执行功能训练与学业成就关系研究

倪文锦

〔摘要〕执行功能是个体顺利完成特定任务的重要心理过程，具有一定可塑性。研究发现，执行功能与儿童学业成就关系密切，表现为执行功能更高的儿童学业成就更高，并且执行功能训练可以提升学业成就。但也有研究者认为，没有明显证据支持这些结论。本研究综述了目前执行功能训练与学业成就的相关研究，以期为今后的研究者们提供一些有益的思考。

〔关键词〕执行功能；学业成就；关系

〔中图分类号〕 G44 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1671-2684（2017）25-0006-06

一、引言

执行功能（executive function）是个体对认知活动进行有意管理与指导以完成特定任务的一组高级心理过程[1]。尽管现有文献对执行功能的构成尚有争论，但多数研究者认为它至少包含三个主要成分，即工作记忆（working memory）、抑制控制（inhibitory control）和注意转换及认知灵活性（attention shifting and cognitive flexibility）[2]。执行功能在个体认知行为发展中起着重要作用[3]，而其与学业成就关系问题是目前教育心理学领域关注的研究热点之一。大量研究发现，执行功能与学业成就关系密切[4-6]。例如，有研究表明工作记忆能力差的儿童往往学业表现不佳[7]，而具有较高工作记忆水平的儿童有着较高的学业成就[8]。另外，执行功能与儿童数学、阅读和写作等核心课程的学业成就均有显著关联[9-10]。

基于执行功能与学业成就的密切关系，研究者们探讨了执行功能训练能否有效提升儿童学业成就的问题。有研究发现，接受执行功能训练的儿童与其他儿童相比，取得了更高水平的学业成就。例如，有研究发现利用空间训练可以改善6～8岁儿童在数学任务中的表现[11]。另外，儿童通过执行功能策略训练会更容易理解所呈现的数学问题[12]。而执行功能训练对于低学习能力的特殊儿童来说效果更好[13]。例如，有研究采用PASS（计划、注意、同时、连续）认知策略在数学课堂中进行执行控制训练，结果发现，受过执行控制训练的特殊儿童在数学标准化成就测验和个性化韦氏测试中成绩优异[14]。

以上研究证据都提示着执行功能训练有可能用于提升儿童学业成就。但是，目前也有一些研究发现，并未有可靠证据表明执行功能训练可以帮助儿童取得更高的学业成就。有研究者对工作记忆训练项目进行元分析后发现，这些训练项目可以对个体的工作记忆能力产生短期影响，但并未发现这些短期性改善能够导致个体其他技能的提高，包括言语能力、字词解码或算术能力[15]。Head Start REDI 学前计划（旨在通过积极的课堂管理、特定赞扬和支持、情感辅导等干预措施促进儿童自我控制）利用多维度卡片分类任务（dimensional card sort task）、后向字跨度任务（backward word span task）等进行执行功能测验后发现儿童执行功能改善，但并未发现这些干预提升了儿童的学业成就[16]。

综上所述，虽然大量研究关注执行功能训练对儿童学业成就的干预效果，但并没有得到一致的结论。因此，本研究将综述目前执行功能训练与学业成就的相关研究，以期为今后的研究者们提供一些借鉴。

二、执行功能训练

（一）工作记忆训练

工作记忆是一种能够短暂储存和加工信息以引导个体行为的有限记忆系统，由中央执行系统（central executive）和特定领域的短期存储系统（包括语音环和视觉空间模板）组成[17]，它是执行功能中最关键的组成部分。例如，儿童在完成学习任务过程中会感知和储存信息，而学习任务的完成则与个体的工作记忆容量相关并受其制约[18]。Miyake[19]将工作记忆细化为工作记忆刷新（working memory updating），即在对新任务有关信息进行编码、监控和储存的同时，去除旧有的与任务不相关的信息。工作记忆刷新训练旨在提升个体对刺激的识别能力及对无关信息的抑制能力，从而达到对大脑记忆内容的不断修正。常用的任务有：类词刷新任务（keep track task）、N-back任务（N-back paradigm）[20]和活动记忆任务（running memory task）[21]。

（二）抑制控制训练

抑制控制是指避免产生不符合当前需要或不恰当行为反应的能力，这对于个体基于特定环境变化做出目标指向的行为极为重要[22]。例如，良好的抑制控制能力可以帮助儿童在学习过程中有意识控制自身学习疲劳、分心或因难题而引起的学习焦虑[23]。抑制控制训练就是旨在提升个体在加工信息过程中对无关刺激和行为的抑制能力[24]。常采用的任务有：Stroop 任务、Go-NoGo 任务和停止信号任务（the stop-signal task）[25]。

（三）注意转换及认知灵活性训练

注意转换是根据任务和情境变化需要对知觉和反应偏向進行重组的心理控制过程[26]。认知灵活性类似于避免“功能固着”，具体指个体在问题情境中能够意识到不同解决途径的存在，并以灵活的方式适应新情境，实现特定目标的能力[27]。认知灵活性与儿童学习关系密切，在实际教学中，认知灵活性强的儿童能根据具体知识同化顺应从而生成新的知识框架而认知灵活性差的儿童知识迁移能力则较弱[28]。注意转换及认知灵活性训练旨在提升个体任务转换的反应能力。常采用的任务是转换任务（switching task），具体可以包括加法-减法转换任务（plus-minus task）以及局部-整体任务（local-global task）等[21]。

三、执行功能训练与学业成就

目前，国内单纯关注儿童执行功能发展或学业成就的研究很多，但将二者相结合的研究则较为稀少。有证据表明，认知过程中的执行功能与儿童学业成就确实息息相关，例如，儿童学习时需要提前计划，集中注意力和记忆先前经验[29]。从理论上来看，执行功能至少以两种不同的方式影响着儿童在学校环境中的学业表现。一是执行功能能促进儿童使用和进一步发展学习所必需的认知能力[30]。从这个角度来说，执行功能过程是学习各科知识的先决条件或者说是认知支持。例如，刷新工作记忆能力常被认为是学习数学过程的必要条件[31]。二是执行功能可以帮助儿童遵守课堂规则并且从各种社会环境（例如，大团体、小团体、合作或独处等）中获得学习经验。执行功能可以促进或抑制儿童与他人的交往，从而通过儿童的社交技能和问题行为间接地影响学习[32]。endprint

因此，许多研究者尝试通过执行功能训练来提升儿童学业成就。例如，在对希腊幼儿园儿童使用非单词重复练习进行语音环工作记忆训练的研究中发现，接受非单词重复训练的儿童在第一年学年结束时，阅读分数相比于对照组有显著提升[33]。还有研究者利用心灵工具课程（the tools of the mind curriculum）（该课程强调儿童自我调节发展和游戏在教育中的作用）对幼儿园中3～4岁儿童进行实验，然后比较儿童的社会行为、语言和识字率的增长，结果发现心灵工具课程可以提高儿童的执行功能，同时，儿童的社会行为发生改善，学业成就也有所提升[34]。当执行功能活动融入幼儿园的识字、数学和科学学习活动中时，研究发现执行功能对儿童学业成就产生了积极影响。特别是在数学学习活动中，增加促进注意转换和认知灵活性的训练后，发现儿童的流体智力也有所提高，进而对儿童的数学成绩产生了积极作用[35]。

不过，执行功能与学业成就的关系复杂，有研究发现其子成分与学业成就之间的关联性存在差异，例如，有研究对36名正常儿童进行应用题解题策略训练后发现，在儿童进行策略训练后，刷新功能有了显著提升，转换功能有较大提升但未达到显著水平，抑制控制则无明显变化[36]。这就意味着通过抑制控制训练可能无法达到提升儿童学业成就的效果。也有研究发现工作记忆和数学成就之间有很强的关系，然而抑制控制和数学成绩之间没有显著关联[37]。另外，执行功能子成分在预测不同文化背景的儿童学业成就上也存在差异，例如，在对来自中国和美国两种不同文化背景下的学龄前儿童进行跨文化分析中发现，工作记忆是中文阅读成就的预测因素，但不是英文阅读成就的预测因素。注意转换能够一致地预测中美学龄前儿童的阅读成就，而抑制控制却无法预测任何一个国家儿童的阅读成就[38]。

另外，有研究发现，通过儿童在视觉辨别任务中的表现能预测我国香港和台湾儿童的阅读成就，但在英国儿童的阅读成就和视觉技能之间却没有发现这种预测关系[39]。这就意味着执行功能训练可能对于不同文化背景的儿童学业成就产生的效用会存在差异。在对2036名5至17岁儿童的大样本调查中发现，执行功能训练对儿童学业成就产生的效用会因儿童成长环境、时间等因素发生显著变化[40]，恶劣的成长环境例如遭遇逆境、被忽视等都可能阻碍其执行功能的发展从而阻碍了其学业成就的提升[41]，而积极的成长环境例如受到关注、家庭经济条件改善等则能促进其执行功能的发展从而提升其学业成就[42]。这些研究结果的不一致说明目前还并不能断定执行功能训练能够提升儿童学业成就。

产生这些不一致的研究結果的原因可能有多种，例如执行功能训练对象年龄的不同。现有研究已表明，执行功能会在儿童的整个学业生涯中持续发展，因此执行功能训练的效果也会随着时间的变化而变化。也有可能源于执行功能训练内容的影响，例如，有些研究将执行功能训练划分成抑制控制、工作记忆和注意转换三种，而有些研究只包括工作记忆和抑制控制的措施。此外，还有可能由于样本数量大小的影响。例如，St Clair-Thompson和Gathercole[44]将样本数量确定为51名儿童，而Espy，Mcdiarmid和Cwik等人[43]则选取了96名儿童，van der Ven[45]的研究中样本量为211。最后，还可能是由于数据分析方法的不同。因此，未来需要通过更多的研究，以便能够得到关于执行功能训练与学业成就之间关系的更准确结论。

四、总结与展望

大量研究已经证实，执行功能与学业成就的密切关系，其对学生的成长与发展的重要性更是不言而喻[46]。学校作为儿童教育的主阵地，相关教育人员应有意识采取各类有效教学手段和策略以促进儿童获取更高水平的学业成就。基于前文总结的证据，我们有理由相信，执行功能训练有助于儿童更好地成长和发展。今后的研究可以从以下方面着手。

（一）进一步探索执行功能训练在学校教育中的应用

虽然目前国内相关实证研究并不多，但已有的证据表明，执行功能训练对儿童各方面确实带来明显益处。例如，执行功能训练有助于学生核心技能的提升。执行功能在数学和阅读等核心课程学习中发挥着重要作用[47]。一些研究者已经发现执行功能训练可以显著提升学生的数学和阅读能力[48]。相比于其他能力，数学和阅读等核心技能的提升能够迅速迁移至其他方面，给儿童的成长带来更大的优势。因此，执行功能训练不仅有助于直接帮助学生在数学和阅读方面取得更高成绩，同时也间接提升了学生的整体学业成就。

（二）尝试拓展学业成就的评估手段

当前的研究大多以学业成绩作为学业成就的指标，也有个别研究评估了个体在社交技能、学校适应和社会实践等方面的表现[49]，但只是发现了相关关系，并没有明确执行功能训练对这些指标的影响。单纯以学业成绩为指标来衡量执行功能训练对儿童学业成就的作用是不全面的，这也不符合儿童全面发展和素质教育的要求。今后的研究应当拓宽评估手段，深入探索执行功能训练对儿童各方面的影响，诸如儿童的情绪调节与控制、同伴关系、知识应用与迁移、学习兴趣与方法等。

（三）进一步明确执行功能训练对特殊儿童的学业矫治成效

已有的一些证据表明，执行功能训练能够显著提升特殊儿童学业成就[50]。但当前研究对执行功能训练作用于特殊儿童的学业矫治还处于探索阶段。近年来，自闭症谱系障碍、注意缺陷综合症和学习障碍等身心障碍困扰着大量学龄儿童。如果执行功能训练能为这些特殊儿童带来显著益处，这将有助于他们更好地进行学校适应以及完成学业任务。同时，执行功能训练作为一种相对容易理解、操作简便的训练方法，可能更易于在特殊儿童中开展。总之，特殊儿童是值得关注的群体，作为一种有可能广泛推广使用的教学辅助手段，其对少数群体的作用成效应该得到确认。

（四）开发操作性更强的执行功能训练方法

研究者们已经开发了一系列执行功能训练的方法，如N-back任务、Go-NoGo 任务和Stroop 任务[20，25]。但他们都存在方法枯燥、容易疲劳以及依赖于电子设备的缺点。如果确定执行功能训练可以给儿童带来明显的益处，那么开发出操作性更强的训练方法则显得十分重要。单一的训练方法很容易让儿童感到无聊并可能影响心情，进而降低训练效果。而对电子设备的过度依赖则使一些偏远农村地区儿童接受训练的可能性降低，增加了训练成本，同时降低了灵活性。因此，今后的研究可以进一步发展操作性和普适性更强的训练方法。endprint

（五）嘗试开展基于家庭和游戏的执行功能训练

我们关注了执行功能训练在学校教育中的应用[5]，但基于家庭和游戏的执行功能训练也是值得尝试的方向。

首先，学校主导的执行功能训练可以确保时间、地点、方法和训练量的标准化，而基于家庭的训练则在时间和空间上具有更大的适应性。这种适应性有助于缓冲时间冲突、重大事件等对训练开展的影响。

其次，基于家庭的执行功能训练也为开展个性化训练和融入亲子互动带来了可能。差异化的训练方案可能会更好地发挥执行功能训练效用。融入亲子互动则有助于建立和维护更加亲密和谐的亲子关系。

最后，游戏化的执行功能训练也可以让儿童在训练过程中感受到更多趣味，这也符合新时代背景下快乐学习的理念。

参考文献

[1]Best J R，Miller P H. A developmental pers-pective on executive function[J]. Child Development，2010，81（6）：1641-1660.

[2]Huizinga M，Dolan C V，van der Molen M W. Age-related change in executive function：developmental trends and a latent variable analysis[J]. Neuropsychologia，2006，44（11）：2017-2036.

[3]Cartwright K B. Insights from cognitive neuroscience：the importance of executive function for early reading development and education[J]. Early Education and Development，2012，23（1）：24-36.

[4]Bull R，Scerif G. Executive functioning as a predictor of childrens mathematics ability：inhibition，switching，and working memory[J]. Developmental Neuropsychology，2001，19（3）：273-293.

[5]Elliott J G，Gathercole S E，Alloway T P，et al. An evaluation of a classroom-based intervention to help overcome working memory difficulties and improve long-term[J].Academic Achievement，2010，9（3）：227-250.

[6]Bull R，Lee K. Executive functioning and mathe-matics achievement[J]. Child Development Perspectives，2014，8（1）：36-41.

[7]Gathercole S E，Pickering S J，Knight C，et al. Working memory skills and educational attainment：evide-nce from national curriculum assessments at 7 and 14 years of age[J]. Applied Cogni-tive Psychology，2004，18（1）：1-16.

[8]Adams A M，Bourke L，Willis C. Working me-mory and spoken language comprehension in young children[J]. International Journal of Psychology，1999，34（5-6）：364-373.

[9]St Clair-Thompson H L，Gathercole S E. Executive functions and achievements in school：Shifting，updating，inhibition，and working memory[J]. The Quarterly Journal of Experimental Psychology，2006，59（4）：745-759.

[10]Blair C，Razza R P. Relating effortful control，execu-tive function，and false belief understanding to emerging math and literacy ability in kindergarten[J]. Child Development，2007，78（2）：647-663.

[11]Tepylo D. Spatial training improves children＼s mathematics ability[C]// Fields Mathematics Research Day，2014，2-11.

[12]Fuchs L S，Fuchs D，Prentice K，et al. Enha-ncing

third-grade student mathematical problem solving with self-regulated learning strategies[J]. Journal of Educational Psycho-logy，2003，95（2）：306-315.endprint

[13]Naglieri J A，Gottling S H. Mathematics instruction and PASS cognitive processes：an intervention study.[J]. Journal of Learning Disabilities，1997，30（5）：513-520.

[14]Iseman J S，Naglieri J A. A cognitive strategy instruction to improve math calculation for children with ADHD and LD：a randomized controlled study[J]. Jour-nal of Learning Disabilities，2011，44（2）：184-195.

[15]Melby-Lerv?g M，Hulme C. There is no convi-ncing evidence that working memory training is effective：A reply to Au et al.（2014）and Karbach and Verhaeghen（2014）[J]. Psychonomic Bulletin & Review，2016，23（1）：1-7.

[16]Bierman K L，Nix R L，Greenberg M T，et al. Execu-

tive functions and school readiness intervention：impact，moderation，and mediation in the Head Start REDI program[J]. Develo-pment and Psychopathology，2008，20（3）：821.

[17]Baddeley A D，Kopelman M D，Wilson B A. The hand-book of memory disorders，2nd Edition // The handbook of memory disorders[M]. John Wiley & Sons，2002.

[18]Engle R W. Working memory capacity as execu-tive attention[J]. Current Directions in Psychological Science，2002，11（1）：19-23.

[19]Miyake A，Friedman N P，Emerson M J，et al. The unity and diversity of executive functions and their contributions to complex ‘frontal lobetasks：a latent variable analysis[J]. Cognitive Psychology，2000，41：49-100.

[20]Dahlin E，Nyberg L，B?ckman L，et al. Plas-ticity of executive functioning in young and older adults：Immediate training gains，transfer，and long-term maintenance[J]. Psychology & Aging，2008，23（4）：720-730.

[21]趙鑫，周仁来. 工作记忆中央执行系统不同子功能评估方法[J]. 中国临床心理学杂志，2011，19（6）：748-752.

[22]Logan G D，Cowan W B. On the ability to inhibit thought and action：a theory of an act of control[J]. Psychoog-ical Review，1984，91：295-327.

[23]Neuenschwander R，R?thlisberger M，Cimeli P，et al. How do different aspects of self-regulation predict successful adaptation to school？[J]. Journal of Experimental Child Psycho-logy，2012，113（3）：353-371.

[24]Redick T S，Heitz R P，Engle R W. Working memory capacity and inhibition：Cognitive and social consequences[J]. Inhibition in Cognition，2007：125-142.

[25]Lappin J S，Eriksen C W. Use of a delayed signal to stop a visual reaction-time response[J]. Journal of Experimental Psychology，1966，72（6）：805-811.

[26]Wager T D，Jonides J，Reading S. Neuroima-ging studies of shifting attention：a meta-analysis[J]. Neuroimage，2004，22（4）：1679-1693.

[27]Martin M M，Anderson C M. The relationship between cognitive flexibility and affinity-seeking strategies. In F. Columbus（Eds.），Advances in psychology research. Hauppauge，NY，US：Nova Science Publishers，2001.endprint

[28]李美华，沈德立，白学军. 不同年级学生认知灵活性研究[J]. 中國特殊教育，2007（8）：80-86.

[29]Corte E D，Mason L，Depaepe F，et al. Self-regula-

tion of mathematical knowledge and skills[J]. Routledge，2011，39（1）：67-76.

[30]Anghel D. Executive function in preschool children：working memory as a predictor of mathematical ability at school age[J]. Revista Romaneasca Pentru Educatie Multidimensionala，2010，2（4）：231-237.

[31]Sz?cs D，Devine A，Soltesz F，et al. Cognitive compo-nents of a mathematical processing network in，9-year-old children[J]. Developmental Science，2014，17（4）：506-524.

[32]Montroy J J，Bowles R P，Skibbe L E，et al. Social skills and problem behaviors as mediators of the relationship between behavioral self-regulation and academic achievement [J]. Early Childhood Research Quarterly，2014，29（3）：298-309.

[33]Maridaki-Kassotaki K. The relation between phono-logical memory skills and reading ability in Greek-speaking children：Can training of phonological memory contribute to reading development？[J]. European Journal of Psychology of Education，2002，17（1）：63-73.

[34]Berg D H. Working memory and arithmetic calculation in children：the contributory roles of processing speed，short-term memory，and reading[J]. Journal of Experimental Child Psychology，2008，99（4）：288-308.

[35]Blair C，Raver C C. Closing the achievement gap through modification of neurocognitive and neuroendocrine function：results from a cluster randomized controlled trial of an innovative approach to the education of children in kindergarten[J]. Plos One，2014，9（11）：e112393.

[36]李凌云. 小学五年级儿童数学学习策略干预对改善其执行功能的研究[D].硕士学位论文.苏州大学，2007.

[37]Ven S H G V D，Kroesbergen E H，Boom J，et al. The development of executive functions and early mathematics：A dynamic relationship[J]. British Journal of Educational Psychology，2012，82（1）：100-119.

[38]Lan X，Legare C H，Ponitz C C，et al. Inves-tigating the links between the subcomponents of executive function and

academic achievement：a cross-cultural analysis of Chinese and American preschoolers[J]. Journal of Experimental Child Psycho-lgoy，2011，108（3）：677-692.

[39]Huang H S，Hanley J R. Phonological awareness and

visual skills in learning to read Chinese and English[J]. Cognition，1995，54（1）：73-98.

[40]Best J R，Miller P H，Naglieri J A. Relations between executive function and academic achievement from ages 5 to 17 in a large，representative national sample[J]. Learning & Individual Differences，2011，21（4）：327-336.endprint

[41]Shonkoff J P. Protecting brains，not simply stimulating minds[J]. Science，2011，333（6045）：982-983.

[42]Diamond A，Lee K. Interventions shown to aid execu-tive function development in children 4 to 12 years old.[J]. Science，2011，333（6045）：959-964.

[43]Espy K A，Mcdiarmid M M，Cwik M F，et al. The contribution of executive functions to emergent mathematic skills in preschool children[J]. Developmental Neuropsychology，2004，26（1）：465-486.

[44]St Clair-Thompson H L，Gathercole S E. Execu-tive functions and achievements in school：Shifting，updating，inhibition，and working memory[J]. The Quarterly Journal of Experimental Psychology，2006，59（4）：745-759.

[45]van der Ven S H G. The structure of executive functions and relations with early math learning[D]. Doctord dissertation. Germany：Vtrecht Vniversity，2011.

[46]Best J R，Miller P H，Naglieri J A. Relations between executive function and academic achievement from ages 5 to 17 in a large，representative national sample[J]. Learning & Individual Differences，2011，21（4）：327-336.

[47]Lee K，Ning F，Hui C G. Interaction between cogni-tive and non-cognitive factors：the influences of academic goal orientation and working memory on mathematical performance[J]. Educational Psychology，2014，34（1）：73-91.

[48]S?derqvist S，Nutley S B. Working memory training is associated with long term attainments in math and reading[J]. Frontiers in Psychology，2015，6（118）：1711.

[49]Dilworth-Bart J E. Does executive function mediate SES and home quality associations with academic readiness？Early Childhood Research Quarterly，2012，27：416-425.

[50]Swanson H L，Beebefrankenberger M. The relation-ship between working memory and mathematical problem solving in children at risk and not at risk for serious math difficulties[J]. Cheminform，2004，100（2）：343-379.

（作者單位：北京师范大学教育学部课程与教学研究院，北京，100875）

编辑/刘 扬 终校/于 洪endprint