（课程与教学论专业论文）语音环路、视空间模板在同底数幂比较过程中的作用.pdf

语音环路和视空间模板在同底数幂比较过程中的作用 摘要 工作记忆是一个非常重要的记忆系统，它是现今认知心理学和神经心理学中的一个重 要研究领域。国内外学者关于工作记忆和算术认识的研究已经很多，但是关于工作记忆和 代数认知的研究却比较少。本研究针对于现今研究的空缺，探讨工作记忆系统中的语音环 路和视空间模板在同底数幂比较大小运算中的参与作用。 本研究采用的是双任务的实验范式，实验分为实验l 和实验2 两个部分。实验1 要求 被试在三种任务条件下完成同底数幂比较大小的主任务，三种任务条件分别为控制条件、 词语记忆任务条件和视空间记忆任务条件。其中控制条件要求被试在无次级任务的条件下 完成代数主任务，词语记忆任务条件和视空间记忆任务条件要求被试在完成代数主任务的 同时分别完成词语记忆任务和视空间记忆任务。实验l 的主要目的是研究语音环路和视空 间模板在同底数幂比较大小运算过程中的参与作用，以及在同底数幂比较过程中语音环路 和视空间模板的参与作用是否会随着数字间距离的大小而发生变化。实验结果表明：词语 记忆任务和视空间记忆任务显著干扰了同底数幂比较大小的过程，而且当底数与l 越接近 和两指数差越小时，词语记忆任务和视空间记忆任务对主任务的干扰效应越大。 实验2 要求被试在两种任务条件下完成同底数幂比较大小的主任务，两种任务条件分 别为视觉记忆任务和空间记忆任务条件。视觉记忆任务条件和空间记忆任务条件是要求被 试在完成代数主任务的同时分别完成图形形状记忆任务和图形空间位置记忆任务。实验2 的主要目的是研究视觉记忆和空间记忆在同底数幂比较大小过程中的作用，以及参与作用 是否会随着数字间距离的大小而发生变化。实验结果表明：视觉记忆任务和空间记忆任务 对同底数幂比较大小的干扰作用之间存在着明显的差异，并且随着底数与l 的距离以及两 指数差的变化视觉记忆任务和空间记忆任务表现出了不同的干扰趋势。 通过对实验结果的分析，我们认为：语音环路和视空间模板参与同底数幂比较大小的 判断过程，而且语音环路和视空间模板负荷随底数与1 的距离以及两指数差的减小而增大。 视空间模板中的视觉记忆和空间记忆在同底数幂比较大小中的参与作用具有不一致性。 关键词：工作记忆、语音环路、视空间模板、视觉记忆、空间记忆、双重任务、同底数幂 t h er o l eo ft h ep h o n o l o g i c a ll o o p ，t h ev i s u o - s p a t i a ls k e t c h p a di nt h ec o m p a r i s o no ft h es a m eb a s ep o w e r s a b s t r a c t ：t h ew o r k i n gm e m o r yi sai m p o r t a n tm e m o r ys y s t e m t h es t u d ya b o u tw o r k i n g m e m o r yi sav i t a l f i e l do fc o g n i t i v ep s y c h o l o g ya n dn e u r o p s y c h o l o g yn o w o v e r s e a sa n d d o m e s t i cs c h o l a r sh a v eh a dr e s e a r c h e dal o ta b o u tw o r k i n gm e m o r ya n da r i t h m e t i cc o g n i t i o n b u tt h er e l a t i o nb e t w e e nw o r k i n gm e m o r ya n da l g e b r a i cc o g n i t i o nw a sr e s e a r c h e dr a r e l y t h i s s t u d yw a st oe x p l o r et h er o l eo ft h ep h o n o l o g i c a ll o o p ，t h ev i s u o - s p a t i a ls k e t c hp a di nt h e c o m p a r i s o no f t h es a m eb a s ep o w e r s t h e r ea r et w oe x p e r i m e n t si nw h i c ht h ed u a l - t a s km e t h o d o l o g yw a su s e d i nt h e e x p e r i m e n t s1 ，s u b j e e l sw e f ea s k e dt of i n i s ha l g e b r a i cv e r i f i c a t i o nt a s ku n d e rt h r e ec o n d i t i o n s w h i c hw e r ep r i m a r yt a s kw i t h1 1 0s e c o n d a r yt a s k s ( c o n t r o lc o n d i t i o n ) ，c o n c u r r e n tw o r dm e m o r y t a s k s ( w o r d sr e m e m b e r i n gc o n d i t i o n s ) ，a n dc o n c u r r e u tv i s u n - s p a t i a lm e m o r yt a s k s ( v i s u o s p a t i a l r e m e m b e r i n gc o n d i t i o n s ) n 砖p u r p o s e so fe x p e r i m e n t1w a sd e s i g n e dt oe x p l o r et h er o l eo ft h e p h o n o l o g i c a ll o o pa n dt h ev i s u o s p a t i a ls k e t c hp a di nt h ec o m p a r i s o no ft h es a m e b a s ep o w e r s b yu s i n gd u a l - t a s kp a r a d i g m t h er e s u l t ss h o w e dt h a tw o r dm e m o r yt a s k sa n dv i s u o s p a t i a l m e m o r yt a s k ss i g n i f i c a n t l yd i s r u p t e dt h em a i nt a s k s ，a n dt h e s ed i s r u p t i o ne f f e c t si n c r e a s e dw h i l e t h ed i s t a n c eb e t w e e nb a s ea n d1 ，o rb e t w e e nt h et w oi n d e x e sd e c r e a s e d i nt h ee x p e r i m e n t s2 ，s u b j e c t sw e l ea s k e dt of i n i s ha l g e b r a i cv e r i f i c a t i o nt a s ku n d e rt h r e e c o n d i t i o n sw h i c hw e t ep r i m a r yt a s kw i t hc o n c u r r e n tv i s u a lm e m o r yt a s k s ( v i s u a lr e m e m b e r i n g c o n d i t i o n s ) 。a n dc o n c u r r e n ts p a t i a lm e m o r yt a s k s ( s p a t i a lr e m e m b e r i n gc o n d i t i o n s ) n 圮p u r p o s e o f e x p e r i m e n t2w a se x p l o r i n gt h er o l eo f v i s u a lm e m o r ya n ds p a t i a lm e m o r y , t h ec h a n g eo f t h e v i s u a la n ds p a t i a lm e m o r y sr o l ew i t ht h ec h a n g eo fd i s t a n c eb e t w e e nn u m b e r s t h er e s u l t s s u g g e s t e dt h a tt h e r ew a ss i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e nt h ev i s u a lm e m o r yt a s k s d i s r u p t i o n e f f e c ta n dt h es p a t i a lm e m o r yt a s k s a n dt h e i rd i s r u p t i o ne f f e c t sc h a n g e d 嬲t h ec h a n g i n go ft h e d i s t a n c eb o t w e e nb a s ea n d1 ，o rt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt w oi n d e x e s w es u g g e s t e dt h a tt h ev i s u a l m e m o r ya n ds p a t i a lm e m o r yb ei n v o l v e di nt h ec o m p a r i s o no fs a r f l cb a s ep o w e r s ，a n dt h e i rl o a d i n c r e a s e dw h i l et h ed i s t a n c eb e t w e e nb a s ea n d1 ，o rb e t w e e nt w oi n d e x e sd e c r e a s e d t h e r ew e r e d i f f e r e n c e sbe _ c 、v 嘲t h er o l e so fv i s u a lm e m o r ya n ds p a t i a lm e m o r yi nt h ec o m p a r i s o no fs a m e b a s ep o w e r s k e yw o r d ：w o r k i n gm e m o r y , p h o n o l o g i c a ll o o p ，v i s u o s p a t i a ls k e t c h p a d ，v i s u a lm e m o r y , s p a t i a l m e m o r y , d u a l t a s kp a r a d i g m ，t h es a m eb a s ep o w e r s 首都师范大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位沦文作者签名；承 两礴 同期：2 0 0 7 年4 月1 3 日 首都师范大学位论文授权使用声明 本人完全了解首都师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文 并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利 目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据 库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规 定。 学位论文作者签名：扫( 芍静 同期：2 0 0 7 年4 月1 3 日 语音环路和视空间模板在同底数幂比较过程中的作用 s w e l l e r 等人研究表明：认知负荷过重可能来自于教学内容本身和教学设计( s w e l l e r , 1 9 8 8 ；张春莉，1 9 9 9 ：s w e l l e r 等人2 0 0 3 ) ，因此深入理解工作记忆在数学认知过程中的作 用，将有助于我们掌握数学内容的认知过程中工作记忆的负荷情况，调整教学设计，从而 促进数学教学效率的提高。 1 引言 1 1 工作记忆 白1 9 7 4 年b a d d e l e y 和h i t c h 提出工作记忆的三成分系统后，工作记忆( w o r k i n g m e m o r y ) 概念逐步取代了早前的短时记忆概念。近三十多年来认知心理学和神经心理学 研究证实它是一个非常重要的记忆系统。工作记忆系统是专门负责信息加工的同时储存和 保持信息，并且容量有限的记忆系统( h u r o n , & t o w s e ，2 0 0 1 ) 。在许多复杂的认知活动中 工作记忆起着重要的作用，尤其是在高级认知任务中，它为信息加工、信息储存与保持提 供暂时性的空间。 b a d d e l e y 等人提出的工作记忆的三成分模型，这个模型一直被广泛接受。b a d d e l e y 等 人认为；工作记忆系统是由中央执行系统( c e n t r a le x e c u t i v e ) 、两个附属的信息储存和保持 的子系统( s u b s i d i a r ys l a v es y s t e m ) 组成。这两个附属的子系统分别是语音环路( p h o n o l o g i c a l l o o p ) 和视空间模板( v i s u o - s p a t i a ls k e t c h p a d ) ( l e e ，& k a n g , 2 0 0 2 ；b a d d e l e y , 2 0 0 2 ) 。其中， 中央执行系统是工作记忆模型的核心，负责管理认知任务中两个附属系统的大脑资源分配 以及提取长时记忆中相关的信息，同时它还负责注意资源的协调和策略的选择与计划( 杨 治良等人，1 9 9 9 ) 。m i y a k e 和s h a h ( 1 9 9 9 ) 研究指出中央执行系统还具有抑制无关信息的作 用。语音环路负责存储和保持语言信息，该子系统由两部分构成：一部分是语音存储，能 将语音信息保持1 2 秒；另一部分是发音复述加工，通过默读防止存储语音信息的消退或 保持存储的信息。视空问模板负责存储和短时保持视觉和空间材料信息( b a d d e l e y , 1 9 9 7 ) 。 工作记忆是一个容量有限的记忆系统。其记忆容量称之为工作记忆广度( w o r k i n g m e m o r ys p a n ) 。工作记忆广度一般分为简单工作记忆广度( s i m p l ew o r k i n gm e m o r ys p a n ) 和复合工作记忆广度( c o m p l e xw o r k i n gm e m o r ys p a n ) 。简单工作记忆广度主要指主体对信 1 息的被动保持能力；复合工作记忆广度不仅有主体对信息的保持能力，还需要更多的执行 功能参与的能力。 1 2 工作记忆和数学认知 工作记忆在数学认知中作用的研究历史最早可追溯到h i t c h ( 1 9 7 8 ) 的研究。在工作 记忆模型逐步成熟的基础上，二十世纪九十年代研究者开始关注工作记忆成分在数学认知 ( 特别是算术运算) 中参与作用的问题。l o g i e 和g i h o o l y 等人( 1 9 9 4 ) 最早利用双重任 务实验范式探索了工作记忆成分在多位数加法中的参与作用。在此之后的近十多年来，研 究者均采用双重任务的方法来研究工作记忆在算术认知中的作用( 王明怡，2 0 0 5 ；l o g i e 等人，1 9 9 4 ；l e m a i r e ，1 9 9 6 ；d er a m m e l a e r e 等人，1 9 9 9 ：s e i t z 等人，2 0 0 0 ：l e e ，k a n g ， 2 0 0 2 ：f t i r s t ，h i t c h ，2 0 0 0 ：d er a m m e l a e r e ，2 0 0 2 ：n o e l 等人，2 0 0 1 ；s e y l e r 等人，2 0 0 3 ： h i t c h ，1 9 7 8 ) 。到目前为止，关于工作记忆和数学认知间关系的研究多集中于初等算术认 知领域，对更为抽象的代数内容的研究相对较少。早期的初等代数运算研究表明：一些简 单代数运算需要工作记忆资源的参与( a n d e r s o n , & l e b i e r e ，1 9 9 6 ；c a r l s o n 等人，1 9 8 9 ； a n d e r s o n 等人。2 0 0 3 ) ，但这些研究并未对语音环路和视空间模板两者的参与作用进行区 分；也有研究者认为：较算术运算信息而言，代数运算信息可能更具有视觉特性( a n d e r s o n 等人，2 0 0 3 ；k i r s h n e r , 2 0 0 4 ；连四清，方运加，2 0 0 6 ) ，但这些相关结论并没有得到更多的实 验证据支持。 1 2 1 研究方法 双重任务实验方法是一种常用的研究工作记忆作用的方法。双重任务实验方法是指被 试在完成一项主任务( m a i nt a s k ) 的同时，完成另一项次级任务( s e c o n d a r yt a s k ) 。由于工 作记忆的容量是有限的，当同时进行两项任务时，如果主任务和次级任务需要相同的工作 记忆子系统资源的参与，那么两项任务必然会产生相互干扰( s e y l e r , k i r k , 2 0 0 3 ) 。为了研 究方便，通常情况下，尽可能让次级任务充分利用工作记忆子系统资源，如果完成主任务 同时也需要与次级任务相同的工作记忆子系统资源的参与，必然会表现出主任务的完成受 到干扰。次级任务对主任务的干扰效应主要表现为反应时间的延长，或者错误率的增加， 或者反应时间延长的同时错误率也增加。 1 2 2 语音环路、视空间模板在算术认知中的作用 h i t c h ( 1 9 7 8 ) 首先通过实验证实了工作记忆在多位数加法中的作用，在此之后越来越 多的研究开始关注工作记忆和算术认知间关系的问题。例如，s e y l e r 和k i r k ( 2 0 0 3 ) 利用 双重任务的研究方法证明了在减法运算中也需要工作记忆的参与。随着研究的不断进行， 研究者们开始将工作记忆各子系统在算术认知的作用做进一步的区分研究( 陈英和，耿柳 娜，2 0 0 4 ) 到目前为止，研究多数集中于算术认知领域。 1 2 2 1 语音环路在算术认知中的作用 语音环路是负责存储言语信息的子系统，研究它在算术加工中的作用时，研究者采用 的主要实验方法是双重任务的研究方法。其中，采用的言语抑制次级任务主要是言语复述 任务( 王明怡，陈英和，2 0 0 5 ) 。以往的研究证明了语音环路在算术认知中起着重要的作用， 特别是在心算加法( l o g i e ，g i l h o o l y & w h 毗1 9 9 4 ；l e m a i r e ，a b d i & f a y o l ，1 9 9 6 ；b a d d e l e y , 1 9 9 6 ) 和乘法( s e i t z , & s c h u m a n n - h e n g s t e l e r , 2 0 0 0 ；l e e ，k a n g , 2 0 0 2 ) 中。 d er a m m e l a e l e r e 等人( 1 9 9 9 ) 研究工作记忆资源在判断简单加法心算正误中的作用， 他们采用的也是双重任务研究方法，要求被试进行判断简单加法心算正误的同时进行言语 抑制( a r t i c u l a t o r ys u p p r e s s i o n ) 任务。他们发现语音环路对于判断简单加法运算正误没有 显著性的参与作用，而这个结果与l e m a i r e 等人在1 9 9 6 年的研究结果有一些不同。通过对 比分析发现：造成结果不一致的原因可能是l e m a i r e 等人采用的言语抑制任务中有中央执 行系统成分的参与。现在我们具体介绍一下两个实验的言语抑制任务：l e m a i r e 等人是让 被试进行加法判断的同时以2 秒钟的速度重复 t h e 这个单词；而d er a m m e l a e l e r e 等人是 要求被试连续不断的重复“t h e ”这个单词，不需要控制其速度。由此可以看出后一种方法只 是加重了语音环路的负荷，而前者由于对速度的限定，可能需要较多中央执行系统资源的 参与。l e e 和k a n g ( 2 0 0 2 ) 也利用了双重任务的实验范式研究了工作记忆的语音环路与算 术运算( 乘法和减法) 的关系。他们要求被试进行算术运算的同时连续不断地重复非单词 字母串，结果发现：语音环路参与乘法运算，但是不参与减法运算。综合前面的研究方法， d er a m m e l a e l e r e 等人( 1 9 9 9 ) 采用的言语复述、l e e 和k a n g ( 2 0 0 2 ) 采用的非单词字母 串复述这两种方法和理性更强一些。我们认为其中的字串复述可能在实验中更容易控制， 可以更好的避免其它工作记忆成分的参与。 l o g i e 等人( 1 9 9 4 ) 还通过实验中材料的呈现方式不同而证明了：题目采用视觉的呈 现方式相对于用听觉的呈现方式而言。可以大大降低语音环路的负荷。实际上，这个结论 在我们的实际生活中也是可以验证的，我们可以将它很好的应用于实验中，进而融入与我 们的教学中。 1 2 2 2 视空间模板在算术认知中的作用 视空间模板负责视觉和空间材料信息的维持和加工，m c l e a n 和h i t c h ( 1 9 9 9 ) 通过实验 证实，算术学习困难的学生语音环路的功能正常，但他们的视空间模板功能却存在着缺陷。 说明了视空间模板对于儿童算术认知的发展起着相当重要的作用。 实验研究中，常采用手动击键( v i s u o s p a t i a lt a p p i n g ) 的次级任务来抑制视空间模板的 信息保持功能，手动击键就是要求被试连续不断地敲击键盘上的某些按键。s e i t z 和 s c h u m a n n - h e n g s t e l e r ( 2 0 0 0 ) 采用手动击键的次级任务，研究证明视空间模板不参与乘法 运算。但是采用这种手动击键任务可能会因为控制不当，使被试按照一定的节拍击键，会 造成降低视空闺模板的负荷，从而干扰实验效果。l e e 耜k a n g ( 2 0 0 2 ) 在利用双重任务范 式研究语音环路与算术运算的关系的同时也研究了视空间模板与算术运算之间的关系。他 们采用的抑制方法是让被试进行简单算术运算的同时记忆题目前出现的图像形状和位置， 并在运算后根据记忆在备选答案中选择出相同的图像，其中图像位置以平面直角坐标系的 四个象限作为区分。研究结果发现，视空问模板参与减法运算却不参与乘法运算。l o g i e 等人( 1 9 9 4 ) 曾以手动击键和回忆不相关的图像作为次级任务，研究发现，视空间模板不 参与复杂的加法运算，但是参与估算和近似计算；另外，n o e l 等人( 2 0 0 1 ) 的研究也发现， 视觉相似图形对多位数加法的干扰作用不显著，再次证明了视空间模板可能不参与复杂加 法运算。虽然目前关于视空间模板的研究很多，但是还不能完全确定视空间模板是否参与 复杂算术运算? 近年来，有关视空间模板是否具可分性是研究的另一个焦点。神经心理学的研究者提 出视空间模板可能包含两个元素，一个是视觉元素，与颜色形状有关；另一个是空间元素， 与位置有关( 杨治良等人，1 9 9 9 ) 。刘晓平等人( 2 0 0 3 ) 通过复合线条实验，也证明视空 阃模板可能存在两个不同的视空间记忆子系统颜色和方位。但v o g e l 等人( 1 9 9 7 ，2 0 0 1 ) 提出，记忆的存储单位是物体，无论物体由多少个特征，都是作为一个整体被储存的。 本研究中通过被试完成主任务的同时，回忆图形形状和位置的次级任务来重复的干扰 视空间模板的视觉和空间成分，从而检验它们是否参与同底数幂的比较过程。为此，我们 在试验2 中还进一步将次级任务进行区分，分为单独记忆图形形状和单独记忆图形位置， 对视空间模板的视觉成分和空间成分进行分别研究。 1 3 算术认知任务中的距离效应 在关于抽象数字加工的研究中，研究者发现数字比较大小时存在着距离效应( s p l i t e f f e c t d i s t a n c ee f f e c t ) 。距离效应是指对给定的两个数进行大小判断时，随着两个数字之间 的距离的减小，判断的难度会增加。如，判断的时间会延长，判断的错误率会增加( 刘超， 傅小兰。2 0 0 4 ) 。1 9 6 7 年，m o y e r 和l a n d a u e r 研究发现一位数的大小比较中存在着距离效 应( b r y s b a e r t , 1 9 9 5 ) ；a s h c r a f 等人( 1 9 7 8 ) 和z b r o d o 等人( 1 9 9 0 ) 也同样通过实验验证 了在算术等式判断的任务中，存在由距离效应所引起的：错误结果与正确结果数字越接近 反应时间就越长( l e m a i r e 等人，1 9 9 6 ) ；d e h a e n e 等人( 1 9 9 0 ) 通过让被试比较任意两位 数与5 5 的大小时发现：当所给数字距离5 5 越接近，被试的错误率越高、反应时间越长， 并且当两个比较大小的数字并列出现时，较大的数字出现在右侧比出现在左侧被试的反应 时间要短；d er a m m e l a e l e r e 等人( 1 9 9 9 ) 的研究也提出了心算受到距离效应的影响，当 错误的加法答案与正确的答案之间距离越接近被试越难于判断，实验中他们将数字之间的 距离分为l 和5 ，结果表明：这两种不同的间隔距离确实对被试作出判断的反应时间产生 了显著影响，即产生了明显的距离效应。探究所有上述研究现象产生的心理根源，造成距 离效应可能是因为被试采取的证实策略不同，然而不同的策略解释是否就意味着工作记忆 系统在比较大小中的参与作用就是不同的? 但就目前而言，我们还不能确定。 由于我们尚不清楚在比较两数大小时，随着两个数字之间的距离减小，工作记忆作用 是否会发生变化。因此，在本研究中检验了在同底数幂比较大小中是否也存在着距离效应， 根据幂的复杂性将底数与l 的距离和两个指数之间的距离各分为两大类距离为1 和5 ， 从而检验各种工作记忆成分的参与作用是否随着数字间距离的变化而发生变化。 1 4 研究问题的提出 工作记忆是最近认知心理学研究中的热点，本研究将在前人研究的基础上进一步丰富 和补充研究工作记忆对数学认知的作用。如上面文献综述中所述，工作记忆在算数认知中 的作用，以往的研究主要集中于工作记忆与初等算术的关系，而关于工作记忆对高中数学 知识学习的参与作用的研究确很少。因此，本研究参考以往研究的方法，进一步研究个体 在学习高中数学知识时的认知加工特点。在高中数学知识的学习中，由于高一的学生处于 初中到高中学习的过渡阶段，还没有完全适应高中学习的特点。尤其在学习指数函数这一 5 部分时，他们对这部分知识常感到不容易接受。在指数函数这一章学习中，同底数幂比较 大小是指数函数单调性应用的一个重要方面。对这部分知识的认知加工特点的研究，以及 对研究的结果的理论分析，将可以为实际教学工作中设计教学提供科学的理论依据，增强 教学的针对性。 本研究除了弥补以往研究中的空缺外，还将就以往研究中的争论点进行验证。即：检 验工作记忆子系统中的视空间模板是一个整体不可分的记忆单元，还是可以分为视觉记忆 和空间记忆成分? 另外到且前为止，我们尚不清楚，语音环路和视空间模板的作用是否会 随着数字间距离的大小而发生变化。因此，本研究探索的另一个问题是：当两个数间的距 离发生交化时，语音环路和视空间模板的作用是否会发生变化? 1 5 研究目的 本研究的研究内容主要有以下几个目的：( 1 ) 探索语音环路和视空间模板是否参与同 底数幂比较大小的过程；( 2 ) 探索在同底数幂比较大小中语音环路和视空间模板的参与作 用是否会随着数字间距离大小变化而发生变化；( 3 ) 进一步探索在同底数幂比较大小中视 觉记忆和空间记忆的参与作用及参与作用的变化。 2 实验设计 2 1 实验1 语音环路、视空间模板在同底数幂比较大小中的作用 2 1 1 研究方法 实验设计：本实验研究采用的是双重任务的研究方法：3 ( 三种任务条件) x 3 ( 三种 底数类型) x 2 ( 两种指数类型) 的重复实验设计。其中，三种任务条件包括：控制条件、 词语记忆任务条件和视空间记忆任务条件；三种底数类型包括：底数大于0 小于1 、底数 大于l 小于2 和底数大于5 小于6 ；两种指数均为正整数，两种指数类型包括：差的绝对 值等于l 和差的绝对值等于5 。研究因变量为：主任务的反应时和错误率，以及次级任务 的错误率。 被试：征召3 0 名大学生，自愿参加，要求已经学习过指数函数的内容；能够熟练应 用指数函数的性质，右利手、具有正常或经校正后正常视力。 实验材料：根据距离效应将两指数差的绝对值i 而一毪1 分为等于l 和等于5 ，这样根据 3 ( 三种底数差类型) 2 ( 两种指数差类型) 将同底数幂比较大小题目分为六类，即： 袁数0 a l ，指数k 一屯l - l ，如：0 1 5 与o 1 4 ，0 5 9 与o 5 8 i 底数o 口 l ，指数k - x 2 = 5 ， 如：o 1 6 与o 1 1 ，o 5 7 与o 5 2 ；底数l 口 2 ，指数k x 2 i = l ，如：1 2 5 与1 2 4 ，1 3 9 与 1 3 8 ； 底数1 口 2 ，指数k 一而f = 5 ，如：1 2 6 与1 2 1 ，1 3 7 与1 3 2 ；底数5 盯 6 ， 指数k x 2 1 - - 1 ，如；5 2 5 与5 2 4 ，5 3 9 与5 3 8 ；底数5 口 6 ，指数k 一屯l = 5 ，如： 5 2 6 与5 2 1 ，5 3 7 与5 3 2 ，每类题目8 各道，共4 8 道题，具体内容请详见附录l 。 数值的比较大小可能存在方向性的特点( d e h a e n e 等人，1 9 9 0 ) ，因此实验中对较大数 值和较小数值出现的位置做了平衡处理。其中，每类题目中4 道题较大数值出现在右侧较 小数值出现在左侧，4 道题较大数值出现在左侧较小数值出现在右侧，并按照随机顺序呈 现。为了避免由于问题中数字位数不同而形成的问题难度效应，本实验中底数使用两位数 ( 一个整数位和一个小数位) ，指数使用指数为十以内非零自然数( 一位的非零整数) ，这 些数字按相应要求随机组合。 词语记忆材料的词语是出现频率相似的常用词语，如“散步”、“音乐”、“暖和”、“最 后”等共4 8 个，具体见附录2 ；视空间记忆任务材料是不同形状和位置随机出现的简单几 何图形，如心形、长方形、六边形、星形等共1 2 种，具体见附录2 。 实验设备：一台普通的p c 机，并且安装了实验测试的系统。p c 机的显示器为1 7 英 寸，材料中字母和数字使用t i m e sn e wr o m a n 字体、中文字使用宋体，所有字号大小为 三号，屏幕背景为白色，材料为黑色，呈现于屏幕正中央。 实验程序：被试先做8 个同底数幂比较大小的题目作为练习，要求被试以最快的速度 对题目做出正确判断，使被试熟悉做主任务的要求；主任务练习后，被试完成主任务的同 时分别进行言语干扰和视空间干扰任务的练习，要求被试主任务和次级任务同时进行，并 尽量保持两项任务的准确性。用于练习的题目在正实验中不再重复出现；每种任务条件的 练习至少2 组，直到被试熟悉实验的要求和过程。 练习之后，由一名主试监督对每个被试分别进行正式实验，为了避免顺序效应通过抽 签的方式选择三种任务条件的测试顺序。每种任务条件的主任务一致( 即完成一套同底数 幂比较大小的题目) ，但同时进行的次级任务不同( 三种任务条件分别为无次级任务、词 语记忆任务和视空间记忆任务) 。具体操作如下( 每种任务条件之间隔1 0 分钟) 。 控制条件下，只要求被试完成一套同底数幂比较大小的题目。被试坐在p c 机前约5 0 c m 处，平视显示屏，做好准备后，实验正式开始。呈现题目之前，首先出现提示语“这是一个 简单的同底数幂比较大小的任务，你要快速准确地点击鼠标做出反应( 如果左边的数比右 边的数大，请按击鼠标左键，如果左边的数比右边的数小，请按击鼠标右键) 。实验开始 时，在屏幕中央出现一个+ ，为注视点，持续时间为5 0 0 毫秒，然后在+ 消失处出现实验 材料( 两个同底数幂) 。”，被试看清要求后，用鼠标点击屏幕下方的“开始测试”。然后在 屏幕中央显示一个红色的+ ，持续5 0 0 毫秒。 接着+ 消失，在+ ，消失的地方开始随机呈现题目，底为白色矩形框，若被试在4 0 0 0 m s 内不做出反应，题目将消失变为自板。被试要以最快的速度按提示语的要求点击鼠标左键 或右键做出反应，待被试做出反应后立即呈现下一个题目，一套题目全部完成后，出现“测 试完成”字样提示被试此任务条件的测试结束。被试做每个题目的反应时为从题目呈现到被 试第一次点击鼠标为止，每个题目后和每套题目后均没有对反应正误的反馈，由测试系统 自动记录被试的反应时和错误率。 词语记忆任务条件下和视空间条件下，分别要求被试在完成与控制条件相同的主任务 ( 同底数幂比较大小) 的同时记忆一个汉语词语或记忆一个图形的形状和位置。主任务与 控制条件除题目的呈现顺序不同外完全相同；词语记忆任务条件是在呈现每个题目的同 时，在矩形框中题目的前面呈现一个汉语词语，如“上课”、“今天”、“高兴”、“但是”等， 要求被试对主任务尽量迅速、正确地做出判断的同时准确记忆这个词语；视空间记忆任务 条件是在呈现每个题目的同时，在矩形框中题目的四个角上随机呈现一个醒目的几何图 形，如五角星、三角形、正方形等，要求被试对主任务尽量迅速、正确地做出判断的同时 准确记忆图形的形状和所在位置。这两种任务条件的测试方式与控制条件大致相同，只是 每四个题目后出现白板测试暂停，主试安排被试按顺序回忆这四个题目前出现的每个词语 或每个图形的形状和位置，并记录被试回忆错误率，不做正确与否的反馈。 2 1 2 实验结果 本实验对因变量进行了3 ( 三种任务条件) 3 ( 三种底数类型) 2 ( 两种指数类型) 的重复测量方差分析，任务条件、底数类型和指数类型均为被试内因素。其中三种任务条 件为控制条件、词语记忆任务条件和视空间记忆任务条件，以下简称控制条件、词语条件 和视空间条件，三种底数类型为底数o 口 l 、l 口 2 和5 口 6 ，以下分别简称底数类 型一、底数类型二和底数类型三，两种指数类型为指数之差l 毛一屹l = 1 和i 而一而i = 5 ，以下 分别简称指数类型一和指数类型二。 2 1 2 1 反应时 被试反应错误的题目的反应时不计入统计分析中，平均反应时和标准差的描述性统计 结果如表1 1 所示。由表1 1 可以看出，实验1 中与控制条件下比，无论何种类型的同底 数幂进行比较大小的反应时均受到次级任务一定程度的影响。 裹1 0 l 主任务反应时的描述性统计结果( m s ) 对反应时进行3 ( 三种任务条件：控制条件、词语条件和视空间条件) 3 ( - - 种底数 类型：底数类型一、底数类型二和底数类型三) 2 ( 两种指数类型：指数类型一和指数类 9 - 型- - ) 的重复测量方差分析，结果表明( 如表l - 2 所示) ：任务条件、底数类型和指数类型 的主效应均显著( 任务条件：f ( 2 5 4 ) _ 1 8 3 5 8 ，p 0 0 0 1 ；底数：f ( 2 ，5 4 ) - 2 3 5 8 ，p 0 0 0 1 ；指 数：f ( l 2 7 ) = 2 1 3 4 ，p 0 0 5 ， 矿- - 0 ，0 6 ) ，见图1 1 所示；任务条件与两种指数类型的交互作用显著( f ( 2 。5 4 ) = 5 0 9 ，p 0 0 5 ， 矿= o 0 3 ) 。任务条件、底数类型与指数三因素交互作用显著( f “1 0 8 ) = 4 0 1 ，p 0 0 1 ，t 2 = o 1 3 ) 。 这说明：任务条件、底数类型和指数类型在同底数幂比较大小的反应时上的主效应均很显 著。 裹1 2 实验1 主任务反应i n 3 x 3 x 2 重复测量方差分析结果 注：表示显著性水平为0 0 5 。表示显著性水平为0 ，o l ，+ 表示显著性水平为0 0 0 1 分别将词语记忆任务条件、视空间记忆任务条件和控制条件的反应时，进行事后检验 发现：词语记忆任务条件下的反应时间( 1 2 8 9 m s ) 和视空间记忆任务条件下的反应时间 ( 1 9 0 7 m s ) ，均显著长于控制条件下的反应时i a 可( 1 0 6 4 m s ) ( 词语条件：f ( 1 ，2 矿7 7 2 7 ，p 0 0 0 1 ， 1 7 2 ：0 7 4 ；视空间条件：f ( i , 2 7 ) - - - 2 3 9 9 7 ，p o o o l ，7 2 = o 9 0 ) 。这说明，同底数幂比较大小的 反应时受到了词语记忆任务和视空问记忆任务的显著于扰。 事后检验发现：底数类型一的平均反应时 ( 1 4 8 9 m s ) 显著长于底数类型二的平均反应时 ( 1 3 8 9 m s ) ( f o , 2 - o = 2 6 5 6 ，p o 0 5 ，产= o 0 1 ) 。这说明，底 数与1 的比较大小未表现出随着两个数之间距离 的增大而反应时明显增长。任务条件底数类型 两个因素的交互作用不显著，说明与控制条件相 比，词语记忆任务和视空间记忆任务对同底数幂 比较大小的反应时的干扰作用未随着底数与1 之 间的距离变化而变化。 分别对指数类型一和指数类型二的反应时， 进行事后检验发现：指数类型一的平均反应时 ( 1 4 4 4 m s ) 显著长于指数类型二的平均反应时 ( 1 3 9 5m s ) ( f ( u , 2 - o = 2 1 3 4 ，p o 0 5 ) ，但对 底数类型二的干扰效应显著大于对底数类型三的干扰效应( 1 3 5 m s ) ( f ( 1 ，2 7 ) - = 4 4 5 6 ，p 0 0 5 ) ，但对底数类型二的干扰效应显著小于对底数类型三的干扰效应( 3 3 6 m s ) ( f ( 1 0 矿9 5 9 7 , p o 0 5 ) 。结果说明：在比较指数类型二的同 底数幂大小时，底数接近l 词语记忆任务和视空问记忆任务对主任务的干扰越小。 2 1 2 2 错误率 平均错误率和标准差的描述性统计结果如表1 3 所示。由表1 - 3 可看出，实验1 中与 控制条件下比，无论何种类型的同底数幂进行比较大小的错误率均受到次级任务一定程度 的影响。 裹l - 3 圭任务错误率的描述性统计结果( ) 对错误率进行3 ( 三种任务条件：控制条件、词语条件和视空间条件) x 3 ( 三种底数 类型：底数类型一、底数类型二和底数类型三) x 2 ( 两种指数类型：指数类型一和指数类 型- - ) 的重复测量方差分析，结果表明( 如表l _ 4 所示) ：任务条件和底数类型的主效应显 著( 任务条件：f ( 2 ，蛳= 3 2 3 ，p o 0 5 ，j 7 2 = o 0 3 ，任务条件指数类型：f ( 2 ，5 4 ) - o 4 2 ，p 0 0 5 ，玎2 = o 0 2 ；底数类型指数类型：f ( 2 ，5 4 尸0 7 0 ， p o 0 5 ，矿= o 0 3 ；底数类型底数类型指数类型f ( 4 1 0 s ) = 1 8 7 1 ，p o 0 5 ，矿卸0 7 ) 。这说明： 任务条件和底数类型在同底数幂比较大小的错误率上的主效应均显著，而指数类型的主效 应不显著。 1 2 表1 4 实验1 主任务反应摩 3 3 x 2 重复测方差分析结果 注：袭示显著性水平为0 0 5 ，+ 表示显著性水平为0 o l ，表示显著性水平为o 0 0 1 事后检验发现：词语记忆任务条件下的错误率( 4 2 ) 与控制条件下的错误率( 2 9 ) 没有显著差异( f ( 1 ，2 7 ) - 3 0 1 ，p 0 0 5 ，矿= o 1 0 ) ；视空间记忆任务条件下的错误率( 4 9 ) 显著高于控制条件下的错误率( 2