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很多之前的研究者都认为，要想给视觉空间能力这一术语下个确切的定义非常困难（Halpern，1992；McGee，1979；Williams，1983）。通常，它指的是在类似于第8章中所涉及的一些任务上的表现，如对不同物体、形状或图画等进行心理旋转或心理转换。Maccoby和Jacklin（1974）报告，在视觉空间能力上的性别差异确实存在，他们还断言一旦过了童年期，男孩的表现就会更为“优异”，他们报告的d值高达0.40。
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可以展示可信性别差异的任务是心理旋转。尽管在该任务的表现上，许多女性的表现比男性个体出色，但是平均来说，男性的表现要优于女性。在过去25年中，研究者在心理旋转任务上一直报告存在相当大的性别效应（d＝0.90）（Loring-Meier & Halpern，1999）。
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Loring-Meier和Halpern（1999）为调查心理旋转任务中究竟是哪部分显示出性别差异而进行了一项研究。是一个图像的最初形成，是图像在工作记忆中的保持，是审视一个心理图像的能力，还是转变一个心理图像的能力？他们用24名男性和24名女性作为被试来完成四项Dror和Kosslyn（1994）设计的任务，这里我们只讨论其中两项。
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首先是图像形成任务：先在屏幕较低处呈现小写字母l作为提示，要求被试想象一个特定的大写字母L，接着，出现一个由四个括号构成的框架区间，有一个X的记号出现在括号内的某一位置，被试须判断如果大写字母显现于框架之内的话X是否会被该大写字母所遮蔽。图13-7提供了例子。
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第二个任务是图像保持。首先给被试呈现如图13-8所示的图形。要求被试记住这些图形后按一个键使图形消失。经过2500毫秒的间隔，屏幕上呈现一个X，被试须判断这个图形是否会覆盖住X。
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结果表明，四个任务中在准确性方面男性和女性之间没有差异。不过，男性在四个任务中都比女性完成得更快，使研究人员得出结论：“一般情况下，男性在视觉空间表征的运用上更为精通熟练。”（Loring-Meier & Halpern，1999，p.470）。
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图13-7 在图像形成任务中，（A）代表学习阶段中一个刺激的呈现，（B）是任务尝试的顺序
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资料来源：Loring-Meier, S., & Halpern, D. F. Sex differences in visuospatial working memory:Components of cognitive processing. Psychonomic Bulletin and Review,6, p. 466. Copyright©1999, Psychonomic Society, Inc. Reprinted with permission.
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图13-8 用于图像保持任务的刺激
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资料来源：Loring-Meier，S.， & Halpern， D. F. Sex differences in visuospatial working memory：Components of cognitive processing. Psychonomic Bulletin and Review，6，p. 468. Copyright©1999， Psychonomic Society，Inc. Reprinted with permission.
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Linn和Petersen（1985）对空间能力上的性别差异进行元分析后，得出如下结论：在心理旋转任务上，随着任务特性的不同，性别差异的程度大小也不一样。总的说来，符号信息要求加工的速度越快，性别差异就越明显。一些包含复杂三维内容的心理旋转任务通常会比那些简单二维的心理旋转任务显示出更大的性别差异。Linn和Petersen对这种性别差异给出了一些可能的解释。比如，女性在旋转图形时更慢，或者可能是使用于不同的策略来处理任务。
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另一原因可能与男女大脑神经生理学上的发现有关。在一篇综述文章中，Levy和Heller（1992）指出，通常情况下女性大脑半球的偏侧优势和功能专门化程度低于男性。男女大脑半球在认知活动中的作用有些微的不同，这种说法在心理学上由来已久。对我们中的绝大多数（特别是习惯用右手的）人来说，言语流畅性、言语推理和其他分析性推理基本都由左半脑管理，与之相对，右半脑则专司理解空间关系和干预情感信息。
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男性大脑比女性更多地具有偏侧优势，即意味着男性在其两个脑半球功能上表现出更多的不对称性。例如，女性在两个半球中多多少少都有语言功能的区域。与此相联系，左半脑损伤的女性比有同样损伤的男性在语言功能恢复方面情况要好（Levy & Heller，1992）。
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在功能上有更多的不对称性意味着什么？它可能意味着更多的功能专门化，而专门化程度越高则表示个体执行特定任务时所拥有的资源越多。总体上，男性具有更多的偏侧优势使他们在处理如心理旋转这样的特殊空间任务时拥有更多的资源。当然，这个结论必须给予谨慎说明。虽然偏侧优势的性别差异被很好地证明，但并不是说每一位男性都显示出比任何一位女性更多的偏侧优势。而且，那些能够证实空间能力存在性别差异的任务都局限于一个很窄的类型中。
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另一项研究（Levine，Vasilyeva，Lourenco，Newcombe & Huttenlocher，2005）给空间能力存在性别差异的观点增加了一个新的难题。这些学者给刚刚进入二年级的男孩和女孩呈现两个空间任务和一个非空间任务，进行为期一年的研究。不出所料，研究者在非空间任务（句法理解）上没有发现性别差异；在两个空间任务上（心理旋转和使航空照片与地图对应）发现存在总体的性别差异。然而令人惊讶的是，这种总体的差异是随着儿童社会经济地位的变化而变化的，如图13-9所示。尤其是低社会经济地位的学生在所有任务中并没有表现出任何性别差异；只有中等和高社会经济地位的学生表现出在空间任务上传统的男性优势。对于与社会经济地位相关的不同情况的一个可能解释如下：
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对于与社会经济地位有关的差异一个可供选择的解释是，高水平地参与各种各样促进空间能力发展的活动，造成了男性在空间方面的优势。在低社会经济地位组，无论男孩还是女孩都难有机会参与这样的活动。尽管对于到底哪种类型的刺激能够促进空间能力发展仍然知之甚少，但是之前的研究指出像乐高玩具、拼图和电脑游戏与空间能力发展有关。进一步来说，男孩比女孩在这些活动上花费了更多的时间……即使低社会经济地位的儿童在玩游戏上也分性别，但是他们比其他孩子接触这类促进空间技能的玩具和游戏的机会少，因为这类玩具和游戏相对昂贵。（Levine et al.，2005，p.844）
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图13-9 在航空地图任务（顶层组）、心理旋转任务（中间组）和句法理解任务（底层组）中的得分分布箱线图示意，分数变化随着性别和社会经济地位的不同而变化
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总而言之，在空间能力方面存在性别差异的原因无外乎生物学因素，如偏侧优势，以及社会化因素，如能够玩到拼图和电脑游戏，或者两者的结合。不管是哪一种结论，这些差异都是有其应用价值的，例如，对于那些诸如GRE、SAT这类重要标准化考试的编制者来说：
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这些测试中的很多问题要求视觉空间完形的形成、保持和转换……在这些重要的测验中，男性平均得分高于女性……这些是要求快速作答的测验，意味着相比那些反应慢的人来说，这些测验对那些回答问题快的答题者更有利（Loring-Meier & Halpern，1999，p.470）。
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3.数学和推理能力
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数学能力这个术语涵盖一类技能，包括算术知识、技能及对数量概念的理解（如分数或比例、倒数）。跟言语能力和视觉空间能力这些术语一样，数学能力对于不同的研究者而言，所指的内容可能略有不同。