力较高；倾向于依存性者，较多采用整体性认知方式，认知改组能力不及场独立性者，但社会交往能力较高。
1.2视觉搜索的研究概述
视觉搜索的实验范式是了解视觉注意机制的一种途径。典型的视觉搜索任务要求被试在由干扰子和靶子组成的刺激系列中搜索靶子项目，搜索效率一般用反应时（RT）×组量(SET SIZE)的搜索斜率函数表示。当反应时不依赖于组量变化时，称之为有效搜索（efficient of search）,即平行搜索，最有效的搜索条件是：靶子具有单一的显特征，且干扰子都是同质的。当反应时随组量的变化而协变时，称之为低效搜索（least efficient of search）,即系列搜索。最低效的搜索条件是：靶子和干扰子具有相同的基本特征，且干扰子是异质的。有效的搜索在保证正确率的前提下很快反应，没有速度-正确率权衡，与低效的搜索相比，很少受注意需求量和感觉因素的影响。
视觉搜索一般要求在某一刺激背景中找出特定刺激，具有较强的目的性。从外显的行为看，视觉搜索是通过一系列注视（fixation）与眼跳（saccades）获取外界的刺激信息，从而完成信息加工。任
务要求被试记住搜索目标，随后在屏幕上呈现一定数量的刺激项，屏幕上可能既有目标（target）又有干扰项（distractor），也可能只有干扰项。被试的任务是判断屏幕上是否有目标并做出相应的反应。Desimone等【12】提出关于视觉搜索加工的解释-偏向竞争模型（biased-competition model）。该模型认为，在视觉搜索场景中存在许多物体，又有注意资源有限，视场中的物体就会竞争注意资源。若某一物体表征与当前工作记忆中所保持的目标模版相同，那么，该物体表征就会取得竞争优势而被视觉注意优先选择。Moores等【13】发现，客体工作记忆中积极保持的物体表征不仅会使得视场中与记忆表征完全相匹配的物体得到会获得注意偏向，而且也会使得视场中与记忆表征有关联的物体获得注意资源的竞争优势。
Neisser【1】首先发现并研究了视觉搜索的非对称现象。所谓视觉搜索的非对称是指：以反应时为指标，在刺激B中搜索刺激A与在A中搜索B，搜索效率不一样，且有显著差异。
1.3眼动
眼动，即眼睛的运动。具体包括注视、眼跳和追随运动3种形式【14】。
注视，是一种将眼睛对准对象的活动，其目的是将眼睛最灵敏的部位-中央窝对准观察的对象。但注视并不等于眼球的静止，注视中常常伴随着3种形式的极为细微的眼动；自发性的高频眼球微颤、慢速漂移和微跳。这些细微的眼动是视觉信息加工所必须的信息提取机制。一般认为，漂移使目标逐渐离开中央窝的中心，而由微小跳动纠正这个偏差，以保持正确的注视状态，这就使得被注视物体在视网膜上的呈像位置不断变换以克服网膜适应导致的视像消失【15】，而眼球微颤则可将刺激信息调制成交流信号以便能穿过视觉通道【16】。
眼跳，是注视或注视方位的突然改变，这种改变往往是个体意识不到的。眼跳的速度很快，最高可达每秒450度，眼跳的幅度则可以从2分度～20分度。眼跳过程中可以获取刺激的时空信息，从而实现对视野的快速搜索和对刺激信息的选择，在此过程中几乎不能形成对刺激的清晰像。这种在眼跳过程中眼的敏感度降低的现象被称为眼跳抑制【17】。
追随运动，当被观察物体存在相对运动时，为了保证眼睛总是注视这个物体，眼球就会追随物体移动。追随运动常常伴随较大的眼跳和微跳，它是由运动目标的速度信息输入到中枢神经系统，眼睛为了追随这个目标而引起的一种连续反馈的伺服运动。
上述3种眼动形式经常交错在一起，目的均在于选族信息、将要注意的刺激物呈像于中央窝区域，以形成清晰的像。眼动可以反映视觉信息的选择模式，对于揭示认知加工的心理机制具有重要意义。
我国从20世纪80年代开始眼动的研究，沈德立教授领导的研究群体有效的开辟了中文阅读的眼动研究，取得了重要成果。目前，我国在阅读方面的眼动研究取得了丰硕的成果，【18】【19】同时也逐步开展了图画观看【20】【21】等方面的研究。
眼动分析可以提供心理活动中的及时加工数据，对人的心理活动进行精细的分析，它在视觉信息加工心理机制、阅读心理学、动机与态度、发展心理学等研究中都具有明显应用价值。随着计算机技术的飞速发展，眼动记录的原理和技术也得到了快速发展。本文应用眼动仪可以有效记录不同认知方式的维汉大学生在视觉搜索中的眼动轨迹，通过分析各项眼动指标，探讨认知风格对视觉搜索的影响，以及维汉大学生在视觉搜索中的视觉不对称性。
1.4问题提出
（1）根据认知方式理论，场独立与场依存被试在注意、编码、保持和提取等信息加工阶段都存在差异。场独立被试在注意警觉性、注意选择、工作记忆广度、编码过程、长时记忆等方面都显著好于场依存被试。场独立的个体认知改组能力强。本研究试图通过分析不同认知方式的大学生在视觉搜索中的眼动指标探索不同认知方式在视觉搜索中是否有差异。
(2)视觉搜索是我们获得视觉信息的重要手段，个体的经验、状态和能力等会影响视觉搜索。搜索过程也有记忆参与,因为记忆可以保存所要搜索的目标【22】。技术熟练的驾驶员和新驾驶员在驾驶时的眼睛注视点序列之间存在显著差异。技术熟练驾驶员的整体敏感性较高,而新驾驶员的视觉注意存在明显转换【23】。危急状态下,视觉搜索的采样速度加快、搜索范围扩大【24】。视觉系统的不同视野范围的视觉敏感性存在很大差异,当在不同空间位置进行搜索时,搜索效率是否发生变化?眼睛运动模式是否会有所不同呢?本研究拟采用眼动记录方法对不同位置的视觉搜索的空间特性进行探讨。
（3）视觉搜索具有明显的练习特点,由长期阅读所形成的眼动习惯模式在其他视觉任务中也得以
表现,这是由语义启动所引起的，受习惯影响被试们采用的搜索策略也不相同。汉族学生在阅读时是从左往右读，而对于维吾尔族学生来说由于从小阅读的是维文，是从右往左读的，所以维汉学生在阅读习惯上是有差异的，本文采用眼动法分析维汉大学生在视觉搜索中搜索策略是否有差异，男女的眼动指标是否有差异。
目前有关中英文阅读和图画观看的眼动研究比较多，但对不同认知风格的视觉搜索的眼动研究比较少，对于跨文化的研究更少。本研究以前人的研究为基础，先用镶嵌图形测验筛选出不同认知风格的维汉大学生23名，然后以图形为实验材料，充分利用眼动技术的优势采集系统的眼动参数，通过统计处理，以期得到认知风格对视觉搜索的影响，以及不同民族和不同性别的眼动指标差异。
2 研究方法
2.1镶嵌图形测验
2.1.1被试
从新疆师范大学教育系和化学系随机抽取2个班共80名学生，其中，教育系42名，化学系38名。
2.1.2测验材料和施测程序
本文应用北京师范大学心理系修订的《镶嵌图形测验》，以区分场依存和场独立型被试。此测验是一个知觉测验，要求被试在一个较复杂的图形中找出并描画出隐藏在其中的一个指定的简单图形。测验分数反映了被试克服隐藏得知觉能力——空间改组能力。进一步的研究表明，人们在这方面表现的个体差异不仅与知觉能力有关，而且还与最高层次的心理差异——认知方式有关。场独立型的被试能顺利克服隐藏作用而分离出简单图形，而场依存型被试则比较困难。
该测验是为了了解个体认知方式这一维量而设计的纸笔测验，信度是0.90，主要由测验说明和测验题目两大部分组成。测验题目包括三部分：第一部分，9道题。这是为被试熟悉题型，供练习而用，不记成绩，但事先不告诉被试；第二、三部分各含10道题，这是正式测验题，每道题下面都标出了要找出的简单图形的号码，简单图形附在该图形测验的第一页。每一部分限时4分钟，三部分共12分钟【25】。以班级为单位进行施测，正式测验之前，介绍例题和做题中需要注意的事项，被试明白做题要求之后，开始计时，正式作答。
2.1.3数据处理
为了保证评分的一致性，测验分数以第二、三部分中正确画出指定的简单图形总数记分，每题1分，最高分应为20分。评分前，阅卷人员先看被试第一部分测验题的完成情况，以确定被试是否了解了这个测验的说明，如果被试没有了解测验的说明，试卷作为废卷处理。为了统一评分标准，便于操作，记分时，只有当被试画出的图形与简单图形完全一致时，才算正确。
经过统计筛选出汉族被试13名，维吾尔族被试10名，由于汉族被试的分数普遍比较高，而维吾尔族被试的分数比较低，所以筛选出的汉族13名高分被试为场独立，维吾尔族10名低分被试为场依存。
2.2眼动实验
2.2.1被试
根据《镶嵌图形测验》成绩，从高分组选取13名被试，低分组选取10名被试，组成场独立和场依存两个实验组，参与眼动实验，其中男生8名，女生15名。被试的视力或矫正视力正常，所有被试均未参加过眼动实验。
2.2.2实验材料和实验仪器
实验材料见图1，实验仪器为加拿大SR Research Ltd公司生产的EYELINK-II型眼动仪一部，采样率为2000HZ，该仪器可记录反应时和系统的眼动数据，计算机两部，储存和呈现视觉刺激材料。
图1 刺激图片
2.2.3实验设计
实验采用2×4的二因素被试内实验设计，其中一个因素是场认知方式，包括场独立和场依存两个水平；另一个因素是视野位置，包括1-4象限四个水平。
2.2.4实验程序
眼动实验在新疆师范大学教育科学学院的心理系眼动实验室中进行，实验环境比较安静，以个别施测形式进行。实验中有两名主试，一名操作眼动仪，另一名控制主试机。正式实验开始前,对被试眼动进行校准。正式实验中,要求被试注视屏幕中央呈现一个“+”,“+”持续1000毫秒。之后呈现刺激图片,被试的任务是从众多图形中寻找特定物体(铃),当被试把所有铃铛找完后,按空格键任务结束。在被试找铃过程中记录他们的眼睛运动轨迹。
2.2.5实验数据的处理
实验的全部数据采用SR Research 公司提供的Data Viewer数据分析软件，提取眼动数据并保存为“xls”格式文件，用SPSS 16.0进一步分析数据。主要提取的数据有：四个象限的注视点个数、平均眼跳幅度和平均注视时间。
3 实验结果
按照与水平和垂直中线的距离,在4个象限分别选取了6个目标作为数据分析的信息区(area oinformation),信息区的大小为2°视角,如图2所示。另外,在搜索过程中被试的眼睛有从左到右或从右到左扫描的(14人),也有从上到下或从下到上扫描的(9人),因此,我们将前一种搜索策略称为水平搜索,后者称作垂直搜索。(见图3)
图2 4个象限中被用来进行数据分析的目标
图3 不同搜索策略的视觉搜索轨迹3.1不同认知方式大学生在四个象限的注视点个数比较
知方式的大学生在四个象限的注视点个数差异不显著。
3.2四个象限的注视点个数差异比较
表2 四个象限的注视点个数差异比较
注视区Mean F Sig.
1 60.985 4.098a.021
2 45.054
3 40.246
4 49.392
从表2可以看到第二象限注视区的注视点个数最多，明显多余其它三个象限，做方差分析F=4.098,p=0.021<0.05差异显著。
p=0.008<0.05；一、二象限和一、四象限差异不显著，三四象限差异显著p=0.013<0.05；二、三象限和二、四象限差异都不显著。
3.3 性别在平均眼跳距离上的分析
F=6.857,p=0.016<0.05。
3.4 搜索策略在平均眼跳距离上的分析
差异显著F=12.417,p=0.002<0.05。
4 讨论
4.1不同认知方式的眼动指标
Macleod【26】的研究表明，认知方式对视空间记忆的影响和材料数量复杂性有关，场独立被试较场依存被试的心理分化程度高，具有较高的认知改组能力和视觉空间认知能力，他们倾向于使用主动的深层分析的方式加工信息，以内在参照作为心理活动的依据，善于对非结构情景进行组织和重组，对材料内部区别性比较敏感。而场依存性被试心理分化水平低，认知改组技能低，倾向于使用整体知觉方式加工信息，以外在参照作为心理活动的依据，让已存在的有组织的场保持原样，不容易从背景中发现结构。场依存被试在问题表征上更多地受先导组织结构特点的制约，他们在空间透视、空间变形、图画完形等方面不能进行有效的决策【6】【26】。
曹晓华【27】的认知方式对不规则几何图形识别绩效影响的眼动研究结果表明，在其他条件相同的情况，相同的时间跨度中，场独立性被试将较多的时间用于实际信息取样操作，因而在一次作业中获取的信息量大于场依存性被试。这也可以认为场独立性被试的信息提取能力较强【27】。另外，Buswell 【28】的实验表明，人们在观看图画时，并不是盲目注视图画，而是把大部分注视点集中在感兴趣的区域上。Mackworth和Morandi【29】在实验中发现，看完整幅图画的被试，眼睛注视的位置大都集中在被评定为信息多的区域。
本研究中不同认知方式的大学生在四个兴趣区内的眼动指标差异不显著，这与前人的研究结果不相符，根据Riding的观点，个体在完成简单任务时，由于任务不足以对信息加工系统造成负担，所以认知风格不能起到关键作用。本实验中被试的任务是找铃铛，可能任务过于简单，导致差异不显著。还可能是在用镶嵌图形测验筛选被试时，选取的被试太少，评分不太严格，所选的样本代表性不够造成结果与前人研究结果不相符。
4.2四个象限的眼动指标差异
基础心理学研究指出，刺激物的大小、色彩、空间位置等物理特性对注意影响明显，这些特性的强烈对比往往能使刺激物从背景中凸显出来；并以自下而上的方式引导个体的选择性加工。
前人做过的相关研究认为：对同一广告而言，第二象限比第四象限更吸引注意，第一象限比第三象限更吸引注意。综合而言，广告的上部比广告的下部有更多的注视点，其中第二象限注视点最多，第三象限注视点最少。
本实验的结果表明：大学生在观看图片时，更多注意图片的上部与中部，注视次数的主效应差异显著。表现为第二象限的注视次数最多，显著多于其它三个象限。与前人的研究结果相一致。
4.3性别对搜索中的眼动影响
眼跳距离反映了注视广度，也就是一次注视内容的多少，眼跳距离大说明注视广度大，注视效率高。本实验的研究结果显示男生与女生的平均眼跳距离差异显著，男生的平均眼跳距离大于女生。反映了男生的注视广度大，一次注视的内容比女生多。
4.4搜索策略对搜索中的眼动影响
搜索效率受搜索策略影响【30】。在视觉搜索过程中表现出很强的策略性,搜索策略对搜索中的眼动情况也会产生一定的影响,搜索策略与搜索者使用众多决策线索以提高其意识程度的能力有关【31】。在
实验中被试一般采用水平(自左而右)或垂直(自上而下)搜索策略。结果表明,水平搜索时的跳动距离显著大于垂直搜索时的跳动距离。这说明,视觉搜索具有明显的练习特点,由长期阅读所形成的眼动习惯模式在其他视觉任务中也得以表现,这是由语义启动所引起的【32】。总之,眼动帮助我们形成了一种从外部世界中获取信息的最有效方式。
5.结论
通过上述分析讨论，本研究得出以下结论：
（一）图片的不同位置对被试的眼动模式有一定的影响，第二象限的注视次数最多，显著多于其它三个象限，差异显著。
（二）不同性别的被试在平均眼跳距离上差异显著。
（三）不同搜索策略的被试在平均眼跳距离上变现出非常显著的差异。
（四）不同认知方式的被试在兴趣区内的眼动指标差异不显著。
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