幼儿的空间推理能力可预测未来的数学能力

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08-29 13:48 中国生物技术网 (biotech-china) 学术

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  美国艾莫利(Emory)大学的心理学家Stella Lourenco 说:"我们的工作能够帮助理解数学的本质。"上图是她在艾莫利儿童研究中心与一名儿童见面。

  在《Psychological Science》期刊上近期发表的一项研究(点击左下角阅读原文)称,对幼儿的空间推理能力进行测试可以预测孩子在4岁时的数学水平。美国艾莫利大学的心理学家Stella Lourenco说:"我们提供了最早的经文件证明的证据,表明空间推理能力与数学能力相关。我们已经发现空间推理能力在生命早期(大约6个月的时候)开始形成,所以空间推理能力可以预测该能力连续性和数学能力的发展。"艾莫利大学的研究生Jillian Lauer是这项研究的合著者。

  研究人员对儿童一般认知能力的纵向研究(longitudinal study)进行控制,包括词汇、工作记忆、短期空间记忆以及处理速度的测量。

  Lourenco说:"我们的研究结果不仅表明聪明的婴儿在4岁的时候仍然聪明,我们还发现了早期空间推理能力和数学能力之间的关系。"

  这项发现可以帮助解释为什么有的人喜欢数学,而有的人逃之不及。Lourenco说:"我们知道,空间推理能力是一种可塑的能力,它可以通过训练来提高。在早期的数学教育中应该着重关注空间推理能力。"

  过去的研究表明,在13岁时拥有优秀的空间判断能力可以预测未来30年后在科学、技术、工程和数学等领域取得成就。

  为了探究空间推理能力的个体差异是否出现得更早,Lourenco对63名婴幼儿进行了测试,他们年龄在6个月至13个月之间。研究人员对他们进行了视觉空间能力测试,这也被称为思维转换机制,即在思维空间转换旋转物体的能力。这被认为是空间智力的标志。

  研究人员向幼儿展示成对的视频流。两个视频流分别呈现出一系列匹配的2个形状,类似俄罗斯方块,这些形状会在每次出现的时候改变方向。其中一个视频中,每三次会出现一次旋转至互成镜像的形状,而另一个视频中只呈现非镜像的形状。研究人员使用眼跟踪技术记录幼儿看的是哪个视频,以及看了多久。

  这种实验被称为变化检测范式(change-detection paradigm)。Lourenco说:"幼儿都喜欢新奇。如果他们可以进行思维转换并发现有些形状会偶尔旋转成镜像位置,这对于他们来说就是新奇的事情。"

  眼跟踪技术使研究人员可以测量幼儿看哪里以及看了多久。总体来讲,幼儿们看有镜像形状的视频时间更久,但是持续时间的个体差异还是存在的。

  其中53名幼儿(84%)在4岁时继续完成了这项研究。受测者们再次接受了思维转换能力以及符号数学概念掌握的测试。结果表明,在幼儿时看有镜像形状的视频更久的儿童在4岁的时候思维转换能力更强,解决数学问题的能力也更强。

  高级的符号数学能力在人类进化晚期才形成。过去的研究认为符号数学能力将与空间推理相关的大脑作为基础。

  Lourenco说:"我们的工作使人们认识到了数学的本质,通过证明空间推理能力与数学能力的个体差异相关。我们正在撰写一篇文献说明空间推理能力在数学中的潜在作用。我们现在可以测试空间推理能力在生命早期的因果作用。"

  除了帮助促进早期数学教育,这项发现还可以帮助设计对数学障碍儿童的干预方法。比如,计算障碍这种发育失常,它会干扰儿童进行简单的数学计算。

  Lourenco说:"计算障碍的发生率在5%至7%,这几乎与阅读障碍相同。然而计算障碍受到的关注较少,尽管数学对于技术世界非常重要。"


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