加工速度對青少年推理能力和學習成績的影響

左辭波　王恩國

（河南大學教育科學學院，開封 475004）

加工速度對青少年推理能力和學習成績的影響

左辭波王恩國

（河南大學教育科學學院，開封 475004）

加工速度和推理能力是兩種重要的認知功能。本研究采用數字抄寫、字母抄寫、字母串比較和字符串比較4項測驗兒童的加工速度任務和圖形推理任務，分別考察中學生的加工速度和圖形推理能力特點，以及與學業考試成績的關系。結果發現，加工速度各子任務之間相關顯著且與圖形推理能力相關顯著，高、低加工速度組被試圖形推理能力差異顯著，加工速度是影響推理能力的一項重要因素；學習成績、加工速度和圖形推理能力在性別方面未達到顯著差異；加工速度對圖形推理能力和學習成績有很好的預測效應。

加工速度；圖形推理能力；青少年；學習成績

1　引言

推理是形式邏輯的核心內容，是由一個或一些已知判斷得出一個新判斷的思維形式［1］。推理是智力的核心成分，它反映了個體對事物本質及事物間聯系的認知能力差異［2］。推理能力主要涉及個體對圖形變化、詞語概念、事物關系以及文字資料的認知理解和判斷能力。推理能力的發展是兒童思維發展的關鍵因素之一，研究兒童推理能力發展的認知加工機制，有助于揭示兒童思維發展的特征和本質。目前對于推理能力的研究主要集中在兩個方面：一是圖形推理，研究主要使用瑞文推理、幾何圖形或者其他的自編圖形材料；二是文字推理，主要采用詞語或文字敘述材料，比如測查類比推理等。圖形推理主要是通過不同圖形特征的組合，或者不同圖形組成的邏輯關系的復雜程度來控制難度以及與其他推理形式相比較的過程［3］。圖形推理比較直觀可行，而且可以避免知識經驗、語言能力以及其他因素的影響，因此能夠更為客觀地反映個體的思維發展過程。另外，青少年的各種認知能力是在不斷發展的，圖形推理恰好能夠適應于不同年齡段的兒童［4］。

加工速度（processing speed）表征個體執行多種不同認知操作的快慢程度。它不僅是衡量心理能力的重要指標，而且也是考察個體心理發展水平的重要方式。它的發展變化實質上反映了認知過程內部心理機制的變化過程［5］。已有研究發現至少有六種不同類型的變量被用于評價個體的加工速度［6］。其中，知覺速度是用比較簡單內容的紙筆測驗反應速度測量。知覺速度任務通常包括基本的比較、搜索和替換，測驗得分是在規定時間內個體正確完成的項目數量［7］。加工速度指標主要體現在三個層面上：感覺運動速度，類似于神經傳導速度，反映了對刺激迅速作出簡單反應的能力；知覺速度，反映了對刺激迅速作出知覺判斷的反應能力；第三個層次是認知速度，這涉及到高級的認知活動，如回憶、聯想等。研究者認為［8］，無論是選擇哪種變量來評價個體的加工速度，都必須符合以下三個標準：首先，任務應相對簡單，這樣才能將成績中的大部分個體差異歸因于完成基本認知操作的速度差異，而不是知識或其它認知能力方面的不同；其次，速度測量不能僅僅表征輸入和輸出過程（或感覺和運動過程），如果這樣，它就不能反映相關認知操作的持續時間；第三，同時用幾種測量來評價這個概念更為合理。因為這樣可以強調共同的、與概念有關的變異，而將與單一測量有關的特定變異最小化。根據這三個標準，知覺速度成為衡量加工速度的最合適，也是最常用的指標。

近年來，多重任務的實驗研究結果表明，加工速度應該被看作是一個一般的或獨立于任務的概念。研究發現，年輕成人的加工速度與大量具有不同復雜性的任務之間都存在高相關，而且許多不同速度任務的成績都在童年期一起得到了提高，這反映了加工速度的一種整體發展的趨勢。

研究發現，加工速度與圖形推理能力存在密切關系［9］。為了解釋年齡對認知能力的影響機制，研究還發現，加工速度是一個與年齡增長相關的關鍵性加工能力［10］。作為年齡與認知能力之間的中介因子，加工速度通過兩種不同的機制發生作用：一是限時機制，指一項任務中相關認知的操作太慢，就不能在有限時間內順利完成。也就是說，如果早期操作占用了大部分可用的時間，那么后面的操作就會受到很大限制；二是同時機制，指一項任務中相關操作的慢速加工將使較高水平加工同時所需要的有用信息減少。也就是說，如果加工速度較慢，那么早期加工的結果就可能在完成后面加工時己經丟失或畸變。這兩個機制的核心思想都是隨著加工速度的減緩，加工信息的質量就要下降。據此，研究者都將加工速度與高級認知能力聯系起來。隨后還發現，一旦去除加工速度，年齡和智力之間的相關就會消失［11］。然而，對于中期的學習和保持，年齡會獨立于加工速度而起顯著作用。隨后研究也發現，在去除年齡因素的影響后，反應時和瑞文推理測驗成績之間的相關變化甚微（-0.51到-0.45），仍然達到顯著性水平，而控制反應時后，年齡和瑞文推理測驗成績之間的相關則由-0.28下降到-0.10［4］。上述結果表明，加工速度和流體智力之間的關系似乎很大程度上獨立于年齡。由此可見，有關加工速度、推理能力的個體差異仍需更多研究的支持。

鑒于已有研究多集中于加工速度、工作記憶廣度與圖形推理能力之間的相關，本研究擬對小學四、五年級青少年的加工速度、學習成績與圖形推理能力進行探討。

2　研究方法

2.1研究目的

本研究著重闡明加工速度在圖形推理能力發展過程中的作用以及它們與學習成績之間的關系，進而對兒童圖形推理能力發展的心理機制有一個較全面和系統的認識。

2.2被試

選取某小學四、五年級學生，所有參加實驗的青少年智力正常，無視、聽障礙，之前均沒有接觸過該實驗任務。剔除無效被試數據后，有效被試37人。

2.3材料

實驗采用王恩國等編制的認知能力測驗中的圖形推理能力測驗和加工速度測驗材料［1］。

2.3.1加工速度任務

加工速度測量以知覺速度為指標，要求被試在30秒內完成四項加工速度任務（數字抄寫、字母抄寫、字母串比較、字符串比較），所有任務在正式測試前均有三次以上的足夠練習。

（1）數字抄寫0～9。這10個數字隨機排列在一個10×10的矩陣中。要求被試在30秒內按順序既快又準確地抄寫一系列隨機排列的數字。

（2）字母抄寫。a～z這26個字母隨機排列在一個10×10的矩陣中。要求被試在30秒內按順序既快又準確地抄寫一系列隨機排列的字母。

（3）字母比較。30對隨機字母串成對排列，長度分別為3、6、9個字母（各有10對）。要求被試比較一系列配對的隨機字母串是否相同。兩個字母串中的每一個字和排列順序都相同則為相同，否則即為不同。被試要盡可能快而準確地進行判斷，并在其后面的“相同”或“不同”處的“□”中打“√”。

（4）圖形比較。30對隨機圖形串成對排列，長度分別為3、6、9個字符（各有10對）。要求被試比較一系列配對的隨機字符串是否相同。如果兩個圖形串中的每一個圖形和排列順序都相同則為相同，否則即為不同。被試要盡可能快而準確地進行判斷，并在其后面的“相同”或“不同”處的“□”中打“√”。

這四個子測驗都要求被試在規定的時間內盡可能快而準確地完成任務。在加工速度實驗中，將四個子測驗的成績轉化成Z分數，求其平均值，即。每個被試的就是他的加工速度的成績。將成績從高到低排列，前27%的被試組成高加工速度組（平均成績為0.87，SD=0.34），后27%的為低加工速度組（平均成績為-0.84，SD=0.24）。

2.3.2圖形推理能力任務

測量工具采用自行編制的認知能力測驗，選取其中的39道題目（其中兩道為練習）。每次在計算機屏幕中央會出現一個大圖形和六個 （或八個）小圖形。被試要盡可能快而準確地從這些小圖形中選擇出最合適的一個以填補到大圖形中的空白部分 （以使大圖形變得完整）。39道正式題目按照由易到難的順序呈現。

2.3.3學習成績

所有被試按照本學年期中考試總成績的平均分轉化為Z分數作為學習成績。

數據處理采用SPSS18.0進行統計分析。

3　結果

3.1基本統計結果分析

實驗完成后將所有被試數據用SPSS18.0版本統計軟件進行初步整理，對47名被試測量的5項任務的數據進行分析，偏離平均數3個標準差的數據被判定為異常數據，予以剔除。在加工速度的字符串比較、字母串比較任務中，將正確率低于75%的數據刪除，共刪除2個。用相關方法探討加工速度、圖形推理、成績與年齡的關系。

對推理能力、加工速度、學習成績和年齡的任務描述性統計結果見表1。從結果看出，各項任務的峰度和偏度都比較理想。其中峰態值（Kurtosis）＜4，偏態值（Skewness）＜3，都滿足標準正態分布，適合做進一步的統計分析。

表1　各實驗任務的描述統計性結果

本研究通過相關方法綜合考察四者之間的關系，具體而言，把不同加工速度任務（數字抄寫、字母抄寫、字母串判斷、字符串判斷）成績轉化成Z分數，然后把4項加工速度的Z分數平均組成加工速度分數，采用相關分析考察各因素之間的關系。

3.2加工速度各任務、圖形推理能力、學習成績和年齡的相關研究

對被試的各項實驗數據進行Pearson相關分析，統計結果見表2。

表2　加工速度、學習成績、圖形推理能力、年齡的相關矩陣

結果表明，加工速度各任務之間相關顯著，與圖形推理能力相關極其顯著，說明加工速度是影響推理能力的一項重要因素。圖形推理能力與被試的學習成績相關顯著。年齡與成績、加工速度、圖形推理能力相關不顯著。

3.3高、低加工速度組圖形推理能力和學習成績差異分析

以被試的圖形推理能力、學習成績為因變量，以加工速度的快慢（高分組、低分組）為自變量進行獨立樣本t檢驗，結果如表3所示。

結果表明，加工速度對圖形推理能力的影響顯著（p＜0.05）。那些被歸為高加工速度組的被試圖形推理能力得分要高于低加工速度組，說明加工速度是影響圖形推理能力的一個重要因素。加工速度對學習成績的影響不顯著（p＞0.05），也就是說高加工速度和低加工速度在學習成績方面沒有顯著差異。

3.4不同性別學生學習成績、加工速度、圖形推理能力的差異比較

以被試的圖形推理能力、加工速度和學習成績為因變量，以被試性別為自變量進行獨立樣本t檢驗，結果如表4所示。

表3　高、低加工速度組的學生成績、圖形推理能力的獨立樣本t檢驗

表4　不同性別的被試在加工速度、學生成績和圖形推理能力上的獨立樣本t檢驗

結果表明，不同性別的被試在學習成績、加工速度和圖形推理能力方面有差異，但都未達到顯著水平。

4　討論

本研究以小學四、五年級兒童為研究對象，考察其加工速度、類比推理、學習成績之間的相互關系，尤其關注加工速度的各個子成分如何對類比推理產生影響。通過對數據進行統計分析，得到了一些有啟發意義的結果。

加工速度各子任務間存在顯著相關，其中數字抄寫與字母抄寫（p＜0.01）以及數字抄寫與字符串比較（p＜0.01）之間非常顯著。成績與圖形推理能力相關顯著（p＜0.05）。但是年齡與加工速度、圖形推理能力、學習成績之間呈負相關，該結論與研究假設并不相符。在本研究中，由于被試選取的是農村學校，班級中存在大量留級兒童。所以，在同一個年級中年齡較大的兒童一般成績會較年齡較小兒童的成績差些。從四年級被試年齡的描述中 （M=10.89，SD= 1.227）也可看出農村兒童較城市同年級兒童年齡較大。

高、低加工速度組的學生在圖形推理能力、學習成績方面的差異，是通過兩獨立樣本的t檢驗進行比較分析發現的。高加工速度組和低加工速度組的學生在圖形推理能力方面有顯著差異，其中高加工速度組的圖形推理能力平均值為29.70，而低加工速度組的平均值為25.70，可以看出，高加工速度組的圖形推理成績明顯高于低加工速度組。而在學習成績上，高、低加工速度組沒有顯著差異，說明高、低加工速度組被試在成績方面是相當的。

加工速度是影響類比推理的一個重要因素。這也支持了前人的研究，信息加工速度是思維、智力等能力的一個關鍵成分，加工速度是認知發展變化的一般性因子［4］?？傮w上，不論兒童還是成人，加工速度與智力存在顯著相關，那些進行簡單感知覺任務速度快的被試在進行高級的、復雜的認知活動時速度也會更快。

而在學習成績上，高、低加工速度組沒有顯著差異，這與現在的農村教育的偏重有關。被試的期中考試成績是語文、數學和英語三門課的分數相加。英語、語文的比重較大，可能與高、低加工速度組對學習成績影響差異不顯著有關。

本研究發現，不同性別的被試在學習成績、加工速度和圖形推理能力方面有差異，但都未達到顯著水平。在學習成績方面，女生的平均學習成績高于男生。這是與以往研究相符的，以往研究證明在小學階段男女生語言理解性科目學習成績是有明顯差異的，女生的語文學習成績要好于男生。據我國學者調查，在小學，女生的學習成績高于男生學習成績，優秀的人數女生比男生多20%以上［12］。在兒童時期，女孩較男孩發育早，在語言理解能力方面要優于男生。而不同性別被試在加工速度上的成績無顯著差異可能是因為對于他們而言，加工速度實驗中指定的四個指標操作相對簡單，無法體現其加工速度的高低，故而在不同性別被試間未能表現出差異。在圖形推理能力方面，男生優于女生。

本研究盡管得到了一些有啟發性的結論，但是還有許多需要改進的方面。比如，本實驗中的類比推理題目多采用比例方式進行推理，沒有對功能類比推理（或問題類比推理）進行探討。如果能增加這種類型的類比推理任務，則能使結果更加具有說服力。本研究被試主要集中在小學四、五年級，今后研究可以擴大樣本量，進一步考察兒童發展過程的年級差異。

5　結論

加工速度各子任務之間相關顯著且與圖形推理能力相關極其顯著，加工速度是影響推理能力的一項重要因素。不同性別的被試在學習成績、加工速度和圖形推理能力方面差異不顯著。高、低加工速度組的被試圖形推理能力差異顯著，圖形推理能力對學習成績有很好的預測效應。

1王恩國，劉昌.語文學習困難兒童的工作記憶與加工速度.心理發展與教育，2008，（1）：94-100.

2王亞南，劉昌.加工速度、工作記憶與數字推理能力的發展.心理科學，2006，29（5）：1081-1085.

3沃建中，李琪，田宏杰.不同推理水平兒童在圖形推理任務中的眼動研究.心理發展與教育，2006，（3）：6-10.

4王恩國，時金獻，劉昌.不同類型學習困難初二學生的信息加工速度比較.中國心理衛生雜志，2008，22（11）：801-806.

5沃建中.心理加工速度發展的研究進展.心理學動態，2001，9（4）：311-318.

6張暉，王福興，李雅紅.工作記憶、加工速度和推理能力對小學兒童策略適應性的影響.心理發展與教育，2008，（2）：39-45.

7羅婷，焦書蘭.認知加工速度研究中常用的實驗和統計方法.心理科學進展，2002，10（l）：21-28.

8Geary D C，Brown S C，Samaranayake V A.Cognitive addition：Ashort longitudinal study of strategy choice and speed-of-processing differences in normal andmathematicallydisabledchildren.Developmental Psychology，1991，27：787-797.

9Swanson HL，Ashbaker MH.Working memory，short-term memory，speech rate，word recognition and reading comprehensioninlearning disabledreaders：Does the executive system have a role？Intelligence，2000，28（1）：1-30.

10Ackerman P L，&Cianciolo A T.Cognitive，perceptual-speed，and psychomotor determinants of individual differences in skill acquisition.Journal of Experimental Psychology：Applied，2000，（6）：259-290.

11Bull R，&Johnston R S.Children’s arithmetic difficulties：Contributions fromprocessing speed，itemidentification，and short-term memory.Journal of Experimental Child Psychology，1997，65：1-24.

12Wang E G，Qin S T，Chang M Y，et al.Digital memory encoding in Chinese dyscalculia：An event-related potential study.Research in Developmental Disabilities，2015，36（1）：142-149.

Processing Speed Impact of Reasoning Ability and Academ ic Performance on Adolescent

Zuo Cibo，Wang Enguo
（Education Science College，Henan University，Kaifeng 475004）

Processing speed and reasoning ability are two important cognitive functions.In this study，the use of digital copying，copying letters，graphics processing speed tasks and reasoning tasks letter string comparisons and string comparison investigated processing speed and graphics reasoning characteristic of secondary school students，as well as the relationship between academic test scores.They were found that the processing speed of each sub-task was related significantly and the figure reasoning ability was significantly related to high and low processing speed group subjects graphical reasoning significant difference，the processing speed was an important factor affecting the reasoning ability；academic，processing speed and graphics reasoning ability was not significant difference in terms of gender.Processing speed figure reasoning ability and academic achievement were good predictors.

p rocessing s peed；g raphical reasoning；a dolescent；a cademic score

國家自然科學基金（31371051）、河南省哲學社會科學規劃項目（2015BJY010）

王恩國，男，教授，博士。Email：enguowang@163.com