培養孤獨癥兒童數學問題解決能力的有效路徑

【摘要】 培養數學問題解決能力是數學教學中的重要一環，也是培養學生思維、能力、素養的過程與手段。孤獨癥兒童因核心障礙原因，在數學學習中解決數學問題的困難尤為突出，基于此提出針對性教學策略，包括基于圖式的指導、操作物干預、基于視頻的指導和增強現實干預等，并結合這些策略提出教學建議，以期提高兒童的數學問題解決能力。

【關鍵詞】 孤獨癥；數學問題解決能力；數學教學

【中圖分類號】 G760

【作者簡介】 彭婷婷，碩士研究生，華中師范大學教育學院（武漢，430079）；孫玉梅，副教授，華中師范大學教育學院（武漢，430079）。

孤獨癥譜系障礙（Autism Spectrum Disorder，以下簡稱ASD）是以社交障礙和重復刻板行為為核心癥狀的廣泛性精神發育障礙［1］。ASD兒童在語言和執行功能方面一般存在困難，如計劃、組織、注意和記憶等過程中存在的障礙可能會進一步影響他們的學業表現［2］。數學問題解決是指綜合地、創造性地運用各種數學知識去解決非單純練習題式問題，包括實際問題和源于數學內容的問題［3］。數學問題解決既是學生學習數學的基本能力之一，也是學生不可或缺的生活能力。基于此，針對ASD兒童數學問題解決困難的表現，筆者整理和歸納了ASD兒童數學問題解決能力培養的主要策略，以期提高我國ASD兒童的數學素養。

一、孤獨癥兒童數學問題解決的困境

數學問題解決不僅是學習數學的目的，也是學習數學的主要方法［4］。首先，解決數學問題的先決條件是要意識到數學問題的存在，即識別問題。ASD兒童在言語感知、理解與表達等方面發展緩慢，這會使他們難以理解問題［5］。數學應用題要求學生同時使用語義信息和數字信息來解決問題，應用題中的語義信息會影響ASD兒童準確解決數學問題的能力［6］。

其次，表征問題分為內部表征和外部表征，它是問題解決的核心環節，涉及問題理解和內化的過程［7］。ASD兒童在執行功能方面的障礙會影響他們組織信息的能力。工作記憶的缺陷也會使ASD兒童難以將問題整合到數學結構中［8］。隨著數學問題中信息量和信息難度的提升，ASD兒童有限的注意力會難以完成內部表征過程，需要借助大量的外部表征手段支撐后續的問題解決。

再次，選擇策略是決定問題解決方向的關鍵。ASD兒童由于大腦中部分結構和功能的異常，難以形成和回憶圖式，導致他們無法有效利用先前的解題經驗，只能依賴直接轉譯的策略［9］。此外，他們的計劃、決策和判斷能力也受執行功能缺陷的影響［10］，這進一步增加了策略選擇的難度。

最后，評價反思是提升解決問題能力的重要環節。然而，ASD兒童缺乏解決問題所需的元認知技能，這使他們難以對問題解決的結果和過程進行有效的監控和反思［11］，從而難以提高解決問題的能力。

二、提高孤獨癥兒童數學問題解決能力的教學策略

基于ASD兒童數學問題解決的困境，通過整理文獻發現，目前針對ASD兒童數學問題解決能力培養的教學策略主要包括基于圖式的指導、操作物干預、基于視頻的指導和增強現實干預等。

（一）基于圖式的指導

基于圖式的指導（Schema-Based Instruction，以下簡稱SBI）是一種以使用示意圖提供可視化表達為核心的教學方法，強調通過在不同類型的問題與其對應的解決方案之間建立固定聯系，幫助學生解決數學問題［12］。研究者在SBI的理念下提出了改進的SBI（Modified Schema-Based Instruction，以下簡稱MSBI），為ASD兒童提供任務分析、圖形組織者和最少提示系統等額外支持，強調在概念上理解問題結構，并遷移到現實世界中的問題解決［13］。

Root等人使用MSBI教授3名伴有中度智力障礙的ASD小學生解決數學應用題。在SBI的基礎上增加了圖形組織者以幫助學生整理問題中給出的信息并將這些信息進行可視化的比較，干預者向學生提供了任務分析形式的自學表作為啟發式解決問題，還增加了系統提示以完成任務分析的每一步，結果表明，3名被試在干預后的表現均有所改善［14］。科技的參與提高了ASD兒童的工作記憶與讀寫能力，從而有效進行數學問題解決。

SBI最大的特點是在干預訓練中將可能遇到的問題分類，形成針對每一類問題的理解模式以及解決流程，如問題圖式和行動圖式，同時輔以適當的策略知識。其中，示意圖是通過文字與圖形等符號的組合將抽象的數學關系可視化，幫助ASD兒童加強工作記憶和言語理解能力，使兒童將注意力集中在有用的信息上。由于ASD兒童之間存在較大的異質性，MSBI能更有針對性地為兒童提供更廣泛、更深入的支持。

（二）操作物干預

操作物（Manipulatives）是用來幫助學生更好地理解抽象的數學概念或屬性的物體，具體可以分為兩種：一種是以物理形式表現的實體操作物，如幾何板、十進制積木、分數盤等；另一種是電腦生成的虛擬操作物，常常是在電腦屏幕上呈現對實體操作物的模仿。操作物干預是在教學過程中教師借助實體操作物或虛擬操作物進行數學概念或過程的講解，促進兒童對數學概念性理解的一種教學方法。

Bouck等人的研究探索了使用實體操作物和虛擬操作物來教授3名ASD小學生一位數和兩位數減法技能的有效性。在實體操作物的干預條件下，干預者向學生提供了十進制積木。在虛擬操作物的干預條件下，學生使用鼠標操作電腦屏幕上的物體進行交互。結果表明，兩種操作方式都成功地幫助學生準確、獨立地解決減法問題。但是與實體操作物相比，這3名學生在虛擬操作物的輔助下都表現出更高的準確性并能更快地獨立掌握減法技能。除了正確地解決減法問題外，學生還通過這兩種操作方式將他們對減法的學習推廣到更真實的應用中［15］。

操作物干預一方面有效降低了數學問題的抽象屬性，將語義信息具象化，幫助ASD兒童進行言語感知和理解；另一方面，兒童在與操作物交互的過程中帶來的強反饋性能加強他們的工作記憶，同時彌補他們執行功能障礙帶來的注意力受限與難以保持等。

（三）基于視頻的指導

基于視頻的指導（Video-Based Instruction，以下簡稱VBI）是教師主導實時教學的一種替代方法，可以滿足學生的多樣化學習需求。VBI能提供預先錄制的教學課程，學生在個性化技術設備上可以通過暫停、播放和再次觀看來控制學習的節奏，以滿足個人需求［16］。VBI包括視頻示范（Video Moldeling，以下簡稱VM）、自我視頻示范（Self-Video Modeling，以下簡稱SVM）、視頻提示（Video Prompting，以下簡稱VP）、第一人稱視角視頻示范（Point-of-View Video Modeling，以下簡稱POVM）。

Kaffer使用VM對4名幼兒園普通孩子及1名一年級ASD兒童的數學技能進行干預。結果表明，ASD兒童接受VM干預后在數學技能方面有顯著的提高，并有很好的泛化效果［17］。Burton等人探究了SVM對ASD青少年數學技能習得的影響。結果表明，SVM提高了所有被試數學問題解決的準確性，而隨著SVM在維持期被系統地消退，習得的技能沒有下降［18］。Weng和Bouck使用VP教授3名ASD中學生借助數軸進行價格比較。結果表明，兩名學生接受了在iPad上呈現的VP干預后，在課堂模擬和雜貨店中都完成了價格比較任務［19］。Yakubova等人使用iPad對4名ASD高中生分數應用題解決的技能進行POVM干預。結果表明，POVM干預提高了學生在解決分數應用題時的準確性［20］。

VBI是科學技術和設備高度普及下惠及教育的產物。教師提前錄制教學視頻，學生隨時隨地可以使用手邊的設備進行學習，提高了教師“教”和學生“學”在時間與空間上的靈活性。不僅如此，以視頻為干預手段的載體，其單一的聲音來源、集中的視覺刺激范圍，能有效降低環境中無關刺激帶給ASD兒童的干擾。除此之外，ASD兒童與視頻的交互代替了與干預者的交互，從而減輕兒童面對面交流的不適感，使干預更容易進行下去。

（四）增強現實干預

增強現實（Augmented Reality，以下簡稱AR）技術是使用移動設備高效、持續地提供教學的一種方法，通過使用多種設備，如平板電腦或智能手機，使虛擬交互更好地與現實世界相結合［21］。AR技術在數學學習中能增強學生的自信心和理解能力，加強可視化，使學習更具互動性［22］。隨著科技發展，教師可以通過iOS和安卓設備在各種應用程序中使用AR技術，將課堂內容能與AR技術更好地融合［23］。

有研究將AR技術運用在ASD兒童數學技能的培養上。Root等人使用基于標記的AR指導4名ASD被試解決個人財務問題的技能。結果表明，AR干預提高了被試解決百分數變化類問題的能力。這種干預方式可以支持學生解決基于真實情況下的應用題，同時監控他們問題解決的準確性［24］。Morris等人使用基于標記的AR對ASD被試進行四種數學技能（同分母分數加法、計算周長、計算全距、計算均值）的干預。結果表明，AR干預提高了ASD被試的四種數學技能［25］。

AR干預具有VBI的靈活性、視聽集中性等優勢。首先，AR能將抽象知識以視頻、音頻等形式直觀展現，減輕ASD兒童的工作記憶負擔。其次，由于AR具有交互性，這可以減少ASD個體與主試情感交流的次數，增強個體的獨立性，同時降低個體退縮、焦慮或恐懼等負面情緒［26］。再次，AR技術通過常見的電子設備（智能手機、智能眼鏡、頭戴式設備、平板等）與應用程序（如HP Reveal）相結合，打破了時空限制，有效應對ASD兒童的異質性，實現個性化教學。隨著目前技術的發展、課程編制難度的降低和設備的普及，教師可以將AR技術與3D模型、交互式的圖文資料等輔助材料結合使用，為ASD兒童提供更加情境化的干預。

三、討論與建議

（一）重視數學問題解決，加強本土研究

數學問題解決能力從2001年課程改革提出開始，在普通數學教育領域內，逐漸成為數學能力培養的核心。它既是數學教育所要攻克的關鍵領域，也是培養學生思維、能力、素養的過程與手段。《培智學校義務教育生活數學課程標準（2016年版）》指出，生活數學要面向全體學生，使學生都能接受合適的數學教育。因此，教育工作不應將過多的注意力集中在如何促進ASD兒童的社會性、認識情感與行為的發展，還需要關注兒童的學業能力，如重視ASD兒童數學問題解決能力的培養，加大力度研究ASD兒童數學問題解決的現狀和認知機制、干預手段，增加ASD兒童數學問題解決的教育實踐，推動ASD兒童數學問題解決的理論與實踐取得更多本土化進展。

（二）發揮ASD兒童優勢特點，加強視覺支持

視覺支持策略是指綜合運用各式各樣的視覺支持工具，如視頻、圖片、符號、實物等，幫助ASD兒童學習和適應環境。在數學課堂教學中，教師運用視覺支持策略，可有效提升兒童學習數學的效率［27］。通過用圖形、表格、模型等外部表征方式展示數學問題，可以減輕兒童的工作記憶等方面的認知負擔，使抽象的數學問題更具體化。因此，在對ASD兒童進行數學問題解決干預的過程中，要繼續加強視覺支持，探索更多有效的干預手段。

（三）融入增強現實技術，增加交互體驗

在ASD兒童的數學教學中引入AR技術，不僅能推動教學理論現代化，更能利用AR技術的多樣性和先進性為兒童提供更多的學習機會［28］。其中，AR技術以其可視化、交互性、便捷性和真實情境性等特點，成為有效的教育工具，可以為學生提供更具實感、更加貼合生活的體驗。不僅如此，學生在現實與虛擬結合的場景中習得的技能也更容易在實際生活中泛化。此外，AR技術強調將虛擬信息融入現實世界，在保證環境安全的同時提高了教師的課堂掌控力，也降低了陌生環境給ASD兒童帶來的不適感。因此，推進ASD兒童數學問題解決的AR技術干預，能使教育更加貼近生活，幫助ASD兒童更好地融入社會。

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（見習編輯：張天慧）