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脑科学与教育蓝皮书:艺术训练对大脑及认知能力的影响

连载30|脑科学与教育蓝皮书:数学能力发展的脑科学研究(下)
艺术训练对大脑及认知能力的影响

艺术训练对大脑及认知能力的影响

连载30|脑科学与教育蓝皮书:数学能力发展的脑科学研究(下)

 数学能力发展的脑科学研究(下)

数学能力发展的脑科学研究:案例介绍及教学启示

连载30|脑科学与教育蓝皮书:数学能力发展的脑科学研究(下)

作者:张译允

编者:孙晓园

内容概要

连载30|脑科学与教育蓝皮书:数学能力发展的脑科学研究(下)

◾ 精算相对于估算更多地依赖语言加工的脑区。

◾ 估算相对于精算更多地依赖视空间加工脑区。

◾男女生在不同算术加工中各有优劣势。

◾ 在算术计算的教学过程中,要科学对待儿童在不同计算任务上的表现差异。

案例分享

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01

案例1:精算与估算的脑机制

Dehaene等人利用脑功能成像技术(fMRI)和事件相关电位技术(ERP)揭示了精算和估算脑机制的差异。在实验中以使用英语和俄语双语的成年人为研究对象,实验者使用其中一种语言教他们两位数的加法,再进行测试。结果发现,当指导阶段与测试阶段使用不同的语言时,被试算出精准答案的速度要更慢些,但对估算没有影响。fMRI的结果进一步表明,被试在被要求精确计算出加法结果时,更多地激活了大脑左侧额下回;被试在被要求估算出加法结果时,更多地激活了大脑双侧的顶叶区域(见图1)[1]。额下回是负责语言表征的重要脑区,顶叶是视空间加工的重要脑区。实验者后续采用相同的实验范式,利用ERP技术对上述结果进行了验证。即在左侧额下电极处,精算比估算有更大的负波;在双侧的顶叶电极处,估算比精算有更大的负波。结果表明,精算相对于估算更多地依赖语言加工的脑区;估算相对于精算更多地依赖视空间加工脑区[2]

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图1不同算术加工的大脑活动

图片引自Dehaene S, Spelke E, Pinel P, et al. Sources of Mathematical Thinking: Behavioral and Brain-Imaging Evidence[J]. Science, 1999, 284(5416):970-974.

02

案例2:计算中的性别差异

Wei等人测查了1556名8到12岁儿童的多种认知能力,包括简单减法和复杂乘法等计算能力,数字大小比较、点数量大小比较和点数量估计等基本数量加工能力,数学推理能力,语言加工能力,反应速度、空间加工能力、非言语智力等一般认知能力[3]。结果发现,无论是城市儿童还是乡镇儿童,无论是简单减法还是复杂乘法,无论是8到9岁还是10到11岁儿童,女生在计算上的表现要显著好于男生(见图2左侧图)。在控制了除去语言加工任务的所有其他任务后,女生的计算优势仍然存在(见图2中侧图)。但在控制了语言加工任务后,男女生在两种计算任务上的差异消失(见图2右图)。

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图2 简单减法和复杂乘法上的性别差异

图片引自Wei W, Lu H, Zhao H, et al. Gender differences in children’s arithmetic performance are accounted for by gender differences in language abilities[J]. Psychology Science, 2012, 23(3):320-330.

Wei等人继而考察了496名小学生和554名大学生估算能力、空间加工能力、语言加工能力、工作记忆和非言语智力[4]。结果发现,无论是小学生还是大学生,男生在估算任务和空间加工任务上的表现要显著好于女生;女生在语言任务上要显著好于男生。在控制了除空间任务的其他任务后,男生估算优势仍然存在。但在控制了空间加工能力后,男女生在估算任务上不再有差异。

教学启示

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首先,在算术计算的教学过程中,要科学对待儿童在不同计算任务上的表现差异,能够因材施教。要注重男女生在不同算术加工中的优劣势,科学对待算术加工中的性别差异。重视一般认知能力在数学学习中的重要性,重视空间加工能力和语言加工能力在数学学习中的作用,通过对儿童基本认知能力的培养来提高他们的算术成绩。

其次,重视儿童估算能力的培养。中小学教育中更多强调精算能力的培养,但估算与精算同样重要。估算能力可以促进儿童加强对数字关系的理解,发展估算能力有助于培养儿童灵活性和变通性思维[5]。因此,在小学数学教学中也应该重视儿童估算能力的训练与培养。

参考文献

[1] Dehaene S, Spelke E, Pinel P, et al. Sources of Mathematical Thinking: Behavioral and Brain-Imaging Evidence[J]. Science, 1999, 284(5416):970-974.

[2] El Y R, Lemaire P, Besson M. Different brain mechanisms mediate two strategies in arithmetic: evidence from Event-Related brain Potentials[J]. Neuropsychologia, 2003, 41(7):855-862.

[3] Wei W, Lu H, Zhao H, et al. Gender differences in children’s arithmetic performance are accounted for by gender differences in language abilities[J]. Psychology Science, 2012, 23(3):320-330.

[4] Wei W, Chen C, Zhou X. Spatial Ability Explains the Male Advantage in Approximate Arithmetic[J]. Front Psychology, 2016, 7(218).

[5] 董奇, 张红川. 估算能力与精算能力:脑与认知科学的研究成果及其对数学教育的启示[J]. 教育研究, 2002(5):46-51.

 

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