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不同数量信息与认知控制条件下数学困难儿童SNARC效应研究

蔡勇刚  
【摘要】:数学困难(Mathematical Disability, MD)是指在正常智力范围和合适的教育环境下经常表现出数概念、算术和问题解决等数学技能缺陷。目前,许多研究者从生理学和认知心理学两方面探寻儿童产生数学困难的机制。国外有学者从认知心理学的角度提出三种主要观点:(1)数量模型缺陷假设(defective number module hypothesis)认为由于MD儿童负责数量加工的顶内沟区域(segment of the intraparietal sulcus, IPS)出现障碍,从而导致MD儿童对所有数量信息加工均存在缺陷;(2)进入缺陷假设(access deficit hypothesis)认为MD儿童只是对符号数量信息加工存在缺陷,而对非符号数量信息加工并无缺陷;(3)认知控制能力缺陷的观点认为个体的认知控制能力(如认知灵活性、认知监控与认知抑制)与数量加工之间存在紧密联系,MD儿童由于认知控制能力缺陷也会使其表现出数学困难。以上三种观点虽然均得到实验支持,但是结果不尽一致,这可能与实验对象、实验材料以及实验程序不同有关。近年来,数字—空间反应编码联合效应(Spatial-Number Association of Response Codes,简称SNARC效应)引起心理学界的普遍关注。SNARC效应是指个体在数量加工时会自动产生与外在空间连接的现象,例如将小数(1、2等)与左侧空间相连,大数(8、9等)与右侧空间相连,表现为被试对小数进行左侧反应的速度快于右侧,而对大数进行右侧反应的速度快于左侧,并且,被试对数字右侧反应时与左侧反应时之间的差值随着数值增加表现出线性趋势,在不同的实验条件下这种趋势会减小或增大,即SNARC效应会随着实验条件的改变而减弱或增强。目前,许多学者在探索SNARC效应的特征及其影响因素。本研究以MD儿童为实验组,正常发展(typical developing, TD)儿童为对照组,参照SNARC效应的研究范式,采用经典行为实验和现代眼动技术,探索MD儿童在不同数量信息和认知控制条件下的SNARC效应特点,以期为进一步验证数量模型缺陷假设、进入缺陷假设以及认知控制能力缺陷等观点提供实验依据,并为MD儿童的鉴别诊断和教育康复提供一定的参考。本研究从总体上分成两部分,第一部分包括两项研究,共四个实验,研究-的两个实验考察MD儿童在符号数量加工中的SNARC效应,研究二的两个实验考察MD儿童在非符号数量加工中的SNARC效应。第一部分的研究假设是,如果数量模型缺陷假设成立,MD儿童对符号与非符号数量加工和空间表征都存在缺陷,那么与TD儿童相比,MD儿童不会产生或者产生较小的SNARC效应;如果进入缺陷假设成立,那么MD儿童只有在符号数量加工任务中的SNARC效应才会与TD儿童之间产生差异,在非符号数量加工任务中的SNARC效应并不会产生显著差异。第二部分即研究三,包括三个实验,分别考察MD儿童的认知灵活性(利用威斯康星卡片分类测验和数量大小—字母颜色转换任务)、认知监控(利用奇偶性判断中的冲突加工任务)和认知抑制能力(利用有意遗忘和位置探测任务)来验证其是否存在认知控制能力缺陷,如果存在会对SNARC效应产生何种影响。在MD儿童存在认知控制能力缺陷的前提下,第二部分的假设分别是:(1)在执行转换任务时,TD儿童由于转换代价(switch cost)导致SNARC效应减小,而MD儿童由于认知灵活性缺陷会产生更大的转换代价,从而导致SNARC效应减小更多甚至消失;(2)在执行冲突加工时,TD儿童可利用认知监控调节注意控制水平来适应冲突加工,从而导致冲突适应条件下SNARC效应小于冲突探测条件,而MD儿童由于认知监控能力缺陷,不会导致SNARC效应产生相应变化:(3)在执行数量信息作为干扰刺激的位置探测任务中,MD儿童由于认知抑制能力缺陷从而产生较TD儿童更强的SNARC效应。围绕上述问题,本研究得出的主要结果如下:研究一考察MD儿童在阿拉伯符号数量加工中的表现,实验1为数量信息作为目标刺激的大小判断任务,结果发现MD儿童数量加工效率低于TD儿童,在水平方向上的SNARC效应与TD儿童无显著差异,但在垂直方向上MD儿童未产生SNARC效应,而TD儿童产生垂直方向的SNARC效应;实验2为数量信息作为干扰刺激的位置探测任务,结果虽然未发现MD儿童对位置探测反应的缺陷,但是MD儿童水平方向SNARC效应强于TD儿童。MD儿童在垂直方向也未产生该效应,说明MD儿童在数量与空间表征的连接方向上存在缺陷。研究二考察了MD儿童在非符号数量加工中的表现,实验3的数量大小比较任务发现在小数量范围(1~4)中MD儿童和TD儿童数量比较反应时间无差异,而在大数量范围(6-24)中MD儿童数量比较反应时长于TD儿童,只有TD儿童在小数量范围中产生SNARC效应,MD儿童未产生该效应说明MD儿童存在数量空间表征的缺陷,实验3验证了MD儿童数量模型缺陷假设;实验4在数量信息作为干扰刺激的颜色辨别任务中发现TD儿童对颜色辨别的反应时快于MD儿童,但是与实验2相似,MD儿童产生比TD儿童更强的SNARC效应。研究三对MD儿童的认知控制能力进行探讨,并且考察了个体认知控制能力对SNARC效应的调节作用:实验5首先利用威斯康星卡片分类测验发现MD儿童的认知灵活性缺陷,他们表现出更少的完成分类数和较多的刻板性错误以及非刻板性错误,然后利用数量大小—字母颜色转换任务考察认知灵活性对SNARC效应的影响,虽然在任务转换条件下MD儿童与TD儿童的错误率并无差异,但反应时结果显示MD儿童产生了更大的转换代价,TD儿童在任务转换条件下SNARC效应小于任务重复条件,而MD儿童在任务转换条件下由于更多的转换代价导致SNARC效应消失,结果显示个体认知灵活性越差,在任务转换中执行数量大小判断的SNARC效应越小;实验6发现MD儿童在执行冲突加工的奇偶性判断任务中表现出对奇偶性信息加工的缺陷,并且未产生冲突适应效应(conflict adaptation effect, CAE),而TD儿童由于认知监控的调节产生冲突适应效应,进一步分析两组被试的SNARC效应发现,TD儿童在冲突适应试次中SNARC效应消失,而MD儿童在冲突探测和冲突适应试次中的SNARC效应并无显著差异,表现出对冲突加工时的认知监控能力缺陷;实验7通过有意遗忘任务和眼动实验证实了数量信息作为干扰刺激时,个体认知抑制能力对SNARC效应的影响,有意遗忘任务发现MD儿童在遗忘线索(to be forgotten, TBF)下的回忆成绩低于TD儿童,表现出认知抑制能力缺陷,并且在数量信息作为干扰刺激先于目标刺激出现的眼跳反应中,MD儿童的SNARC效应强于TD儿童,分析表明个体的认知抑制能力越弱将会激活更强的SNARC效应。综上,本研究认为MD儿童存在数量模型缺陷和认知控制能力的缺陷。本研究的意义和创新点:利用SNARC效应考察MD儿童的符号与非符号数量加工特征,并且探讨了MD儿童的认知控制能力,不仅为MD儿童数量加工中存在的争议问题提供了新的证据,而且可对MD儿童核心障碍的鉴别和教育康复训练提供一定参考。另外,本研究发现数量信息作为干扰刺激先于目标任务出现时个体的认知抑制能力对SNARC效应的调节作用,进一步揭示了SNARC效应的影响机制。


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