珠心算過程腦機制初探及對其相關課程改革的分析

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前言

珠心算是一項起源於我國民間而在近年來頗受國內國際教育工作者的重視,並在相當的範圍內被人們用於腦功能開發,特別是提高電腦能的益腦智力運動。據中國珠算協會朱希安會長介紹,目前我國接受珠心算教育的兒童已有近300萬人,並且主要在小學的數學課和活動課中實施。從大量的珠心算教育研究報告中可以看到,各地實踐者的經驗已經揭示,珠心算可以十分顯著和有效地提高學生的計算速度,而且似乎還對其他認知品質有提高作用。爲了深入開掘這一祖國腦機能開發的傳統手段,十分有必要展開對珠心算的科學實驗研究,以此來推動珠心算的進一步深入和相關教育教學改革的良好進行,並尋求其對基礎教育課程改革的助益價值。


  我們也注意到,以往對珠心算的研究多是從教育觀察的角度出發,進行的非實驗性的比較描述性的報道,沒有從腦機能活動的方面進行探討,在實驗室裏通過嚴格控制實驗條件進行的認知心理,特別是與腦機能相關的神經心理實驗十分缺乏。為此,應該根據珠心算的特點進行相應的認知神經心理實驗。

  對於珠心算訓練是否是一項科學的益腦運動,值不值得推廣的一個關鍵問題是這種訓練是否具備有益的遷移作用,即珠心算的訓練活動是否僅僅局限在計算本身,除了提高學生的計算速度以外還有沒有其他方面的提高作用,也就是對學生的其他認知活動,如注意過程,知覺過程,以及思維進程是否有所促進。雖然人們的經驗和觀察已報道了這種遷移的可能性,但是這種從經驗上發現的可能性需要嚴格的科學驗證。由此,作爲國家九五重點課題——《面向21世紀中國基礎教育課程教材改革研究》的《腦功能開發與基礎教育課程教材改革研究》子課題組,我們對珠心算進行了爲期半年的實驗研究。特別要感謝的是,此項研究得到了《中華教育》雜誌社和中國珠算協會的大力支持,得到了中國科學院心理研究所認知神經心理實驗室和北師大心理系認知實驗室的大力幫助和協作。

   一、實驗目的

1、受過珠心算訓練的學生與未受過訓練的學生是否有明顯的認知活動特點上的差異?

2、受過珠心算訓練的學生與未受過訓練的學生是否在大腦偏側化機能上有所差異?

從已有的資料看,本實驗是對珠心算腦機制的首次實驗室研究。由於珠心算是一項複雜的心理活動,涉及的內容很多。作爲首次實驗室實驗,有很多基本的問題需要解決,因此爲了較全面較系統地進行實驗研究,此次實驗在與珠心算活動密切相關的幾個主要認知方面展開,即從視覺掃描,知覺,圖形和文字記憶,短時記憶空間,資訊提取能力等基本認知機能上對珠心算訓練的效果進行比較的研究。這樣進行實驗研究的同時也正解決了珠心算訓練是否具備益腦的遷移作用的問題。

  4-12歲的兒童是珠心算教育活動的主體,這1年齡階段正是人的大腦兩半球機能分化的時期,因此這次實驗同時圍繞著大腦的機能特化展開,以期解決珠心算是否有益於大腦的發育過程。

二、實驗方法

本實驗對受過珠心算訓練的兒童和沒有受過珠心算訓練的兒童進行了對照研究。實驗中對兩組兒童測試了如下幾項認知基本機能:

1、數位空間記憶測驗,這是短時記憶的常用指標。

2、注意劃消測驗,此項測驗通過在限定時間內對特定字母的劃消來反映學生的注意品質,其中包括注意的選擇性,注意的廣度等。

3、YWG神經心理實驗軟體中的幾項內容,具體包括:漢字記憶水平,圖像記憶水平和大腦單側化的趨勢。漢字記憶水平測查的是學生對漢字的記憶能力;圖像記憶水平測查的是學生對非文字的圖像的記憶能力;大腦單側化趨勢的測定原理是:通過電腦按短於眼球轉動時間的速示方式向左半視野和右半視野選擇性地投射文字的和圖形的刺激,從而客觀地測定學生左腦占主尋地位的處理文字的半邊視野認知能力和右腦占主尋地位的處理圖形的半邊視野認知能力,以錯誤率和反應時間作爲指標,揭示學生左腦特化的程度和右腦特化的程度。這種特化程度反映了大腦發育的狀態。

4、眼動儀。這種方法記錄兒童在具體運算過程中的眼運模式以及在搜索任務中的眼運情況。實驗中所有被試隨機接受所有的測試。

三、被試情況

實驗中的被試均爲北京市石樓中心小學的3年級學生,共43人。其中接受過3年珠心算訓練的兒童21人,沒有接受過3年珠心算訓練的兒童22人。所有兒童的視力正常。

四、實驗結果

根據在加法運算過程中被試眼動模式的不同,選擇出有典型橫掃模式的受過訓練的兒童10人,選擇出有典型豎掃眼動模式的未受過訓練的兒童12人,共22人。將其分爲接受過訓練兒童和未接受過訓練的兒童兩組,分析其結果。

1、數位空間測驗與注意劃消測驗的結果(單位:個數)

2、YWG神經心理實驗結果

(1)反應時結果(單位:毫秒ms)

被試 圖像記憶 圖像記憶 漢字記憶 漢字記憶 大腦單側
水平(1) 水平(2) 水平(1) 水平(2)
接受訓練者 532 422 366 359 422
(103.32) (78.31) (52.47) (43.14) (64.78)
9人 8人 9人 8人 9人
未接受者 530 442 361 380 500
(143.82) (72.28) (33.21) (59.19) (129.11)
12人 12人 12人 12人 8人
差異量 2 -20 5 -21 -78*

(2)錯誤率結果

被試 圖像記憶 圖像記憶 漢字記憶 漢字記憶 大腦單側
水平(1) 水平(2) 水平(1) 水平(2)
接受訓練者 80 23 11 21 13
(0.03) (0.06) (0.05) (0.05) (0.07)
9人 8人 9人 8人 9人
未接受者 08 17 08 22 29
(0.08) (0.08) (0.04) (0.09) (0.27)
12人 12人 12人 12人 8人
差異量 0 0.04 0.03 -0.01 -0.16*

(3)搜索任務的結查分析:(單位:毫秒ms,單位:個數)

被試 數位搜索任務 數位搜索任務 漢字搜索 漢字搜索
總注視時間 總注視時間 總注視時 總注視時
接受訓練者 2112 9.8 4135 18.96
(246.53) (2.24) (946.82) (4.08)
未接受者 3086 13.69 4475 21.16
(1038.73) (3.79) (681.71) (4.15)
差異量 -974* -3.89* -340 -2.20

(注:以上表格中的資料凡帶 * 號的爲有顯著差別)

五、結論

通過對以上實驗結果的分析,可以得出以下幾個結論:

1、單側腦測驗中,訓練組在反應時間(RT)和錯誤率方面均與非訓練組有顯著差異:訓練組平均RT爲422ms,非訓練組平均RT爲500ms;訓練組錯誤率爲0.13,非訓練組爲0.29。訓練組明顯好於非訓練組,提示腦偏側化程度高。這表明訓練組腦功能發展情況好,而且可以認爲訓練組兒童創造能力發展所需要的必要的腦生理機能較非訓練組好。

2、注意劃消測驗結果表明,訓練組與非訓練組之間有顯著差異;訓練組平均分數爲45.30,非訓練組平均分數爲31.92,兩者有顯著差別,提示訓練組較非訓練組在注意的集中度和選擇 活性方面均有優勢。

3、數位空間實驗表明,訓練組較非訓練組在逆序空間方面有明顯的差異:訓練組平均逆序位數是6.80,而非訓練組的平均逆序位數是4.50。訓練組北非訓練組有更廣的逆序數字空間,提示其資訊提取能力較強。

4、眼動實驗揭示出訓練組與非訓練組在數位搜索任務中的總注視時間方面有明顯差異:訓練組的總注視時間平均爲2112ms,非訓練組的總注視時間平均爲3085ms,訓練組在數位搜索時明顯快於非訓練組。然而在漢字搜索任務中,兩組學生並沒有明顯差異,這提示,珠心算訓練並沒有將視覺掃描的活動泛化到不同的任務上面,珠心算更多的是一種內化的心智活動,其遷移效果不在外周而在中樞過程。

六、對相關課程改革的分析

基礎教育的課程改革,是以社會的需求,學生的發展要求和科學的體系要求作爲課程目標制訂的3大依據的。客觀地看,長期以來,隨著社會的不斷發展和變革,不斷進行的課程改革在滿足社會的需求和學科體系的要求方面要比滿足學生發展要求方面更爲充分,大力研究並盡可能地滿足學生發展的要求,已成爲當前和今後基礎教育課程研究和課程改革中的一個重要問題。

90年代以來腦科學研究取得的重大進展,對課程改革能進一步滿足學生發展的需要起到了積極的促進作用。從現有的研究情況看,一方面,關鍵期等腦科學研究的一些成果已經對課程改革起到了有益的促進作用。如中央教科所在承擔的國家九五重點課題——《面向21世紀中國基礎教育課程教材改革研究》的研究成果—《素質教育與腦功能開發》(白月橋、蔣志峰 著)一書中,明確提出課程改革要把關鍵期等腦科學研究成果作爲課程設計和課程實施。