执行功能对学前儿童数量加工的影响

胡月　魏勇刚

[摘要]本研究对63名40-62个月的儿童进行数量加工和执行功能测试，发现学前儿童执行功能的三种成分，即工作记忆、抑制控制和认知灵活性，均与儿童的数量加工成绩呈显著正相关；抑制控制对数量加工具有显著的预测效果：抑制控制和工作记忆对数量加工具有显著的联合预测效果；工作记忆和认知灵活性对数量加工没有独立的显著预测效果，认知灵活性与其他两种执行功能成分间的交互作用对数量加工也没有显著的预测效果。研究者据此提出，教师可以设计有针对性的游戏活动，充分利用一日生活中的教育契机，促进学前儿童执行功能和数量加工能力的发展。

[关键词]数量加工；执行功能；学前儿童；相关性；影响

[中图分类号]G610 [文献标识码]A [文章编号]1004-4604（2014）01/02-0049-05

数量加工是人们日常重要的思维活动之一，越来越多的研究者开始关注数量加工的机能、运算能力的发展以及它们与其他重要认知能力的关系等问题。本文所讨论的学前儿童数量加工主要是指学前儿童数的能力和对数量词的理解能力。执行功能（executive function）是人类的高级认知功能，一般是指个体为实现某一特定目标，以灵活、优化的方式控制多种认知加工过程的认知神经机制。有关执行功能成分的划分有很多种，比较受到认同的一种观点是将执行功能划分为三种成分，分别是工作记忆（working memory）、抑制控制（inhibitory control）和认知灵活性（cognitive flexibility）。执行功能对人们的许多高级认知活动均有影响，数量加工也不例外。研究表明，执行功能会直接影响数量加工能力的发展。Geary和Bull等的研究发现，执行功能（主要是注意和抑制控制）发展不良是导致儿童数量加工发展不良的重要因素。近年来，国内有关执行功能与儿童数量加工关系的研究有较大进展。例如，王明怡、林崇德等在相关研究综述中指出，中央执行功能在儿童算术认知加工中发挥着关键作用。从执行功能角度来解释算术学习困难儿童的认知成因是这一领域研究的焦点问题之一。魏勇刚、刘昌等的研究表明，执行功能与数学认知能力的发展有密切关系，并且执行功能可以从多方面对儿童的数学认知障碍作出预测和解释。然而，查阅相关文献后发现，已有研究都认为执行功能会对儿童的数量加工产生影响。但对执行功能的三种成分，即工作记忆、抑制控制和认知灵活性对数量加工的影响程度和预测效果方面却结论不一致。因此，本研究采用新的测试任务对学前儿童进行测试，以分析执行功能对学前儿童数量加工的影响，从而为细化执行功能对数量加工影响的研究提供参考，进而以此为依据，对幼儿园教学实践提出建议。

一、研究方法

本研究随机选取重庆市某幼儿园63名40-62个月的儿童为被试（男26人，女37人），平均年龄51.2个月。测试任务分为数量加工能力测试和执行功能测试两方面。

数量加工能力测试采用《MSCA-CR麦卡锡幼儿智能量表（中国修订版）》中的《数量分量表》进行。《MSCA-CR麦卡锡幼儿智能量表（中国修订版）》主要用于对儿童心理发展作综合测定与评价，适用年龄范围为2.5～8.5岁。其中，《数量分量表》用于测量儿童数的能力和对数量词的理解能力，共有如下3个测验。

数的问题：要求儿童解答12个关于加、减、乘、除的简单计算和数量知识的问题。

数字记忆：即数字跟读广度，要求儿童注意倾听和即时复述数字，包括顺背数字和逆背数字两部分。顺背数字是指当主试以1秒钟读1个数字的速度读完一连串数字后（最短为2个数字，最长为7个数字），要求被试立即按同样的顺序复述数字串。逆背数字则是指要求被试将主试读的数字串倒过来念。数字串最短为2个数字，最长为6个数字。主试念数字串的速度与顺背数字测试一致。

计数和数的区分：包括9个题目，用于测试儿童的计算和理解数概念、数量词的能力。

执行功能测试包括六个盒子、白天一黑夜、FIST任务三项，分别用于测量执行功能的三种成分，即工作记忆、抑制控制和认知灵活性。

六个盒子任务：采用Diamond等人设计的SixBoxes任务，主试向被试出示6个不同颜色的盒子，并说明每个盒子里面都装了一个笑脸娃娃，被试可以从一个盒子里拿出笑脸娃娃送给自己。被拿走笑脸娃娃的盒子会被重新放到其他盒子中并打乱顺序，要求被试尽量做到每次都能从盒子中找出一个笑脸娃娃。共找6次。找到笑脸娃娃记1分，未找到记0分。

白天一黑夜任务：采用Gerstadt等人修订的“白天一黑夜”的Stroop任务（D-N），要求被试看见太阳的图形时说“黑夜”，看见月亮的图形时说“白天”，在被试明白游戏规则后，进行32次正式测试。答对1次记1分，答错记0分。

FIST任务：采用Jacques等人设计的FIST任务，主试先向被试呈现三张图片（图片内容分别是一艘大船、一艘小船和一只小兔子），先要求被试选出在某一方面相关的两张图片（如形状：大船和小船），然后再让被试选出在另一方面相关的两张图片（如大小：小船和小兔子）。答对1次记1分，答错记0分。

在和被试熟悉后，在一个安静且被试熟悉的房间里，主试按照统一的指导语，对被试进行一对一的测试。各项测试任务无固定顺序，完成一项测试任务后可稍作休息。主试记录测试成绩，最后进行统计分析。

二、研究结果

1.执行功能各成分对数量加工的影响

将执行功能三项测试的成绩，即工作记忆、抑制控制和认知灵活性的得分分别从高到低进行排序，随后按照人数平均分成两组（n=31），即低分组与高分组。对比低分组与高分组之间的成绩差异发现，不论是工作记忆、抑制控制还是认知灵活性，低分组与高分组之间成绩差异显著（见表1）。

将工作记忆、抑制控制、认知灵活性低分组与高分组相对应的数量加工成绩进行对比分析发现，工作记忆低分组所对应的数量加工成绩低，工作记忆高分组所对应的数量加工成绩高（见图1），抑制控制（见图2）和认知灵活性（见图3）也同样有此趋势，说明执行功能低分组对应数量加工成绩低分组，执行功能高分组对应数量加工成绩高分组。由表2可知，工作记忆低分组与高分组分别对应的数量加工成绩之间存在显著差异，抑制控制低分组与高分组分别对应的数量加工成绩之间存在显著差异，认知灵活性低分组与高分组分别对应的数量加工成绩之间也存在显著差异，说明执行功能三种成分得分低分组与高分组分别对应的数量加工成绩之间均存在显著差异。

2.执行功能各成分对数量加工的预测效果采用逐步线性回归统计技术，分析工作记忆、抑制控制、认知灵活性三者共同作用对数量加工的预测效果，获得了两个有显著预测效应的回归模型，一是抑制控制对数量加工具有显著的预测效果（见表3），二是抑制控制和工作记忆对数量加工具有显著的联合预测效果（见表4）。工作记忆和认知灵活性对数量加工没有独立的显著预测效果，并且认知灵活性与其他两种执行功能成分间的交互作用对数量加工也没有显著的预测效果。

三、讨论

本研究发现，数量加工成绩低分组的工作记忆、抑制控制、认知灵活性得分均显著低于高分组，表明执行功能与数量加工二者存在正相关。换句话说，与数量加工高分组儿童相比，数量加工低分组儿童普遍存在执行功能发展不良。

逐步线性回归统计分析发现，抑制控制对数量加工具有显著的预测效果，抑制控制和工作记忆对数量加工有显著的联合预测效果，说明数量加工成绩较低主要可由抑制控制单独解释，或者联合抑制控制和工作记忆来解释。或者可以说，抑制控制是影响学前儿童数量加工的主要因素。这与Miyake等人的研究结论相同。Mivake等人的验证性因素分析表明，抑制控制在执行功能中的地位非常重要，执行功能任务中大都有抑制控制的参与。李红等人的研究也发现抑制控制是影响儿童数学能力的执行功能的核心成分，它对数学能力有直接影响，同时还通过转换和刷新间接影响数学能力。

工作记忆对学前儿童数量加工的影响也不容忽视。本研究中测量工作记忆所使用的六个盒子任务主要是用于测量刷新（updating）能力的。刷新作为一种很重要的执行功能，体现了人们不断对记忆内容进行修正的能力。目前关于刷新与数量加工关系的研究非常少。Kiss等人曾利用活动记忆范式研究执行功能的脑定位，但并未设立对照组考察被试在刷新过程与非刷新过程中的数量加工有何区别，因此并不能说明数量加工与刷新的关系。随着研究手段的成熟和完善，相信未来在这方面会涌现出更多的研究成果。

本研究发现工作记忆和认知灵活性对学前儿童数量加工没有独立的显著预测效应，这与李红等人的研究结论不同。李红等人研究发现抑制、转换（即认知灵活性）、刷新三种执行功能和数能力均有较强关联，能够显著预测数学能力的发展。关于认知灵活性对学前儿童数量加工的影响，需要在日后的研究中继续探讨。

值得一提的是，本研究的逆背（倒数）任务出现了地板效应，可能的原因有很多。一是取样偏差。本研究只选取重庆市一所幼儿园的儿童为被试，取样范围有待扩大。二是儿童缺少逆背的相关经验。赵振国在其儿童数感发展的研究中也发现了这一问题。他的研究中的测题是根据Malofeeva等人的测查工具改编的，包括6个部分共18项任务，分别是唱数（4项任务）、数符号辨认（1项任务）、数与物体对应（3项任务）、序数（2项任务）、比较（4项任务）、加减运算（4项任务）。统计结果显示，在这18项数感任务中，学前儿童顺数表现最好而倒数表现很差。他认为倒数成绩低可能是由于儿童缺少这方面的经验，因为无论是在家里还是在幼儿园中，倒数都是很少涉及的。

四、教育建议

本研究发现，执行功能对学前儿童的数量加工有重要影响。虽然执行功能发展的年龄跨度很大，但是重要的发展变化集中在幼儿期。与此同时，幼儿期也是儿童开始大量接触数量加工的时期。依据本研究的结果，研究者对幼儿园如何更好地促进儿童执行功能和数量加工能力发展提出如下建议。

1.在游戏中促进儿童执行功能发展

目前幼儿园的教学逐渐游戏化，教师可以组织多种游戏活动来促进学前儿童执行功能发展。例如，可以用“大西瓜、小西瓜”的游戏提高学前儿童抑制控制能力发展。游戏规则是在听到“大西瓜”时比画“小西瓜”的手势，在听到“小西瓜”时比画“大西瓜”的手势。游戏时学前儿童可能会出现较多错误，因为他们可能会倾向于做出与听到的口令相同的动作，这是一种优势反应。通过这样的游戏，儿童可以不断学习抑制优势反应，从而顺利完成游戏。

2.充分利用一日生活中的教育契机

本研究逆背任务出现地板效应的原因之一就是学前儿童以前很少接触类似的任务，也即儿童缺少相关经验。逆背其实是学前儿童灵活使用数数技能，准确理解数关系的重要基础。研究表明，许多学前儿童似乎可以从对倒数的注意中获益，特别是跨越10进位时。这类倒数活动可以帮助学前儿童更好地理解数序和数字大小。要提高学前儿童倒数的能力，教师可以在一日生活中充分利用教育契机进行。例如玩游戏时，在计时类游戏将结束时，可以带领儿童数“5，4，3，2，1，停”，锻炼倒数能力。教师可以从简单的倒数开始，不断增加难度。在一日生活中充分利用教育契机开展相关活动，学前儿童不仅可以感知到生活中许多与数相关的信息，而且可以在潜移默化中不断提高数量加工能力。