（发展与教育心理学专业论文）认知风格、中央执行负荷对估算策略运用的影响.pdf

硕士学位论文硕士学位论文 论论 文文 题题 目目 认知风格、中央执行负荷对估算策略运用的影响 学科专业名称 发展与教育心理学 申 请 人 姓 名 贾国敬 导 师 姓 名 司继伟 教授 论文提交时间 2012 年 5 月 20 日 单 位 代 码 10445 学 号 2009020214 分 类 号 b844 独独 创创 声声 明明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果， 也不包含为获得 （注： 如没有其他需要特别声明的， 本栏可空） 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 学位论文版权学位论文版权使用授权书使用授权书 本学位论文作者完全了解 学校学校 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权 学校学校 可 以将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、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 导师签字： 签字日期：20 年 月 日 签字日期：20 年 月 日 目 录 中文摘要 . i abstract . iii 1 引言 . 1 2 文献综述 . 1 2.1 基本概念 . 3 2.2 策略运用及其主要理论 . 3 2.3 估算的策略运用 . 6 2.4 认知风格与估算策略运用的相关研究 . 6 2.5 中央执行成分与估算策略运用的相关研究 . 7 2.6 算术呈现方式与估算策略运用的相关研究 . 8 2.7 眼动技术与算术策略研究 . 8 2.8 算术技能与估算策略运用 . 10 2.9 本研究所采用的范式 . 10 2.10 以往研究的不足与本研究问题提出 . 11 3 研究目标与设计 . 12 3.1 研究目标与假设 . 12 3.1.1 研究目标 . 12 3.1.2 研究假设 . 12 3.2 研究思路 . 12 4 方法 . 25 4.1 被试 . 13 4.2 研究设计 . 13 4.3 测验材料和工具 . 13 4.4 实验程序 . 15 4.5 数据处理 . 19 5 实验结果 . 19 5.1 策略分布 . 19 5.2 策略执行 . 20 5.2.1 策略执行的行为结果 . 20 5.2.2 策略执行的眼动结果 . 23 5.3 策略选择行为结果 . 26 5.4 策略运用眼动结果 . 26 5.5 策略选择适应性 . 31 5.5.1 模拟反应时 . 31 5.5.2 判断标准 . 32 5.5.3 加工深度 . 33 6 讨论 . 36 6.1 认知风格、中央执行成分影响策略运用的机制 . 36 6.2 认知风格、中央执行成分影响策略选择适应性的机制 . 38 6.3 重视认知风格差异，提高学生估算策略运用能力 . 39 6.4 本研究的不足之处与展望 . 40 7 结论 . 41 参考文献 . 42 附录 . 48 附录一 本研究中所使用的算术题 . 48 附录二 实验一主试指导语 . 49 附录三 实验二主试指导语 . 50 附录四 主试使用的主任务口头报告结果记录表 . 51 附录五 主试使用的负荷任务口头报告结果记录表 . 53 附录六 不同认知风格、不同中央执行负荷、不同算式呈现方式影响上调策略使用百 分比重复测量方差分析结果 . 54 附录七 策略复杂性、不同认知风格、不同中央执行负荷、不同算式呈现方式影响策 略执行反应时的重复测量方差分析结果 . 55 附录八 附录八策略复杂性、不同认知风格、不同中央执行负荷、不同算式呈现方式 影响策略执行正确率的重复测量方差分析结果 . 56 附录九 策略复杂性、不同认知风格、不同中央执行负荷、不同算式呈现方式影响眼 跳时间的重复测量方差分析结果 . 57 附录十 认知策略复杂性、不同认知风格、不同中央执行负荷、不同算式呈现方式影 响眼跳振幅的重复测量方差分析结果 . 58 附录十一 不同认知风格、不同中央执行负荷、不同算式呈现方式影响策略选择正确 率的重复测量方差分析结果 . 59 附录十二 不同认知风格、不同中央执行负荷、不同算式呈现方式、不同兴趣区影响 策略选择的兴趣区注视时间重复测量方差分析结果 . 60 附录十三 不同认知风格、不同中央执行负荷、不同算式呈现方式、不同兴趣区影响 策略选择的兴趣区注视次数重复测量方差分析结果 . 61 附录十四 不同认知风格、不同中央执行负荷、不同算式呈现方式、不同兴趣区影响 策略选择的兴趣区回视次数重复测量方差分析结果 . 62 附录十五 不同认知风格、不同中央执行负荷、不同算式呈现方式条件下模拟反应时 与重复测量方差分析结果 . 63 附录十六 不同认知风格、不同中央执行负荷、不同算式呈现方式、不同兴趣区影响 加工深度重复测量方差分析结果 . 64 攻读学位期间发表的学术论著目录 . 65 致谢 . 66 山东师范大学硕士学位论文 i 认知风格、中央执行负荷对估算策略运用的影响 中文摘要 策略运用能力是个体问题解决过程中最重要的能力。 已有研究表明， 策略运用具体受 情境因素（指导语、反馈等） 、问题特征因素（问题的复杂性、问题呈现方式等）以及个 体差异因素（如认知风格、中央执行成分、情感等）等的影响。具体到数学领域，计算能 力是个体数学能力的核心成分， 而估算能力作为计算的两种基本能力之一， 是当今国际中 小学关注的一项重要能力，因此，研究估算的策略运用具有一定的现实意义。目前关于策 略运用的研究主要集中在情境因素和问题特征因素，对于个体差异因素的研究尚属少见。 不少研究发现个体差异因素中的认知风格直接影响学习策略的使用， 而个体的工作记忆与 信息加工过程紧密相关， 并对个体策略运用起到一定的制约作用。 中央执行系统作为工作 记忆的核心成分，主要负责认知协调、资源分配、策略选择、注意控制性加工等，也必然 参与策略运用过程。 策略运用过程包含策略选择与策略执行过程两个阶段， 目前在估算策略选择的研究方 法上，选择/无选法是 siegler 与 lemaire (1997)提出的一种新颖的认知策略研究范式，它 可以充分地反映个体在完成某一认知任务时的策略运用情况。 目前， 国外已有研究将选择 无选法成功运用于策略选择中，在国内却鲜有研究。另外，行为层面的研究难以揭示策略 选择过程的生理机制，因此本研究以估算任务为突破口，应用选择/无选法研究范式，使 用眼动技术，通过双任务范式直接操控中央执行成分，从行为和眼动层面揭示认知风格、 中央执行成分这两种个体差异因素对策略运用的影响。结果如下： 1.在策略分布上，场独立被试选择上调策略使用百分比略多于场依存被试。 2.在策略执行的速度和准确性上，上调策略的速度明显慢于下调策略，正确率明显低 于下调策略。场独立被试的速度明显快于场依存被试；中央执行负荷越高，策略执行速度 越慢；但在正确率上却没有此差异。在上调策略中，高中央执行负荷条件与其他中央执行 负荷条件的差异变得更大。算术技能既影响策略执行的速度，又影响策略执行的准确性。 以下调策略不同认知风格被试眼跳振幅为基线， 场独立被试的眼跳振幅最大。 而竖式 呈现估算题目时，不同认知风格眼跳振幅差异增大。 3.在最佳选择条件下，场独立被试策略选择更快；中央执行负荷越高，策略运用速度 越慢； 但在正确率上却没有此差异。 在高中央执行负荷下， 无论是横式呈现还是竖式呈现， 山东师范大学硕士学位论文 ii 认知风格效应非常显著， 而在其他中央执行负荷条件下并无此差异。 在有中央执行负荷条 件下，不同认知风格被试的策略运用正确率差异非常显著；而在无中央执行负荷条件下， 不同认知风格被试的策略运用正确率无显著差异。 算术技能既影响策略运用的速度， 又影 响策略运用的准确性。 兴趣区2（即算式第一个乘数的个位数字）和兴趣区4（即算式第二个乘数的个位数字） 是估算策略选择的关键区域，而兴趣区1（即算式第一个乘数的十位数字）和兴趣区3（即 算式第二个乘数的十位数字） 是估算策略执行的有效区域。 被试在不同兴趣区上注视时间、 注视次数以及回视入次数上显著不同。兴趣区1和兴趣区3注视时间最长、注视次数及回视 入次数最多。有负荷条件下注视次数远多于无负荷条件下的注视次数。算术技能既影响兴 趣区注视时间，又影响兴趣区回视次数。 4.场独立认知风格个体的估算策略选择适应性明显好于场依存认知风格个体。 5.中央执行成分可能通过认知风格的作用联合影响策略选择。 中文关键词中文关键词： 策略运用 策略选择适应性 认知风格 中央执行负荷 估算 分类号分类号：b844 山东师范大学硕士学位论文 iii the influence of cognitive style and central executive load on strategy use of computational estimation abstract the ability of strategy use is the most important ability in individual the problem solving process. studies have shown that, there were many factors which affected the strategy use such as specific situational factors ( instructions, feedback etc. ), characteristic factors of the problems ( such as the complexity of the problem, the ways of presentation ) and individual difference factors ( such as cognitive style, the central executive, emotions etc. ) and so on. to the field of mathematics, the capability of calculation is the core component of individuals mathematical ability. and as one of two basic arithmetic calculation abilities, the international schools have paid attention to computational estimation. therefore, studies for estimating strategy have certain practical significance. at present, studies on strategy use have been mainly concentrated on situational and problem characteristic factors. research on individual difference factors is still rare. numerous studies found that the cognitive style can affect the strategy use of learning directly. and working memory is closely related to information processing, so the individual strategy plays a definite restrictive function. as the core components of working memory, the central executive system is chiefly responsible for cognitive coordination, resource allocation, strategy choice, processing in control. so the central executive system will also participate in the processing of the strategy use. strategy use included two stages which was strategy execution and strategic choice. now for the research methods of estimating strategy, the method of choice/no choice was proposed by siegler and lemaire (1997). it is a cognitive strategy research paradigm, and it can fully reflect the situation of strategy use at one cognitive task. at present, this method has been used in the research of strategy choice successfully. therefore, this study will take estimate task as a breakthrough point, and utilize the choice/no choice method and eye movement technique, through the dual task paradigm directly for controlling the central executive system to research how the cognitive style and the central executive system affect the use of strategy from behavioral and eye movement level. the results are as follows: 1. field-independence participants chose more upward adjustment strategy than the 山东师范大学硕士学位论文 iv field-dependent participants. 2. in the speed and accuracy of strategy execution, upward adjustment strategy much slower than down-regulation strategies and the correct rate was significantly lower than the reduction strategy. field-independent participants were faster than field-dependent subjects. the central executive load is higher, the slower the speed of execution; but in the correct rate has no significant difference. in the upward adjustment strategy, the differences between high central executive load conditions and other central executive load condition become greater. arithmetic skills not only affect the strategy execution speed, but also the accuracy of strategy execution. take the eye saccadic distance in the strategy of different cognitive styles test in the downward adjustment for the baseline, the eye saccadic distance of the field-independence participants is the longest. while estimation problems present in a vertical format, the eye saccadic distance differences between different cognitive styles will increase. 3. under the conditions of the best strategic choice, strategy choice speed of field-independent participants is faster. higher central executive load is, slower the speed of strategy use is; but there is no difference in the correct rate. in the high central executive under load, either in the horizontal or vertical presentation, the effects of cognitive style are especially significant, while not in other central executive load conditions. in the central executive load conditions, the difference of correct rate between different cognitive styles is very significant; but when there is no central executive load, there is no significant difference on the correct rate between participants with different cognitive styles. arithmetic skills not only affect the speed of the strategy use but also the accuracy. ia2 and ia4 are key areas of strategy selection in computational estimation and ia1 and ia3 are effective areas in computational estimation strategy implementation. there are noteworthy differences in the fixation duration and fixation times and regression times in different interest areas, ia1 and ia3 have the longest duration, the most times and the most regression times. load situation takes more fixation times than no load conditions. arithmetic skills not only affect the fixation duration, but also the times of regression in different interest areas. 4. the adaptive use of strategies in estimation of field-independent participants is obviously better than the field-dependence ones. 山东师范大学硕士学位论文 v 5. the central executive may affect the choice of strategies by the cognitive style. key words: strategy use; adaptive use of strategies; cognitive style; central executive load; estimation category number: b844 山东师范大学硕士学位论文 1 1 引言 策略通常是指在某一问题空间内进行的一系列操作(payne，bettman， duverne， lemaire， lemaire, & callies 2009)，所有问题遵循以下规则：(1) 为避 免零效应以及考虑到问题难度，没有乘数的个位数包含 0，1，5 或者 9；(2)为避免重复数 效应，同一个问题中，两个乘数的十位和十位上的数或个位和个位上的数不能重复(64 24)，每个乘数个位和十位上的数也不能重复(6632)；(3)不能使用前一问题的两个乘数 换位当另一问题(如果有问题 3247 就不能再有 4732 这一问题)；(4)为平衡题目难度， 所有问题上调结果与下调结果都是四位数。具体参见目录三。 另外横式呈现方式题目与竖式方式呈现题目保持十位数与十位数、 个位数与个位数之 间距离相等，并符合日常算术习惯。 图 4-1 两位数横式呈现题目 山东师范大学硕士学位论文 15 图 4-2 两位数竖式呈现题目 (5) eyelink 1000 眼动仪 4. 4 实验程序 程序采用加拿大 sr research 公司开发的 experiment builder 1.6.1 软件编写，并且在 eyelink 1000 眼动追踪应用系统中生成可执行的程序以呈现实验材料， 记录反应时以及眼 动指标。实验包含三种中央执行负荷条件：高负荷，低负荷，无负荷。为平衡练习效应与 疲劳效应，三种负荷条件分三次完成，时间相隔一周，每次需要 45 分钟左右，负荷条件 顺序做拉丁方设计。每种中央执行负荷条件下包含三种策略运用条件，c1：最佳策略选择 条件被试需要从上调策略和下调策略中选择可以得到最准确的估算结果的一种策略 尽快作答；c2 无选择上调条件被试必须使用上调策略作答；c3 无选择下调条件 被试必须使用下调策略作答。 为尽可能消除由于被试对两种策略操作特点的认识而产生的 选择偏好，每个负荷情境下被试都按照 c1c2c3 的顺序进行测验。每种策略运用条件 下估算任务分两组呈现，一组为横式估算任务，一组为竖式估算任务。场独立和场依存组 一半的被试先解决横式估算任务， 另一半的被试先解决竖式估算任务。 每进行完一种策略 运用条件，让被试休息 5 分钟。每名被试每次实验需完成 6 个 block 共 120 个 trial，三次 实验共需完成 18 个 block 共 360 个 trial。每个 block 开始之前，都有一个简短的练习，以 确保被试能听懂实验要求。 由于在 eyelink 1000 眼动追踪应用系统中无法记录乘法估算结果与负荷任务结果， 所 以在实验中要求被试将估算结果在按键反应的同时大声报告给主试，由主试记录，记录纸 见附录四；将高负荷任务的结果也按照屏幕要求，大声报告给主试，记录纸见附录五，低 负荷任务按眼动仪输入设备-手柄进行反映，由眼动仪记录。眼动实验各实验均按照图 4-3 及图 4-4 所示流程执行，具体指导语分别如下(横式与竖式指导语基本相同，只是把其中的 山东师范大学硕士学位论文 16 横式改为竖式)： 图 4-3 有负荷情境任务 block 流程示意图 图 4-4 无负荷情境任务 block 流程示意图 (1)高负荷条件： 最佳策略选择条件：在实验中，你将会在屏幕上先看到一系列数字连减任务，在实 验过程中请务必一直保持出声连减直至要求报告时， 按下手柄键并大声将最终结果报告出 来，主试做记录。中间你会看到一系列以横式呈现的两位数乘法问题，你需要对每个问题 进行估算， 有两种策略可以用来解决这些问题， 请你根据问题特征选择最接近正确答案的 策略尽快作答。这两种策略是这样的：一种是上调策略，也就是将每个乘数向上调整为与 它最接近的整十数，例如，4856 这道题，按照 5060 来寻找相似结果。另一种是下调 策略，将每个乘数向下调整为与它最接近的整十数，例如 4856，看作 4050 来计算。 山东师范大学硕士学位论文 17 注意：千万不要其中一个数上调，一个数下调。如果计算出结果，请马上按手柄键并同时 将结果报告出来，主试做记录。在正式实验开始之前有一个简短的练习实验，完成每道题 目之后，按手柄进入下一道题，按下手柄开始练习。” 无选/上调条件：“在实验中，你将会在屏幕上先看到一系列数字连减任务，在实 验过程中请务必一直保持出声连减直至要求报告时，按下手柄键并大声将结果报告出来， 主试做记录。 中间你会看到一系列以横式呈现的两位数乘法问题， 你需要使用上调策略对 所有的题目进行估算，如，4856 这道题，按照 5060 来寻找相似结果。如果计算出结 果，请马上按手柄键并同时将结果报告出来，主试做记录。在正式实验开始之前有一个简 短的练习实验，完成每道题目之后，按手柄进入下一道题，按下手柄开始练习。” 无选/下调条件：“在实验中，你将会在屏幕上先看到一系列数字连减任务，在实 验过程中请务必一直保持出声连减直至要求报告时，按下手柄键并大声将结果报告出来， 中间你会看到一系列以横式呈现的两位数乘法问题，你需要对每个问题进行估算，如，48 56 这道题，按照 4050 来寻找相似结果。如果计算出结果，请马上按手柄键并同时将 结果报告出来，主试做记录。在正式实验开始之前有一个简短的练习实验，完成每道题目 之后，按手柄进入下一道题，按下手柄开始练习。” (2)低负荷条件： 最佳策略选择条件： “在实验中你将会在屏幕上先看到一系列数字判断任务如数字 串 3697824， 请在实验过程中保持出声记忆， 直至要求你来判断 3 是否出现， 如果出现过， 按手柄“1”键，未出现过，按手柄“4”键。中间你会看到一系列以横式呈现的两位数乘 法问题，你需要对每个问题进行估算，有两种策略可以用来解决这些问题，请你根据问题 特征选择最接近正确答案的策略尽快作答。这两种策略是这样的：一种是上调策略，也就 是将每个乘数向上调整为与它最接近的整十数，例如，4856 这道题，按照 5060 来寻 找相似结果。另一种是下调策略，将每个乘数向下调整为与它最接近的整十数，例如 48 56，看作 4050 来计算。注意：千万不要其中一个数上调，一个数下调。如果计算出 结果，请马上按手柄键并同时将结果报告出来，主试做记录。在正式实验开始之前有一个 简短的练习实验，完成每道题目之后，按下手柄进入下一道题，按下手柄开始练习。” 无选/上调条件：“在实验中你将会在屏幕上先看到一系列数字判断任务如数字串 3697824，请在实验过程中保持出声记忆，直至要求你来判断 3 是否出现过，如果出现过， 按手柄“1”键，未出现过，按手柄“4”键。中间你会看到一系列以横式呈现的两位数乘 法问题，你需要使用上调策略对所有的题目进行估算，如，4856 这道题，按照 5060 山东师范大学硕士学位论文 18 来寻找相似结果。 如果计算出结果， 请马上按手柄键并同时将结果报告出来， 主试做记录。 在正式实验开始之前有一个简短的练习实验，完成每道题目之后，按手柄进入下一道题， 按下手柄开始练习。” 无选/下调条件：“在实验中你将会在屏幕上先看到一系列数字判断任务如数字串 3697824，请在实验过程中保持出声记忆，直至要求你来判断 3 是否出现过”，如果出现 过，按手柄“1”键，未出现过，按手柄“4”键。中间你会看到一系列以横式呈现的两位 数乘法问题，如，4856 这道题，按照 4050 来寻找相似结果。如果计算出结果，请马 上按手柄键并同时将结果报告出来， 主试做记录。 在正式实验开始之前有一个简短的练习 实验，完成每道题目之后，按手柄进入下一道题，按下手柄开始练习。” (3)无负荷条件： 最佳策略选择条件： “在实验中你将会在屏幕上看到一系列以横式呈现的两位数乘 法问题，你需要对每个问题进行估算，有两种策略可以用来解决这些