执行功能与儿童数学认知_图文

1、心理科学（）：执行功能与儿童数学认知。综述魏勇刚，庞丽娟”夏婧（北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室，北京，）（重庆师范大学学前教育学院重庆）摘要儿童数学认知能力的发展与儿童执行功能之间有着密切的联系。这种联系不仅仅表现在认知加工机制方面，如工作记忆、抑制控制等，还涉及到深层的认知神经机制如前额叶皮质等。此外，儿童数学认知和执行功能在研究范式上也存在着一些共同的模式。例如冲突抑制任务和规则转换任务等。关键词：数学认知执行功能认知机制神经机制实验范式执行功能（，）是目前儿童认知发展研究中的一个热点话题，是指那些对个体的意识和行为进行监督和控制的各种操作过程】。执行功能可以作为许多认知活动

2、的作用基础，并对之进行预测和解释。数学认知能力是儿童认知能力的一个重要方面。在儿童的认知发展过程中，有很多认知活动都可能涉及到数学认知加工。数学认知和执行功能都属于认知范畴，从理论上来讲它们之间可能存在着一些共同的内在心理成分和生理基础，这些心理机制和生理机制之间的交互作用使执行功能与数学认知之间可能存在着紧密的内在联系。因此，本研究将从认知加工机制、认知神经机制以及研究范式等方面来探讨执行功能与儿童数学认知之间的关系。执行功能与数学认知的加工机制工作记忆是执行功能与数学认知的基本认知加工机制之一。许多研究者把执行功能与工作记忆的实际容量或功能容量联系起来，认为执行功能的失败主要是因为工作记忆

3、的实际容量或功能容量不足而造成的【】。同时，儿童数学认知方面的缺陷，往往与工作记忆有着密切的联系。有研究发现，数学学习困难儿童在应用题解决的一般领域的工作记忆和言语工作记忆上都低于同龄儿童；数学学习困难儿童在一般领域的工作记忆测验、视一空工作记忆方面与正常儿童之间存在显著差异】。等人】从工作记忆的角度，采用威斯康星卡片分类任务、双项反应任务（）、任务以及计算广度任务（）这些执行功能研究中的典型实验范式，对执行功能与数学认知的关系进行了研究，结果表明工作记忆的缺陷是导致儿童数学认知成绩较差的一个重要原因，数学成绩较差的学生的持续性错误分数较高，并且工作记忆的缺陷往往导致儿童在抑制控制、认知转换方

4、面的困难，从而间接地影响儿童的数学认知成绩。此外，抑制控制也是二者紧密相关的重要因素。从执行功能的研究来看，抑制控制是执行功能的核心要素之一。同时，抑制控制也是数学认知的重要机制。有研究表明，抑制控制会影响数字比较任务中的许多认知加工效应，如大小一致性效应（）等【。研究者选用数量大小与数字呈现的知觉大小构成的效基金项目：国家攀登项目（一专一）。通讯作者：庞丽娟，女。：应进行研究，结果表明执行功能的抑制控制对数量过程起着激活和调节作用。执行功能与数学认知的神经机制关于执行功能的认知神经科学研究表明，执行功能的调节脑区主要是前额叶皮层（）。而数量加工的认知神经科学研究表明，数量加工与前额叶有着直接

5、的联系。例如，有研究发现数字神经元主要位于前额叶皮层【】，并且有的数字神经元位于前额叶皮层【】。在进行数字倒数任务时，大脑优势半球的灰质出现了血流增长，其部位主要在脑前额叶附近区域【。前额叶，尤其是左侧额下回区域则与言语工作记忆的相关脑区存在较大的重叠，反映数字加工与语言功能也存在一定的联系【。有研究采用注射显影技术发现，当被试在进行连续减法过程中，在左右双侧角回以及前额叶区域出现了显著的激活，被试在使用阿拉伯数字进行加法任务时，前额叶的主要激活区域集中在右侧。因此，执行功能与儿童数学认知加工之间可能存在着直接相关的认知神经机制。此外，执行功能与儿童数学认知也存在着间接的认知神经机制。执行功能

6、这一概念最初出自对前额叶皮层损伤病人的研究，前额叶皮层的损伤引起了一系列神经心理的缺陷，如计划、决策、认知灵活性、工作记忆、抑制、对动作的监控等方面的困难。执行功能常常被看作主要是由前额叶调节的一种复杂的认知功能，是指个体的许多认知加工过程的协同操作，在实现某一特定目标时。个体所使用的灵活而优化的认知和神经机制，包括计划、工作记忆、控制冲动、抑制、定势转移或心理灵活性以及动作产生和监控等一系列功能【。而这些认知活动上的缺陷。往往是导致儿童数学认知困难的主要原因【】。执行功能与数学认知的实验范式执行功能和数学认知研究中常用的两类共同任务是冲突抑制任务与规则转换任务。冲突抑制任务主要是用于测查儿童

7、的抑制控制能力、工作记忆能力以及认知转换能力。其主要范式是任务。在儿童执行功能研究中，一般采用颜色一词语来考察儿童抑制控制能力的发展。在该任务中，儿童往往受到字面意义的影响而不能正确说出书万方数据魏勇刚等：执行功能与儿童数学认知写该字的墨水的颜色，其原因可能在于儿童对于字面的意义具有优势反应倾向，因而不能抑制其优势反应而错误地以字面的意义代替墨水的颜色【川。在儿童数学认知研究中，范式主要用来研究儿童的数字比较中的大小一致性效应，即把数字的数值大小与其形状大小之间构成冲突，例如形状上比较小的和形状上比较大的，从而要求被试判断两个数字之同的大小。儿童要正确完成该任务，就必须抑制数字的物理大小和数值

8、大小之间的冲突引。规则转换主要用于测查儿童的归纳推理能力、演绎推理能力、工作记忆能力以及抑制控制能力等。在儿童执行功能研究中，经典的规则转换任务是威斯康辛卡片分类测验（，）在任务中，通常发现儿童不能灵活转换的持续性错误，其原因通常被认为是维度改变前后所形成的规则之间产生了认知冲突；同时这种任务要求儿童在发现规则是要不断猜测主试心目中的目标维度，因此归纳推理和工作记忆在其中也扮演了重要角色枉儿童数学认知研究中，概括能力和推理能力是儿童数学认知发展中的两项基本能力，无论是在儿童智力测验方面还是在儿童数学教育方面都得以经常考察。而概括能力与推理能力的考察，可以通过规则发现、规则转换以及规则应用等试验

9、任务很好地实现。因此，执行功能研究中的这些实验任务，也常常为儿童数学认知研究所广泛运用。例如，模式认知是数学认知的一项基本能力，在儿童的模式认知中，就涉及到了诸如分类、概括、比较、推理等思维活动过程，而揭示这些思维过程的实验范式的实质就是规则的发现与提取、规则的转换与应用。有待进一步研究的问题从以上的分析中我们可以看出，执行功能与儿童数学认知之间存在着密切的联系。这些联系除了在认知加工方面有着一些共同的作用机制，如工作记忆、抑制控制等以外，还涉及到深层的认知神经机制，如前额叶皮质的功能等。基于此，在研究范式上它们也存在着一些共同的模式，例如冲突抑制任务、规则转换任务、分类任务、数字广度任务等等

10、。有关执行功能的研究成果，为儿童数学认知发展及其机制的研究以及数学教育提供了一个新的视角，具有重要的理论价值和实践意义。然而，虽然元论是从理论上来讲，还是从实验结果来看，执行功能与儿童数学认知之问都存在着紧密的联系，但是由于研究内容方面的不全面以及研究设计方面的不完善，已有研究难以充分揭示二者之间的内在机制，因此它们之间的关系还有待进一步的深入探讨。从研究内容来看，在有关二者关系的研究中，就数学认知而言，主要是关于数字计算和数字比较的探讨，而关于数学认知的其他方面，诸如测量、空间几何和模式认知却鲜有发现；就执行功能而言，主要是对工作记忆和抑制控制的探讨，而对执行功能的其他成分，如认知灵活性、计

11、划、表征等研究不足。因此，这些研究难以从总体上揭示执行功能与数学认知之间的关系。此外，已有的研究都是以执行功能与数学认知存在着共同的认知加工机制和认知神经机制这一假设为基础的，虽然很多实验数据已经证明了这一假设，但是这不是解释二者之间关系的唯一来源。因为两个事物之间的相关，既有可能来源于二者之间的共有内在机制，也有可能来源于二者之间的共享外部因素。从已有的研究来看。并未对二者之间的外在影响因素加以控制。然而，从执行功能与数学认知的影响因素来看，它们确实存在着一些共同的机制，比如语言、情绪、家庭以及社会文化等。因此，未来的研究应该在研究内容方面有所拓展，从而更为全面地揭示执行功能与数学认知的内在

12、联系及其机制。从研究设计来看，目前的研究都是分别采用现有的数学认知实验范式和执行功能实验范式对儿童进行测量，然后通过测量结果来求它们之间的相关，最后根据相关的结果来推导它们之间的关系。这种设计虽然可以证明二者之间存在联系，但是难以深层次揭示这种联系的内在机制。因此，未来的研究应该采用更为复杂和严密的实验设计，以求深层次地探讨二者之问的内在联系。例如，我们可以采用分层设计的思想，设计出包含不同执行功能水平或成分的数学认知实验范式，或者包含不同数学认知水平或成分的执行功能实验范式，通过对比分析，从而更为清晰准确地揭示二者之间的内在联系及其机制。参考文献，：李红，王乃弋论执行功能及其发展研究心理科学

13、，（）：王淑珍栗洪武执行功能子成分与学业成就的关系应用心理学，（）：俞国良曾盼盼数学学习不良的研究及趋势心理科学进展，（）：，：魏勇刚。吴容明。李红，等抑制性控制在幼儿执行功能与心理理论中的作用心理学报，（）：罗琳琳周晓林执行功能与数量加工：回顾与展望心理科学进展。，（）：，：。：，：南云，罗跃嘉数字加工的认知神经基础心理科学进展（）：张红川，董奇，周新林数字加工的脑功能成像研究进展及其皮层定位心理科学，（）：李红，高山，王乃弋执行功能研究方法评述心理科学进展，（）：，萌，：史亚娟，庞丽娟，陶沙。等岁儿童模式认知能力发展的研究心理发展与教育，。（）：（下转第页）万方数据杨海波：同伴关系与小学生

14、学业成绩相关研究的新视角参考文献张文新儿童社会性发展北京：北京师范大学出版社，：，。，：，：，：邹泓同伴关系的发展功能及影响因素心理发展与教育，（）：杨光艳，陈青萍同伴关系的功能及其对学业成绩的影响衡水学院学报，（）：万晶晶，周宗奎国外儿童同伴关系研究进展心理发展与教育，（）：程利国，高翔影响小学生同伴接纳因素的研究心理发展与教育，（）：郭志刚社会统计分析方法一软件应用北京：中国人民大学出版社。：林崇德发展心理学北京：人民教育出版社，：王美芳，陈会昌青少年的学业成绩、亲社会行为与同伴接纳、拒斥的关系心理科学，（）：（豇，），￥，：，（上接第页）一，（，）（，。），：，万方数据 执行功能与儿童数

15、学认知作者：魏勇刚， 庞丽娟， 夏婧， Wei Yonggang， Pang Lijuan， Xia Jing作者单位：魏勇刚,Wei Yonggang(北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室,北京,100875;重庆师范大学学前教育学院,重庆,400043， 庞丽娟,夏婧,Pang Lijuan,Xia Jing(北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室,北京,100875刊名：心理科学 英文刊名：PSYCHOLOGICAL SCIENCE年，卷(期：2008,31(3参考文献(13条1. Zelazo P D. Craik F I M. Booth L Executive fun

16、ction across the life span 20042. 李红. 王乃弋 论执行功能及其发展研究期刊论文-心理科学 2004(023. 王淑珍. 栗洪武 执行功能子成分与学业成就的关系期刊论文-应用心理学 2006(024. 俞国良. 曾盼盼 数学学习不良的研究及趋势期刊论文-心理科学进展 2002(015. Bull R. Scerif G Executive functioning as a predictor of childrens mathematicsability:Inhibitory,switching,and working memory 20016. 魏勇刚. 吴睿明. 李红 抑制性控制在幼儿执行功能与心理理论中的作用期刊论文-心理学报 2005(057. 罗琳琳. 周晓林 执行功能与数量加工:回顾与展望期刊论文-心理科学进展 2004(058. Zelazo P D. Qu L. Mueller U Hot and cool aspects of executive function:Relations in earlydevelopment 20059. 南云. 罗跃嘉 数字加工的认知神经基础期刊论文-心理科学进展 200