數字加工的研究綜述

張德雙

摘要： 數字在人們的工作和學習中有著重要的意義，也是兒童認知發展的一項基本能力。目前，數字加工的影響因素及數字加工基本效應，已成為數學心理學和認知心理學理論探討和實證研究的中心問題。

關鍵詞：數字加工；記憶；認知

一、數字加工的概念

Campbell（1992） 認為，數字加工是一種表征編碼的組合，它包括理解和產生各種數字形式，通過各種微量的增加來數數、檢索、計算和估計簡單與復雜算術問題的結果。潘運認為，數字加工是對數字刺激進行數字表征的認知加工過程，是一個試圖探討數字和算術知識如何在記憶中被組織，以及這些知識是如何獲取和應用的領域。金美貞（2010）提出數字加工是個體加工數字刺激，形成相應的數字心理表征，并運用其進行相應的認知加工的過程，如數字比較、數學運算、數字估計。

可見，數字加工是人對進入人腦中的數字信息進行重新整合的認知加工過程，包括對數字意義的認知、數學法則的運用及不同數字符號的相互轉換。

二、數字加工的研究方法

目前，關于數字加工的研究主要圍繞在算數認知和數字認知兩大領域，下面簡單介紹幾種經典的研究范式。

（一）數字匹配任務

數字匹配任務主要用于研究數字的自動激活，任務中要求判斷先后呈現的數字是否一致，如，屏幕出現兩個數字（5和6），經過短暫間隔后，屏幕出現數字（如5、6或7），要求判斷后呈現的目標是否是之前呈現過的。之后，Galfano將數字匹配任務擴展到運用乘法法則來激活之后呈現的兩個數字，得到了相同的結果。

數字匹配任務充分利用短時記憶在數字加工中的作用，首先，個體將先前呈現的數字刺激儲存在短時記憶里，然后做出與之前出現過的刺激是否一致的判斷。但Jackson對此提出了質疑，認為在匹配過程中，自動加工和意識加工之間的界線是非常不清楚的。數字匹配任務對個體認知能力要求較低，只須辨認曾出現過的數字刺激是否再次出現，因此，該任務常作為考察簡單數字加工能力的手段。

（二）自我報告任務

自我報告任務主要研究算術加工中問題大小、策略使用的問題。自我報告過程中要求個體在進行數量信息加工后立即說出自己所使用的策略。首先屏幕中央呈現一個算術問題，如“3和5哪個大？”待被試回答后，要求其立即報告他們在回答該問題上所使用的方法。Imbo為被試提供了四種策略：第一種，提取，即從機體已有記憶中獲取解決方案，這種方法的前提是個體已有知識儲備中具有解決該問題的答案，而不須要額外的思考；第二種，計數，即通過計算某些數量信息的倍數關系獲取答案；第三種，轉換，即通過運用相關法則、公式來尋找問題的答案；第四種，其他，猜測或不清楚自己使用的是何種策略。

自我報告任務可以清晰地展現個體數字加工的運算思維過程，有助于了解被試已有知識和經驗對數量信息整合的影響，對于探討數字加工能力的個體差異上效果明顯。

（三）啟動任務

啟動指暴露于某些特定的刺激或事件而導致記憶或意識中的信息的可利用性提高。Ashcraft（1987）使用啟動任務來研究數字信息加工中的易化和抑制效應問題。啟動任務會影響個體的數量信息加工結果，正啟動會易化加工結果，負啟動會抑制加工結果。

啟動任務中加入了中性條件，因此可以在數量信息加工中探測到抑制效應；啟動任務能夠區分問題編碼機制和法則提取機制，區分兩種機制可以使數字加工過程機制更清晰化。

（四）數字比較任務

數字比較任務主要用來研究數字信息加工的自動化問題及數字與空間特性的關系。數字比較過程中要求被試對序列數字與標準數字作比較。首先屏幕依次呈現探測數字（如，1～9但不包括5），被試的任務是把探測數字與5作比較，若探測數字比5小，用左右手中的一個按鍵反應；若探測數字比5大，則用另一只手按鍵反應。之后，數字比較任務被擴展到數字奇偶判斷中，使得該范式更加系統化、科學化。

數字比較任務可以在短時間內為個體提供優質的數量加工空間，因此，通常作為考察年紀較小的兒童數字加工能力的主要手段。

三、數字加工的基本理論

研究者對數字加工的理論解釋還尚未達成共識。下面簡單介紹幾種比較認可的理論。

（一）抽象代碼理論

抽象代碼理論認為，數字加工由三種功能獨立的認知系統構成：負責編碼數字輸入的理解系統、計算加工系統和反應產生系統。認知系統之間的相互傳遞是通過一個抽象的、單獨的語義數量代碼來實現的。抽象代碼理論強調數字加工所使用的代碼是抽象的、分離的，這種抽象是通過分析與綜合的途徑，運用概念在人腦中再現對象的質和本質的方法，分為質的抽象和本質的抽象。

（二）優選進入編碼理論

優選進入編碼理論是建立在眾多神經心理學個案的基礎上產生的，該理論提出，人們在進行數量信息整合時，會傾向使用一種特定的編碼方式。有些人傾向于視覺進入數量信息整合，而有些人則傾向于言語進入數量信息整合，方式不同，加工產生的效果不同。優選進入編碼理論強調機體編碼符號損壞的嚴重性，如果機體的符號轉換編碼受到損壞，那么符號信息若以該形式通過的都將受到破壞。

Seron 不贊同McClosky的語義數字表征的觀點，指出，個體對數量信息的編碼方式有自主選擇性，當數量信息進入個體腦海后，將統一被轉換為相同的代碼。他從一個病人（NR）的研究中發現，該病人能夠將所有的輸入數字轉換成一個數量表征和一個言語表征，而其他正常人則使用阿拉伯符號作為他們的優選進入代碼。該結果說明數字加工并不一定是完全固定的系統來完成的，個體有優選的可能。

（三）編碼復合體理論

編碼復合體理論基于計算過程受數字編碼過程影響的假設，提出數量信息加工整合化的觀點，該理論認為個體在進行數量信息整合時存在一個編碼復合體，問題的解決須要從編碼復合體中整合有關題目的相關信息，如，視空間、言語和運動。此外，編碼復合體理論非常注重計算的交互在信息整合中的重要地位。相互作用編碼是建立在信息整合的前提下的。編碼復合體整合是數字信息編碼必要的加工工具，編碼復合體整合的存在為信息傳遞和自動加工的形成提供便利。

（四）三重代碼理論

Dehaene（2003） 在分析有關獲得性計算障礙個案研究基礎上，提出了三重代碼理論。該理論認為信息加工是利用三種不同的代碼方式進行的，第一種是數量的相似表征；第二種是言語理解表征；第三種是視覺阿拉伯數字形式的表征。第三種表征認為，數字是以肉眼呈現的一系列不同數字來體現的。以上可以看出，該模型指出，數學加工能力由三種不同功能的編碼系統組成：數字認知系統、聽覺的語言加工系統和視覺的數字加工系統。它們各司其職，相互配合。三重代碼理論強調代碼的確定性、標準化和穩定性，即特定的數字加工選擇特定的代碼方式進行。

四、數字加工研究的展望

第一，與認知神經心理學的技術相結合，如FMRI、PET和ERP技術。不僅可以從時間和空間兩方面研究數字加工機制，而且可以了解數字加工過程對腦機制的影響，數據解釋更全面。

第二，與觀察法相結合。當前，關于數字加工的研究多采用實驗室法，由于實驗室實驗嚴格控制了外部條件的影響，而忽視了個體在現實學習、生活中的具體表現，所以，可以與觀察法相結合，用來補充實驗室實驗的缺陷。

第三，受試群體多樣化。未來關于數字加工的研究可以選擇一些特殊被試群體，例如，數學學習障礙兒童、注意缺陷多動障礙兒童、記憶障礙兒童等，用來解釋這些特殊被試群體數字加工能力的高低、數字加工效應的表現狀況及數字加工機制與其他機制（注意）的交互作用等問題，有助于更好地、有針對性地進行指導和訓練，改善其數字加工能力弱的現狀。

參考文獻：

[1]J.D.Campbell，J.M.Clark.Cognitive number processing：An encoding complex perspective.In JID Campbell （Ed.）[M].The nature and origins of mathematical skills. Amsterdam： Elsevier， 1992：457-491.

[2]潘運.視覺注意條件下數字加工能力發展的實驗研究[D].天津師范大學碩士論文. 2009， 6.

[3]金美貞，余芬芬，曹曉華.兒童數字加工績效研究[J].人類工效學，2010， 16（2）：30-39.

[4]S.Dehaene，M.Piazza，P.Pinel，et al .Three parietal circuit its for number processing[J].Cognitive Neuropsychology， 2003， 20（3-6）： 487-506.