（发展与教育心理学专业论文）中央执行成分、认知风格与成人算术策略运用的关系来自估算的证据.pdf

硕士学位毕业论文硕士学位毕业论文 论论 文文 题题 目目 中央执行成分、中央执行成分、认知风格与成人算术认知风格与成人算术 策略运用的关系：来自估算的证据策略运用的关系：来自估算的证据 学科专业名称 发展与教育心理学 申 请 人 姓 名 王玉璇 导 师 姓 名 司继伟 教授 论文提交时间 2011 年 4 月 12 日 单 位 代 码 10445 学 号 2008020191 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： 导师签字： 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 山东师范大学山东师范大学 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 山东师范大学山东师范大学 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： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 山东师范大学硕士学位论文 目录目录 摘要摘要 . i abstact . iii 1、引言、引言 . 1 2 2、国内外关于该课题的研究现状及趋势、国内外关于该课题的研究现状及趋势 . 2 2.1 策略运用及其理论模型策略运用及其理论模型 . 2 2.1.1 策略与策略运用策略与策略运用 . 2 2.1.2 关于策略选择和发现的理论模型关于策略选择和发现的理论模型 . 3 2.2 中央执行成分对算术认知表现和策略运用的影响中央执行成分对算术认知表现和策略运用的影响 . 5 2.3 认知风格对算术认知表现和策略运用的影响认知风格对算术认知表现和策略运用的影响 . 7 2.4 估算与估算策略估算与估算策略 . 9 2.5 眼动技术在算术认知研究中的相关应用眼动技术在算术认知研究中的相关应用 . 10 2.6 选择选择/无选法无选法认知策略研究的新范式认知策略研究的新范式 . 11 2.7 已有研究存在的问题和本研究问题的提出已有研究存在的问题和本研究问题的提出 . 12 3、研究目标与设计、研究目标与设计 . 14 3.1 研究的具体目标研究的具体目标 . 14 3.2 研究假设研究假设 . 14 3.3 研究路线研究路线 . 14 4 研究一研究一 不同认知风格成人的算术估计策略选择：行为证据不同认知风格成人的算术估计策略选择：行为证据 . 15 4.1 研究目的研究目的 . 15 4.2 方法方法 . 15 4.2.1 被试被试 . 15 4.2.2 研究设计研究设计 . 15 山东师范大学硕士学位论文 4.2.3 工具与材料工具与材料 . 15 4.2.4 实验程序实验程序 . 16 4.2.5 数据处理数据处理 . 18 4.3 结果分析结果分析 . 18 4.3.1 策略分布策略分布 . 18 4.3.2 策略执行策略执行 . 19 4.3.3 策略选择策略选择 . 21 4.3.4 策略选择的适应性策略选择的适应性 . 21 4.4 讨论讨论 . 22 5.研究二研究二 中央执行成分、认知风格与成人的算术估计策略运用：眼动证据中央执行成分、认知风格与成人的算术估计策略运用：眼动证据 . 24 5.1 研究目的研究目的 . 24 5.2 研究方法研究方法 . 24 5.2.1 被试选取被试选取 . 24 5.2.2 实验设计实验设计 . 24 5.2.3 工具与材料工具与材料 . 24 5.2.4 实验程序实验程序 . 25 5.3 数据处理数据处理 . 30 5.4 结果分析结果分析 . 30 5.4.1 策略运用数据策略运用数据 . 30 5.4.2 眼动指标分析眼动指标分析 . 34 5.4.3 中央执行成分与策略使用的关系中央执行成分与策略使用的关系 . 40 5.5 讨论讨论 . 45 5.5.1 不同认知风格成人的算术估计策略使用不同认知风格成人的算术估计策略使用 . 45 5.5.2 不同认知风格个体的眼动模式不同认知风格个体的眼动模式 . 45 5.3.3 中央执行功能各子成分与算术估计策略运用的关系中央执行功能各子成分与算术估计策略运用的关系 . 46 山东师范大学硕士学位论文 6、总讨论、总讨论 . 50 6.1 认知风格如何影响策略使用认知风格如何影响策略使用 . 50 6.2 中央执行成分的各种功能与算术估计策略使用的关系中央执行成分的各种功能与算术估计策略使用的关系 . 51 6.3 本研究的不足之处与展望本研究的不足之处与展望 . 53 7、结论、结论 . 56 附录附录 . 65 附录一附录一 本研究所使用的两位数乘法题目本研究所使用的两位数乘法题目 . 65 附录二附录二 数字数字 stroop 任务测验材料任务测验材料 . 66 附录二附录二 数字转换任务测验材料数字转换任务测验材料 . 67 附录三附录三 数字记忆刷新任务测验材料数字记忆刷新任务测验材料 . 68 附录四附录四 研究二被试口头报告记录表研究二被试口头报告记录表 . 69 攻读学位期间发表的学术成果目录攻读学位期间发表的学术成果目录 . 74 致谢致谢 . 75 山东师范大学硕士学位论文 i 中央执行成分、认知风格与成人算术中央执行成分、认知风格与成人算术策略策略运用的关系：运用的关系： 来自估算的证据来自估算的证据 摘要摘要 个体的策略运用是国际认知科学研究近些年来致力探讨的前沿领域之一， 而策略运用的 灵活性、 适应性与效率已成为当前学者关注的焦点所在。 估算现已被数学认知研究者视为考 察人类近似数字系统（ans）运作特点的典型算术认知任务。而个体在面对特定算术任务时 的策略运用情况会受到多种个体差异因素的制约， 其中工作记忆的执行功能、 个体的认知风 格以及算术技能都是影响个体算术认知表现的重要因素。 本研究从行为研究和眼动研究两个方面展开， 在控制算术技能的基础上， 采用国际上新 兴的策略变化研究新范式选择/无选法，探讨场独立和场依存这两种认知风格的成人个 体在两位数乘法估算策略使用中的差异， 并且将该范式与眼动记录技术相结合， 考察以上两 种认知风格个体在估算策略使用中表现出的不同眼动模式， 同时探索中央执行成分的不同子 功能与个体估算策略表现之间的关系， 从而深入理解上述个体差异对个体策略运用所发挥的 制约作用。 行为研究中，使用经典的选择/无选法范式，即设计一种自由选择条件和多种（本研究 中是两种） 无选择条件来考察被试在面对乘法估算任务时运用上调和下调两种策略的具体表 现，并且针对本研究的具体特点，额外增设了最佳策略选择条件。要求被试分别在以下四种 条件下进行两位数乘法估算： 自由选择条件在解决每一个问题时都可以从上调和下调两 种策略中选择自己喜欢使用的一种； 最佳策略选择条件根据题目特征选择可以得到最佳 答案的一种用来解题； 无选择上调条件必须使用上调策略解决所有的题目； 无选择下条 件必须使用下调策略解决所有题目。 结果显示两类认知风格被试没有表现出显著的策略 运用差异， 但是场独立被试无论在策略执行还是策略使用适应性上， 均略胜场依存被试一筹。 眼动研究中，眼动实验的设计与行为实验一致，此外还设计了抑制、转换和记忆刷新三 种中央执行功能的测验，其中抑制功能采用数字 stroop 范式，转换功能采用数字单-双/大- 小判断，记忆刷新功能采用数字强制刷新范式。眼动实验的结果印证了行为研究的结论，即 山东师范大学硕士学位论文 ii 场独立场依存认知风格并没有造成策略使用的显著差异。 但相关分析表明， 两类个体中央 执行测验得分与各种策略使用眼动指标呈现出了不同程度的相关， 例如抑制功能与场依存被 试的策略选择密切相关， 而与场独立被试的策略执行密切相关； 场独立个体在选择最佳策略 时的反应时与转换功能关系密切， 而从各数位提取信息时， 场依存个体的转换功能更多的参 与进来。总之，抑制和转换功能，尤其是后者，与策略使用关系最为密切。相比之下记忆刷 新功能在算术认知加工中参与较少。 通过对两类被试的策略表现及其与中央执行功能的关系的分析， 可以得知认知风格和工 作记忆的中央执行成分都是影响个体算术策略使用的个体差异因素， 认知风格通过中央执行 成分的复杂功能最终对个体策略运用产生作用。 中文关键词中文关键词：策略运用 认知风格 选择/无选法 眼动 中央执行成分 分类号分类号：b844 山东师范大学硕士学位论文 iii the relationship between central executive, cognitive style and adults arithmetic strategy use: evidence from computational estimation abstact individual strategy use is one of the forefront areas in international cognitive scientific researches in recent years, as the flexibility, adaptivity and efficiency of strategy use has become the focus of the current academic concerns. computational estimation has been considered as the typical arithmetic cognitive task through which can investigate the featuresof human approximate number system (ans). the individual strategy use in the face of specific arithmetic task will be affected by multiple individual difference factors, including central executive function of working memory, cognitive style and arithmetic skills are some important factors that can influence cognitive performance. this research includes both behavioral and eye movement experiments. on the basis of controlling the arithmetic skills, used the choice/no-choice method, which is the new paradigm to investigate individuals strategy change, to probe the computational estimation strategy use differences between adult individuals with field-independent and field-dependent cognitive style when they solved two-digits multiplication problems. then combined the choice/no-choice method and eye movement technique, in order to make a thorough inquiry of the two kinds of individuals eye movement patterns when they used computational estimation strategies, simultaneously, discussed the relationship between the sub-elements of central executive function and the performances of computational estimation strategy use. all the above is in order to deeply comprehend the role that individual differences, which are refered in preamble, affect on strategy use. in behavioral research, the choice/no-choice method, which includes a free- choice condition and several (two in this research) no-choice conditions, were used to investigate the subjects performance of using rounding-up and rounding-down strategy when they solved multiplicative estimation problems. in addition, in view of specific characteristics for this study, the best-strategy 山东师范大学硕士学位论文 iv choice condition was designed extra. subjects were asked to solve two-digits multiplicative problems: free-choice conditionchoose which strategy they use to solve each problem freely; best-strategy choice conditionchoose the strategy that will yield the product that is as close as possible of the correct product; no-choice/rounding-up conditionuse the rounding-up strategy to solve all problems; no-choice/rounding-down conditionuse the rounding-down strategy to solve all problems. the result indicated that subjects with different cognitive styles showed no significant differences in strategy use, but the field-independent subjects performed slightly better than the field-dependent ones, both in strategy execution and the adaptivity of strategy use. in eye movement research, the conditions of eye-movement experiment were designed as the same as in behavioral research. in addition, the tests of central executive functions of inhibition, swtiching and memory updating were designed. the numerical stroop task, more-odd shifting task and n-back paradigm were respectively used to test the three functions above. the results of eye-movement experiment sealed the behavioral one, that was field independent/dependent cognitive style did not cause significant differences in strategy use. however, correlation analysis showed that two types of individuals with a variety of the central executive test scores appeared varying correlation to various eye movement indexes of strategy use, for instance, the function of inhibition and field-dependent individuals strategy selection is closely related, and that to field-independent ones strategy execution; the reaction time of field-independent individuals when they choice the best strategy was closely related to the switching function, but when retrieved information from each digit, field-dependent individuals switching function involved more. in brief, the function of inhibition and switching, especially the latter, appeared the most closely relationships to strategy use. by contrast, the memory updating involved less in arithmetic cognitive process. through the analysis of the strategy performance and its relationship to central executive function of the two kinds of subjects, cognitive style and the central executive function of working memory are both individual difference factors that affect arithmetic strategy use , and cognitive style influences individuals strategy use by way of the complicated function of the central executive. key words: stategy use; cognitive style; choice/no-choice method; eye movement; central executive function 山东师范大学硕士学位论文 1 1、引言 数学能力是个体的一项重要认知功能和素质，也是人类认知能力的重要成 分， 是我们正确认识和改造客观世界所必须的基本能力。 算术估计能力作为数学 能力的基础和核心成分在计算工具日益普及的今天发挥着越来越重要的作用。 因 此如何科学有效地促进个体算术估计能力的发展已成为当今国际数学教育界高 度关注的领域，也是我国在实施素质教育中值得探讨的一个重要问题。 估算对人们的日常生活具有重要的意义，而能否恰当选择策略是估算过程 的关键。研究者已发现个体会运用多种策略来解决数学问题（如 dehaene,1997， geary, 1994，等） ，这为人们考察个体策略运用的灵活性、多样性和变化性提供 了一个全新视角。 策略运用水平被当代认知心理学研究者看作代表个体认知灵活 性水平的重要标志（canas，quesada，antoli， hanson， tc1下调 =0.708,p=0.483; tc2上调=-1.170,p=0.247; tc2下调=1.156;p=0.257） 。 山东师范大学硕士学位论文 19 上调策略, 37.36% 上调策略, 41.69% 下调策略, 62.64% 下调策略, 58.28% 0.00% 10.00% 20.00% 30.00% 40.00% 50.00% 60.00% 70.00% 场依存场独立 认知风格类型 平均使用百分比 上调策略 下调策略 a 自由选择条件下的策略分布 上调策略 47.67% 上调策略 51.02% 下调策略 52.30% 下调策略 48.99% 45.00% 46.00% 47.00% 48.00% 49.00% 50.00% 51.00% 52.00% 53.00% 场依存场独立 认知风格类型 平均使用百分比 上调策略 下调策略 b 最佳选择条件下的最佳选择条件下的策略分布策略分布 图图 4 不同认知风格不同认知风格被试的策略分布被试的策略分布 4.3.2 策略执行 选择/无选法中的无选择条件为我们考察各种策略执行的速度和准确性提供 了无偏的依据， 在各种无选择条件下被试解决问题的速度和准确性实际上反映了 不同策略之间的相对优势。所以在本研究中，被试在无选择上调条件下（c3）的 反应时和正确率反映其上调策略的执行情况，在无选择下调条件下（c4）的反应 时和正确率反映其下调策略的执行情况。具体分析结果如表 1 和图 5 所示。 山东师范大学硕士学位论文 20 表表 1 不同认知风格被试的策略执行情况不同认知风格被试的策略执行情况 平均反应时（ms） 正确率 场依存 上调策略 3976.40 98.77% 下调策略 2626.40 99.62% 场独立 上调策略 3746.02 99.10% 下调策略 2570.52 99.49% 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 场依存上调 场依存下调 场独立上调 场独立下调 反应时（ms） 98.20% 98.40% 98.60% 98.80% 99.00% 99.20% 99.40% 99.60% 99.80% 正确率 反应时 正确率 图图 5 不同认知风格被试的策略执行情况不同认知风格被试的策略执行情况 统计结果显示， 对于两类被试而言， 上调策略的执行时间总是大于下调策略， 而正确率小于下调策略； 场独立被试在上调策略和下调策略的执行速度时间上稍 快于场依存被试， 上调策略的正确率稍高于场依存被试，而下调策略的正确率相 对稍低。但是差异检验结果显示，不同认知风格被试对两种策略的执行均未发现 显著差异， 无论是策略执行的时间 （tc3=1.179， p=0.2430.05； tc4=0.450， p=0.655 0.05）还是正确率（tc3=-0.942，p=0.3500.05；tc4=0.586，p=0.5600.05） 。 山东师范大学硕士学位论文 21 4.3.3 策略选择 （1）以算术技能得分为协变量，对四种策略运用条件下被试的反应时做 4 （条件）2（认知风格类型）的重复测量方差分析。结果表明：个体内效应（条 件效应）显著（f=5.991，p=0.0080.05） ，这说明不同的实验条件对造成被试反 应时的差异有显著意义；个体间效应（认知风格）不显著， （f=0.022，p=0.882 0.05） ，即不同认知风格对被试的反应时差异没有显著意义；算术技能主效应 显著（f=8.415，p=0.0050.05） ，说明算术技能也是造成被试反应时差异的主要 因素；条件与算术技能交互效应不显著（f=0.328，p=0.8050.05） ，认知风格类 型与条件交互效应不显著（f=0.362，p=0.7810.05） ， 。 （2）以算术技能得分为协变量，对四种策略运用条件下被试的正确率做 4 （条件）2（认知风格类型）的重复测量方差分析。结果表明：个体内效应（条 件效应）显著（f=19.958，p=0.0000.05） ，这说明不同的实验条件对造成被试 正确率的差异有显著意义；个体间效应（认知风格）显著（f=4.211，p=0.045 0.05） ，即不同认知风格对被试的正确率差异有显著意义，不同实验条件和认知 风格类型是造成被试正确率的主要因素；条件与算术技能交互效应不显著 （f=1.443，p=0.2320.05） ；认知风格类型与条件交互效应不显著（f=1.640， p=0.1820.05） 。 上述结果表明，对于反应时指标，个体间效应认知风格类型并非是造成个体 策略运用差异的因素，但却是造成其策略运用的正确率差异的重要因素；算术技 能水平造成了被试反应时的显著差异，但对正确率影响不大。不同实验条件下被 试的反应时和正确率均差异非常显著。 4.3.4 策略选择的适应性 在这里，我们将策略选择的适应性定义为：对于某个问题，当使用某种策略 时能够得到最精确的估计结果，如果使用了这种策略，那么该被试在这个问题上 的策略选择是适应的，反之则是不适应的（lemaire, arnaud el yagoubi , lemaire, luwel , schillemans , onghena , & verschaffel , 2009 )，考察在策略使用中不同脑区的激 活情况， 可能比认知行为层面的分析更为准确地确定各种执行功能与策略使用之 间的特定联系。此外本研究将眼动技术运用到算术估计领域并且与选择/无选范 式相结合，已有研究比较少见，在一定程度上缺乏对前人经验的参考。而目前在 数学认知和语言认知领域中已经出现了将眼动技术与 erp、 fmri 或 pet 等脑成像 手段结合起来考察的趋势（knops et al., 2009） 。相信后续研究若能充分、全面地 山东师范大学硕士学位论文 55 利用以上先进的技术手段，必定会得到更为准确和客观的结果。 山东师范大学硕士学位论文 56 7、结论 7.1 不同认知风格的个体在乘法算术估计策略使用中表现出一定的差异，但 差异并不明显；总体看来场独立个体的策略表现优于场依