初中生认知能力对学业成就的影响

李春花

摘要：本研究使用“中国儿童青少年心理发育特征调查”项目所编制的测验工具，对7、8 年级共4843名学生进行了认知能力、语文与数学学业成就测试。研究结果表明，选择性注意、短时记忆、空间能力和推理能力都是语文和数学成就的显著预测变量，但不同能力对不同学科的作用大小及作用机制存在差异。

关键词：认知能力;学业成就;选择性注意;短时记忆;空间能力;推理能力

一、问题提出

认知能力是影响儿童青少年学习的重要因素，对儿童青少年能否取得学业成功具有重要的制约作用。已有研究表明，初中生的注意能力、记忆能力、空间能力和推理能力与学业成就均有一定程度的相关，也就是说，复杂的学习活动需要这些认知能力不同程度的参与。

然而，这些不同能力在认知过程的复杂性上是有差异的，如相对于选择性注意与短时记忆，空间能力由于涉及到征、转换、生成和提取等多种认知过程，被看作认知发展中水平相对较高的能力（Corballis， 1997）。而推理能力包含多水平、多步骤的心理操作，如分类、假设检验或问题解决等，其认知复杂性更高。鉴于这些能力在认知过程复杂性上有差异，它们在学习活动中的作用也可能不相同。如果我们想知道在复杂的学业成就情境中，真正起作用的认知能力是哪些，不同能力之间又是如何共同作用进而影响学业成就的，就需要同时将这些能力纳入考察范围并建立不同能力对学业成就的影响机制。

Dean和Woodcock 的认知加工模型为我们进行这种机制探讨提供了很好的理论基础（Dean & Woodcock， 1999; Woodcock， 1998）。该模型描述了在信息加工过程中各种认知成分是如何起作用的。具体来说，信息首先进入感觉登记，如果被关注（选择性注意），将被编码，进入短时记忆，若在短时记忆中被复述，将进入一个加工环路，该环路包含了空间思维、听觉思维、长时记忆、推理思维等几种思维能力（同时也是复杂度不同的四种认知加工阶段），在这些不同加工阶段，信息与“知识存储库”中的语义和程序性知识相互作用并被进一步加工。也即，每一个认知加工阶段都对下一阶段具有预测和解释意义，下一个阶段的加工质量受到当前和此前认知加工质量的影响。一些研究者指出，该模型实现了信息加工和具体认知能力的整合，体现了各种具体认知能力在信息加工过程中的解释作用，为考察各种不同认知能力影响学业成就差异的具体机制提供了较好的理论框架（Floyd， 2005; Vock， Preckel， & Holling， 2011）。

根据上述模型，选择性注意、短时记忆、空间能力和推理能力这些复杂程度不同的具体认知能力处于信息加工过程的不同阶段，较为基础的认知能力可能会影响较为高级的认知能力并和后者一起共同影响学业成就。因此，我们假设：选择性注意、短时记忆、空间能力和推理能力分别直接影响初中生的学业成就，但它们对学业成就的作用大小可能不同;在共同考察各种具体能力时，选择性注意作为最基本的认知能力，通过短时记忆、空间能力和推理能力对学业成就起作用;短时记忆通过较为复杂的空间能力和推理能力对学业成就起作用，空间能力通过推理能力对学业成就起作用。

2 研究方法

2.1 被试

本研究被试来自浙江省杭州市上城区9所初级中学7、8 年级学生共4843人。

2.2 研究工具

（1）认知能力测验

选择性注意：使用划消任务进行测查。共有4道题，每题测查时间为1分钟。

短时记忆：使用视觉数字再认和配对联想再认任务进行测查。共有15道题，学习和测验时间均为2分钟。

空间能力：主要测查了空间表征能力和心理旋转能力。共有16道题，测验时间为3.5分钟。

推理能力：使用数字类比、图形类比和图形序列任务测查。数字类比任务共有22道题，图形类比任务共有19道题，图形序列任务共有18道题，各任务的测验时间均为12分钟。

以上各任务在本次测验中的内部一致性系数在0.78-0.94之间。各任务与效标之间的关联效度在0.36-0.87之间，认知能力总分与韦氏儿童智力量表第四版（WISC-Ⅳ）的相关为0.65。这表明各任务均具有良好的信、效度。

（2）学业成就测验

语文成就测验：该测验工具来自本项目“语文学业成就测验（第四学段）”。该学段测验适用于7-9年级学生，包括语文积累和阅读两个方面。语文积累共有18道题，阅读共有20道题，共计38道题。测验时间为60分钟。

数学成就测验：该测验工具来自本项目“数学学业成就测验（第三学段）”。该学段测验适用于7-9年级学生，包括数与代数、空间与图形、统计与概率三大方面。共有28道题目，其中26道选择题，2道主观题，每道主观题又分别有3小题，实际总体数为32道。测验时间为60分钟。

语文和数学成就测验各题本在本次测验中的内部一致性系数分别在0.78-0.94和0.75-0.94之间。语文成就测验、数学成就测验与区域统考成绩的效标关联效度分别在0.55-0.69和0.53-0.84之间，具有良好的信、效度。

2.3 数据处理方法

本研究采用SPSS17.0和Amos17.0进行描述性统计和结构方程模型检验。

3 研究结果

3.1 初中生语文与数学成就与认知能力的相关

初中生语文、数学成就和具体认知任务的平均数、标准差与相关系数见表2和表3。结果显示，语文、数学成就与各认知能力任务之间存在显著相关，相关系数分别在0.14-0.54和0.14-0.58之间。

3.2 各种认知能力对初中生学业成就的影响

我们通过一系列结构方程模型，在控制了年级与性别的基础上检验了各认知能力对语文与数学成就的单作用，结果见图1（a）、（b）、（c）和（d）。从模型的拟合指标看，各模型拟合良好;四个模型的标准化路径系数都显著（p<0.05），说明四种认知能力都能够显著地预测语文与数学成就。但从图中也可以发现，各认知能力对数学成就的影响要大于语文。

图1（a）选择性注意对语文/数学成就的直接作用模型

图1（b）短时记忆对语文/数学成就的直接作用模型

图1（c）空间能力对语文/数学成就的直接作用模型

图1（d）推理能力对语文/数学成就的直接作用模型

3.3 认知能力对初中生学业成就的影响机制

上述对语文与数学成就都有单独显著预测作用的认知能力如何共同起作用的？根据假设，我们考察了各认知能力共同影响语文与数学成就的作用机制。

3.3.1 认知能力对初中生语文成就的影响机制

根据假设，选择性注意一方面直接作用于语文成就，一方面通过影响短时记忆、空间能力和推理能力对语文成就发生影响，但结果发现，除了对短时记忆（β=0.37）和空间能力（β=0.13）有显著预测作用外，选择性注意对推理能力的预测作用不显著，对语文成就也无直接的预测作用。

图2 认知能力对语文成就的作用机制

关于短时记忆，根据假设，它一方面直接作用于语文成就，一方面通过影响空间能力和推理能力对学业成就发生影响。结果发现，短时记忆对空间能力（β=0.69）、推理能力（β=0.30）和语文成就（β=0.19）的标准化路径系数均显著。

关于空间能力，我们假设它对语文成就的影响也有直接发生和通过推理能力间接发生两条路径。结果发现，空间能力对语文成就的标准化路径系数大于1，这提示理论模型出了问题，需要对其进行修订（黄芳铭，2004）。删除空间能力对语文成就的直接作用路径之后，模型违反估计的现象不再出现。空间能力对推理能力的标准化路径系数显著（β=0.68），而对语文成就无直接预测作用（见图2）。

推理能力对语文成就具有直接影响（β=0.44）。

总的来说，选择性注意、短时记忆、空间能力和推理能力对语文成就均有一定的贡献，四种能力总共可以解释学语文就变异的36%。其中推理能力直接影响语文成就，且贡献最大;其次是短时记忆;再次是空间能力;选择性注意的相对作用量最小。

3.3.2 认知能力对初中生数学成就的影响机制

图3 认知能力对数学成就的作用机制

从图3可见，选择性注意除了对短时记忆（β=0.38）和空间能力（β=0.12）的有显著预测作用外，对其它两种认知能力的预测作用都不显著，而且其对数学成就无直接预测作用。短时记忆对空间能力（β=0.73）、推理能力（β=0.29）标准化路径系数均显著，但是对数学成就无直接预测作用。空间能力对推理能力的标准化路径系数显著（β=0.66），而对数学成就无直接预测作用，推理能力对数学成就具有直接影响（β=0.76）。

总的来说，选择性注意、短时记忆、空间能力和推理能力对数学成就均有一定的贡献，四种能力总共可以解释数学成就变异的57%。其中，对数学成就有直接贡献的只有推理能力，也是贡献最大的。选择性注意、短时记忆和空间能力均起间接作用，对数学成就的贡献依次为：空间能力、短时记忆、选择性注意。

4 讨论

4.1 认知能力对初中生学业成就的影响：学科间共同点与差异

我们的研究发现，在不控制其它能力时，选择性注意、短时记忆、空间能力和推理能力分别可以显著预测初中生的语文与数学成就，这与已有研究一致（Evans， et al.， 2002; Bull， et al.， 2008; Vock， et al.， 2011）。对于语文成就，推理能力的预测作用最大，可以解释其36%的变异，其次是短时记忆、空间能力和选择性注意能力，分别可以解释29%、21%和4%的语文成就变异;对数学成就，推理能力的预测作用仍然最大，可以解释其59%的变异，其次是空间能力、短时记忆和选择性注意能力，分别可以解释37%、36%和8%的数学成就变异。由此可见，无论是对于语文还是数学成就，推理能力的作用是最大的，其他依次是短时记忆、空间能力，作用最小的是选择性注意能力，这一点在学科之间是相同的。

这表明，语文和数学学习过程都需要以上各认知能力的广泛参与，而且各认知能力对两种学科成就的相对重要性也一样。就推理能力而言，正如Graesser和Singer（1994）认为的，在理解阅读材料中的指代、因果关系、词句理解、人物情感和主题等方面，推理能力具有重要作用，它也是数学学习中的核心能力。短时记忆对数学成就的作用与空间能力相当，这可能与人们的常识不同，通常人们以为，数学学习侧重理解（推理能力）和想象（空间能力）而不侧重记忆。本研究为人们重新认识记忆能力在数学学习中的作用提供了科学依据。在语文成就中，空间能力也对语文成就有影响，这一点得到了来自阅读障碍研究的支持，研究发现，阅读障碍者具有视-空间能力缺陷（Von Károlyi， 2001），这从侧面说明，空间能力是阅读正常进行的必要认知成分。

4.2 认知能力对初中生学业成就的影响机制

不同认知能力对语文和数学成就影响机制的相同之处在于，基础认知能力都是通过高级认知能力对学业成就产生影响的，不同之处在于，同时考察多种认知能力时，不同能力对于不同学科的作用路径有所不同。我们认为，路径机制的相同之处阐明了以上四种能力影响学业成就的基本方式，同时也表明Dean和Woodcock（1999）的认知能力模型可以很好地用来解释认知能力对学业成就的影响。不同之处表明，虽然语文和数学学习都需要短时记忆的参与，但短时记忆对数学成就的作用是通过其与空间能力和推理能力中的共同成分发生的，而对语文成就的作用是独特的。结合语文与数学的学科特点，这一结果是合理的。以短时记忆的作用机制为例，在数学学习过程中需要识记的内容多为公式、定理和一般解题规律，在形式上它们是通过数字、符号和图形表达的，在逻辑上它们是组织严密的，对这类知识的记忆依赖于对空间图形的表征和对内在规律的把握，因此短时记忆与空间能力和推理能力的共同成分是短时记忆影响数学成就的主要成分。而在语文学习过程中需要识记的内容除了数字、符号和图形外，还有很多零碎的知识点、词汇量等。对于前者的记忆和数学学习中相似，依赖于对空间的表征和对整体材料内在逻辑的理解，后者却只需要简单的信息存储——这是短时记忆区别于空间能力和推理能力的独特成分。

5 结论

本研究首先发现，选择性注意、短时记忆、空间能力和推理能力都是语文和数学成就的显著预测变量，分别可以解释4%-59%的学业成就变异;在不同认知能力的作用大小上，对于语文成就来说，由大到小依次为推理能力、短时记忆、空间能力和选择性注意;对于数学成就来说，则依次为推理能力、空间能力、短时记忆和选择性注意。此外，各认知能力对数学成就的影响都大于对语文成就的影响。

其次，不同认知能力对语文和数学成就的影响机制既有相同之处，又存在差异。相同之处在于，基础认知能力都通过高级认知能力对学业成就产生影响，其中选择性注意对学业成就的影响是完全通过短时记忆和空间能力进而通过推理能力间接发生的，短时记忆对学业成就的影响主要是通过空间能力和推理能力间接发生的，空间能力对学业成就的影响是完全通过推理能力间接发生的，推理能力直接对学业成就产生影响，但该机制在不同学科间有差异。

参考文献

黄芳铭.（2004）.社会科学统计方法学：结构方程模式.台北市：五南.

Bull， R.， Espy， K. A.， & Wiebe， S. A. （2008）. Short-term memory， working memory， and executive functioning in preschoolers： Longitudinal predictors of mathematical achievement at age 7 years. Developmental Neuropsychology， 33（3）， 205-228.

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Evans， J. J.， Floyd， R. G.， McGrew， K. S.， & Leforgee， M. H. （2002）. The relations between measures of Cattell-Horn-Carroll （CHC） cognitive abilities and reading achievement during childhood and adolescence. School Psychology Review， 31（2）， 246-262.

Floyd， R. G. （2005）. Information-Processing Approaches to Interpretation of Contemporary Intellectual Assessment Instruments. In D. P. Flanagan & P. L. Harrison （Eds.）， Contemporary Intellectual Assessment： Theories， Tests， and Issues （pp. 203-223）. New York， NY， US： Guilford Press.

Graesser， A. C.， Singer， M.， & Trabasso， T. （1994）. Constructing inferences during narrative text comprehension. Psychological Review， 101（3）， 371.

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