空间认知：探索数学世界的“导航仪”

近日，上海儿童医学中心的“空间与数学学习困难门诊”引起了广泛关注与热烈讨论。空间认知能力在数学学习中扮演着重要角色：掌握几何概念、分析统计图表、利用竖式进行运算……空间认知能力不足会严重影响学生的数学成绩，还可能影响物理、化学、地理等自然科学的学习。而“数学门诊”的出现，为学生和家长提供了一种新的解决思路。

为什么数学等理科成绩不好要去关注空间认知能力？空间认知能力可以提高吗？我们怎样判断孩子是否应该去看“空间与数学学习困难门诊”？本文从认知科学角度探讨空间认知与数学等STEM学科学习之间的联系，介绍空间认知能力的日常评估方式，并为提升空间认知能力提供可操作的方法。

空间认知是数学学习最关键的支撑

空间认知是指我们在头脑中生成、操纵和推理物体（或物体的各部分）之间空间关系的认知过程。它不仅有助于识别方向、寻找路线、定位目的地，还能使我们在头脑中操纵物体的图像，帮助我们快速将钥匙插进锁孔、识别适合装鱼的盘子、将一堆衣物和日用品装进行李箱，等等。

空间认知是数学学习的基础，对于数学成绩有着关键影响。心理学家和教育学家进行了大量研究，发现空间认知能力与数学能力之间有着密切而稳定的正相关关系。

空间能力与几何学习的关系是人们很容易想到的，解读图表或对齐竖式中的数位也明显包含空间成分，但空间认知对于数学学习的支撑性作用并不仅限于此。研究表明，在解决数量计算问题时，大脑中与空间有关的认知过程会被自动激活。我们在头脑中旋转物体表象（心理旋转）时和在心算时激活的大脑区域有着高度的重叠，这表明空间认知过程与计算加工存在共同的神经机制。

这些来自认知神经科学的研究结果为心理学家探讨多年的一个观点提供了有力的证据，即：我们是以空间形式来表征数量的，在看到或想到一个数字时，我们头脑中激活的并不仅仅是一个语言符号，还有与这个数值相对应的空间的大小，类似一个长度或一块面积。

因此，空间认知对于数学学习的作用是基础性的。当我们以空间形式表征数量时，所有与数量有关的计算和推理都要以这种空间表征为基础。图表、竖式和模型等并不是为数学学习附加了空间成分，而是帮助我们将头脑中的空间表征外化，为解决数学问题提供了必要的空间工具。

空间认知能力是可以提高的吗

空间认知能力的个体差异显而易见。有些人能依靠地图在陌生而复杂的环境中熟练地找路，有些人却会在生活了多年的小镇里迷失方向；有些人热衷于购买宜家家具只为了自己组装的乐趣，有些人却对着乐高图纸一筹莫展。这种个体差异具有一定的遗传性，但空间能力并非固定不变，大多数空间技能具有中度到高度的可塑性，即使是成年人也可以通过练习来提高，且练习效果持久、具有较高的迁移性。

一方面，对于孩子来说，最重要的练习机会来自环境中的空间材料和日常生活中的空间活动。拼图、积木，可供造型的泥和沙，是孩子们锻炼空间技能的极佳材料。他们从各个角度观察积木的几何形状，根据拼图上的图案思考它们之间的空间联系，在捏制泥碗和堆砌沙堡的过程中体验形状和位置的变化。多项研究发现，早期拼图和积木游戏能够提高孩子的空间认知能力，而且可能产生终生的积极影响。

另一方面，在更广阔的空间环境中积累空间经验也是极为重要的。社区街巷中的捉迷藏游戏、博物馆中的按图索骥、动物园里的路线规划，甚至在山顶、高楼或飞机上的俯瞰，都是珍贵的空间经验，为孩子提供了有效的空间学习机会。

在这些活动中，空间语言是一个特殊的成分，对于低龄儿童的空间认知能力发展起着关键的促进作用。在生活情境中较多接触“上”“下”“在……里”等空间关系表达的孩子，能够更有效地解决空间问题，因为这些表达可以引导他们去关注环境中的空间信息，积累更多、更丰富的经验；同时，这些孩子也会更熟练地掌握空间语言，为解决较为复杂的空间问题提供工具。因此，我们可以和宝宝一起玩积木、玩拼图，聊一聊积木的形状或大小；在孩子想要玩具时，家长可以描述空间位置让他自己去找……在潜移默化中，这些看似漫不经心的日常对话可能为孩子的空间认知能力发展起到关键的作用。

空间认知能力是可以通过练习来提高的。对于大多数孩子，特别是年龄较小的孩子来说，更有效的练习方式并非进行专门的训练，而是在游戏和日常活动中积累经验。作为家长，大可不必去寻找提高孩子空间能力的“专业性秘籍”，也不用让孩子参加专门的“空间能力开发与辅导”，只需要在日常生活中多鼓励孩子玩一玩积木（及其他空间成分较高的玩具）、多带孩子出去游玩、在组装家具或拆装物品（哪怕是安装电池）时多让孩子观察参与，并在这个过程中多和孩子聊一聊，就能达到更好的效果。

空间能力缺陷的鉴别与辅导

既然空间认知能力可以通过日常活动和游戏得到提高，“空间与数学学习困难门诊”又是做什么的？哪些孩子需要去这个门诊呢？在绝大多数情况下，人们不会因为空间认知能力较弱寻求专业帮助，因为在现代城市生活中，即使在寻路或拼装家具等空间活动中遇到了困难，我们也很容易通过各种辅助工具或社会性帮助来解决。但是，作为数学学习的关键支撑，空间认知能力的不足很可能会导致数学成绩的严重落后，并对其他理科课程的学习产生长期影响。

所以，“空间与数学学习困难门诊”主要针对已经在数学学习中感到明显困难的孩子而开设，希望通过对空间认知能力的评估，找到他们数学学习困难的原因并提供针对性帮助。

当然，这并不是说，孩子的数学成绩不好就要去做评估、看医生。数学成绩不好有多种原因，大多数孩子并不存在空间认知方面的缺陷。作为家长，可以根据孩子的成长经历和日常表现做出初步鉴别，判断自己的孩子是否需要去“空间与数学学习困难门诊”就诊。

在进行这种判断时，以下几个方面是特别需要关注的。

第一，孩子在数学学习中存在严重的“教不会”的情况。也就是说，孩子具有足够的学习机会，也付出了相当的努力，教师或家长给予了有针对性的学习指导，但孩子仍然难以学会某些数学知识或技能。这时，无论孩子的数学成绩是严重落后还是轻度落后，都建议去寻求专业帮助。

第二，孩子在年龄较小时就表现出了空间活动方面的困难或抵触情绪。例如，3岁时不能将两块积木平稳地摞在一起、4岁时不能将积木塞进适当形状的孔里、6岁时还不能在居住的小区中找到回家的路、上小学后仍然看不懂简单的积木图纸或地图，都可能是空间认知能力落后的表现。此外，拒绝拼图、积木、折纸、棋类等玩具也是值得关注的迹象。这些孩子很可能在空间几何类的题目中已经表现出了严重的成绩不良，甚至还会在算术和其他STEM学科的学习中遇到困难。

第三，平时写字或画画时经常出现空间关系错误。例如，写字母、数字时常常上下或左右颠倒，画出的小动物四肢扭曲、植物的叶子长在花瓣上，画不出物体的远近关系或立体感。这种情况在刚入学时偶尔出现是正常的，但如果情况较为严重或持续时间较长，则建议进行专业评估。

综上所述，空间认知能力在数学等STEM学科的学习中至关重要。通过日常的活动、游戏与对话，我们可以有效地提升孩子的空间能力，让他们在玩中学。不过，如果孩子已经在数学学习中遇到了明显的困难，或者表现出强烈的负面情绪，那么建议及时寻求专业的帮助，获得有针对性的评估与干预。最终，我们希望的是帮助孩子们克服学习困难、缓解焦虑，让孩子们快乐而高效地学习。