執行功能對學前兒童數量加工的影響

胡月　魏勇剛

[摘要]本研究對63名40-62個月的兒童進行數量加工和執行功能測試，發現學前兒童執行功能的三種成分，即工作記憶、抑制控制和認知靈活性，均與兒童的數量加工成績呈顯著正相關；抑制控制對數量加工具有顯著的預測效果：抑制控制和工作記憶對數量加工具有顯著的聯合預測效果；工作記憶和認知靈活性對數量加工沒有獨立的顯著預測效果，認知靈活性與其他兩種執行功能成分間的交互作用對數量加工也沒有顯著的預測效果。研究者據此提出，教師可以設計有針對性的游戲活動，充分利用一日生活中的教育契機，促進學前兒童執行功能和數量加工能力的發展。

[關鍵詞]數量加工；執行功能；學前兒童；相關性；影響

[中圖分類號]G610 [文獻標識碼]A [文章編號]1004-4604（2014）01/02-0049-05

數量加工是人們日常重要的思維活動之一，越來越多的研究者開始關注數量加工的機能、運算能力的發展以及它們與其他重要認知能力的關系等問題。本文所討論的學前兒童數量加工主要是指學前兒童數的能力和對數量詞的理解能力。執行功能（executive function）是人類的高級認知功能，一般是指個體為實現某一特定目標，以靈活、優化的方式控制多種認知加工過程的認知神經機制。有關執行功能成分的劃分有很多種，比較受到認同的一種觀點是將執行功能劃分為三種成分，分別是工作記憶（working memory）、抑制控制（inhibitory control）和認知靈活性（cognitive flexibility）。執行功能對人們的許多高級認知活動均有影響，數量加工也不例外。研究表明，執行功能會直接影響數量加工能力的發展。Geary和Bull等的研究發現，執行功能（主要是注意和抑制控制）發展不良是導致兒童數量加工發展不良的重要因素。近年來，國內有關執行功能與兒童數量加工關系的研究有較大進展。例如，王明怡、林崇德等在相關研究綜述中指出，中央執行功能在兒童算術認知加工中發揮著關鍵作用。從執行功能角度來解釋算術學習困難兒童的認知成因是這一領域研究的焦點問題之一。魏勇剛、劉昌等的研究表明，執行功能與數學認知能力的發展有密切關系，并且執行功能可以從多方面對兒童的數學認知障礙作出預測和解釋。然而，查閱相關文獻后發現，已有研究都認為執行功能會對兒童的數量加工產生影響。但對執行功能的三種成分，即工作記憶、抑制控制和認知靈活性對數量加工的影響程度和預測效果方面卻結論不一致。因此，本研究采用新的測試任務對學前兒童進行測試，以分析執行功能對學前兒童數量加工的影響，從而為細化執行功能對數量加工影響的研究提供參考，進而以此為依據，對幼兒園教學實踐提出建議。

一、研究方法

本研究隨機選取重慶市某幼兒園63名40-62個月的兒童為被試（男26人，女37人），平均年齡51.2個月。測試任務分為數量加工能力測試和執行功能測試兩方面。

數量加工能力測試采用《MSCA-CR麥卡錫幼兒智能量表（中國修訂版）》中的《數量分量表》進行。《MSCA-CR麥卡錫幼兒智能量表（中國修訂版）》主要用于對兒童心理發展作綜合測定與評價，適用年齡范圍為2.5～8.5歲。其中，《數量分量表》用于測量兒童數的能力和對數量詞的理解能力，共有如下3個測驗。

數的問題：要求兒童解答12個關于加、減、乘、除的簡單計算和數量知識的問題。

數字記憶：即數字跟讀廣度，要求兒童注意傾聽和即時復述數字，包括順背數字和逆背數字兩部分。順背數字是指當主試以1秒鐘讀1個數字的速度讀完一連串數字后（最短為2個數字，最長為7個數字），要求被試立即按同樣的順序復述數字串。逆背數字則是指要求被試將主試讀的數字串倒過來念。數字串最短為2個數字，最長為6個數字。主試念數字串的速度與順背數字測試一致。

計數和數的區分：包括9個題目，用于測試兒童的計算和理解數概念、數量詞的能力。

執行功能測試包括六個盒子、白天一黑夜、FIST任務三項，分別用于測量執行功能的三種成分，即工作記憶、抑制控制和認知靈活性。

六個盒子任務：采用Diamond等人設計的SixBoxes任務，主試向被試出示6個不同顏色的盒子，并說明每個盒子里面都裝了一個笑臉娃娃，被試可以從一個盒子里拿出笑臉娃娃送給自己。被拿走笑臉娃娃的盒子會被重新放到其他盒子中并打亂順序，要求被試盡量做到每次都能從盒子中找出一個笑臉娃娃。共找6次。找到笑臉娃娃記1分，未找到記0分。

白天一黑夜任務：采用Gerstadt等人修訂的“白天一黑夜”的Stroop任務（D-N），要求被試看見太陽的圖形時說“黑夜”，看見月亮的圖形時說“白天”，在被試明白游戲規則后，進行32次正式測試。答對1次記1分，答錯記0分。

FIST任務：采用Jacques等人設計的FIST任務，主試先向被試呈現三張圖片（圖片內容分別是一艘大船、一艘小船和一只小兔子），先要求被試選出在某一方面相關的兩張圖片（如形狀：大船和小船），然后再讓被試選出在另一方面相關的兩張圖片（如大小：小船和小兔子）。答對1次記1分，答錯記0分。

在和被試熟悉后，在一個安靜且被試熟悉的房間里，主試按照統一的指導語，對被試進行一對一的測試。各項測試任務無固定順序，完成一項測試任務后可稍作休息。主試記錄測試成績，最后進行統計分析。

二、研究結果

1.執行功能各成分對數量加工的影響

將執行功能三項測試的成績，即工作記憶、抑制控制和認知靈活性的得分分別從高到低進行排序，隨后按照人數平均分成兩組（n=31），即低分組與高分組。對比低分組與高分組之間的成績差異發現，不論是工作記憶、抑制控制還是認知靈活性，低分組與高分組之間成績差異顯著（見表1）。

將工作記憶、抑制控制、認知靈活性低分組與高分組相對應的數量加工成績進行對比分析發現，工作記憶低分組所對應的數量加工成績低，工作記憶高分組所對應的數量加工成績高（見圖1），抑制控制（見圖2）和認知靈活性（見圖3）也同樣有此趨勢，說明執行功能低分組對應數量加工成績低分組，執行功能高分組對應數量加工成績高分組。由表2可知，工作記憶低分組與高分組分別對應的數量加工成績之間存在顯著差異，抑制控制低分組與高分組分別對應的數量加工成績之間存在顯著差異，認知靈活性低分組與高分組分別對應的數量加工成績之間也存在顯著差異，說明執行功能三種成分得分低分組與高分組分別對應的數量加工成績之間均存在顯著差異。

2.執行功能各成分對數量加工的預測效果采用逐步線性回歸統計技術，分析工作記憶、抑制控制、認知靈活性三者共同作用對數量加工的預測效果，獲得了兩個有顯著預測效應的回歸模型，一是抑制控制對數量加工具有顯著的預測效果（見表3），二是抑制控制和工作記憶對數量加工具有顯著的聯合預測效果（見表4）。工作記憶和認知靈活性對數量加工沒有獨立的顯著預測效果，并且認知靈活性與其他兩種執行功能成分間的交互作用對數量加工也沒有顯著的預測效果。

三、討論

本研究發現，數量加工成績低分組的工作記憶、抑制控制、認知靈活性得分均顯著低于高分組，表明執行功能與數量加工二者存在正相關。換句話說，與數量加工高分組兒童相比，數量加工低分組兒童普遍存在執行功能發展不良。

逐步線性回歸統計分析發現，抑制控制對數量加工具有顯著的預測效果，抑制控制和工作記憶對數量加工有顯著的聯合預測效果，說明數量加工成績較低主要可由抑制控制單獨解釋，或者聯合抑制控制和工作記憶來解釋。或者可以說，抑制控制是影響學前兒童數量加工的主要因素。這與Miyake等人的研究結論相同。Mivake等人的驗證性因素分析表明，抑制控制在執行功能中的地位非常重要，執行功能任務中大都有抑制控制的參與。李紅等人的研究也發現抑制控制是影響兒童數學能力的執行功能的核心成分，它對數學能力有直接影響，同時還通過轉換和刷新間接影響數學能力。

工作記憶對學前兒童數量加工的影響也不容忽視。本研究中測量工作記憶所使用的六個盒子任務主要是用于測量刷新（updating）能力的。刷新作為一種很重要的執行功能，體現了人們不斷對記憶內容進行修正的能力。目前關于刷新與數量加工關系的研究非常少。Kiss等人曾利用活動記憶范式研究執行功能的腦定位，但并未設立對照組考察被試在刷新過程與非刷新過程中的數量加工有何區別，因此并不能說明數量加工與刷新的關系。隨著研究手段的成熟和完善，相信未來在這方面會涌現出更多的研究成果。

本研究發現工作記憶和認知靈活性對學前兒童數量加工沒有獨立的顯著預測效應，這與李紅等人的研究結論不同。李紅等人研究發現抑制、轉換（即認知靈活性）、刷新三種執行功能和數能力均有較強關聯，能夠顯著預測數學能力的發展。關于認知靈活性對學前兒童數量加工的影響，需要在日后的研究中繼續探討。

值得一提的是，本研究的逆背（倒數）任務出現了地板效應，可能的原因有很多。一是取樣偏差。本研究只選取重慶市一所幼兒園的兒童為被試，取樣范圍有待擴大。二是兒童缺少逆背的相關經驗。趙振國在其兒童數感發展的研究中也發現了這一問題。他的研究中的測題是根據Malofeeva等人的測查工具改編的，包括6個部分共18項任務，分別是唱數（4項任務）、數符號辨認（1項任務）、數與物體對應（3項任務）、序數（2項任務）、比較（4項任務）、加減運算（4項任務）。統計結果顯示，在這18項數感任務中，學前兒童順數表現最好而倒數表現很差。他認為倒數成績低可能是由于兒童缺少這方面的經驗，因為無論是在家里還是在幼兒園中，倒數都是很少涉及的。

四、教育建議

本研究發現，執行功能對學前兒童的數量加工有重要影響。雖然執行功能發展的年齡跨度很大，但是重要的發展變化集中在幼兒期。與此同時，幼兒期也是兒童開始大量接觸數量加工的時期。依據本研究的結果，研究者對幼兒園如何更好地促進兒童執行功能和數量加工能力發展提出如下建議。

1.在游戲中促進兒童執行功能發展

目前幼兒園的教學逐漸游戲化，教師可以組織多種游戲活動來促進學前兒童執行功能發展。例如，可以用“大西瓜、小西瓜”的游戲提高學前兒童抑制控制能力發展。游戲規則是在聽到“大西瓜”時比畫“小西瓜”的手勢，在聽到“小西瓜”時比畫“大西瓜”的手勢。游戲時學前兒童可能會出現較多錯誤，因為他們可能會傾向于做出與聽到的口令相同的動作，這是一種優勢反應。通過這樣的游戲，兒童可以不斷學習抑制優勢反應，從而順利完成游戲。

2.充分利用一日生活中的教育契機

本研究逆背任務出現地板效應的原因之一就是學前兒童以前很少接觸類似的任務，也即兒童缺少相關經驗。逆背其實是學前兒童靈活使用數數技能，準確理解數關系的重要基礎。研究表明，許多學前兒童似乎可以從對倒數的注意中獲益，特別是跨越10進位時。這類倒數活動可以幫助學前兒童更好地理解數序和數字大小。要提高學前兒童倒數的能力，教師可以在一日生活中充分利用教育契機進行。例如玩游戲時，在計時類游戲將結束時，可以帶領兒童數“5，4，3，2，1，停”，鍛煉倒數能力。教師可以從簡單的倒數開始，不斷增加難度。在一日生活中充分利用教育契機開展相關活動，學前兒童不僅可以感知到生活中許多與數相關的信息，而且可以在潛移默化中不斷提高數量加工能力。