認知負荷與編碼方式影響小學數學學業不良生的前瞻記憶及其成分*

陳幼貞 張曼曼 林秋蓉

認知負荷與編碼方式影響小學數學學業不良生的前瞻記憶及其成分*

陳幼貞1張曼曼1林秋蓉2

(1福建師范大學心理學院, 福州 350117) (2福建省龍巖市連城縣實驗小學, 龍巖 364000)

通過兩個實驗探討認知負荷對小學數學學業不良生前瞻記憶及其成分的影響, 以及是否可以通過執行意向編碼提高其前瞻記憶及其成分的成績。實驗1結果顯示數學學業不良生前瞻記憶、前瞻成分及回溯成分正確率顯著低于數學學優生, 高認知負荷條件前瞻記憶、前瞻成分及回溯成分的正確率顯著低于低認知負荷條件; 實驗2結果顯示執行意向編碼條件下, 數學學業不良生前瞻記憶成績顯著好于標準編碼條件, 前瞻成分和回溯成分的正確率高于標準編碼條件。結果表明數學學業不良生前瞻記憶及其成分表現差于數學學優生; 無論認知負荷高低, 執行意向編碼均可通過提升前瞻成分和回溯成分改善數學學業不良生前瞻記憶表現。

前瞻記憶, 前瞻成分, 回溯成分, 數學學業不良生, 認知負荷, 編碼方式

1 引言

學業不良生是指個體的智力正常, 但其實際學習成績和其智力潛能所能達到的學習成績之間存在差異(董云英等, 2008; 張紅霞等, 2016), 數學學業不良生是學業不良生的一個重要亞型(陳立, 趙微, 2013)。元分析的結果表明數學學業不良生在執行功能、工作記憶、短時記憶、加工速度等方面存在缺陷(Johnson et al., 2010; Peng et al., 2018)。而執行功能是前瞻記憶成功執行的先決條件(Mahy et al., 2014)。同時, Swanson (1994)發現工作記憶可以預測數學學業不良, 并主張根據工作記憶任務如何被遺忘分為兩類, 一種與回溯記憶失敗有關, 一種和前瞻記憶錯誤有關。問卷調查(陳星潔等, 2014, 9月)與實驗研究(Chen et al., 2016; Chen, Xu, et al., 2018; Ji et al., 2021)也表明, 前瞻記憶和數學學業不良存在密切的關系, 數學學業不良生存在明顯的前瞻記憶問題。改善數學學業不良生的前瞻記憶有利于減少其因前瞻記憶失敗導致的學業失敗, 從而在一定程度上促進其學業表現。前瞻記憶(prospective memory, PM)是一種關于未完成意向的記憶, 指在將來合適的時間或情境下執行提前規劃好的事件或活動的記憶(Einstein & Mcdaniel, 1990; 郭云飛等, 2016)。前瞻記憶的執行過程中涉及兩種成分：前瞻成分和回溯成分。前瞻成分指在恰當的時機記起要執行某項活動; 回溯成分指對要執行意向內容的記憶(Einstein & Mcdaniel, 1990)。前瞻成分涉及對前瞻記憶線索的覺察, 主要與注意相關; 而回溯成分涉及對意向內容的回憶和提取, 為記憶過程。前瞻成分和回溯成分的共同參與促成了前瞻記憶任務的成功執行, 任何一個成分的失敗都會導致前瞻記憶失敗。然而, 鮮有研究從成分分離的角度探討數學學業不良生前瞻記憶表現較差的內部機制, 以及如何提高數學學業不良生的前瞻記憶成績。

數學學業不良生的前瞻記憶欠佳現象是何種成分導致的呢？紀莉莉和趙俊峰(2018, 11月)采用ERP技術研究了學業不良生前瞻記憶意向提取的特點, 發現學業不良生N300和前瞻性正波的潛伏期都更長, 表明學業不良生在前瞻記憶目標檢測和意向提取方面都占用了更多的認知資源。據此可推測, 學業不良生的前瞻成分和回溯成分可能都是導致其前瞻記憶落后的原因。有研究通過建模分析表明, 學業不良生的前瞻成分成績比一般學生差, 而回溯成分表現和一般兒童無顯著差異, 學業不良生的前瞻記憶不佳主要由前瞻成分導致(張紅霞等, 2016); 另有研究采用問卷法進行研究, 發現學業不良生的回溯成分成績差, 應該從干預學業不良生的回溯記憶方面著手來提高其前瞻記憶成績(Alotaibi & Ali, 2021)。但以上研究都沒有以實驗手段分離兩種成分, 因此數學學業不良生前瞻記憶表現較差的內部機制尚不明晰。

根據預備注意加工與記憶加工理論(Preparatory Attentional and Memory processes, PAM; Smith, 2003; Smith et al., 2007), 前瞻記憶加工包含預備注意加工和記憶加工兩部分。預備注意加工指的是對前瞻記憶目標的檢測需要持續投入注意資源, 可對應于前瞻成分, 因此前瞻成分表現受認知資源的影響, 已有不少研究支持這一點, 例如因個體認知功能尚未成熟(Zimmermann & Meier, 2010)、或衰退(陳思佚, 周仁來, 2010)導致的可用認知資源不足而影響前瞻成分表現, 或者因任務負荷增加而導致可用的認知資源減少進而影響前瞻成分表現(陳幼貞等, 2021; 侯宗樹, 2020; 李小美, 2020)。記憶加工指的是從長時記憶提取意向內容, 對應于回溯成分, 是否受認知資源影響則與回溯任務的內容是否能夠自動提取有關。有研究發現回溯成分受進行中任務負荷影響(Meier & Zimmermann, 2015), 另有研究發現回溯成分不受進行中任務負荷影響(陳幼貞等, 2021; 侯宗樹, 2020)。上述研究均以大學生為研究對象, 在Meier等的研究中, 回溯成分難度大, 需要消耗較多認知資源加以提取, 而后者的研究回溯成分簡單, 對于大學生來說可以實現自動提取, 因此不受認知資源影響。而小學數學學業不良生的中央執行功能三個子成分(抑制、刷新和轉換)均存在不足(任偲, 蔡丹, 2019), 且回溯記憶能力較差(Alotaibi & Ali, 2021)。在執行前瞻記憶任務過程中, 需要在前瞻記憶目標出現時抑制進行中任務并立即轉換到提取前瞻記憶意向, 即使是簡單的回溯成分任務, 對于執行功能不良且記憶能力尚處于發展中的小學數學學業不良生來說也可能失敗率較高, 而且已有研究表明, 數學學業不良生前瞻記憶表現受認知負荷的影響較大(Chen et al., 2016),其前瞻記憶不同成分對進行中任務負荷變化可能更加敏感, 因此, 操縱進行中任務認知負荷, 以實驗手段分離兩種成分, 有利于進一步明晰數學學業不良生前瞻記憶兩種成分的作用, 對于制定提升其前瞻記憶能力的有效的針對性措施具有重要意義和應用價值。

前已述及, 數學學業不良生前瞻記憶表現較差, 尤其在高認知負荷下更甚, 那么是否可以通過改變認知資源需求來改善其前瞻記憶成績呢？已知執行意向編碼是提高前瞻記憶表現的有效編碼策略(陳幼貞等, 2021; 干加裙等, 2017; 干加裙等, 2020), 它采用“如果情況X出現, 那么就執行意向行為Y”的形式, 通過加強意向和行為之間的聯系, 減少認知資源的需求, 促進前瞻記憶意向的自發提取(Rummel et al., 2012)。研究表明即使進行中任務負荷高, 個體可用認知資源減少, 采用執行意向編碼依舊可以提高大學生的前瞻記憶成績, 即執行意向編碼策略在認知資源受限的情況下, 依然可以發揮優勢作用(Mcdaniel et al., 2008)。然而, 執行意向編碼對不同年齡個體的作用不同, Zimmermann和Meier (2010)發現執行意向編碼是減少前瞻記憶年齡差異的有效方法, 可以顯著改善前瞻成分的成績, 但他們沒有考察執行意向編碼對兒童前瞻記憶表現的效果。兒童的前瞻記憶表現比青少年和年輕人更差(Kretschmer-Trendowicz et al., 2021), 且其認知功能還未充分發展, 采用執行意向編碼減少認知控制需求, 在執行前瞻記憶任務和進行中任務時, 兒童應該更能從中獲益。王光武(2010)研究證實執行意向編碼對小學兒童前瞻記憶有促進作用。但尚未有研究探索執行意向編碼對數學學業不良生的作用。Wieber等(2015)指出執行意向編碼對轉換能力受限群體的前瞻記憶改善效果最為顯著。數學學業不良生的轉換能力不佳(Ji et al., 2021), 可推測執行意向編碼應該有助于提高其前瞻記憶成績。高認知負荷條件下, 轉換能力受到的影響更大, 執行意向編碼的促進作用可能更加顯著。執行意向編碼的if部分強調了發起反應的具體預期情境, 類似于對前瞻記憶目標的檢測; then部分突出了實現前瞻記憶意圖的具體反應, 可對標對前瞻記憶內容的提取。研究發現執行意向編碼有助于前瞻記憶目標的檢測和意向行為的啟動, 影響注意和記憶過程(Wieber et al., 2015)。據此推測, 執行意向編碼可以加強前瞻成分和回溯成分之間的聯系, 促進前瞻成分和回溯成分的提升。但執行意向編碼對數學學業不良生前瞻記憶的改善效果有待證實、改善機制有待研究。

綜上, 本研究假設：(1)數學學業不良生的前瞻記憶表現比學優生差, 且前瞻成分與回溯成分的表現均差于學優生; (2)高認知負荷條件下, 數學學業不良生和學優生的前瞻記憶、前瞻成分和回溯成分表現都比低認知負荷條件差; (3)執行意向編碼可以提高不同認知負荷條件下數學學業不良生的前瞻記憶表現, 并作用于前瞻成分和回溯成分。

2 實驗1：認知負荷對不同數學學業成就小學生前瞻記憶及其成分的影響

2.1 方法

2.1.1 被試

使用G*Power 3.1.9.2對所需樣本量進行先驗分析, 設置效應量為中等效應(= 0.25), α = 0.05, power為0.80, 得出總樣本量至少為34。考慮到被試不配合等因素的影響, 從龍巖市某小學五年級篩選出38名被試, 其中數學學業不良生20名，平均年齡11.50歲(= 0.50), 數學學優生(以下簡稱學優生)18名，平均年齡11.33歲(= 0.88)。通過定量(采用標準分比較法, 比較瑞文智力測驗和最后一次數學期末考試成績Z分數的差值Zdif, 如果Zdif大于Z0.10= 1.28, 則初步推斷為數學學業不良生)和定性(邀請班主任和數學老師根據數學學業不良的定義進行數學成績和智力的綜合評定, 挑選適合的學生)方法相結合篩選數學學業不良生, 同時排除智力測驗得分小于70和大于130的人群(董云英等, 2008)。學優生同樣采取定量(學業成績篩選法)和定性的方法(教師評定法), 即至少連續兩次數學考試成績進入年級前15% (張振寧, 2016), 并且任課教師評定其數學學業成績優秀, 另外學優生的智力也處于正常范圍(Chen et al., 2016; Chen, Xu, et al., 2018)。所有學生第一次參加此類實驗, 單獨施測, 實驗結束后獲得精美小禮品一份。

2.1.2 實驗設計

采用2 (學生類別：學優生、數學學業不良生) × 2 (進行中任務認知負荷水平：高、低)混合實驗設計。其中進行中任務認知負荷水平(以下簡稱認知負荷)為被試內變量, 學生類別為被試間變量, 認知負荷水平在被試間進行平衡。因變量為前瞻記憶任務、進行中任務、前瞻成分和回溯成分的正確率與反應時。

2.1.3 實驗材料

采用撲克牌作為實驗材料, 分別是1～10的黑梅花和黑桃撲克牌圖片20張。黑桃7為前瞻記憶目標材料, 剩余的撲克牌為進行中任務材料。

2.1.4 實驗任務

進行中任務：高負荷條件下(2-back), 要求被試判斷當前呈現的撲克牌與前面呈現的第二張撲克牌是否一致; 低負荷條件下(1-back), 要求被試判斷當前呈現的撲克牌與上一張撲克牌是否一致; 如果相同按J鍵, 不同按K鍵。采用Meier和Zimmermann (2015)的成分分離方法進行前瞻記憶成分的分離。前瞻記憶任務：要求被試在實驗開始后左手食指一直按住鍵盤左邊shift鍵, 前瞻記憶目標黑桃7出現時, 左手食指立即松開shift鍵, 并且用左手食指去按W鍵。前瞻成分正確率為前瞻記憶目標詞出現時被試松開shift鍵的正確率, 反應時為前瞻記憶目標出現到松開shift鍵的時間; 回溯成分正確率為松開shift鍵到正確按W鍵的正確率, 反應時為松開shift鍵到正確按W鍵的時間。

2.1.5 實驗程序

采用E-prime 2.0編制實驗程序, 并在電腦上進行呈現。如圖1所示, 首先呈現進行中任務指導語, 確保被試理解之后, 指導被試執行練習階段。然后呈現前瞻記憶任務指導語, 被試理解之后進行正式實驗階段(包括2個block：高認知負荷和低認知負荷, 2個block順序在被試間進行平衡), 前瞻記憶任務嵌于進行中任務之中。每個block有4個前瞻記憶目標試次(黑桃7出現4次)和76個進行中任務試次組成。具體材料呈現順序如圖2所示, 圖片呈現之前, 電腦屏幕上會呈現一個“+”注視點(500 ms),之后呈現撲克牌(3000 ms), 要求被試對撲克牌進行操作, 被試做出操作或者3000 ms結束, 會呈現一個空屏, 之后到下一個循環。

圖1 實驗流程

圖2 刺激流程圖

2.2 結果與分析

剔除3個標準差以外的數據, 剩余有效數據36個, 其中學優生17人, 數學學業不良生19人。采用SPSS 20.0進行統計分析。

2.2.1 前瞻記憶成績

高、低認知負荷條件下, 學優生和數學學業不良生前瞻記憶成績的正確率(即前瞻成分正確率和回溯成分正確率的乘積)和反應時如表1所示。首先對前瞻記憶的正確率、反應時分別進行2×2重復測量方差分析。

表1 高低認知負荷下學優生和數學學業不良生的前瞻記憶成績[M (SD)]

反應時方面：認知負荷的主效應不顯著,(1, 34) = 1.350.253, 學生類別的主效應不顯著,(1, 34) = 2.860.100; 兩者交互作用也不顯著,(1, 34) = 0.5480.464。

2.2.2 前瞻記憶兩種成分

為了考察認知負荷高低對不同數學學業成就小學生前瞻記憶兩種成分的影響, 分別對前瞻記憶兩種成分的正確率和反應時進行2×2重復測量方差分析, 描述統計部分如表2所示。

表2 高低認知負荷下學優生和數學學業不良生前瞻記憶成分的成績[M(SD)]

2.2.3 進行中任務成績

為了考察認知負荷高低對不同類別學生的進行中任務表現(見表3)的影響, 同樣對進行中任務的正確率和反應時進行2×2的重復測量方差分析。

表3 高低認知負荷下學優生和數學學業不良生的進行中任務成績[M(SD)]

2.3 小結

數學學業不良生的前瞻記憶正確率低于學優生, 支持了Chen等(2016)的研究。同時還發現與學優生相比, 數學學業不良生的前瞻成分和回溯成分的正確率都更低, 表明數學學業不良生的前瞻記憶表現不佳是前瞻成分和回溯成分共同導致的, 支持了假設一的觀點。

與假設2一致, 高認知負荷條件下前瞻記憶、前瞻成分和回溯成分正確率都低于低認知負荷條件。高負荷條件下, 前瞻記憶的執行需要較高的注意資源需求, 任務難度相對更大, 因此執行成績相對較差。然而, 高認知負荷條件下回溯成分的反應時快于低認知負荷條件下回溯成分的反應時, 我們推測高認知負荷條件下被試可能感覺到了壓力, 從而盡快進行了反應, 但這一效應是否穩定, 可能需要后續研究結合想法探測范式進行研究。

高認知負荷條件下, 學優生進行中任務的正確率高于數學學業不良生, 反應時慢于數學學業不良生, 結合前瞻記憶及其兩種成分的正確率, 學優生均高于數學學業不良生。可以推測為, 在高認知負荷條件下, 學優生為了能更準確地完成兩種任務, 放慢了進行中任務的速度來保持正確率。

前瞻記憶表現對學業成就、日常生活有重要影響, 因此探索能夠提高數學學業不良生前瞻記憶表現的策略十分必要。研究表明, 執行意向編碼能夠促進意向?行為的自發提取, 是促進未來意向執行的最有前途的策略(Rummel et al., 2012), 但執行意向編碼是否可以提高小學數學學業不良生的前瞻記憶成績以及對不同成分的影響還缺少有效證據, 因此我們進一步實施了實驗2來探究執行意向編碼對不同認知負荷條件下數學學業不良生前瞻記憶及其兩種成分的影響。

3 實驗2：編碼方式、認知負荷對數學學業不良生前瞻記憶及其成分的影響

3.1 方法

3.1.1 被試

采用G*Power3.1.9.2預估樣本量, 設置效應量為中等效應(= 0.25), α = 0.05, power為0.80, 得出實驗2至少需要34名被試。從某小學的五年級各個班級選取數學學業不良生60名，平均年齡11.32歲(= 0.53)。數學學業不良生的選取方法與實驗1相同。所有參與實驗的被試都未曾參加過類似的實驗且都為單獨施測。

3.1.2 實驗材料

與實驗1相同。

3.1.3 實驗設計

采用2 (編碼方式：標準編碼、執行意向編碼) × 2 (認知負荷：高、低)混合實驗設計。認知負荷為被試內變量, 編碼方式為被試間變量。認知負荷的實施順序在被試間平衡。

3.1.4 實驗程序

除了指導語不同外, 其他程序與實驗1相同。標準編碼的前瞻記憶任務指導語是：當你遇見黑桃7, 不用比較相同與否, 直接松開shift健, 按W鍵, 讀4遍。執行意向編碼指導語是：如果你遇見黑桃7, 那么松開shift健, 按W鍵(使用“if-then的編碼形式”), 并要求被試將“如果你遇見黑桃7, 松開shift健, 按W鍵”重復4遍, 并在腦海中想象四次在進行實驗過程中遇到黑桃7, 松開shift健, 按W鍵的動作。

3.2 結果與分析

實驗采用SPSS 20.0對不同目標條件下的反應時、正確率進行統計分析, 剔除3個標準差以外的數據, 剩余有效數據56個。

3.2.1 前瞻記憶表現

對不同編碼方式和認知負荷的前瞻記憶正確率和反應時(見表4)分別進行2×2的重復測量方差分析。

表4 高低認知負荷下不同編碼方式的前瞻記憶表現[M (SD)]

3.2.2 前瞻記憶兩種成分

為了考察進行中任務的認知負荷高低以及編碼方式對數學學業不良生前瞻記憶兩種成分(見表5)的影響, 分別對其前瞻記憶兩種成分的正確率和反應時進行2×2重復測量方差分析。

表5 高低認知負荷下不同編碼方式的前瞻記憶成分表現[M(SD)]

同樣對回溯成分反應時進行分析發現, 認知負荷主效應不顯著,(1, 54) = 1.06,= 0.308; 編碼方式的主效應不顯著,(1, 54) = 0.01,= 0.930; 認知負荷高低和編碼方式的交互作用不顯著,(1, 54) = 0.04,= 0.852。

3.2.3 進行中任務表現

為考察不同認知負荷以及編碼方式對數學學業不良生進行中任務表現(見表6)的影響, 分別對其進行中任務的正確率和反應時進行2×2重復測量方差分析。

表6 高低認知負荷下不同編碼方式的進行中任務表現[M(SD)]

3.3 小結

實驗2驗證了實驗1的發現, 即低認知負荷條件下, 被試的前瞻記憶、前瞻成分、回溯成分和進行中任務成績優于高認知負荷條件下。且前瞻成分和回溯成分正確率的效應量都達到0.06以上, 證實不同認知負荷條件下前瞻成分和回溯成分的作用一致。

4 總討論

4.1 數學學業不良生的前瞻記憶表現欠佳及其內部機制

本研究發現, 學優生的前瞻記憶的正確率高于數學學業不良生, 數學學業不良生的前瞻記憶表現較差, 這一結果與之前的研究一致(Chen et al., 2016; Chen, Xu, et al., 2018; Ji et al., 2021), 都表明數學學業不良生在前瞻記憶方面存在困難。原因可能在于：數學學業不良生的執行功能較差(張欣, 王恩國, 2021), 而執行功能完善與否和前瞻記憶表現之間具有直接關系(Mahy et al., 2014), 因此導致數學學業不良生不能很好地完成前瞻記憶任務。下文將從前瞻成分和回溯成分的角度分別進行探討。

本研究發現相比于學優生, 數學學業不良生前瞻記憶表現較差是由前瞻成分和回溯成分成績較差導致的。這可能因為雖然前瞻成分和回溯成分屬于不同的加工過程, 但其存在共同的神經基礎——前額葉皮層(BA10) (Simons et al., 2006), 而且前額葉皮層與學業不良關系密切(Blair, 2004), 這為兩種成分一致影響前瞻記憶提供了神經基礎。

數學學業不良生前瞻成分的正確率顯著低于學優生, 前瞻成分成績下降導致了前瞻記憶成績下降, 這與張紅霞等(2016)對學業不良生前瞻記憶的研究一致, 注意監控失敗導致了其前瞻記憶成績落后。從神經基礎的角度分析, 前額葉皮層為注意監控和學業不良的共同神經基礎(Blair, 2004), 數學學業不良生存在注意監控缺陷(曾守錘, 吳華清, 2004),很難有足夠的認知資源從事對前瞻記憶目標的預備注意加工, 從而導致前瞻記憶目標檢測(detection)失敗。同時表明對前瞻記憶目標的注意是需要認知資源的, 支持了預備注意加工與記憶加工理論。

數學學業不良生回溯成分的正確率顯著低于學優生, 回溯成分較差也是導致其前瞻記憶失敗的重要原因。回溯成分的完成需要抑制對進行中任務的優勢反應, 從長時記憶中正確提取意向內容(Zimmermann & Meier, 2006), 順利轉換到前瞻記憶任務中(Mahy et al., 2014)。抑制、轉換等執行功能的神經基礎也為前額葉皮層(Banich, 2009), 前額葉皮層作為共同的腦區為回溯成分影響前瞻記憶提供了可能性。Ji等(2021)也發現轉換能力可以顯著預測數學學業不良生的前瞻記憶表現, 因此數學學業不良生可能較難從進行中任務順利切換到前瞻記憶意向內容, 導致回溯成分成績較差。但是, 張紅霞等(2016)采用多項加工樹模型, 以初一年級的學業不良生為研究對象, 卻發現回溯成分不是導致前瞻記憶失敗的主要原因。我們推測產生這一爭議結果的原因可能是年級的影響。從兒童到青少年時期個體的執行功能和回溯記憶不斷發展共同驅動了前瞻記憶的發展(Kretschmer-Trendowicz et al., 2021; Mahy et al., 2014), 初一學生的回溯記憶表現優于五年級小學生, 小學五年級學生在使用記憶策略方面的能力弱于初一學生(Mattli et al., 2014), 因此回溯成分不足影響了數學學業不良小學生的前瞻記憶成績。另外Zimmermann和Meier (2006)指出不同年齡群體的前瞻記憶表現在整個生命周期中呈倒U型曲線的趨勢, 前瞻成分在童年期上升, 在老年期下降; 回溯成分方面在其他年齡階段緩慢發展, 在老年期顯著下降。因此, 后續可以以發展的視角, 探索不同年齡、不同類型學業不良生前瞻記憶表現較差的內部機制。

4.2 認知負荷通過前瞻和回溯成分影響學優生和數學學業不良生的前瞻記憶表現

高認知負荷條件的前瞻記憶正確率低于低認知負荷條件, 表明前瞻記憶任務和進行中任務互相競爭認知資源, 當進行中任務認知負荷高時, 個體可用的認知資源更少, 前瞻記憶表現更差。證明了當通過進行中任務的難易程度操縱認知資源的可用性時, 會對前瞻記憶成績產生直接影響(Kretschmer-Trendowicz et al., 2021)。工作記憶認知負荷高時, 數學學業不良生和學優生的進行中任務表現存在顯著差異; 認知負荷低時, 數學學業不良生和學優生的進行中任務表現沒有顯著差異, 高認知負荷條件下數學學業不良生受到的影響更大, 驗證了Chen等(2016)的研究。數學學業不良生的中央執行功能較差(劉昌, 2004), 所以在完成簡單任務時和學優生沒有差異, 但是在執行高認知負荷任務時, 中央執行功能的缺陷就會凸顯出來。

實驗1和實驗2的結果一致表明, 低認知負荷條件下前瞻成分和回溯成分的正確率都高于高認知負荷條件, 我們發現了進行中任務的認知負荷會同時影響前瞻成分和回溯成分的初步證據。根據預備注意加工與記憶加工理論, 進行中任務認知負荷影響前瞻成分。具體來講, 對前瞻記憶線索的檢索需要預先的預備注意加工, 高認知負荷條件下被試可用的認知資源減少, 因此檢索成功的可能性降低, 而低認知負荷條件下被試可用的認知資源較多, 因此檢索成功的可能性提高。

認知負荷影響回溯成分成績, 表明數學學業不良生對前瞻記憶意向內容的提取不是自動加工, 而是需要消耗認知資源的。這與Meier和Zimmermann (2015)對年輕人的研究一致, 前瞻意向內容的提取(回溯成分)需要認知資源從進行中任務中脫離出來并轉換到前瞻記憶任務上, 任務轉換和提取依賴于相同的加工資源, 因此高認知負荷條件下被試更難從進行中任務中脫離出來, 進行中任務認知負荷對回溯成分產生影響。

綜上, 雖然不同認知負荷條件下, 前瞻記憶任務設置均比較簡單, 前瞻成分和回溯成分對認知資源的需求比較小, 但高認知負荷條件下, 兩種成分的表現都差于低認知負荷條件。這說明, 對前瞻記憶目標的檢測和意向提取均需占用認知資源, 證明了預備注意加工與記憶加工理論。

4.3 執行意向編碼可提高數學學業不良生的前瞻記憶成績

已有研究表明, 執行意向編碼可以顯著提高年輕人的前瞻記憶成績(如, 干加裙等, 2017; 2020), 本研究擴寬了執行意向編碼的適用群體, 發現執行意向編碼也可以有效提高數學學業不良生的前瞻記憶成績。

編碼方式和認知負荷的交互作用不顯著, 表明執行意向編碼的優勢作用不受認知負荷的影響。并且, 不同編碼條件下, 進行中任務表現不存在顯著差異, 表明執行意向編碼不占用進行中任務的認知資源。執行意向編碼對數學學業不良生的促進作用是一種自動加工。支持了Rummel等(2012)的觀點, 執行意向編碼加強了前瞻記憶線索和行為之間的聯結, 從而加深了前瞻記憶線索的編碼痕跡, 促進了前瞻記憶線索的相對自動加工。執行意向編碼的強勢效應, 減少了任務執行過程中對認知資源和工作記憶的需求, 彌補了數學學業不良生執行功能的不足, 最終促使了數學學業不良生前瞻記憶成績提升。然而, 這與Kretschmer-Trendowicz等人(2021)的結論不同, 他們發現執行意向編碼不能有效改善不同認知負荷條件下兒童的前瞻記憶成績。我們推測可能是因為對認知負荷和執行意向編碼的操縱不同導致的。認知負荷的操縱方面, Kretschmer- Trendowicz等人采用任務轉換范式操縱高、低認知負荷, 而本研究采用n-back范式操縱高、低認知負荷; 執行意向編碼的操縱方面, Kretschmer-Trendowicz等人要求被試大聲重復3遍執行意向編碼指導語并想象執行情境, 而本研究要求被試重復4遍執行意向編碼指導語并想象執行情境。目前執行意向編碼對兒童前瞻記憶影響的研究還很欠缺, 且尚無定論。未來研究可以進一步擴大研究群體, 探索執行意向編碼對兒童的影響。

4.4 執行意向編碼可提高數學學業不良生的前瞻成分和回溯成分成績

執行意向編碼對前瞻成分有促進已得到前人研究的支持, 而對回溯成分的促進作用尚存在爭議。例如, 陳幼貞等(2021)的研究發現執行意向編碼對大學生前瞻記憶的促進效應是由前瞻成分促成的, 而對回溯成分沒有影響, 出現這種差異我們認為一方面是被試群體不同, 本研究選取的數學學業不良生為小學生, 與陳幼貞等(2021)研究所選取的大學生群體的回溯記憶發展水平存在異質性, 已有研究表明相比較成年人, 回溯成分對兒童的前瞻記憶表現更加重要, 回溯記憶在兒童期不斷發展, 成年期(大學生正處于該時期)達到很高的水平, 在老年期相對下降(Mattli et al., 2014), 因此執行意向編碼對小學生的回溯成分的促進效應明顯, 而對大學生的促進效果未能體現; 另一方面, 對執行意向編碼的操縱不同, 本研究要求被試重復指導語之后再進行了想象, 而陳幼貞等(2021)只要求被試重復了4遍指導語, 想象可能加深了執行意向編碼的加工深度, 被試在頭腦中對前瞻記憶任務進行了心智操作的演練。未來研究可以進一步操縱執行意向編碼的不同操作方式, 來探索執行意向編碼對前瞻記憶不同成分的影響以及執行意向編碼的加工機制問題。

5 結論

綜合以上兩個實驗結果, 本研究發現：數學學業不良生的前瞻記憶、前瞻成分和回溯成分成績均差于學優生; 高認知負荷條件下的前瞻記憶、前瞻成分和回溯成分表現均比低認知負荷條件下更差; 執行意向編碼通過改善前瞻成分和回溯成分成績來提升數學學業不良生前瞻記憶表現。

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Cognitive load and encoding methods affect prospective memory and its components in low achieving pupils in math

CHEN Youzhen1, ZHANG Manman1, LIN Qiurong2

(1School of Psychology, Fujian Normal University, Fuzhou 350117, China)(2Liancheng County Experimental Primary School, Longyan 364000, China)

Prospective memory is the memory for executing future intentional behavior at a proper time or occasion. Successful execution of prospective memory includes both a prospective and a retrospective component. The prospective component refers to remembering to do something when a prospective cue is encountered, and the retrospective component is the retrieval of the content of the intention to be executed. Both the prospective and retrospective components are indispensable for the successful execution of prospective memory tasks. Low achieving pupils in math with normal intelligence performed poorly on prospective memory tasks relative to high achieving math pupils. Because a failure of prospective memory may underlie academic failure in low achieving pupils in math, it is important to identify the causes of poor prospective memory performance. This study addresses the question of whether implementation intention encoding improves prospective memory performance in low achieving pupils in math and whether its effects are localized to the prospective and/or the retrospective component?

In this study, two experiments were conducted to explore the above questions. Experiment 1 used a prospective memory task that disassociated the prospective component and retrospective component. Thirty-eight (38) pupils were recruited. The study adopted a mixed design of 2 (ability group: low math achieving pupils, high math achieving pupils) × 2 (cognitive load of ongoing tasks: high, low) with the latter as a within-subjects variable. Experiment 2 investigated whether encoding conditions improved low math achieving pupils’ prospective memory. Sixty (60) low achieving pupils in math were recruited. The study adopted a mixed design of 2 (cognitive load of ongoing tasks: high, low) × 2 (encoding method: standard encoding, implementation intention encoding) with the latter as a between-subjects variable.

The results of Experiment 1 showed that accuracy rates of prospective and retrospective components of low achieving pupils in math were significantly lower than that of high achieving pupils in math. In addition, pupils with low math achievement yielded significantly lower accuracy rates on the high cognitive load condition than that in the low cognitive load condition. No significant interaction emerged between ability group and cognitive load. The results of Experiment 2 replicated the above findings that significantly lower accuracy rates occurred in the high cognitive load than the low cognitive load condition. The results also showed that the accuracy rates for the prospective and retrospective components were significantly higher for the implementation intention encoding condition than those in the standard encoding condition. Additionally, the interaction between cognitive load and the encoding method was not significant.

The results indicated that low achieving pupils in math performed worse on measures of prospective memory than high achieving pupils in math. The results also showed that regardless of cognitive load, implementation intention encoding improved the performance of low math achieving pupils' prospective memory performance by enhancing both the prospective and retrospective components.

prospective memory, prospective component, retrospective component, low achieving pupils in math, cognitive load, encoding method

2022-01-08

* 國家社會科學基金一般項目(BBA180082)，福建省教育廳高校新世紀優秀人才支持計劃項目：學業不良生前瞻記憶兩種成分的影響因素、機制與提升策略(20180495)資助。

陳幼貞和張曼曼為本文共同第一作者。

陳幼貞, E-mail: chenyouzhen08@163.com

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