（应用心理学专业论文）工作记忆容量、中央执行系统子功能、推理能力与高考成绩的关系研究.pdf

摘要 本研究深入地分析了工作记忆容量、中央执行系统子功能以及推理能力与学 业成就之间的关系，应用非参数检验、相关和回归分析分别考察了文、理科大学 生在3 项认知能力( 即工作记忆广度、中央执行功能和推理能力) 上的差异性、 各项认知能力之间的关系及其对高考成绩的预测效应。被试为西北大学大一文、 理科的健康本科生，3 2 0 名，完成以下6 个实验：数字工作记忆广度、视空间工 作记忆广度、倒数三位字母刷新任务、整体一局部图形转换任务、反向线索任务、 瑞文推理测验。高考各门成绩单独收集。主要结论如下： ( 1 ) 视空间工作记忆广度和数字工作记忆广度与中央执行系统中刷新功能 显著负相关：同时这两个工作记忆广度与瑞文推理测验也显著正相关，其中视空 间工作记忆广度任务与瑞文推理测验之间的相关度比数字工作记忆广度任务与 瑞文推理测验之间的相关要高；中央执行系统的转换功能与抑制功能相关不显 著，而刷新与抑制、刷新与转换之间都达到了显著相关。 ( 2 ) 理科生的视空间工作记忆广度( 容量) 明显高于文科生。文科生在刷 新功能上明显高于理科生。 ( 3 ) 在工作记忆广度与高考成绩的关系上，数字工作记忆广度与文科的语 文成绩和理科的英语成绩相关显著，而视空间工作记忆广度则与文理科所有的成 绩都不存在相关性。在中央执行功能方面，刷新功能与文科的各门成绩都相关， 而仅与理科的数学成绩相关。转换功能和抑制功能与各科高考成绩不存在相关 性。在推理能力与高考成绩的关系上，推理与文科的数学、英语、高考总成绩都 相关显著，与语文、文综相关不显著。而对于理科，推理只与语文成绩相关显著。 与高考成绩相关显著的认知测验对这些学科成绩均有显著的预测效应。 关键词：工作记忆广度中央执行系统子功能推理能力高考成绩 e x e c u t i v en m c t i o n 锄da c a d 锄i ca c h i e v 锄e n t s ，t l l er e s e 锄- c hc 锄n o tf m dc o r r e l a t i o n b e 咐e e i le x e c u t i v e 缸l c t i o n 卸ds c i e n c es u b j e c t ，b u ti ti sf o u l l dm a tt l l ec o n e l a t i o n b e 觚e e i lu p d a t i n gc 印a c i t y 髓da r t ss u b j e c t s i sl a r g e i i lt h ec 嬲eo fr e 猫o n i n ga b i l i t y t l l e r ei so b v i o u sc o r r e l a t i o nb e t w e e ni ta n dm a t l l 锄a t i c s ，e n g l i s h ，t o t a ls c o r eo fa n s s t i l d t s ，c l l i l l e s es c o r e so fs c i 锄c es t i l d e n t s a r et o o f u n h e rr e g r e s s i o n 锄a l y s i s s h o wt l l a tt h o s ec o l l r e l a t e ds i g i l i f i c 锄t l yw i t ha c a d 锄i ca c l l i e v 锄e n t s t e s t sa r ea l l e n t e r e dt l l e r e 黟e s s i o ne q u a t i o n a i l di sf 0 硼dt ob ea b l et 0p 川i c ta c a d 锄i c l ( e i yw o r d s ： w o r k i n gm e i 巧c a p a c i t ) r ，t h e 翻j b - c 伽叩。鹏m so fe x e c 埘v e 缸l c t i ， 坨弱o i l i n ga _ b i l i t y a c a d e m i ca c l l i e v e m e n t i 西北大学学位论文知识产权声明书 本入完全了解蘧差毫大学关于收集、保存、使用学位论文的规定 学校有权保留并向国家有关部门或桃构送交论文的复印件和电子版肆 本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研 究所等机构将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库或其它 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。被动语音储存器能容纳数量有限的言语材料，能保持语音 信息l 至2 秒。主动发声回路通过无声复述恢复在语音储存器中迅速消退的记忆痕 2 迹。发声控制加工还可以将书面语言转换为语音代码储存在语音储存器中。可见， 发音复述装置有两项功能：一是不断加强快要消退的语音记忆痕迹：二是将视觉 形式的语音信息转化为听觉形式的语音信息，从而使其进入语音储存装置。语音 回路是记忆广度的基础，其中保留的项目是记忆痕迹消退速率和由无声复述重新 激活速率的联合函数。语音相似效应、词长效应、无关言语效应和发音抑制效应 可以用来证明语音环的结构。 视觉一空间模板( v i s u o s p 撕a ls k c t c h p a d ，v s s p ) 负责视觉一空间信息的暂时 保持和操作。信息可以直接或间接地进入视空模板。根据b a d d e l e y ( 1 9 9 2 ) 的研 究【1 1 1 ，视空间模板负责视觉和空间信息的编码和暂时储存，其功能相当于视空间 短时记忆。可能包含视觉和空间两个分系统。s m i t h 和j o d i n e s ( 1 9 9 7 ) 进行的神 经影像学的研列1 2 】，发现视觉及空间工作记忆的活动各属于不同的大脑区域，这 使得视觉空间模板包含两个独立子系统的说法更进一步得到证实。它包含两个独 立的子成分，即视觉缓存( v i s u a lc a c h e ) 和内部画板( i 蚰e rs c 曲e ) 两个成分。前 者是对视觉模式的保持，主要用于视觉信息的被动储存和复述，后者是对空间运 动序列的保持。主要参与视空信息的动态操作和复述。视空模板子系统对空间任 务的计划和地理环境中的定向具有重要意义。 b a d d e l e y 在2 0 0 0 年又提出的情境缓冲器是对w m 模型近年来最大的发展【1 3 】， 情景缓冲器( 印i s o d i cb u f f e r ) 作为一个暂时储存系统，能容纳来自工作记忆的伺 服系统和长时记忆系统中的多重编码信息。中央执行系统控制情景缓冲器，个体 可以通过意识接近情景缓冲器。情景缓冲器用来表征捆绑问题的方法，即不同来 源的信息是怎样结合在一起并形成一个单独内在情景的知觉。它是一个能用多维 代码储存信息的系统，为语音回路、视觉空间模板和长时记忆之间提供了一个暂 时信息整合的平台，由c e 控制并通过c e 将不同来源的信息整合成完整连贯的情 境。 语音回路和视空间模板与长时记忆之间的连接模式在近年来的研究中有进 一步的发展，相关研究发现语音回路与长时记忆间的连接应该是双向的，进而言 之语音回路是长时语音学习的基础，另一方面，长时记忆也会对即刻的语音记忆 产生重大的影响【1 4 】。 总之，包含以上成分的工作记忆多成分模型是目前被广为接受的工作记忆模 中是很重要的。它与曾经认为的中央执行系统既操作加工也操作记忆的观点有一 些不同，b a d d e l e y 、b r e s s i 等人认为每一种任务都要对执行施加特定的要求，因 此导致行为成绩的下降1 1 9 ，这样中央执行系统的理论就可以解释为什么同时操 作二种或二种以上任务时的作业成绩没有只操作单个任务时的作业成绩好。 注意管理系统 这一观点对应于n o r m a n ( 19 8 6 ) 等人【2 0 1 关于注意控制模型中的注意管理系统 ( s u p e r v i s o r y a t t e n t i o ns y s t e m ，s a s ) ，但中央执行系统没有s a s 包含的范围广。 对于随机生成任务，b a d d e l e y ( 1 9 8 6 ) 提出中央执行系统起着过滤掉自动的习惯 化反应序列的作用，随后这种观点又进一步发展为中央执行系统负责激活反应计 划，并且负责在计划间转换以保持反应的新异性。 协调或整合系统 这一观点认为工作记忆是一个多重系统，其中的信息要通过某种方式来保持 同步和协调，否则难以形成一致的知觉或表征。中央执行系统作为一个协调装置， 对工作记忆的各个子系统起到整合的作用，有许多研究者对之进行了详细研究。 在传统的认知心理学中，中央执行功能往往被视为单一的认知结构【2 l 】，如 n o r m a n 和s h a l l i c e 的监控注意系统，b a d d e l e y 的中央执行系统【7 1 等。由于缺乏实证 性的研究，中央执行功能长期被心理学家戏称为居于人脑中无所不能的“小矮 人”，肩负着许多说不清的高级认知功能。为了摆脱这一困境，b a d d e l e y 【8 】提出， 应该对“小矮人”的功能逐一地加以分离和解释；并在此基础上，进一步探讨不 同执行功能之间的关系。 1 1 2 2 中央执行系统的功能 s m i t h 和j o n i d e s 提出【2 2 1 ，中央执行系统包含三种不同的操作：( 1 ) 对与工作 记忆有关的反应倾向或心理过程进行抑制。例如有研究( 1 9 9 8 ) 把前眼动、非眼 动和反眼动的任务分别与随机生成任务相结合，探讨c e 对不同任务的影响，结 果在与随机任务相结合的反眼动任务中发现成绩的明显变化，由此验证了c e 具 有控制注意的能力，可以抑制与反应不相同的行为倾向。( 2 ) 对心理过程有选 择的注意，并在不同过程之间切换。( 3 ) 对工作记忆中的表征进行编码和检验。 后来，s m i t h 和j o n i d e s ( 1 9 9 9 ) 又将执行控制具体化为五个方面：( 1 ) 注意与抑 制，即将注意集中在相关信息的加工过程上，并对无关信息及其加工过程进行抑 字母任务( t h en u l 】曲* l e t t e rt a s k ) 、局部整体任务( n l cl o c a l 9 1 0 b a l t 弱k ) 来测量 转换功能，这三种任务都需要操作者在心理定势间进行反复的转换；用类词刷新 任务、字母记忆任务和声音监视任务来测量工作记忆刷新，这三种任务都要求持 续、动态地监视和更新工作记忆的信息；用s 仃o o p 命名任务、反眼动任务和停止 信号任务来测量抑制功能，这三种任务都需要操作者有意识地停止某一个相当自 动化的反应。 m i y a k e 的研究结果表明：中央执行功能结构的非单一性，即它是一个多维度 的结构，包括三个具体的子功能，即转换功能、工作记忆刷新功能，以及抑制功 能。同时，验证性因素分析表明，三个子成分一转换、刷新和抑制之间是可分离 的，但仍有中等程度的相关，即并非完全独立，说明这三种功能在复杂的执行任 务中分别起作用【2 4 1 。 在m i y a l 【e 研究的基础上，c 0 1 l e t t e 和“n d e n 分析了近年来大量的神经影像学证 据之后，采用神经成像的方法【2 7 】，根据不同的执行功能子成分的相应脑激活模式， 将中央执行功能分解为四种基本成分，分别是：抑制( i n h i b i t i o n ) 、任务转换过 程( s h i r i n gp r o c e s s ) 、信息刷新( u p d a t i n g ) ) 及双任务协调( d u a l t 嬲kc o o r d m a t i o n ) 。 除双任务协调之外，其它三种子功能的脑活动模式为m i y a k e 提出的执行功能多维 度结构的有效性提供了神经基础方面的有力证据。我国学者陈天勇和李德明对 m i y a k e 的研究实验进行改进，进一步证明了三种子功能的存在。 1 1 3 工作记忆与中央执行功能的测量 1 1 3 1 工作记忆广度及其测量方法 工作记忆广度( w 0 r k i n gm e r i l o 巧s p a l l ，w m s ) ，即工作记忆容量，是工作记 忆研究中的一个重要指标，表示个体在对信息进行加工的同时能够保持的信息 量，它能综合反映工作记忆的储存能力和加工效率。工作记忆容量反映了加工操 作和暂时存储的结合。 工作记忆广度测验发展从早期使用一个简单的测验到最近经常使用的双任 务测验，存在着很多工作记忆的测验，主要包括简单记忆广度，双任务广度的测 验。 7 简单记忆广度任务呈现给被试一系列的刺激，通常是字母、词汇、数字、形 状或位置并且要求他们按照呈现给他们的顺序或者相反的顺序回忆这些刺激。数 字广度、符号广度和词语广度是简单工作记忆广度的常用测量方法，这些简单记 忆广度任务主要测量的是工作记忆的语音环的存储容量。反映对信息的被动保持 能力。 d 锄e m a l l 与他的合作者【2 9 3 0 】根据b a d d e l e y 、h i t c h ( 1 9 7 4 ) 对工作记忆的定 义发展了一系列的双任务测验，在测验里要求同时加工和存储信息。这些双任务 由一个加工任务和一个记忆任务组成，被试在记忆任务上的成绩作为对工作记忆 容量的测量。 阅读广度双任务的加工任务是读一系列的句子，而记忆任务是回忆每句话的 最后一个词语。阅读广度的双任务包括6 0 个不相关的句子，这些句子由1 3 1 6 个词汇组成，每个句子最后的词汇是不同的【2 9 1 。实验让被试大声朗读一系列句子。 要求他们回忆每个序列中所有句子的最后一个词，并且要理解每一个句子，序列 句子个数不断增多。被试正确理解句子并回忆对句子的结尾词的最大句子数，就 是阅读工作记忆广度。数字广度的双任务和视空间广度的双任务的测验同阅读广 度的双任务类似。区别就是加工的内容和回忆的内容不一样。 双任务在工作记忆测量的发展的过程中扮演着重要的角色，并且已经变成了 一种规范。d 锄e m 锄和t a r d i f ( 1 9 8 7 ) 【2 9 1 认为双任务即测量了存储又工作记忆的 控制功能。而且这已经被认为是比简单记忆广度任务更有效的工作记忆测量工 具。研究也发现双任务比简单记忆广度任务在与高级认知能力的关系上有更高和 更一致的相关性。除此之外，经进一步修改的双任务通过设计和增加完成加工任 务的难度从而进一步扩展了测量的领域。然而，有研究者认为在使用双任务时需 要考虑一个问题，实验设计者需要根据刺激的难度和被试的年龄、受教育水平选 择合适的测试材料【3 1 1 。t u i n l e r 、e n g l e ( 1 9 8 9 ) 【3 2 1 发现在选用句子作为测量工作 记忆能力的材料时，工作记忆能力和阅读理解的相关是最高的。阅读广度可以作 为预测学生学习成绩的重要指标，但是他的研究侧重语文学习，是否同样的指标 适用于预测学生数学学习成绩，值得进一步探讨和研究。 正电子放射断层扫描术( p e t ) 、功能成像( 恻) 和行为数据的结论都证 明了工作记忆并不是一个单一的整体资源，它的子成分具有可分离性。工作记忆 更倾向于分成言语加工和空间加工两种成分( h i s h a h 和m i y a k e ，1 9 9 7 ) 1 3 3 】，所 以目前对工作记忆广度的测量大多数选择测量数字运算工作记忆广度和视空间 工作记忆广度这两个指标。中央执行功能和语音回路的结合构成了数字运算工作 记忆，它负责对语音信息的加工和储存：中央执行功能和视空间模板的结合构成 了视空间工作记忆，它负责对空间信息的加工和储存。而且来自认知神经科学的 研究也表明二者与不同的脑区相关。但是，目前对中央执行功能与情景缓冲区结 合的测量研究还很少。所以，将工作记忆划分为以上两类，具有一定的理论意义。 本研究采用数字运算工作记忆广度和视空间工作记忆广度的双任务实验来作为 测查工作记忆容量的指标。 1 1 3 2 中央执行功能子成分及其测量方法 无论是m i y a k e 的研究还是陈天勇，李德明的实验都证明了中央执行功能这三 个子功能的存在。因此本研究采用这三个子功能，对中央执行功能进行深入的研 究。 本研究的第一个中央执行功能的子功能是抑制功能。抑制功能即是在认知过 程中必要时对占主导地位的、自动的、优势反应的抑制。包括防止那些被部分激 活但与目标无关的信息的进入；阻止那些与情境不适合的优势反应的进入；抑制 不再相关的信息的激活。抑制在整个执行功能中占据非常重要的地位。可以说， 在几乎所有执行功能的任务中，都有抑制过程的参与。l o g a n ( 1 9 9 4 ) 称之为“内 在产生的行为控制 ，可以用来描述复杂任务水平的多种功能。m i y a k e 特别强调 这种抑制不是有意识操作和控制的；也不是指反应抑制，因这种抑制不是有意识 加工后的结果。m i y a k e 等人的验证性因素分析表明，抑制、转换和刷新这三个功 能之间的非独立成分，主要由抑制功能所贡献。也就是说，这些执行功能都包含 了一些抑制过程。抑制过程研究的任务很多，女h s t r o o p 范式，停止信号s t o p s i g n a l 任务，g o n o g o 任务，n a l l l 【e r 任务，s i m o n 任务，l u r i a 手游戏，反向线索任务， 指导性遗忘，白天黑夜任务，t o h 等。本研究中采用经典的反向线索研究范式。 转换功能，指在执行复杂任务时操作上或心理定势间的来回转换。有时也称 为“注意转换 或“任务转换”。m o n e s e l l ( 1 9 9 6 ) 认为转换功能在理解认知操 作下额叶脑损伤病人的功能时是非常重要的。n o r m a n 和s h a l l i c e 在其s a s 的注意 控制模式中指出转换功能是执行控制的重要方面。转换功能是一种在指导语指引 9 下的、内源性的注意控制机制。具体体现为，当两项任务竞争同一认知资源时， 对这两项任务相互转换的控制过程。m i y a k e 指出中央执行功能的这种内源性的注 意转换，不同于视觉或空间的注意转换。转换功能的研究任务通常采用任务转换 范式，如数字字母任务、加减法任务、词类转换任务、局部一整体任务、w c s t 和目标转换测验( o a t ) 等。每一种任务的信息加工都需要不同的认知操作，对 信息的有效转换反映了被试在不同信息间做快速而频繁的转换的能力。这些研究 范式的一致性结果表明，转换反应时( 或转换操作时间) 长于操作一种任务的时 间。本研究中采用了局部一整体图形转换任务。 刷新功能是重要的执行功能之一，它是指根据新呈现的信息，对w m 中的内 容进行持续修正的能力。这一更新功能要求对新进入w m 中的信息进行监控和编 码，以使之与当前进行的任务相关：然后再适当的修正w m 中的项目，用新的更为 相关的信息来代替那些已经不再与当前任务有关的信息。更重要的是，刷新功能 的本质在于按要求活跃地操作工作记忆的相关信息，而不是被动地保持储存信息 2 7 1 。j o n i d e s 和s m i t h ( 1 9 9 7 ) 曾指出这一更新过程中可能要包括“暂时贴标签 的操作，以明了哪些信息是旧的并且不再相关的信息。对于刷新功能的研究常采 用活动记忆范式( r u n n i n gm e m o r yp a r a d i g m ) 、n b a c k 范式、类词刷新任务、色点 位置刷新任务等。本研究采用类词刷新任务范式。 1 2 工作记忆、中央执行功能与推理能力之间关系的研究现状 关于工作记忆本身年龄发展的特点、性别的差异研究国内外研究的已比较 多。在关于性别差异方面，女1 h a l p e r n 发现男性在视空间工作记忆上优于女性【3 4 1 。 国内的李欢欢等人【3 5 1 对各年龄组男女数字、词语和视空间记忆广度成绩比较，结 果表明，男女的记忆广度总成绩和各分测验成绩均随年龄增长呈下降趋势，不 同年龄组之间的总体比较差异显著。且在记忆广度的总成绩和大多数分测验成绩 上，男女无显著差异，仅在3 0 3 4 岁年龄组，男性在视空间广度位置的成绩好于 女性。 关于工作记忆、中央执行功能的相关研究目前多集中于它与高级认知功能如 1 0 之间有0 2 0 o 4 3 的相关，非言语智力成绩和工作记忆的成绩之间的相关从一o 0 8 到o 4 5 。 f r y 和h a l e ( 1 9 9 6 ) 1 4 2 】关于加工速度、工作记忆、流体智力的研究中使用 了瑞文高级推理测验去测量流体智力，用四个简单记忆广度任务评估工作记忆， 这些任务要求按照数字、位置、颜色刺激呈现的相同顺序或相反顺序回忆这些刺 激。f r y 和h a l e ( 1 9 9 6 ) 研究发现，通过路径分析即使在控制了年龄和加工速 度的影响后，工作记忆和流体智力仍然是显著相关的。从工作记忆到流体智力的 因果路径系数是0 3 8 。 在c o l o m ( 2 0 0 3 ) 【4 3 1 的关于智力与w m c 与流体智力之间的关系研究中，智 力测验采用的有瑞文高级推理测验和基本心理能力测验中的字母序列测验，字母 序列测验要求被试从几个有一定关系的词语中选出一个具有归纳性关系的词语。 w m c 用的是k y l l o n e n 研究中的简单字母广度和数字广度任务。他的研究发现 工作记忆广度和简单字母广度和数字广度分别有0 6 9 到o 7 1 的相关。 e n g l e 等人( 1 9 9 9 ) 4 4 1 用结构方程模型分析了工作记忆、短时记忆、一般流 体智力的关系。c o n w a y 等人( 2 0 0 2 ) 4 5 】研究了除了以上变量以外还研究了加工 速度。两个研究都用了瑞文高级推理测验和卡特尔文化公平测验。操作广度，阅 读广度，计数广度双任务来测量工作记忆。e n g l e 等人发现在控制了短时记忆以 后，工作记忆与一般流体智力有0 4 9 的相关。c o n w a y 发现即使把短时记忆和加工 速度这两个因素都控制之后，工作记忆与流体智力仍然有0 6 0 的相关。 k a n e 等人( 2 0 0 4 ) 4 6 】使用结构方程模型探索了短时记忆、工作记忆、言语 推理，空间推理的关系，发现在控制短时记忆的影响后流体智力与工作记忆仍然 显著相关。 回顾已有文献，关于工作记忆与推理能力之间关系的研究上，对研究结果造 成影响的除了有来自于正在研究的关于工作记忆测验的不确定性，流体智力的多 种多样的测量工具和使用术语的不同，例如非言语性智力、推理能力、g 、一般 流体智力和智力，还有就是研究中使用的不同的统计方法。这些测验上的多样性、 不同的术语和统计方法的不同，导致了工作记忆和流体智力之间的相关系数范围 相当宽泛，从0 2 到0 9 。不同研究中得到的工作记忆和流体智力之间的相关系数 差异很大，这导致了对二者关系的本质的认识有不同的观点，但是学者普遍认为 1 2 等程度的学习障碍，分别和普通麓力夕l 童进行毖较来测定是否更严重的学习障碍 儿童在工作记忆中有较大的损伤。而且采用了七种测查工作记忆广度的测量方法 全面考查儿童工作记忆容量。和普通能力儿童相比，轻微和中等学习障碍儿童在 所有工作记忆测量上均表现出缺损，在视觉空闻和复杂广度饪务中边界学习障褥 l 童和普遵能力儿童一样好。但在语音广度任务中显示墩缺损。在简单广度任务 中，中等学习障碍儿童和轻微学习障碍儿童无明显差异，但在要求较高的双任务 广度任务中，中等学习障碍儿童翡显差于辍微障碍j 毛童。 g 瓣l 饿o l e 等人( 2 4 ) f 4 8 】研究发现1 4 岁的学生工作记忆容量和学业成绩 之间有高相关。他的工作记忆广度测验使用的是前进和倒退数字或字母的广度任 务和阅读的双任务广度任务。研究结果是工作记忆容量和学业成绩之间的相关放 0 。3 2 ( 前进帮倒退数字广度任务) 到0 5 e ( 阗读双任务广度) 。d 赫i l i 和避( 2 毒) 【4 9 】发现1 5 岁和1 6 岁学生正作记忆容量的离低与他们化学成绩的高低有很大关系。 t 8 a p 硼i s ( 2 0 0 5 ) 1 5 0 j 用9 个独立测验研究了大化学专业学生的工作记忆能力和 化学题测验之阀的关系，发现它稍之间的相关系数介予o ，2 8 o 7 4 之闻。 关于工臻记忆容量的有限性和学科阀题解决中信息负荷的关系研究也对工 作记忆容量和学业成绩之间的正相关提供了证据。工作记忆容量的大小在一定程 度上制约了个体的学习能力，任何学溜任务都会对工作记忆产生一定的负葡，需 要满耗工作记忆的资源。j o 虹s 娥e ( 1 9 9 1 ) f 5 l 】用中举生和大学生作为被试，研 究得出的相同结论是当信息负荷超过他们的工作记忆容量时，他们解决化学问题 的成绩降低了。这种现象与s w e l l e f 的认知过载理论一致，这个理论假设当认知负 蘅超过工佟记忆容量酶限制时学习过程将会受到消极影响。国内学者李美华f 5 2 】 对不同学业成绩类型学生的工作记忆广度进行了研究，得出工作记忆广度与学业 成绩有高相关，即双优生工作记忆广度测试成绩最好；相反双差生工作记忆广度 溅试成绩最差。结论是工作记忆广度与学生的学业成绩关系密切，即正傺记忆是 有效学习的前提。 尽管许多先前的多数研究已经证实工作记忆容量和学业成绩之间成芷相关 关系，然而也有研究不支持这种关系。例如，s | a v 糕使用阅读广度去测量工作记 忆与学生的化学方程配平成续之闷没有显著相关1 5 3 1 。但这没有否定工作记忆容量 和学业成绩之间的相关性，可能工作记忆的不同成分在学科学翔的过程中扮演这 1 4 不同的角色。工作记忆容量和数学成绩之闻有相关的研究支持了这种观点，例如， d es m e d t 等人( 2 0 0 4 ) 【5 4 】发现通过两个短时记忆测验测得的语音环工作记忆容 量与一年级和五年级学生的数学成绩显著相关。而用c o r s i 广度和视觉模式广度 测验来评估的视空闻工作记忆容量仅与一年级的数学成绩褶关。因此，为更加深 入地了解工作记忆和学业成就之间的关系，需要进一步考察测量工作记忆不同成 分的工作记忆广度任务与不同专业之间的具体关系。 1 3 2 中央执行功能与学业成就之间关系的研究现状 近年来，一些学者已关注中央执行功能对学业成就的影响作用。b u l l 等【5 5 1 在先前研究的基础上，对各种中央执行功能与儿童算术认知的关系进行了较为系 统的研究。研究中采爆的测验饪务分别楚藏斯康星卡片分类测验( w c s 零) 、双 重任务( d u a h a u s kp e r f o n i l 黼c e ) 、s 们0 p 任务以及数数广度任务。结果表明，除 双重任务外，所有对于中央执行功能的测量都与儿童的数学能力显著相关。进一 步的回归分析显示，每种中央执行功能的测量都预测了咒童数学能力的单独方 差。显然，这些研究结果为中央执行功能与算术学习之间的密切关系提供了有力 的实证依据。 c o n w a v 认为，认知因素对学业成就的影响通过抑制功能和注意功能等方面 的机制发挥作用，旦最根本的机制是抑制功能，这恰与执行功能各子成分闻的关 系一致。p a s s o l u n 曲i 在短时记忆、工作记忆、抑制控制和解题能力之间的研究中 同样发现：解题能力差者抑制普遍存在缺陷，在要求抑制无关信息的工作记忆任 务中分数更低，侵入错误( i 建溉s i 髓锄饼s ) 更多，即回忆更多的非冒标单词。 即使是控制了阅读能力，刷新相关信息并同时抑制无关信息的能力仍与问题解决 有关，说明了在解应用题中刷新能力起着重要作用1 5 剐。 m c k 雒和琢t 吐对阅读正常但在算术学习上困难的9 岁歹乙童进行了研究期。 其中对中央执行功能的研究中，分别采用轨迹任务测量策略转换、划销任务测量 选择性注意、采用缺失项目任务来测量对长时记忆的保持和操纵。结果发现，相 对于年龄匹配组，数学学习困难歹乙童在策略转换上存在损害，而与年龄更小的能 力匹配组相比，他们则是在与长时记忆有关的执行功能上存在差异。 1 5 基于以上的分析总结，本研究将避开那种综合研究范式，而是采用各项认知 能力与推理能力、高考各门成绩进行单独研究，从更微观的层面上单独检验每项 认知能力的各个子成分对推理能力和学业成绩的预测效应，比较子成分之间对推 理能力和学业成就的影响差异。 每项认知能力在概念水平上都具有可分离性，那么，它们各自包含的子成分 有哪些? 从文献研究中可以总结出来，工作记忆包含两个子成分：数字词语工作 记忆和视空间工作记忆：中央执行功能也包含对当前信息的抑制、对无关信息的 刷新、注意转换子成分； 本研究注重从工作记忆的各个组成成分、中央执行系统分离出的子功能来进 一步分析研究工作记忆广度、中央执行功能与推理能力和高考各门成绩之间的关 系。选用数字工作记忆和视空间工作记忆广度任务分别作为对语音环和视空间模 板的工作记忆广度的考察。对以往执行功能研究的笼统性缺陷进行改进，采用 m i y a l 【e 等人对执行功能的界定，详细研究学业成绩对各子功能的影响。采用相 对“纯粹”的、对执行功能的目标子成分敏感的简单测验任务，用反向线索任务测 验被试的抑制功能，用整体局部图形转换任务测验被试的转换功能，用字母刷 新任务测验被试的工作记忆刷新功能。而高考成绩则涵盖了文、理科学生的各门 课程( 语文、数学、英语、理综、文综) 的成绩。 2 2 研究假设 综合以上讨论，本研究假设： 第一，工作记忆容量、中央执行系统子功能、和推理能力之间存在相关性； 第二，文、理科学生在两个工作记忆广度、中央执行系统三个子功能中某方 面存在差异。这种差异性可能类似于性别在这方面表现的差异：文、理科生在数 字工作记忆广度方面无明显差异，而在视空间记忆广度方面理科生略好于文科 生； 第三，文、理科学生的某门高考成绩或总成绩与两个工作记忆广度、中央执 行系统子功能和推理能力之间存在相关性； 第四，工作记忆广度、中央执行系统子功能和推理能力可能对某门高考成绩 的具有不同预测作用。 3 研究方法 3 1 实验被试和仪器 3 。1 1 实验被试 3 2 0 名大学一年级本科生，其中有3 2 名被试只完成部分测试，故剔除了他 们的成绩。所以有效人数是2 8 8 名，其中男生1 2 6 名，女生1 6 2 名。他们来自西 北大学所有的专业，理科、文科生都有。告诉被试实验目的，承诺反馈他们的测 试结果，但是不付报酬，所有被试都自愿参加本实验。每个被试色觉良好，自评 健康状态均是良好或者健康。 3 1 2 仪器设备 刺激被呈现在奔腾m 7 4 0 多媒体微机，1 0 2 4 x 7 6 8 高分辨率计算机显视器上。 实验程序使用d m d x 编写，d m d x 系统计时精确度为1 毫秒。计算机自动呈现指 导语和所有刺激，自动记录被试输入的姓名、学号及被试做出反应时的指标、反 应时间与反应错误率。 3 2 实验设计和材料 对于任务的选择，主要从文献和理论逻辑两个方面着手。本研究选用了7 项 测量任务，包括用来测量包括一般智力在内的6 项认知能力和测量学业成就测验 的高考成绩，这些测量任务具体如下： 3 2 1 数字工作记忆广度任务 数字工作记忆广度( d i g i tw o r k i n gm e m o r ys p a n ，d w m s ) 参考刘昌的相关研 究【5 9 1 进行实验设计。在黑色屏幕中央呈现字体为白色的简单算术题( 单个j 下整数 的加减法，答案为一位正整数，如5 + 2 = ? ，7 3 = ? ) ，要求被试按回车键给 出答案，同时尽可能记住算术题中的第二个数( 加数或减数) 。被试按键给出答 1 9 3 2 7 全国普通高等教育考试 中国在实行长期的全国统考后，现在采取的是全国统考之下各省自主命题与 个别高校部分的自主招生相结合的制度，由1 9 9 9 年2 月2 4 日，教育部颁布了面 向2 1 世纪教育振兴行动计划，明确提出了2 0 0 0 年至2 0 1 0 年我国教育发展的目标。 为引导学生素质教育的培养和综合能力的提高，1 9 9 8 年1 2 月教育部正式推出高考 科目的“3 + x ”方案，并在广东试行。“3 ”指的是“语文、英语、数学”是考生必考 科目。“x ”是由各省根据本省层次、特点的要求，从物理、化学、生物、历史、 地理、政治这6 个科目或综合科目( 包括文科综合、理科综合、大综合) 中自行 确定- - 1 7 或者几门考试科目。自上海( 1 9 8 7 年) 、北京( 2 0 0 2 年) 率先实行高考 自主命题以来，我国又先后增加了天津、重庆、辽宁、江苏等1 2 个省市单独组织 本省市高考试题的命题工作。2 0 0 5 年，全国共有1 4 个省市试行自主命题，进一步 打破了长期以来高考全国一张卷的格局。考试制度是一种选拔制度。高考是检验 学生中学期间学习能力和知识结构的形式。它体现了公平、公正、公开原则。大 学凭考试成绩选拔人才。 高考科目设置目前采用的是中国现行的3 + x 形式，分文理科，每科分别考四 门。具体科目是：语文；数学：文科数学、理科数学；外语：英语、俄语、日语 ( 任选一门) ；综合：文科综合( 政治、历史、地理) 、理科综合( 物理、化学、 生物) 。 在本研究中选择的西北大学的大学一年级学生，因为大学生高考生源地来源 于多个省份，很多省份又是单独命题，陕西省的生源学生占多数，所以高考成绩 选择陕西省独立命题的考试成绩。高考成绩资料通过学校统一获取。 3 3 实验程序及步骤 包括预测验和正式测试两个阶段。 3 3 1 预备实验 实验目的：完善实验设计和操作方法。对三个j 下式实验进行小范围的预测， 期望事先发现实验设计的不足和预料之外的影响因素，并对程序设计进行必要的 心。的范围内。被试接受每个实验任务的练习，为确保每一个被试理解实验要求 和操作正确，当被试正确理解指导语和操作正确方可进入正式实验，而反向线索 任务正确率大于7 5 才能进入能正式试验。 在施测颓序上考虑对工作记忆和中央执行功能的种类和刺激材料( 数字、字 词、图形) 进行匹配和实验的顺序效应，所以采用局部整体图形转换、数字工 作记忆广度、倒数3 俄字母刷新任务、视空间工作记忆广度任务、反向线索任务 的拉丁方试验设计。瑞文测验在开始时进行和在结尾时进行时各一半。正式实验 中所有任务的完成大约需要一个半小时，其中前五个认知测验在电脑上完成需 约小时，瑞文推理测验在纸上完成需约半小时，每个实验间都休息两分钟。在 整个实验过程中，被试可以根据崮己的需要停下来休息和饮水。 所有被试都要参加工作记忆的2 个测验、中央执行功能3 项任务和瑞文标准推 理测验。 文学院、化工学院、新闻传播学院、文博学院物理学院、计算机学院、艺术 学院和外国语学院学生共分成8 批进入测试机房，被试间距离保持在互相阅读声 音没有干扰。 3 a 统计方法 在随后的数据分析中，需要使用描述性统计、非参数检验、相关与回归分析。 使用的软件是s p s s l 3 0 版本。 4 研究结果 4 1 数据整理 将每个被试在实验中的反应时闻数据输入计算机，用s p s s l 3 0f o rw i n d o w s 统计软件先对数据进行初步整理，对3 2 0 名被试测量的6 项任务的数据，进行描述 统计之前先做了如下的初步修正： ( 1 ) 变量异常值，一般指那整偏离平均数3 个标准差的数据，用平均数代替 测验中的缺失值。平均数加3 个标准差替换那些数值大于平均数加3 个标准差的异 注：w m s ：工作记忆广度c e f ：孛夹撬霸功能v s w m s ：裰空闻工作记忆广度d w m s ： 数字工作记忆广度以下表格字母指代含义一致 4 。3 工作记忆广度、中央执行系统子功能、推理能力之间的相关研究 对被试的各项实验数据进行p e a r s o n 相关分析，统计分析结果见表2 。 表2 工作记忆广度、中央执行系统子功能、推理能力之阏的相关矩阵 注：弗：p o 0 5 从袭2 我们可以褥出，两个王作记忆广度实验在p 0 。0 1 的水平显著正相关， 相关系数r = 0 3 3 4 ，视空间工作记忆广度和数字工作记忆广度与中央执行功能中 倒数三位刷新任务显著负相关，在p 0 0 1 水平，相关系数分别为r = - 0 3 0 0 ， r 一0 ，3 8 6 。弱时这两个工作记忆广度与瑞文推理测验也显著相关，其中视空闻工 作记忆广度任务与瑞文推理测验之间相关比数字工作记忆广度任务与瑞文推理 测验之间的相关要商，相关系数r = 0 2 3 3 ，p 0 0 1 ；数字工作记忆广度任务与瑞 文推理测验在0 0 5 的水平相关隽0 1 5 3 。中央执行系统的各个子功熊之闻，除 整体一局部图形转换任务( 转换) 与反向线索任务( 抑制) 之间相关不显著外， 刷新与抑制、刷新与转换之间都达到了盟著相关，反向线索任务与倒数三位字母 嚣l j 新任务之闻髂楣关系数r = 0 1 3 7 ，p 0 0 5 ；整体一餍部图形转换任务与倒数三 位字母刷薪任务之闻熬相关系数r = 0 ，1 3 5 ，p 0 0 5 ； 4 4 文、理科生的视空间和数字广度和刷新、转换、抑制的差异比较 为了解文、理科学生在两个工作记忆广度、中央执行系统三个子成分方面有 无差异性，本研究首先对实验数据进行正态分布检验，发现实验各项数据略微呈 偏态分布，因此对文、理科学生的两个工作记忆广度、三个中央执行功能子成分 的数据采用两独立样本非参数检验m a l l l l w h i t n e yu 检验进行分析。分析比较结 果如下表3 。 表3 文、理科生在两个工作记忆j “度、三个中央执行功能的非参数检验结果( 平均秩次) 表3 结果说明，在两个工作记忆广度任务方面，文、理科学生在视空间工作 记忆广度有显著差异，平均秩次分别为1 4 5 0 9 和1 6 8 0 3 ，z 一2 1 11 ，其相伴概率 p = o 0 3 5 ，小于o 0 5 显著性水平；而在数字工作记忆方面无明显差异性，z = o 9 8 2 ， p = o 3 2 6 ，大于显著性水平；在三个中央执行实验中，只有在倒数三位刷新任务 上，文、理科学生有明显差异，平均秩次分别为1 7 7 3 9 和1 5 2 2 5 ， z = 2 2 8 4 ， p = 0 0 2 2 ，小于o 0 5 显著性水平；在反向线索任务、整体局部图形转换任务上， z 统计量和相伴概率分别为z = 0 9 1 2 ，p = o 3 6 2 ；z 一1 6 5 3 ，p = o 0 9 8 ，p 值均大 于显著性水平o 0 5 ，所以文、理科学生在这两个任务上没有明显差异。 4 5 工作记忆广度、中央执行系统子功能、推理能力与高考成绩之间相关研究 由于文、理科学生的高考试题有差异，所以本研究在探讨工作记忆广度，中 央执行功能和学业成就之间的关系是把文理科学生的成绩分开来进行研究。 4 5 1 文科生工作记忆广度、中央执行系统子功能、高考成绩之间的相关研究 表4 是文科生的文科生工作记忆广度、中央执行系统子功能、高考成绩之间 的相关矩阵。 表4 文科生的工作记忆广度、中央执行系统子功能、高考成绩的相关矩阵 注： ：p o 0 5料：p o 0 1 表中显示，从高考各门成绩来看：与高考文科语文成绩相关显著的任务有数 字工作记忆广度和字母刷新任务，相关系数分别是r = o 2 0 5