康 丹，文 鑫

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早期兒童心理旋轉(zhuǎn)的發(fā)展及與數(shù)學(xué)能力的關(guān)系

康 丹，文 鑫

（湖南師范大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410081）

心理旋轉(zhuǎn)是一種想象自我或客體旋轉(zhuǎn)的空間思維能力，也是一種評(píng)定空間思維的標(biāo)尺．已有文獻(xiàn)從早期兒童心理旋轉(zhuǎn)的發(fā)展特點(diǎn)，早期兒童心理旋轉(zhuǎn)與數(shù)學(xué)能力之間的關(guān)系以及心理旋轉(zhuǎn)干預(yù)對(duì)早期兒童數(shù)學(xué)能力的影響展開實(shí)證研究．未來應(yīng)豐富早期兒童的心理旋轉(zhuǎn)研究；需要更多的實(shí)證研究驗(yàn)證已有研究中不一致的結(jié)論；確定計(jì)算機(jī)干預(yù)與教師輔助教學(xué)相結(jié)合是否能更有效地促進(jìn)兒童心理旋轉(zhuǎn)能力發(fā)展；進(jìn)一步厘清心理旋轉(zhuǎn)與數(shù)學(xué)能力關(guān)系的性質(zhì)．

心理旋轉(zhuǎn)；空間思維；數(shù)學(xué)能力

心理旋轉(zhuǎn)（mental rotation），是一種空間思維，指的是個(gè)體在頭腦中圍繞一個(gè)軸或多個(gè)軸對(duì)二維或三維物體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的能力[1]．心理旋轉(zhuǎn)是信息內(nèi)部表征的一種方式，通常涉及到比較復(fù)雜的認(rèn)知過程．心理旋轉(zhuǎn)是幾何的一個(gè)特征，也是認(rèn)知科學(xué)家和神經(jīng)科學(xué)家研究的認(rèn)知過程．例如，在玩中國(guó)地理拼圖游戲時(shí)，兒童需要在頭腦中想象應(yīng)該如何移動(dòng)每塊拼圖才能拼出一張完整的中國(guó)地圖；在玩六面魔方時(shí)，兒童需要在頭腦中想象應(yīng)該如何對(duì)魔方進(jìn)行旋轉(zhuǎn)才能轉(zhuǎn)出相同顏色的一面，這樣的認(rèn)知加工過程就是心理旋轉(zhuǎn)．發(fā)展心理旋轉(zhuǎn)能力能為兒童提供整個(gè)學(xué)校學(xué)習(xí)階段中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的“認(rèn)知工具”．例如，心理旋轉(zhuǎn)可以幫助兒童組合和分解2D和3D圖形，證明對(duì)稱性等[2]．將心理旋轉(zhuǎn)視為從幾何學(xué)和所有其它數(shù)學(xué)領(lǐng)域中分離出來的技能可能更加合理．

作為一種空間技能，心理旋轉(zhuǎn)在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中發(fā)揮著特別重要的作用[3]．心理旋轉(zhuǎn)技能與數(shù)學(xué)的各個(gè)方面有顯著的相關(guān)關(guān)系，例如幾何、代數(shù)、心算、應(yīng)用題[4]，高等數(shù)學(xué)（例如，函數(shù)理論、數(shù)理邏輯、數(shù)值分析）[5]和STEM的學(xué)習(xí)．心理旋轉(zhuǎn)是后期兒童未來數(shù)學(xué)成績(jī)的強(qiáng)大預(yù)測(cè)因子，對(duì)兒童的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)和其它領(lǐng)域的學(xué)習(xí)十分重要[6]．空間思維能力在早期教育中并沒有得到足夠的關(guān)注．傳統(tǒng)的教育觀點(diǎn)認(rèn)為空間能力是一種不能改變的智力．然而，最近的一項(xiàng)研究結(jié)果表明，空間思維是可以通過訓(xùn)練提高的．研究者對(duì)206項(xiàng)空間訓(xùn)練研究（1984—2009年）進(jìn)行元分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可以通過各種干預(yù)（例如，視頻游戲、課程訓(xùn)練、空間任務(wù)訓(xùn)練）來改善所有年齡段人的空間思維[7]．盡管心理旋轉(zhuǎn)與數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)之間的關(guān)系密切，并且通過心理旋轉(zhuǎn)干預(yù)來發(fā)展數(shù)學(xué)能力的想法也很早就有人提出[8]，但是目前對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的實(shí)證研究還比較少．這里通過梳理國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，主要分析以下幾個(gè)問題：早期兒童心理旋轉(zhuǎn)的發(fā)展有什么特點(diǎn)？早期兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力與數(shù)學(xué)能力之間的關(guān)系是什么？心理旋轉(zhuǎn)干預(yù)對(duì)早期兒童數(shù)學(xué)能力有影響嗎？通過對(duì)以往的研究進(jìn)行評(píng)述，以進(jìn)一步展望未來可能的研究方向．

1 文獻(xiàn)檢索詞和檢索策略

以“心理旋轉(zhuǎn)”和“早期兒童數(shù)學(xué)能力”為關(guān)鍵詞，在國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)庫“中國(guó)知網(wǎng)”中進(jìn)行檢索，限定發(fā)表日期為近20年，檢索中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫命中文獻(xiàn)1?286篇；合并主題詞“幼兒”“嬰幼兒”“小學(xué)兒童”且主題詞包含“空間思維”或者“心理旋轉(zhuǎn)”，獲得文獻(xiàn)113篇；剔除重要報(bào)紙等全文數(shù)據(jù)庫來源的文章，獲得文獻(xiàn)98篇．以相同關(guān)鍵詞和條件檢索“萬方數(shù)據(jù)庫”，篩選出文獻(xiàn)為82篇．從兩個(gè)中文數(shù)據(jù)庫所得的文獻(xiàn)有大部分重疊．以英文主題詞“mental rotation”和“mathematical ability”為基本條件，限定發(fā)表日期為近20年，檢索Web of Science、PubMed、SpringerLink、ProQuest和American Psychological Association等數(shù)據(jù)庫中檢索，共搜索出1?856篇文獻(xiàn)．通過標(biāo)題和摘要進(jìn)一步選取符合主題的文獻(xiàn)，納入文獻(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)如下：人群為1~10歲的兒童，涉及心理旋轉(zhuǎn)的發(fā)展特點(diǎn)、年齡差異、與數(shù)學(xué)能力的關(guān)系的研究；具有代表性的綜述和重要實(shí)證文獻(xiàn)；相關(guān)的經(jīng)典文獻(xiàn)．最終納入文獻(xiàn)37篇．

2 早期兒童心理旋轉(zhuǎn)的發(fā)展特點(diǎn)

2.1 早期兒童心理旋轉(zhuǎn)能力發(fā)展的年齡特點(diǎn)

2.1.1 早期兒童心理旋轉(zhuǎn)能力的形成

對(duì)于早期兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力是什么時(shí)候才開始形成的，這一直是研究者們所關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問題，但是對(duì)于這個(gè)熱點(diǎn)問題，目前還未達(dá)成共識(shí)．兒童大概從多大年齡開始就具備心理旋轉(zhuǎn)能力呢？?jī)和睦韺W(xué)家皮亞杰認(rèn)為，只有兒童到了學(xué)齡期（具體運(yùn)算階段）才可以進(jìn)行心理旋轉(zhuǎn)[9]．國(guó)內(nèi)研究者方富熹對(duì)4~6歲這一年齡階段兒童的客體運(yùn)動(dòng)表象進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，4歲兒童的三維空間和二維空間上的想象能力一般還沒有形成和發(fā)展起來，并且即使通過訓(xùn)練，兒童在二維空間和三維空間上想象能力也幾乎沒有得到改善[10]．另外一個(gè)研究發(fā)現(xiàn)5歲兒童己經(jīng)形成了心理旋轉(zhuǎn)能力[11]．他們給5歲和8歲兒童呈現(xiàn)兩張大小形狀相同，旋轉(zhuǎn)角度相同或不同的圖形，要求兒童判斷兩張圖形是否相同，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兒童在該任務(wù)上的反應(yīng)與圖形旋轉(zhuǎn)的角度成線性關(guān)系，這表明這兩個(gè)年齡的兒童都己經(jīng)具備了心理旋轉(zhuǎn)能力．國(guó)內(nèi)學(xué)者侯公林、繆小春、陳云舫、胡世紅和徐微云等人以133名3.5~6.5歲兒童為研究對(duì)象，采用旋轉(zhuǎn)的米老鼠圖形（二維圖形）對(duì)兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力進(jìn)行考察．通過分析不同性別兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力得分發(fā)現(xiàn)，男孩開始形成心理旋轉(zhuǎn)能力的年齡在4.5~5歲間，而女孩開始形成心理旋轉(zhuǎn)能力的年齡在4~4.5歲[12]．進(jìn)一步證明了4歲兒童已經(jīng)形成了心理旋轉(zhuǎn)能力．

隨著研究方法和手段的改進(jìn)，研究者意識(shí)到有的傳統(tǒng)心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)可能不適合低齡嬰幼兒，因此可能低估了兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力．可以通過改進(jìn)心理旋轉(zhuǎn)的任務(wù)進(jìn)一步探究嬰幼兒心理旋轉(zhuǎn)能力的形成．

2.1.2 早期兒童心理旋轉(zhuǎn)能力的發(fā)展

同語言能力、動(dòng)作能力等一樣，心理旋轉(zhuǎn)能力從開始形成之時(shí)，隨著兒童年齡的逐漸增長(zhǎng)和經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富會(huì)呈現(xiàn)出一些變化特點(diǎn)，而這些變化是由其內(nèi)在發(fā)展規(guī)律和后天影響共同決定的．如果研究者們發(fā)現(xiàn)并掌握了心理旋轉(zhuǎn)能力發(fā)展規(guī)律的變化特點(diǎn)，這將是對(duì)心理旋轉(zhuǎn)能力研究的又一次大的飛躍．

劉秀環(huán)選取3~6歲兒童為研究對(duì)象，并對(duì)其心理旋轉(zhuǎn)能力進(jìn)行了研究，通過在電腦屏幕上給兒童呈現(xiàn)一張標(biāo)準(zhǔn)圖形（放置于上方中央）以及不同方位角度的4張比較圖形（呈一字排開，置于下方），要求兒童從這4張比較圖形中挑選出一張可以與標(biāo)準(zhǔn)圖形完全重合的圖形（只有一張）．研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3~4歲兒童在該心理旋轉(zhuǎn)能力任務(wù)中的正確率很低；4~5歲兒童的正確率要高于3~4歲兒童，但大部分兒童更傾向于選擇標(biāo)準(zhǔn)圖形的鏡像，或者是亂指，或者是理解任務(wù)要求但是選擇錯(cuò)誤；大部分5~6歲兒童都能夠理解任務(wù)要求并進(jìn)行正確的選擇[15]．這與王泉泉和胡清芬在2009年研究中的結(jié)論一致[16]．3~4歲兒童在解決問題時(shí)，會(huì)自發(fā)地進(jìn)行心理旋轉(zhuǎn)，雖然他們有一定的旋轉(zhuǎn)概念，但是操作起來卻非常吃力，并且錯(cuò)誤率很高．4~5歲兒童會(huì)自發(fā)地看選擇項(xiàng)的圖片，再作出反應(yīng)；選擇過程中伴有手勢(shì)，將選擇項(xiàng)的圖片逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)并與標(biāo)準(zhǔn)刺激進(jìn)行比較．5歲兒童可以正確運(yùn)用心理旋轉(zhuǎn)，不僅速度快，而且正確率高．

Frick等人使用新的拼圖范式評(píng)估3~5歲兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力[17]．兒童在7個(gè)方向看到幾對(duì)不對(duì)稱的“幽靈人物”，有的是三維開孔版本，也有二維紙張版本．如果右側(cè)向上旋轉(zhuǎn)，其中一個(gè)“幽靈人物”與孔匹配，那么其它與孔不匹配的“幽靈人物”則是它的鏡像．要求兒童不操作，而是通過心理旋轉(zhuǎn)選擇與孔匹配的“幽靈人物”．在三維心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)中能選擇正確幽靈的孩子的數(shù)量從3歲的10%顯著上升到5歲的95%；平均準(zhǔn)確度從54%顯著上升到83%．二維紙張版本也產(chǎn)生了類似的結(jié)果．這些結(jié)果表明，兒童在3~5歲這一年齡段，其心理旋轉(zhuǎn)已經(jīng)有了相當(dāng)大的發(fā)展，因此，這可能是兒童心理旋轉(zhuǎn)能力發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵期．

另外，Sarah Neuberger等人的研究使用3種實(shí)驗(yàn)任務(wù)來考察432名小學(xué)生的心理旋轉(zhuǎn)能力，其中二年級(jí)學(xué)生216名（男女各半，平均年齡為7.8歲），四年級(jí)學(xué)生216名（男女各半，平均年齡為9.9歲）[18]．各年級(jí)兒童被隨機(jī)分為3組（每一組72名，男女各半），并且分別分配實(shí)施一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)．任務(wù)一的材料是大象圖形（具體圖像）；任務(wù)二的材料是英文字母“F”（抽象圖形）；任務(wù)三的材料是由10個(gè)小正方體組成的三維結(jié)構(gòu)的二維形式再現(xiàn)圖（幾何圖形）．每一項(xiàng)任務(wù)都包括兩部分，左半部分是一張標(biāo)準(zhǔn)圖形，右半部分是4張比較圖形（其中有兩張是標(biāo)準(zhǔn)圖形旋轉(zhuǎn)一定角度之后的新角度圖形，而另外兩張則是新角度圖形的鏡面圖形），要求兒童判斷哪兩張比較圖形是和標(biāo)準(zhǔn)圖形一樣．研究表明，在這3個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)上，年齡的主效應(yīng)顯著，四年級(jí)學(xué)生的表現(xiàn)要好于二年級(jí)學(xué)生．

P. Jansen等人也得出了一致的結(jié)論，P. Jansen等人使用精密計(jì)時(shí)心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)來測(cè)試449名二年級(jí)和四年級(jí)學(xué)生[19]．孩子們?cè)?個(gè)不同的組中進(jìn)行了測(cè)試，每組具有不同的刺激材料（動(dòng)物圖、字母或立方體圖）．結(jié)果表明，對(duì)于兩個(gè)年齡組的孩子來說，能在平面進(jìn)行圖形旋轉(zhuǎn)，但在進(jìn)行具有立方體圖形的精密計(jì)時(shí)心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)時(shí)還是存在一定困難的．動(dòng)物圖和字母作為刺激的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)與二年級(jí)學(xué)生相比，四年級(jí)學(xué)生的反應(yīng)時(shí)間更快．

從以上研究結(jié)果中不難看出，4~5歲這一年齡階段可能是兒童心理旋轉(zhuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵期．這可能是因?yàn)檫@個(gè)年齡階段大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)展使兒童對(duì)信息加工的速度加快，再加上兒童空間表征能力和語言能力的迅速發(fā)展，心理旋轉(zhuǎn)能力得到了進(jìn)一步的提高；而且實(shí)現(xiàn)了從二維物體過渡到三維物體的心理旋轉(zhuǎn)是兒童心理旋轉(zhuǎn)能力的飛躍．策略選擇方面，3~4歲兒童可能不會(huì)采用心理旋轉(zhuǎn)策略完成任務(wù)；兒童在4~5歲時(shí)就已經(jīng)開始學(xué)會(huì)正確運(yùn)用心理旋轉(zhuǎn)的策略來完成任務(wù)．并且，隨著年齡的增長(zhǎng)，兒童在抽象材料上進(jìn)行心理旋轉(zhuǎn)的能力也逐漸得到提高．

2.2 早期兒童心理旋轉(zhuǎn)能力發(fā)展的性別差異

空間能力是一種獨(dú)立的智力結(jié)構(gòu)，很多研究發(fā)現(xiàn)在空間認(rèn)知任務(wù)上，男孩的表現(xiàn)好于女孩．但是，心理旋轉(zhuǎn)能力作為空間能力的一個(gè)重要指標(biāo)，早期兒童在心理旋轉(zhuǎn)能力上的發(fā)展是否也存在性別差異，目前的研究還沒得到一致的結(jié)果．劉秀環(huán)對(duì)3~6歲兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力進(jìn)行了考察，研究發(fā)現(xiàn)，3~4歲兒童普遍還不能進(jìn)行心理旋轉(zhuǎn)，因此沒有進(jìn)行性別差異分析，另外，4~5歲女孩的得分高于男孩，但沒有達(dá)到顯著性水平，5~6歲女孩得分低于男孩，也沒有達(dá)到顯著性水平[15]．該研究表明，3~6歲兒童在心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)上均未表現(xiàn)出性別差異．同時(shí)，最近Claudia Quaiser-Pohl等對(duì)以前兩項(xiàng)研究中收集的862名8年級(jí)和10歲兒童的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分析，重點(diǎn)關(guān)注方法（心理測(cè)量與精密計(jì)時(shí)）和刺激類型對(duì)心理旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)確度的性別差異的影響．結(jié)果顯示，無論是按精密計(jì)時(shí)狀態(tài)（電腦化）還是在心理測(cè)量條件（紙和鉛筆）中，男孩的心理旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)確度雖略有優(yōu)勢(shì)，但無顯著的性別差異[20]．另外，林中賢等人考察了不同文化背景（漢族、布朗族、基諾族）下82名7~9歲兒童在心理旋轉(zhuǎn)能力上的差異，研究結(jié)果表明，無論在判斷準(zhǔn)確性上，還是判斷時(shí)間上，不同文化背景下的兒童都不存在性別差異[21]．同時(shí)，林中賢等人還分別對(duì)不同年齡組（兒童組、中青年組和老年組）的研究對(duì)象進(jìn)行了心理旋轉(zhuǎn)能力的測(cè)査[22]．研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，無論是在哪一個(gè)年齡組，在判斷時(shí)間和判斷正確率上，都不存在顯著的性別差異．

然而，也有研究者得出了與上述研究結(jié)果不一致的研究結(jié)論．在David S. Moore等人的研究中，以40名5個(gè)月嬰兒（男女各半）為研究對(duì)象，釆用習(xí)慣化技術(shù)來考察兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力．研究發(fā)現(xiàn)：男孩注視新角度圖形的時(shí)間會(huì)相對(duì)較短，而注視鏡面圖形的時(shí)間會(huì)相對(duì)較長(zhǎng)，其中有70%的男孩更多地注視鏡面圖形，45%的女孩更多地注視鏡面圖形[23]．該研究認(rèn)為，5個(gè)月嬰兒存在顯著的性別差異，男孩的心理旋轉(zhuǎn)能力優(yōu)于女孩．Levine等學(xué)者測(cè)試了288名4~7歲兒童（男女各半）在空間信息轉(zhuǎn)換任務(wù)（該任務(wù)涉及心理旋轉(zhuǎn)）上的表現(xiàn)[24]．該研究包含32個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)包括兩個(gè)部分，第一個(gè)部分是標(biāo)準(zhǔn)圖形，為兩張完全一樣的簡(jiǎn)單幾何圖形．第二部分是4張比較圖形，其中一張是兩張標(biāo)準(zhǔn)圖形構(gòu)成的復(fù)合圖形，其它3張均為干擾圖形．同時(shí)呈現(xiàn)兩個(gè)部分，“部分一”居中并置于“部分二”之上，要求兒童回答兩張標(biāo)準(zhǔn)圖形可以構(gòu)成哪一張比較圖形．研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，性別的主效應(yīng)顯著，男孩的正確率要顯著高于女孩．4~7歲的兒童在心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)中表現(xiàn)出顯著的性別差異，且表現(xiàn)為男孩優(yōu)于女孩．最近的一項(xiàng)研究對(duì)449名8歲和10歲兒童的研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物圖和字母作為刺激物的時(shí)候，表現(xiàn)出顯著的性別差異，且表現(xiàn)為男孩優(yōu)于女孩．在精密計(jì)時(shí)心理旋轉(zhuǎn)測(cè)試中，考慮適當(dāng)?shù)拇碳r(shí)，小學(xué)年齡的兒童的反映時(shí)間和準(zhǔn)確性都表現(xiàn)出一致的性別差異[19]．

對(duì)于心理旋轉(zhuǎn)是否存在性別差異的問題，研究者們的觀點(diǎn)大致有兩種．一種觀點(diǎn)認(rèn)為，早期兒童在心理旋轉(zhuǎn)能力上并不存在性別差異；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，心理旋轉(zhuǎn)能力從嬰兒開始就存在性別差異．從目前的研究來看，心理旋轉(zhuǎn)的性別差異可能出現(xiàn)得更早，而且男孩和女孩在每個(gè)年齡階段的心理旋轉(zhuǎn)發(fā)展的特點(diǎn)不同．在不同的年齡階段，不同性別的兒童在心理旋轉(zhuǎn)能力發(fā)展的速率上也會(huì)有所不同．在有的年齡階段表現(xiàn)出性別差異，有的年齡階段又表現(xiàn)出無性別差異．

3 心理旋轉(zhuǎn)與數(shù)學(xué)能力的關(guān)系研究

早期兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力可以預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)能力．嬰兒期（6~13個(gè)月）的心理旋轉(zhuǎn)能力能預(yù)測(cè)4歲時(shí)的數(shù)學(xué)能力[25]．該研究使用縱向設(shè)計(jì)，利用短暫的視覺空間變化檢測(cè)任務(wù)對(duì)6~13個(gè)月嬰兒的二維心理旋轉(zhuǎn)能力進(jìn)行測(cè)查，當(dāng)兒童到4歲時(shí)，再對(duì)兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力和數(shù)學(xué)能力進(jìn)行測(cè)查．結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使控制了一般的認(rèn)知能力，在生命的第一年出現(xiàn)的空間加工能力不僅能預(yù)測(cè)后期的空間能力，而且也預(yù)測(cè)了學(xué)前期的數(shù)學(xué)能力．學(xué)前兒童和小學(xué)一年級(jí)兒童的空間思維能夠預(yù)測(cè)未來的數(shù)學(xué)成績(jī)[26-28]．空間思維更強(qiáng)的兒童在數(shù)學(xué)能力測(cè)試上得分更高[29]．有研究發(fā)現(xiàn)，在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)上表現(xiàn)困難的兒童，其在心理旋轉(zhuǎn)能力上的表現(xiàn)也差．研究者使用基本數(shù)量加工能力測(cè)驗(yàn)篩選出6~12歲數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)困難兒童，并根據(jù)學(xué)校、性別、年齡、智力進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)得到控制組兒童100名，對(duì)兩組兒童的空間能力進(jìn)行測(cè)試后發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)困難兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力顯著低于普通兒童[30]．張臻峰、金岳利和周書妍的研究中也發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)困難兒童在心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)中的得分低于正常兒童，且兩者差異極顯著[31-32]．

如何解釋數(shù)學(xué)能力和心理旋轉(zhuǎn)之間關(guān)系的內(nèi)在的心理機(jī)制呢？有3種可能的解釋．第一種解釋是工作記憶機(jī)制，工作記憶可能是兒童空間思維和數(shù)學(xué)能力發(fā)展的共同“資源”，工作記憶為兩者之間的聯(lián)系搭建了橋梁．第二種解釋是程序性機(jī)制，視覺空間技能在識(shí)別和解釋算術(shù)符號(hào)過程中起著重要的作用，讓兒童在閱讀數(shù)學(xué)表達(dá)式的時(shí)候避免錯(cuò)誤．第三種解釋概念性機(jī)制，兒童把數(shù)字的構(gòu)成和分解等數(shù)學(xué)概念運(yùn)用到加法中，通過重新分解數(shù)字的組合解決加法問題，例如9+2=9+(1+1)=(9+1)+1=10+1=11．

心理旋轉(zhuǎn)能力具有可塑性，通過適當(dāng)?shù)挠?xùn)練可以提高兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力．Lisi等人以47名8歲兒童作為研究對(duì)象，要求實(shí)驗(yàn)組的兒童玩一種與心理旋轉(zhuǎn)測(cè)查任務(wù)相關(guān)的一款電子游戲，而控制組兒童則是玩一種與心理旋轉(zhuǎn)測(cè)查任務(wù)無關(guān)的一款電子游戲．結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力有了顯著提高，但是控制組兒童心理旋轉(zhuǎn)能力沒有得到提高[33]．宋靜靜、谷傳華以4~6歲兒童為研究對(duì)象，對(duì)兒童的二維心理旋轉(zhuǎn)能力進(jìn)行測(cè)試的同時(shí)，向兒童的家長(zhǎng)發(fā)放有關(guān)兒童媒體使用情況的家庭調(diào)查問卷，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)玩電子游戲能夠有效提高兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力，但是看電視對(duì)兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力沒有產(chǎn)生影響[34]．劉小飛的研究表明，對(duì)5~6歲兒童的二維心理旋轉(zhuǎn)能力進(jìn)行干預(yù)，其干預(yù)效果顯著，但是對(duì)于5~6歲兒童的三維心理旋轉(zhuǎn)能力進(jìn)行干預(yù)時(shí)，其干預(yù)效果并不顯著[35]．如果干預(yù)兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力，間接提高了數(shù)學(xué)能力，那么心理旋轉(zhuǎn)和數(shù)學(xué)能力之間可能存在因果關(guān)系．

研究者設(shè)計(jì)了干預(yù)實(shí)驗(yàn)證明心理旋轉(zhuǎn)訓(xùn)練是否能提高6~8歲兒童的數(shù)學(xué)表現(xiàn)．實(shí)驗(yàn)組兒童接受了心理旋轉(zhuǎn)訓(xùn)練，控制組兒童完成了填字游戲．測(cè)驗(yàn)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組兒童的心理旋轉(zhuǎn)得分和數(shù)學(xué)能力的得分都顯著高于控制組[29]．然而，Zachary Hawes等人的研究中發(fā)現(xiàn)心理旋轉(zhuǎn)訓(xùn)練并沒有提高兒童的數(shù)學(xué)能力．他們將61位6~8歲兒童隨機(jī)分到心理旋轉(zhuǎn)訓(xùn)練組和讀寫訓(xùn)練組，要求心理旋轉(zhuǎn)訓(xùn)練組的兒童在平板上進(jìn)行3個(gè)與心理旋轉(zhuǎn)相關(guān)的電子游戲（識(shí)別、匹配和拼圖），而讀寫訓(xùn)練組的兒童是完成3個(gè)與心理旋轉(zhuǎn)不相關(guān)的游戲（識(shí)字、選詞造句、閱讀）．結(jié)果表明，進(jìn)行心理旋轉(zhuǎn)訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)組的數(shù)學(xué)能力并沒有得到明顯的改善[36]．

對(duì)兒童的心理旋轉(zhuǎn)進(jìn)行干預(yù)是否能提高兒童的數(shù)學(xué)能力還是個(gè)懸而未決的問題．確定是否可以通過教育干預(yù)提高兒童的心理旋轉(zhuǎn)技能，以及是否干預(yù)兒童的心理旋轉(zhuǎn)可以同時(shí)提高兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力和數(shù)學(xué)能力，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義．如果心理旋轉(zhuǎn)的提高可以對(duì)數(shù)學(xué)成績(jī)產(chǎn)生影響，那么可以考慮把心理旋轉(zhuǎn)滲透到數(shù)學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)中．

4 小結(jié)

已有研究對(duì)于兒童何時(shí)開始形成心理旋轉(zhuǎn)能力還沒有獲得一致的結(jié)論，但可以肯定兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力在學(xué)前期已經(jīng)形成，并且心理旋轉(zhuǎn)能力出現(xiàn)的最早年齡可能是3~4個(gè)月．同時(shí)，根據(jù)不同年齡階段兒童在心理旋轉(zhuǎn)能力上的發(fā)展特點(diǎn)，可以得出大部分5~6歲兒童已經(jīng)可以正確地完成心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)．許多研究者對(duì)兒童心理旋轉(zhuǎn)能力進(jìn)行干預(yù)之后發(fā)現(xiàn)，心理旋轉(zhuǎn)能力具有可塑性．另外，對(duì)于心理旋轉(zhuǎn)與數(shù)學(xué)能力的研究，可以發(fā)現(xiàn)心理旋轉(zhuǎn)與數(shù)學(xué)之間有著緊密的關(guān)系，但是通過心理旋轉(zhuǎn)干預(yù)是否能提高兒童的數(shù)學(xué)能力還未得出一致的結(jié)論．全面、深入、系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)學(xué)前兒童心理旋轉(zhuǎn)的發(fā)展與數(shù)學(xué)能力的關(guān)系，有利于數(shù)學(xué)教師的專業(yè)發(fā)展從外延到內(nèi)涵的轉(zhuǎn)變[37]．未來研究可以考慮從以下幾方面入手．

首先，豐富早期兒童的心理旋轉(zhuǎn)研究．現(xiàn)有文獻(xiàn)較多集中在年齡較大的童年期和青春期，年齡較小的嬰幼兒和學(xué)前兒童心理旋轉(zhuǎn)能力的研究相對(duì)較少．因此，未來研究可以更多地集中于早期兒童特別是嬰幼兒的心理旋轉(zhuǎn)能力的研究，進(jìn)一步探究?jī)和睦硇D(zhuǎn)年齡特征和性別差異，如何從二維旋轉(zhuǎn)發(fā)展到三維旋轉(zhuǎn)等．為教育者提供早期適宜發(fā)展兒童空間能力的方式提供依據(jù)．

其次，需要更多的實(shí)證研究驗(yàn)證已有研究中不一致的結(jié)論．比如心理旋轉(zhuǎn)能力是何時(shí)形成的，心理旋轉(zhuǎn)能力是否存在性別差異，以及心理旋轉(zhuǎn)干預(yù)是否對(duì)數(shù)學(xué)能力產(chǎn)生影響等．對(duì)于這些看似矛盾的研究結(jié)果應(yīng)該做何解釋？是否是由于某些實(shí)驗(yàn)操作，樣本的選擇或情境的差異而導(dǎo)致的？是否能找到解釋其不一致的調(diào)節(jié)變量？未來研究需要設(shè)計(jì)更豐富的研究變量來分析影響心理旋轉(zhuǎn)發(fā)展的因素以及兒童空間能力影響數(shù)學(xué)能力發(fā)展的內(nèi)在機(jī)制等．

再次，已有研究表明，使用計(jì)算機(jī)對(duì)兒童進(jìn)行心理旋轉(zhuǎn)干預(yù)可以促進(jìn)兒童的空間思維發(fā)展．已有研究大多數(shù)是在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境中進(jìn)行的，只有少量研究是在課堂環(huán)境中實(shí)施的．因此，可以發(fā)現(xiàn)使用計(jì)算機(jī)干預(yù)為兒童提供了一個(gè)具有吸引力、挑戰(zhàn)性、有效性的空間課程．未來可以探究計(jì)算機(jī)干預(yù)與教師輔助教學(xué)相結(jié)合是否可以促進(jìn)兒童的心理旋轉(zhuǎn)能力發(fā)展．

最后，需要更多控制嚴(yán)格的實(shí)證研究，進(jìn)一步厘清心理旋轉(zhuǎn)與數(shù)學(xué)能力之間關(guān)系的性質(zhì)．空間能力與數(shù)學(xué)之間的相關(guān)關(guān)系非常明確，已經(jīng)不需要再多的研究來證實(shí)它們之間是否相關(guān)[38]，但仍然需要更多的研究來確定兩者之間關(guān)系的性質(zhì)．心理旋轉(zhuǎn)與數(shù)學(xué)能力之間是否存在因果關(guān)系？心理旋轉(zhuǎn)干預(yù)在多大程度上能夠提高數(shù)學(xué)能力？心理旋轉(zhuǎn)的提高能夠?qū)?shù)學(xué)能力的哪些方面產(chǎn)生影響？

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The Development of Early Children’s Mental Rotation and the Relationship between Mental Rotation and Mathematical Ability

KANG Dan, WEN Xin

(Faculty of Education science, Hunan Normal University, Hunan Changsha 410081, China)

Mental rotation was a spatial thinking ability that imagines itself or object rotation, and it was also a measure of spatial intelligence. Studies had analyzed the developmental characteristics and sex differences of early childhood’s mental rotation, the relationship between the mathematical ability and mental rotation in early childhood, and the influence of mental rotation intervention on the mathematical ability. Future research should enrich early childhood’s mental rotation; More empirical research needed to further verify the results of previous studies; Determining whether the combination of computer intervention and teacher-assisted teaching could more effectively improve children’s mental rotation ability; Further clarify the nature of the relationship between the mental rotation and mathematical ability.

mental rotation; spatial thinking; mathematical ability

2018–05–21

2015年度湖南省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)一般項(xiàng)目——學(xué)前數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)困難兒童的執(zhí)行功能干預(yù)研究（15YBA266）；2016年度湖南省教育廳一般項(xiàng)目——幼兒教師數(shù)學(xué)領(lǐng)域知識(shí)（PCK）發(fā)展的影響因素研究（16C1007）；2016年度湖南省教育科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目——基于PASS模型的5~7歲兒童數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的認(rèn)知機(jī)制研究（XJK016QXL001）

康丹（1981—），女，湖南醴陵人，講師，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事早期兒童數(shù)學(xué)認(rèn)知發(fā)展研究．

G420

A

1004–9894（2018）05–0088–05

康丹，文鑫．早期兒童心理旋轉(zhuǎn)的發(fā)展及與數(shù)學(xué)能力的關(guān)系[J]．?dāng)?shù)學(xué)教育學(xué)報(bào)，2018，27（5）：88-92．

[責(zé)任編校：周學(xué)智、陳雋]