脑科学与教育蓝皮书：艺术训练对大脑及认知能力的影响

作者：张译允

编者：孙晓园

◾ 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]。

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.

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）。

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。

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。