34岁儿童执行功能与数学认知水平的关系研究 教育学.docx

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34岁儿童执行功能与数学认知水平的关系研究教育学

3-4岁儿童执行功能与数学认知水平的关系研究

摘要

目前，普遍认为数学认知包括为对数、量、几何形体、时间和空间五个方面内容的认知。

儿童在学前期的数学学习至关重要，大量研究表明具有较高数学能力的儿童在幼儿园和入学后的数学方面更容易获得成功。

学前儿童的数学能力需要各种认知系统的支持，执行功能是其中重要的认知系统之一。

执行功能是指有意识地控制思想和行动，并将行为指向未来目标的一系列假设的心理过程，包括三个核心成分：

工作记忆、抑制控制和认知灵活性。

尽管目前的研究表明学前儿童的执行功能与其数学发展水平密切相关，但还没有确切的结论。

因此，本研究继续对此进行深入探讨。

研究一探讨了学前儿童执行功能对数学认知水平的预测作用。

研究二考查了干预活动能否提高认知灵活性水平，以及干预能否对学前儿童的数学认知水平产生显著影响。

本研究随机抽取两所幼儿园，在这两所幼儿园中随机抽取小班3岁儿童200名，中班4岁儿童210名，共410名。

采用自编《3岁儿童数学测验》和《4岁儿童数学测验》测查儿童的数学认知水平；采用旋转盒子任务、昼/夜Stroop任务和维度变化卡片分类任务测查工作记忆、抑制控制和认知灵活性。

研究一考查了3-4岁儿童执行功能对其数学认知水平的预测作用。

研究二是基于研究一，在3岁儿童中，筛选出数学低分组儿童（即数学总分排名后50%的儿童）。

再在数学低分组儿童中，筛选认知灵活性总分排名后50%的儿童作为研究二的研究对象，共60名。

在60名研究对象中随机选取30名作为实验组，其余30名儿童作为对照组。

对实验组儿童进行每周3次，共4周的认知灵活性干预训练，对照组的30名被试不参与训练，正常参加班级活动。

考查认知灵活性干预对3岁儿童认知灵活性水平和数学认知水平的影响。

研究结果表明：

（1）3岁儿童的认知灵活性和工作记忆可以显著预测其数学成绩，抑制控制对其数学成绩不具有显著的预测作用。

4岁儿童的认知灵活性、工作记忆和抑制控制都能显著预测其数学成绩。

（2）认知灵活性训练可以显著提高3岁儿童数、量、形、空间、时间等数学概念的认知水平以及认知灵活性的水平。

关键词：

学前儿童；执行功能；数学认知水平；关系研究

Abstract

Abstract:

Atpresent,itisgenerallybelievedthatmathematicalcognitionlevelincludesfiveaspects:

logarithm,quantity,geometry,timeandspace.Children'smathematicslearninginthepreschoolperiodiscrucial,andalargenumberofstudieshaveshownthatchildrenwithhighermathematicsskillsaremorelikelytosucceedinkindergartenandafterschool.Preschoolchildren'smathematicallevelrequiresthesupportofvariouscognitivesystems,andexecutivefunctionisoneoftheimportantcognitivesystems.Executivefunctionreferstoaseriesofhypotheticalpsychologicalprocessesthatconsciouslycontrolthoughtsandactionsanddirectbehaviorstowardfuturegoals,includingthreecorecomponents:

workingmemory,inhibitorycontrol,andcognitiveflexibility.Althoughcurrentresearchshowsthatexecutivefunctionsofpreschoolchildrenarecloselyrelatedtotheirlevelofmathematicaldevelopment,nopreciseconclusionshaveyetbeendrawn.Therefore,thisstudycontinuestoexplorethisindepth.Study1exploredthepredictiveeffectofexecutivefunctiononmathematicalcognitioninpreschoolchildren.Study2examinedwhetherinterventionscanincreasecognitiveflexibilityandwhetherinterventionscanhaveasignificanteffectonthemathematicalcognitionlevelofpreschoolchildren.

Inthisstudy,twokindergartenswererandomlyselected.Inthesetwokindergartens,200childrenaged3and200aged4wererandomlyselected,foratotalof410.Self-edited"MathematicsTestfor3-year-oldChildren"and"MathematicsTestfor4-year-oldChildren"wereusedtomeasurechildren'smathematicalcognitionlevel;Rotatingboxtask,day/nightStrooptask,anddimensionalchangecardclassificationtaskwereusedtotestworkingmemoryandinhibitcontrolAndcognitiveflexibility.Study1examinedthepredictiveeffectofexecutivefunctiononmathematicalcognitioninchildrenaged3-4years.Study2isbasedonStudy1.Among3yearoldchildren,childrenwithlowmathgroupings（ie,childreninthebottom50%oftotalmathscores）werescreened.Amongthechildreninthelowmathematicsgroup,thechildrenwiththebottom50%ofthetotalscoreofcognitiveflexibilitywereselectedastheresearchobjectofStudy2,atotalof60.Ofthe60subjects,30wererandomlyselectedastheexperimentalgroup,andtheremaining30childrenwereusedasthecontrolgroup.Childrenintheexperimentalgroupweresubjectedtocognitiveflexibilityinterventiontraining3timesaweekforatotalof4weeks.30participantsinthecontrolgroupdidnotparticipateintrainingandparticipatedinclassactivitiesnormally.Toexaminetheeffectsofcognitiveflexibilityinterventiononcognitiveflexibilityandmathematicalcognitionin3-year-oldchildren.

Theresultsshowthat:

（1）3yearsoldchildren'scognitiveflexibilityandworkingmemorycansignificantlypredicttheirmathematicalperformance,andinhibitioncontrolhasnosignificantpredictiveeffectontheirmathematicalperformance.Cognitiveflexibility,workingmemory,andsuppressioncontrolin4-year-oldchildrencansignificantlypredicttheirmathematicalperformance.

（2）Cognitiveflexibilitytrainingcansignificantlyimprovethecognitivelevelofthree-year-oldchildren'smathematicalconceptssuchasnumber,volume,shape,space,andtime,aswellascognitiveflexibility.

Keywords:

preschoolchildren;executivefunction;mathematicalcognitivelevel;relationshipresearch

第一章绪论

第一节选题缘起

一、学前儿童数学能力发展的重要性

日常的学习和生活中处处渗透着数学，学前儿童数学能力的初步发展既是儿童生活的需要，也是认识周围世界必需的技能。

在《3-6岁儿童学习与发展指南》中强调要通过引导儿童关注日常生活中的数学问题，来感知、体验和初步运用数学知识。

可见，在学前阶段促进儿童数学的学习与发展至关重要。

[]首先，学前儿童在数学学习的过程中，可以不断促进逻辑思维和推理能力的发展。

随着儿童累积的经验日益丰富，在对物体感性认识的基础上逐渐上升到理性认识，在这个过程中，儿童的具体形象概念得到了进一步的发展。

随着儿童逐渐将抽象概念运用到具体情境中，在解决实际问题的过程中又更加深入地促进了抽象逻辑思维和推理能力的发展。

其次，数学作为基础教育中一门重要的课程，对儿童的发展至关重要。

在学前期对儿童的数学学习进行启蒙，有利于儿童在小学顺利进行数学学习，并为日后数学能力的发展奠定基础。

并且大量研究表明具有较高数学能力的儿童在进入幼儿园和小学后在数学方面更容易获得成功。

[]有研究者表明儿童在3岁时的数学表现可以预测其在6岁时的数学发展水平。

[]学前儿童的数学能力还能预测其日后的学业成就、学校适应能力和就业待遇等方面。

[]最后，较高的数学能力也与成年后的积极成就有关。

例如，较高的数学能力与较高的社会经济地位、受教育水平密切相关。

[]因此，在学前期这个阶段了解并促进儿童数学能力的发展具有重要意义。

二、学前儿童执行功能发展的重要性

执行功能作为一系列复杂的心理过程，对学前儿童各方面的发展都具有重要影响。

目前已有大量研究表明，执行功能与学前儿童的学业成就显著相关。

一方面，学前儿童执行功能对数学能力的发展至关重要，不仅可以预测儿童在学前期的数学水平，还可以预测其入学后的数学成绩。

[]Clark（2010）研究表明在控制了学前儿童的社会经济地位、语言水平等一系列变量后，儿童在3岁时的执行功能水平可以预测其在4-5岁时的数学水平。

[]Hassinger-Das（2014）在控制了学前儿童的年龄、性别、英语学习状况以及数学技能后,发现执行功能可以独立预测其在一年级的数学分数。

[]同时，执行功能的三个子成分也与儿童在学前期和入学后的数学能力密切相关。

任平（2015）研究发现执行功能的三个子成分与学前儿童数概念六个方面（按数取物、比较多少/大小、数的顺序、序数、数的组成与分解、简单的加减运算）的成绩都存在显著相关。

[]刘小龙（2019）研究发现3-6岁儿童的工作记忆、抑制控制和认知灵活性都能显著预测其数学认知能力。

[]另一方面，研究还表明学前儿童的执行功能与儿童语言能力的发展也密切相关。

[]此外，学前儿童执行功能的发展能预测其社会交往能力、行为问题等各方面。

有研究表明抑制控制能显著地直接影响或通过儿童外化问题行为间接影响一年后儿童的同伴拒绝，[]并且对同伴交往具有正向预测作用。

[]可见，促进学前儿童执行功能的发展，不仅对于其学业成绩具有促进作用，还有利于为儿童日后的发展提供前提和保障。

三、幼儿园数学教育存在的问题

根据对幼儿园教育活动的观察学习，发现幼儿园中的数学教育存在一些问题。

例如，数学教育的活动目标与幼儿的发展水平不相对应。

表现为活动目标过于简单，没有触及幼儿的最近发展区，对幼儿数学能力的促进作用较为有限。

或者活动目标的设置对幼儿来说过于困难，不仅难以引导幼儿进行数学活动，对教师也是很大的挑战。

究其原因，主要还是因为教师不够了解幼儿数学能力发展的阶段性特征，导致教师设置的活动目标与幼儿数学发展水平不相对应，难以通过教育活动去促进幼儿数学能力的发展。

因此，探讨学前儿童数学能力的发展对教师掌握其发展规律，设置合理的活动目标具有重要意义。

另一方面，幼儿园中还存在数学教育的活动内容设置较为陈旧、单一的问题。

随着课程改革的逐渐深入，游戏化教学成为目前幼儿园课程的主流形式，但如何融入新的游戏内容提高幼儿的数学能力对教师来说算是一个挑战。

那么，探讨学前儿童执行功能干预对其数学能力的迁移效果，在数学活动中融合与执行功能相关的游戏活动，可以为数学活动课程内容的设置提供一个新的方向。

那么，执行功能的三个子成分（工作记忆、抑制控制和认知灵活性）与数学认知水平（数、量、形、时间、空间）的关系如何？

执行功能哪个子成分对数学认知水平的贡献最大？

学前儿童执行功能能够通过训练提高吗？

以及学前儿童执行功能的干预训练对其数学认知水平有影响吗？

基于这样的思考，选择了这个研究题目。

四、研究意义

（一）理论意义

通过考查3-4岁儿童执行功能与数学认知水平的关系，探讨执行功能子成分对数学水平的影响，丰富学前儿童执行功能和数学能力发展的相关理论；通过对学前儿童的执行功能进行干预训练并探讨其对数学水平的迁移效果，为学前儿童数学发展的相关研究提供新的视角。

（二）实践意义

通过考查学前儿童执行功能与数学认知水平之间的关系，提高幼儿教师对学前儿童数学能力发展的认识；寻找学前儿童数学认知发展的影响因素，为促进学前儿童数学能力发展提供实践指导；探讨儿童执行功能干预对其数学水平的迁移效果，在数学活动中融入与执行功能相关的游戏活动，可以为数学活动课程内容的设置提供一个新的方向。

第二节文献综述

一、学前儿童执行功能的相关研究

（一）学前儿童执行功能的定义

目前，关于执行功能的定义并不一致。

一般来说，执行功能也被称为执行控制和认知控制，是指有意识地控制思想和行动，并将行为指向未来目标的一系列假设的心理过程。

[]也就是说，执行功能是与额叶功能相关的自上而下的神经认知过程，可以管理复杂的、以目标为导向的行为。

[]

关于执行功能内容结构的研究，已经从单一的系统结构发展成为包含不同能力的复杂结构。

[][]随着相关研究的发展，研究者对执行功能的内容结构进行了更加深入的探讨。

Miyake（2000）认为执行功能是一个统一而分离的整体，包括更新、抑制和转换三个核心成分，这些成分在执行功能发展早期是相互联系的，随着年龄的增长，更新、抑制和转换才逐渐分离。

[]而Karpinski（2008）认为执行功能包括工作记忆、抑制控制和计划三个部分。

[]可见，研究者对执行功能的内容结构持有不一样的观点。

而目前研究中普遍使用的是三因素理论模型，即认为执行功能包括工作记忆、抑制控制和认知灵活性。

[]

工作记忆是对信息进行主动监控和更新，反映了个体快速储存和加工信息的能力。

[]抑制控制是个体主动抑制优势反应的能力，即对信息进行主动抑制以保证认知过程的连贯性，防止无关信息进入或储存在短时记忆中。

[]认知灵活性是指在心理定势、操作或任务之间灵活转移注意力，调整自己的思想和行为以适应不断变化的规则和情境的能力。

[]目前，大部分关于执行功能的研究都支持执行功能的三个核心成分是相关但可分离的观点。

[][][]张乾一等人（2013）通过构建结构模型发现，3岁儿童的测验任务数据更为拟合抑制和工作记忆两因素结构模型，这表明3岁儿童的抑制和工作记忆是独立发挥作用的，即说明儿童在3岁时就已经出现了抑制控制和工作记忆功能分离的趋势。

[]吴慧中等人（2015）通过研究发现，在2-3岁期间，儿童的工作记忆与认知灵活性密切相关。

在3-3.5岁期间，抑制控制与认知灵活性密切相关。

[]

（二）学前儿童执行功能的发展

尽管有证据表明，个体在幼儿时期的前额系统有大量的发展和重组。

[][]但很长一段时间以来，幼儿期执行功能的发展被认为是微不足道的，因此也被认为与儿童的学龄前行为之间很少或没有相关性。

[]但目前，人们已经认识到，早在婴儿期出现的一些行为可能表明了更复杂的执行技能的发展。

[]即执行功能并不是个体在成年后突然形成的能力，而是在儿童发展的过程中逐渐发育和成熟的，这种发展可能在儿童出生第一年便开始了。

[]已有大量研究结果表明，3-6岁是执行功能发展的关键期。

[][][][]

学前儿童执行功能的发展非常迅速，但并不是匀速的。

同样，学前儿童执行功能各子成分的发展也不是完全同步的。

王静梅等人（2019）通过使用执行功能任务组软件考查了3-6岁儿童执行功能子成分的发展特征，研究结果表明，3-6岁儿童抑制控制和认知灵活性的发展先于工作记忆，抑制控制和认知灵活性在4岁左右快速发展。

其中发展最快的是抑制控制，发展最慢的是工作记忆。

具体来说，抑制控制在3.5-4.5岁之间的正确率增加最为迅速，4.5岁左右达到顶峰。

认知灵活性在3.5-4.5岁之间的正确率增长迅速，即4岁是其发展的转折期。

[]这和大多数已有研究结果一致，即在4.5-5岁之间抑制控制的发展最为快速，4-5岁期间认知灵活性的发展最为快速。

[][]而工作记忆的发展是最晚的，在4.5-5.5岁之间发展最为迅速，反应时也显著缩短。

所以，工作记忆在5岁左右才快速发展。

[]

（三）学前儿童执行功能的影响因素

目前关于学前儿童执行功能影响因素的研究，可以分为两大方面。

一是内部因素，二是外部因素。

在内部因素上，目前研究主要包括大脑、体重、性别、心理理论、气质类型等方面对学前儿童执行功能的影响。

学前儿童心理理论的发展与执行功能水平存在显著的相关关系。

丁芳等人（2005）通过对3-4岁儿童心理理论与执行功能关系的探讨，发现即使在控制了性别、年龄、智力、非心理状态控制任务的情况下，3-4岁儿童的心理理论水平与其抑制控制能力显著相关。

[]Baron（2012）研究表明出生时体重与学前儿童执行功能呈显著正相关，即与足月同龄的儿童相比，出生体重较低的3岁儿童在工作记忆和抑制控制任务上的表现更差。

[]除了体重与学前儿童执行功能密切相关，学前儿童的执行功能还高度依赖于大脑的发展，执行功能的发展是通过前额叶皮层的快速发展反映出来的。

[]Kok等人（2014）指出，6周时脑胼胝体越短，儿童4岁时的抑制控制问题越严重，即说明6-7周儿童的脑胼胝体的长度能够预测儿童4岁时的执行功能。

[]研究表明学前儿童执行功能的发展可能存在性别差异。

[]Mileva等人（2015）研究发现，在工作记忆的水平上，4岁女孩与男孩不存在显著差异。

但在抑制控制的水平上，4岁女孩显著高于4岁男孩。

[]此外，还有研究者考查了气质类型对学前儿童执行功能发展的影响。

庞丽曼等人（2018）在对133名3-7岁儿童进行的研究中发现，在抑制控制能力的发展上，易养型气质儿童要高于中间型气质儿童，中间型气质儿童要高于难养型气质儿童。

并且相对于易养型和中间型气质儿童，启动缓慢型气质儿童抑制控制能力的发展也较为滞后。

[]

在外部因素上，目前研究主要集中在家庭环境和学校环境对学前儿童执行功能的影响。

在家庭环境方面，Hackman（2008）指出，较低的家庭经济收入和母亲教育水平预测了54个月儿童较差的执行功能能力。

并且，学前儿童家庭环境的质量在家庭经济地位和执行功能的关系中起中介作用。

[]母亲的情绪也会对学前儿童执行功能产生影响。

ClaireHughes等人（2013）进行了一项长达4年的纵向研究，结果表明学前儿童在早期接触母亲的抑郁症状会对儿童执行功能的发展产生不利影响。

[]并且，家庭成员的数量与儿童的认知灵活性水平呈显著正相关。

父母的受教育水平越高，儿童的认知灵活性水平也越高。

[]除了家庭环境与学前儿童的执行功能密切相关，在学校环境方面，研究发现课程的组织与实施对学前儿童执行功能的发展具有影响。

Weiland等人（2013）通过在幼儿园实施一项与儿童识字、语言、数学以及入学准备能力相关的课程，发现该课程对4-5岁儿童的执行功能水平产生了较大的影响。

[]除了课堂环境，教师也会对学前儿童的执行功能产生影响。

Fuhs（2013）研究表明教师使用更开放的问题，并且让儿童知道他们的努力学习和良好表现是被赞赏的有利于学前儿童执行功能的发展。

[]当学前儿童积极参加课堂活动并积极与教师进行互动时，他们的执行功能也能得到更好地发展。

[]

除此之外，研究者还关注其他可能影响学前儿童执行功能的因素。

有研究者考查了学前儿童的睡眠问题对执行功能的影响。

Karpinski（2008）通过对学前儿童患有睡眠呼吸障碍的风险和执行功能能力进行评估，发现学前儿童患睡眠呼吸障碍的风险性越大，执行功能中工作记忆、抑制控制能力和计划性的发展就越差，尤其是在抑制控制能力的发展上。

[]还有研究者考查了媒体对学前儿童执行功能的影响。

邢淑芬等人（2018）通过研究发现，儿童观看动画片的时长可以正向预测儿童的工作记忆，背景电视时长可以负向预测学前儿童的工作记忆，并且快节奏且高幻想性的动画片能促进学前儿童抑制控制的发展。

[]但也有研究者持有不一样的观点，在YingJiang等人（2019）的研究中，143名学前儿童随机被分成三组，即观看高幻想性动画组、中幻想性动画组和低幻想性动画组，儿童在观看结束后，被要求完成一系列执行功能任务，结果表明，观看中幻想性动画的儿童在抑制控制和认知灵活性方面的表现最差，在工作记忆方面没有显著差异。

[]

二、学前儿童数学认知能力的相关研究

（一）学前儿童数学认知能力的定义

广义上说，学前儿童的数学认知能力是指儿童对数的知识、概念和技能的理解和运用的能力。

[]在《3-6岁儿童学习与发展指南》中的数学认知能力主要包括感知和理解数、量关系及数量关系，感知形状与空间关系。

[]早有研究者通过构建模型发现，学前儿童的数学认知能力包括五个方面，即数、计算、测量、空