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探究迷宫实验中学习遍数与所用时间及错误次数的关系
摘 要 迷宫实验是研究一个人只靠自身动觉、触觉和记忆获得信息的情况下，如何学会在空间中定向。本实验采用一套中等难度的迷宫，选择三名华东师范大学11级本科生作为被试，测量被试学习此迷宫时每次探索所用时间与错误次数，比较和探讨了学习遍数和所用时间以及错误次数的关系及其原因。实验结果表明：1.随着学习遍数的增加，被试走完一次迷宫所用时间及错误次数都明显减少。2. 采用不同方法的被试最终学习效率存在明显差异。3.不同被试的学习能力存在一定差异。
关键词 迷宫实验 记忆 学习效率

1 引言
迷宫实验通常是研究一个人只靠自己的动觉、触觉和记忆获得信息的情况下，如何学会在空间中定向。用迷宫（迷津）研究学习始于20世纪初。迷宫种类很多结构方式也不一样，但他们都有一条从起点到终点的正确途径与从此分出的若干盲巷。迷宫的学习一般可以分为4个阶段：（1）一般的的方位辨认；（2）掌握迷宫的首段、尾段和中间的一两个部分；（3）的任务是寻找与巩固掌握这条正确途径。迷宫学习与被试的智商有关，它涉及被试的空间定向能力、思维、记忆等诸多方面。
本实验以学习遍数为自变量，以所用时间和错误次数为因变量，让被试在排除视觉条件下，用小棒从迷宫起点沿凹槽移动到达终点，迷宫学习量度是以到达一定标准所需尝试的次数、时间和错误数为指标的。其间小棒每次进入盲巷并与巷末端的金属片接触算一次错（机器鸣响）。学会的操作定义为连续三遍不出错。

2 研究方法
2.1 被试 被试为华东师大心理与认知科学学院心理系专业11级本科生3人，2男1女，年龄均为20岁。
2.2 实验材料及仪器 EP2004型心理实验台及EP713型迷宫装置。
2.3 实验程序
2.3.1 将迷宫装置连好，打开电源，全程要避免被试看到迷宫结构。
2.3.2 主试读指导语：这是一个迷宫实验，你要在排除视觉条件下，尽快学会走迷宫，中间不要停，要积极运用动觉、记忆和思维，期间若触棒进入盲巷并触碰到盲巷终端，仪器会发出蜂鸣声，并计错一次，到达终点，仪器会长鸣一秒。当你连续三次无错走完迷宫，我会提示实验结束。
2.3.3 被试闭上眼睛，以优势手握触棒，手臂悬空。主试引导被试将小棒置于起点，提示被试实验开始。
2.3.4 被试开始探索迷宫，每走完一次迷宫，主试按下N/T键，分别记录被试所用的时间以及此次错误次数（蜂鸣次数）。当被试连续三次无错走完迷宫时，主试宣布本轮实验结束。
2.3.5 换下一名被试，进行下一轮实验。

3 结果
所需时间：

注：男性被试2在正式实验前已经有学习经验因此其数据与一般被试有较大差异

表1 所用时间与学习遍数的相关系数

男被试1
女被试1
男被试2
平均值
相关系数
-0.695
-0.696
-0.676
-0.689

表2 错误次数与学习遍数的相关系数

男被试1
女被试1
男被试2
平均值
相关系数
-0.837
-0.860
-0.643
-0.780

表3 完成实验总错误次数

男被试1
女被试1
男被试2
总错误次数
115
179
57
注：男性被试2在正式实验前已经有学习经验因此其数据与一般被试有较大差异

表4 完成实验总用时（s）

男被试1
女被试1
男被试2
总用时
1669.75
1158.19
1072.98
注：男性被试2在正式实验前已经有学习经验因此其数据与一般被试有较大差异

4 分析与讨论
4.1 本实验中的自变量是什么？为什么在实验前要对所用的自变量提出操作上的定义？
本实验中自变量是学习遍数。在实验前对所用的自变量提出操作上的定义，是因为“学会”这一概念是很模糊的，如果没有明确的定义，会导致实验没有明确的标准难以进行，而且实验结果也无法与其他实验者的作比较。因此，对“学会”提出操作定义“连续三次不出错走出迷宫”，用量化标准对自变量进行严格规定，既明确了自变量的内涵，又指出了控制自变量的方法。
4.2 本实验中因变量是什么？他的作用是什么？
本实验中因变量是走完迷宫所需的时间和错误次数。因变量作为由自变量引起的被试反应，其变化可以反映其自身与自变量的关系。本实验中的两个因变量从不同角度反映了学习效果，揭示了学习遍数对走迷宫所需时间以及犯错次数的影响（见表1、表2）。
4.3 排除视觉条件下动作技能形成的进程及趋势
排除视觉条件下，动作技能的形成只能依靠自身动觉、触觉和记忆。被试的学习过程可分为三个阶段：摸索期，记忆期，熟练期。
在摸索期，被试会比较盲目地在迷宫中移动，尽量熟悉迷宫结构。这一阶段被试走完一次迷宫所用的时间以及错误次数都较多。
在记忆期，被试会归纳之前获得的信息，开始努力规避盲巷。这一阶段中，被试的用时以及错误次数会出现波动，并在波动中逐渐减少。
在熟练期，被试已经基本了解迷宫的结构，具有不出错走完迷宫的能力，但是由于注意分配等原因还会偶尔犯错，这段时间被试会尽力避免错误，完成实验。这一阶段，被试单次用时以及错误次数都很少，错误次数最终趋于零。
在实验过程中，被试往往最先掌握迷宫的第二段，然后会再较快地掌握某一段，之后再继续学习时会遇到一些困难。大约从第12次开始，被试会进入熟练期，最终在大约第17-19次时完成实验。
4.4 迷宫学习的不同方法及其效率
根据被试描述，三名被试的学习方法都是先尽量探索迷宫，然后分段记忆，不同之处在于：
1. 女性被试在实验开始阶段对迷宫的探索要比男性被试更加细致，因此耗时更长，错误更多。
2. 两名男被试的记忆顺序是：第二段→第一段→第三段→第四段；而一名女被试的记忆顺序是：第二段→第三段→第四段→第一段。
从结果来看女性被试的学习效率要高于男性被试尽管在错误次数上女性被试要比男性被试多出许多错误（见表3），但是女性被试完成整个实验所用的学习时间要少于男性被试（见表4）。
这种结果可能是因为男女被试在进行迷宫学习时采用了不同的方法与顺序，也可能是由于此次试验中女被试的学习能力原本就高于男性被试，由于可靠的数据不足（由于本次试验由缺乏经验的大二本科生操作，实验过程中有很多操作存在问题，非本小组的数据其可靠性值得怀疑，故不采用），在这里无法讨论。
4.5 迷宫学习的个体差异
女性被试1的学习效率要高于男性被试1，且,仅略低于已有学习经验的男性被试2，但是曾有研究表明，男性比女性的方向感更强(Gron, Wunderlich, Spitzer, Tomczak, & Riepe, 2000)。对于这种情况，我们认为可能有如下两种原因：1. 女性被试1在实验过程中比男性被试1更加耐心，本实验任务相对单一枯燥，因此被试的耐心程度、专注度会对实验结果造成一定影响；2. 实验中女性被试1的空间认知能力确实高于男性被试1。
男性被试2学习效率要高于男性被试1以及女性被试1，是因为男性被试2在正式实验前已经有了实验中所用迷宫的学习经验，因此其学习此迷宫总用时明显低于男性被试1，略低于女性被试1，总错误次数明显低于其他两名被试，证明有经验学习的学习效率要远高于无经验学习。

5 结论
本实验证明了在迷宫学习中，随着学习次数的增加，被试单次走完迷宫所用时间以及错误次数会逐渐波动减小并最终趋于稳定。

6 参考文献
1. Gron, G., Wunderlich, A. P., Spitzer, M., Tomczak, R., & Riepe, M. W. (2000). Brain activation during human navigation: gender-different neural networks as substrate of performance. Nature neuroscience, 3, 404-408.
2. 杨志良. (1998). 实验心理学: 浙江: 浙江教育出板社.
3. 刘利兵, 刘芳娥, 张磊, 黄何华, 刘梦圆, 贠喆, & 徐林. (2008). 褪黑素对睡眠剥夺大鼠胃黏膜损伤的影响及其机制. 第四军医大学学报, 29(7), 613-615.

附录：
实验记录表（男性被试1）

自变量
因变量
学习遍数
1
2
3
4
5
6
7
所需时间（s）
132.16
276.82
79.82
97.42
87.02
128.21
164.70
错误次数（次）
10
21
13
7
9
14
14
自变量
因变量
学习遍数
8
9
10
11
12
13
14
所需时间（s）
98.42
70.20
59.91
56.27
67.33
48.83
59.02
错误次数（次）
5
4
2
5
5
1
3
自变量
因变量
学习遍数
15
16
17
18
19
所需时间（s）
50.68
55.80
46.00
47.19
43.95
错误次数（次）
1
1
0
0
0
注：男性被试2、女性被试1原始数据省略