3~6歲兒童空間定位參照系統發展研究

張麗娜 連培佳 吳念陽

【摘要】為探究兒童空間定位參照系統的發展規律，本研究采用行為實驗的方法，選取上海市某兩所幼兒園小、中、大班共156名兒童進行一對一施測，使用旋轉回憶測試和圖片——句子配對評價測試。結果發現：空間定位發展的年級主效應極其顯著，性別主效應不顯著，年級與性別間交互作用不顯著。空間定位傾向的發展年級主效應和性別主效應均不顯著，年級與性別間交互作用不顯著。結論是：（1）兒童空間定位參照系統發展中，隨著年齡的增長，學前兒童越來越會選擇內在參照系統完成旋轉回憶測試；兒童空間定位參照系統發展在中班（5歲）出現以客體為參照物的內在參照系統；兒童空間定位參照系發展沒有性別差異，也沒有年級和性別的交互作用。（2）在空間定位參照系統傾向的發展中，中、大班兒童發展沒有年齡差異，沒有性別差異，也沒有年齡與性別的交互作用。據此，教育工作者應正確認識兒童空間定位參照系統中的年齡差異，關注兒童學前期的空間認知發展；在干預兒童空間定位參照系統時，可不考慮性別差異。

【關鍵詞】3～6歲兒童；空間定位；參照系統

【中圖分類號】G612 【文獻標識碼】A 【文章編號】1005-6017（2021）06-0029-07

【作者簡介】張麗娜（1980-），女，山東濰坊人，上海師范大學教育學院博士研究生；連培佳（1993-），女，浙江紹興人，上海市浦東新區彭鎮中學老師，碩士；吳念陽（1963-），女，江蘇南通人，上海師范大學教育學院教授、博士生導師，博士。

一、問題的提出

兒童生活在三維空間，時時刻刻都需要編輯、組織空間信息，進而表征物體之間的空間位置關系。《3-6歲兒童學習與發展指南》針對空間定位明確提出，兒童從3歲開始“能感知物體基本的空間位置與方位”[1]。

“空間位置與方位的確定”也就是空間定位。空間定位需要參照物，根據參照物的不同，可以分成不同的空間定位參照系統（Spatial frame of reference system）：以觀察者自我為中心/參照物的是相對參照系統（Relative frame of reference）；以客體為中心/參照物的分兩種，一種是以環境中的物體為參照物的內在參照系統（Intrinsic frame of reference），另一種是以太陽和地球磁場為參照物的絕對參照系統（Absolute frame of reference）[2]，具體詳見表1（見下頁）。

研究者對于人們主要以何種參照系統進行空間定位的研究結論并不一致。Wang和Spelke的研究認為，在記憶中物體位置是以自我為參照物的相對參照系統來表征的[3][4]。McNamara和同事們的研究則認為，環境中物體位置與空間關系是以環境為參照物的內在參照系統來表征的[5][6][7]。

對兒童空間定位參照系統發展的研究由來已久，皮亞杰認為兒童首先以自我為中心建構自身和物體之間的空間關系，然后去自我中心化，建構空間物體與物體之間的關系，這種線性發展的進程在他的三山實驗、旋轉實驗等任務中都有體現[8]。即兒童首先發展的是以自我為參照物的、相對參照系統，隨后才發展以客體為參照物的內在參照系統。

然而直到目前，兒童何時出現以客體為參照物的內在參照系統的研究結論尚不一致。有研究發現2歲幼兒已經達到客體參照物水平[9]，也有研究發現兒童5歲以后才能發展到客體參照物水平[10]。更進一步的研究發現兒童5歲已經能夠利用界標和目標物間的空間關系對目標位置進行空間表征[11]。研究者深入探究兒童利用界標進行空間表征，發現4～5歲兒童只能考慮一個界標，利用相鄰關系進行空間表征，已有部分6歲兒童能夠對目標物和幾個界標間的關系進行空間表征，7～8歲大多數兒童考慮目標物和整個空間模型或至少兩個以上的界標間的關系[12]。國內研究者同樣發現，5歲兒童正處于使用客體參照物的萌芽階段，若提供幫助，自發選擇客體參照物的能力將大大提高[13]。國外也有研究者參照成人范式，探究幼兒何時開始選擇內在參照系統進行場景表征[14][15]，但研究結果還未形成定論，不能確定中國幼兒出現空間內在參照系統選擇的時間是否與國外的一致。盡管這些研究結論不太一致，但在客體參照物于何時出現的問題上遠遠早于皮亞杰認為的9～10歲 [16]。

且有研究發現，當各空間定位參照系統均存在的狀態下，兒童對各參照系統的選擇會存在偏好和傾向（Carlson & Van Deman，2008）[17]。

那么兒童何時開始選擇以環境中的物體為參照物的空間內在參照系統來進行場景表征的呢？當兒童已經開始產生不同的參照系統時，對內在參照系統的選擇傾向會是怎樣的呢？

基于上述問題，本研究重點探討3～6歲兒童空間定位參照系統的發展情況。首先，采用旋轉回憶測試，探究學前兒童空間定位參照系統發展的具體年齡階段、發展狀況；然后，對實驗中出現內在參照系統的被試進行圖片——句子配對評價測試，探究學前兒童空間定位參照系統的選擇傾向如何。

二、研究方法

（一）研究對象

本研究隨機選取上海市某兩所幼兒園小、中、大班共156人。年齡從3.4歲到6.3歲不等，其中，小班平均年齡為3.8歲，標準差為0.30；中班平均年齡為4.9歲，標準差為0.30；大班平均年齡為5.8歲，標準差為0.33。詳見表2。

（二）研究過程

本研究分為兩個階段，階段一：所有兒童需要完成空間定位發展任務（旋轉回憶測試）；階段二：將階段一的測試得分進行簡單數據分析，對正確率超出隨機概率的兒童進行空間定位傾向任務（圖片——句子配對評價）測試。

1. 空間定位發展任務：旋轉回憶測試

本研究使用旋轉回憶測試，將自我參照系統分離在外。測試時，兒童只有采用內在參照系統才能得出正確答案，因此可以較為精確地探測到兒童開始出現內在參照系統的年齡。分數越高，則說明該兒童越能使用內在參照系統完成任務。

（1）測試材料

測試設備如圖1（見下頁）所示，具體如下。

操作臺：旋轉臺（直徑1m，高度0.5m）。

目標物：小灰熊玩偶（寬5cm，高10cm）。

容納物：5個杯子（3個紅色和2個黃色；杯口直徑9cm，高11cm），在旋轉臺上呈五邊形排列。

參照物：4只小動物玩偶（狗、鼠、豬和鴨）作為標志物放在杯子附近，旨在幫助兒童識別杯子之間的空間關系。

（2）操作過程

測試主試為經過培訓的上海師范大學教育學院研究生。測試方式是主試和被試一對一進行。施測環境在幼兒園空閑的美工教室，安靜寬敞，不易受外界干擾。測試時間大約15分鐘。被試完成所有測試，主試給予口頭夸贊鼓勵。具體步驟如下。

第一步，講述游戲規則

主試講述游戲規則：今天，我們要和這只小灰熊玩捉迷藏游戲。我們先和小灰熊打個招呼（確保兒童注意力集中）。你會看見小灰熊藏在這5個杯子的其中一個杯子里（用手指一指旋轉臺上的5個杯子）。然后，你要向后轉身，從1數到10。在你轉身看不見的時候，老師會轉動旋轉臺，杯子是不是去其他地方了？所以你要記住小灰熊藏在哪個杯子里。最后，你轉過身來，用手指一指，告訴老師小灰熊藏在哪個杯子里。聽明白了嗎？我們先來練習一下。

第二步，練習任務

主試將玩具藏在離孩子最近的1號杯子（見圖1右中標號為1的杯子）中。被試轉身數數時，主試轉動旋轉臺一圈，回到原來的位置，然后讓被試轉身進行選擇。選擇不正確的孩子重復練習任務。測試簡圖如圖2所示。

圖2中，黑色實心三角形和圓形分別表示被試在隱藏和搜索事件中站立的位置，距離旋轉臺約25cm。虛線箭頭表示任務中主試旋轉臺的旋轉方向和角度。

第三步，測試任務

主試將小灰熊隨機藏于5個杯子中的1個里，按照規則逐一施測。整個過程，被試都站在離旋轉臺25cm的“X”形標記上。

若被試找到小灰熊，記為1分，并詢問是如何找到的。若被試沒有找到，記為0分。

2. 空間定位傾向：圖片——句子配對評價測試

（1）測試材料

圖片——句子配對評價測試范式來自Surtees的研究[18]。

每張幻燈片為一個評分項目，共有7張幻燈片，即7個項目的評分任務。

幻燈片左邊為照片和句子，右邊為5級評分圖。如圖3所示。

其中幻燈片中有6張照片為相對參照系統和內在參照系統不一致的照片（照片內容是球和椅子這兩個物體前后左右8種位置關系）和一個書面句子（“球在椅子的前面”或者“球在椅子的后面”），5級評分，計入總成績；還有1張照片為相對參照系統和內在參照系統一致的，答題結果不計入成績，只為確定兒童明白實驗任務，能正確地進行五級評分。

（2）操作過程

第一步，說明規則和評分的內涵。向兒童呈現一張有圖片和句子的示例幻燈片，告訴兒童照片下面的句子是這個外星人（如圖3左）描述這張照片的。兒童的任務是評估這個外星人的表現（如圖3右）；主試具體說明5級評分的內涵：臉越開心、數字越大、距離越遠，外星人表現越好、越對。

第二步，練習任務。用包含1張照片為相對參照系統和內在參照系統一致照片的幻燈片，讓兒童進行練習，使兒童清楚規則。

第三步，測試任務。被試在沒有時間壓力的情況下給出答案。若被試給出1號和5號的選擇，詢問被試這樣選的原因。

（三）數據處理

將收集到的實驗數據錄入到SPSS22.0統計軟件中進行統計分析，主要采用描述統計、方差分析等統計方法。

三、研究結果與分析

（一）兒童空間定位發展任務基本情況

根據本研究需要，將空間定位發展任務（旋轉回憶測試）中的得分按性別和年級進行統計，具體結果如表3所示。

由表3可知，男童和女童在空間定位發展（旋轉回憶測試）平均得分差距不大，女童的平均得分（M=2.40）高于男童的平均得分（M=2.23）。

而在年級中，我們可以明顯地看出，大班兒童的平均得分（M=3.21）高于中班兒童的平均得分（M=2.52），中班兒童的平均得分（M=2.52）也高于小班兒童的平均得分（M=1.21）。小班兒童空間定位發展任務（旋轉回憶測試）的平均得分（M=1.21）在隨機概率以下，說明小班兒童尚未出現使用內在參照系統的選擇來完成測試，中班開始出現內在參照系統的選擇來完成旋轉回憶測試，這與前人的研究結果一致[19][20]，為第二階段的圖片——句子配對評價測試確定了年齡范圍。

（二）兒童在空間定位發展任務中的年級、性別差異

為進一步驗證年級和性別在空間定位發展（旋轉回憶測試）得分是否存在差異，以空間定位發展得分為因變量，以年級和性別為自變量，進行2×3兩因素方差分析，結果如表4所示。

由表4可以發現，小、中、大班兒童空間定位發展（旋轉回憶測試）的年級主效應極其顯著（p<0.001）。進一步事后檢驗發現，大班兒童的平均得分（M=3.21）高于中班兒童的平均得分（M=2.52），中班兒童的平均得分（M=2.52）高于小班兒童的平均得分（M=1.21）。綜上表明，隨著年級的增長，兒童越來越多選擇內在參照系統進行旋轉回憶測試，任務得分呈持續提高的趨勢。空間定位發展的性別主效應不顯著（p>0.05），表明學前兒童在內在參照系統的選擇不存在性別差異。空間定位發展的年級與性別間的交互作用不顯著（p>0.05）。

（三）兒童空間定位傾向任務基本情況

根據本研究需要，將空間定位傾向（圖片——句子配對評價測試）得分按性別和年級進行統計，具體結果如表5所示。

由表5（見下頁）可以看出，女童的平均得分（M=20.67）比男童的平均得分（M=19.86）高，大班兒童的平均得分（M=20.73）比中班兒童的平均得分（M=19.83）高，但差距不大。

（四）兒童在空間定位傾向任務中的年級、性別差異

為進一步探究空間定位傾向是否存在性別以及年級差異，以任務得分為因變量，以年級和性別為自變量，進行2×2兩因素方差分析，結果如表6所示。

由表6可知，中、大班兒童在空間定位傾向（圖片——句子配對評價測試）的年級主效應（p>0.05）和性別主效應（p>0.05）都不顯著。

綜上說明，大班兒童雖然從平均得分上看，比中班兒童更能認同內在參照系統，有更大的內在參照系統選擇傾向，但兩個班級所處的年齡階段的兒童在內在參照系統選擇傾向上沒有統計學上的差異；雖然女童的平均得分比男童的平均得分高，但性別在內在參照系統選擇傾向上沒有統計學上的差異。另外，空間定位傾向的年級與性別間的交互作用不顯著（p>0.05）。

四、討論

（一）兒童空間定位參照系統發展的年齡特點

之前研究兒童空間參照系統的范式，如動物排列實驗，將自我參照與內在參照系統混合在一起進行測試。本研究使用旋轉回憶測試，將自我參照分離在外，兒童僅可以采用內在參照系統來完成任務，因此較為精確地探測到兒童開始出現內在參照系統的關鍵期年齡。

對結果進行分析發現，小班兒童旋轉回憶測試的平均得分在隨機概率以下；中班兒童，也就是大約5歲的兒童開始出現內在參照系統的選擇來完成旋轉回憶任務，大班兒童在旋轉回憶任務中的表現顯著好于中班兒童，這與Nardini等人[21]和Miller等人[22]的研究結果一致。

研究表明隨著年齡的增長，兒童越來越會使用內在參照系統來完成空間定位的相關任務，如本研究中的旋轉回憶任務。內在參照系統選擇的出現時間具有跨文化的一致性，均大約在5歲。

主試對第一次就找到藏物的被試進行了詢問：你是怎么知道小灰熊藏在這兒的呢？兒童對1號杯的反饋多為：這些杯子的突出位置；在兩個黃色杯子的中間或者在小豬和小鴨子的中間。這表明兒童可能已經意識到內部結構的幾何線索，以此形成局部表征定位。形成2、3、4號杯子的反饋多為在某個小動物的旁邊。中班兒童雖然記住了在哪個小動物的旁邊，但由于旋轉臺的轉動，旁邊的位置表征會發生變化，因而還是會選擇錯誤的杯子。極個別大班兒童的結果和反饋讓人驚喜：他們掌握了準確的杯子與動物界標之間的關系，進行了精準定位表征。

這些結果和反饋也論證了前人的一些研究：Bluestein和Acredolo的研究發現，5歲幼兒已經會采用界標（landmark）和目標物間的空間關系對目標位置進行空間表征[23]。Blades和Spencer對此進行了深入探究，發現4～5歲幼兒只能關注到1個界標，利用界標與目標物之間的相互關系開展空間表征，已有部分6歲兒童可以利用目標物和多個界標間的關系進行空間表征[24]。

這可能也是中班兒童開始出現內在參照系統選擇的原因，他們開始關注事物間的內在關系，學會利用界標進行場景表征，從而來完成相應的空間定位任務。至于兒童在旋轉臺移動后做出錯誤選擇的原因，可能是由于小場景中，兒童對目標物四周的間接標識物較為敏感，而隨著年齡的增長，這些環境的單獨提示物的作用會削弱[25]，而更關注到各物體間的互相關系，內在參照系統的整體表征會發生作用。

（二）兒童空間定位參照系統選擇傾向

當自我中心參照系統與內在參照系統發生沖突時，兒童內在參照系統的選擇傾向是如何的呢？本研究采用Apperly等人[26]提出的圖片——句子配對評價測試，探究出現內在參照系統選擇的中大班兒童在兩種參照系統發生沖突時，還會傾向選擇內在參照系統的可能性是否存在差異。

結果發現，盡管大班兒童在圖片——句子配對評價測試上的平均得分高于中班兒童，但進一步分析發現，兩個班級的兒童平均得分不存在顯著差異，說明大班兒童雖然從平均得分上看，比中班兒童更能認同內在參照系統，有更大的內在參照系統選擇傾向，但兩個班級所處的年齡階段的兒童在內在參照系統選擇傾向上沒有統計學上的差異。兩種參照系統同時存在，學前兒童以自我參照為優勢選擇，因而很多研究會認為內在參照系統出現的時間較晚，這恰恰可以解釋中、大班的內在參照系統選擇傾向為什么沒有差異。此研究結果也與劉劍等人的研究結果一致，5～7歲兒童更傾向采用自我參照系統[27]。

五、研究結論

（1）兒童空間定位參照系統發展中，隨著年齡的增長，學前兒童越來越會選擇內在參照系統完成旋轉回憶測試。

（2）兒童空間定位參照系統發展在中班（5歲）出現以客體為參照物的內在參照系統。

（3）兒童空間定位參照系發展沒有性別差異，也沒有年級和性別的交互作用。

（4）在空間定位參照系統傾向的發展中，中、大班兒童發展沒有年齡差異，沒有性別差異，也沒有年齡與性別的交互作用。

六、教育建議及研究展望

（一）正確認識兒童空間定位參照系統中的年齡差異，關注兒童學前期的空間認知發展

在空間定位參照系統發展中有年齡差異，這提示我們需要開始關注兒童學前期空間認知的發展。學前期是兒童探索三維空間的主要階段，也是空間認知發展的關鍵期。所以，當孩子正處于這一階段時，家長和幼兒園教師應該在空間認知方面給予更多的關注，而不是讓孩子背誦記憶較多的知識，諸如兒歌 、乘法口訣。應該允許幼兒進行空間探索，在不同規模的環境中“摸爬滾打”。學前期的兒童喜歡玩躲貓貓游戲，喜歡用身體嘗試一切有空間感的地方（比如鉆洞、挖洞、穿越隧道等），這值得教師提供安全的環境，為兒童創造條件，以促進兒童空間認知的發展。在空間定位參照系統傾向上沒有年齡差異，這提示我們在幼兒園階段，尚不需對兒童參照系統傾向方面進行過多關注。

（二）干預兒童空間定位參照系統時，可不考慮性別差異

皮亞杰認為空間心理表征的形成是兒童在動作以及內化行為過程中逐步建立起來的。空間內在參照系統存在穩定、持久且準確等的優點，占據主導地位，若在兒童發生發展過程中給予良好的干預，幫助其發展空間認知，將有助于兒童未來的生活與學習。在空間定位參照系統發展和傾向上均沒有性別差異，這提示在制訂兒童空間認知干預課程方案時，可不必考慮性別差異。

今后的研究可以嘗試引入變量，制訂干預方案，為兒童空間定位參照系統的教育課程提供證據。

【參考文獻】

[1] 教育部關于印發《3-6歲兒童學習與發展指南》的通知[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A06/s3327/201210/ t20121009_143254.html.2020-10-10.

[2] Levinson， Stephen C. Space in language and cognition： Explorations in cognitive diversity[M].UK：Cambridge University Press， 2008：325-348.

[3] Wang R F ， Spelke E S . Updating egocentric representations in human navigation[J]. Cognition， 2000， 77（03）：215-250.

[4] Wang R F ， Spelke E S . Human spatial representation： insights from animals[J]. Trends in Cognitive ences， 2002， 6（09）：376-382.

[5] Shelton A L， Mcnamara T P . Systems of spatial reference in human memory[J]. Cognitive Psychology， 2001， 43（04）：274-310.

[6] Mou W， Mcnamara T， Mcnamara T P. Intrinsic frames of reference in spatial memory[J]. Journal of Experimental Psychology Learning Memory & Cognition， 2002， 28（01）：162-170.

[7] Mou W， Mcnamara T， Valiquette C， et al. Allocentric and egocentric updating of spatial memories[J]. Journal of Experimental Psychology Learning Memory & Cognition， 2004， 30（01）：142-157.

[8][16] Piaget J ， Inhelder， B rbel， Szeminska A . The childs conception of geometry[J]. American Journal of Psychology， 1960， 9 （01）：411-432.

[9] Bremner J G， Bryant P E. Place Versus Response as the Basis of Spatial Errors Made by Young Infants[J]. Journal of Experimental Child Psychology， 1977， 23（01）：162-171.

[10] Mandler J M ， Seegmiller D ， Day J . On the coding of spatial information[J]. Memory & Cognition， 1977， 5（01）：10-16.

[11][23] Acredolo B L. Developmental Changes in Map-Reading Skills[J]. Child Development， 1979， 50（03）：691-697.

[12][24] Blades M， Spencer C. The Development of Childrens Ability to use Spatial Representations[J]. Advances in Child Development & Behavior， 1994（25）：157-199.

[13] 王泉泉， 胡清芬. 旋轉任務中3～5歲兒童空間物體位置編碼的研究[J]. 心理發展與教育， 2009（01）：1-6.

[14][19][21] Nardini Marko，Burgess Neil，Breckenridge Kate，Atkinson Janette. Differential developmental trajectories for egocentric， environmental and intrinsic frames of reference in spatial memory[J]. Cognition，2006，101（01）：153-172.

[15][20][22] Miller H E ， Patterson R ， Simmering V R . Language supports young childrens use of spatial relations to remember locations[J]. Cognition， 2016，150（05）：170-180.

[17] Carlson L A， Deman S R V . Inhibition within a reference frame during the interpretation of spatial language[J]. Cognition， 2008， 106（01）：384-407.

[18][26] Surtees A D R， Noordzij M L， Apperly I A . Sometimes losing your self in space： childrens and adults spontaneous use of multiple spatial reference frames[J]. Developmental Psychology， 2012， 48（01）：185-191.

[25] 錢瓊， 孫慧妍， 郭力平. 2～4歲兒童借助標識物進行視頻空間定位能力的發展[J]. 心理科學， 2009（01）：93-97.

[27] 劉劍， 吳念陽， 劉慧敏.兒童空間認知中參考框架的實驗研究[J].現代中小學教育，2008 （07）：53-56.

通訊作者：吳念陽，wunianyang@163.com

（責任編輯 張付慶）