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        執(zhí)行功能與兒童數(shù)學能力的關系
        ——基于中國樣本的元分析

        2022-03-31 11:16:24劉新穎潘華媛
        教育觀察 2022年6期
        關鍵詞:效應兒童功能

        劉新穎,潘華媛

        (陜西師范大學教育學部,陜西西安,710062)

        一、引言

        數(shù)學能力是指個體先天或者后天獲得的對數(shù)字及其相關概念進行表征、轉換、推理等加工所需要的能力。[1]研究表明,數(shù)學能力不僅與兒童今后的學業(yè)和工作成就密切相關,還關系到一個國家的經濟水平。[2-3]兒童早期數(shù)學能力不足具有累積效應,會導致其未來數(shù)學發(fā)展也比較慢。[4]可見,數(shù)學能力對兒童發(fā)展具有重要意義。回顧兒童數(shù)學能力的研究,其中執(zhí)行功能是與其關系最為密切的一個要素。

        執(zhí)行功能是個體對各種基本認知過程進行控制和調節(jié),產生協(xié)調有序、具有目標性行為的高級認知過程,它包括工作記憶、抑制控制和認知靈活性三個核心成分。[5]大量研究表明,從個體的學前期到青春期的整個生命歷程中,執(zhí)行功能都與數(shù)學能力有著緊密的聯(lián)系。Prager等人以142名3—4歲幼兒為研究對象,對執(zhí)行功能與兒童數(shù)學能力的關系進行研究,結果表明執(zhí)行功能與兒童的一般數(shù)學能力存在顯著的正相關。[6]Cragg等人在對 293名8—25歲參與者的研究中也發(fā)現(xiàn),執(zhí)行功能與其數(shù)學成績存在顯著的正相關。[2]從執(zhí)行功能的三個核心成分出發(fā),已有研究證明工作記憶、抑制控制及認知靈活性與兒童數(shù)學能力之間存在顯著正相關。[7-9]但也有研究發(fā)現(xiàn),執(zhí)行功能部分核心成分并不能顯著預測兒童的數(shù)學能力。[10-11]研究結果的不一致性表明可能存在著一些調節(jié)變量使得執(zhí)行功能與兒童數(shù)學能力之間的關系存在較大差異。根據(jù)已有研究[12],兒童年齡以及執(zhí)行功能測驗任務的呈現(xiàn)方式可能是影響二者關系的調節(jié)變量。

        綜上所述,本研究采用元分析方法考察執(zhí)行功能與兒童數(shù)學能力的關系。具體來說,采用元分析技術回答以下兩個問題:第一,執(zhí)行功能整體及其各核心成分與兒童數(shù)學能力的關系如何;第二,相關因素如何調節(jié)兩者之間的關系。

        二、研究方法

        (一)文獻檢索與篩選

        以執(zhí)行功能、工作記憶、抑制控制、認知靈活性、數(shù)學、學業(yè)、兒童為檢索詞,利用中國知網(wǎng)(CNKI)、萬方和維普三大數(shù)據(jù)庫,以及百度學術、讀秀學術搜索引擎,展開廣泛搜索,截止日期為 2021年7月。為避免遺漏,在已有文獻基礎之上進行文獻回溯。通過檢索以及相關文獻回溯,共檢索到文獻884篇。

        篩選標準:第一,已經發(fā)表的實證研究文章,綜述類、會議論文以及理論性文章被排除;第二,研究對象為我國3—12歲正常兒童;第三,研究中必須報告執(zhí)行功能總分或執(zhí)行功能中的一項核心成分(工作記憶、抑制控制、認知靈活性)與數(shù)學能力之間的相關系數(shù)r或其他可供計算效應值的信息;第四,樣本量大小明確;第五,研究中包含的分析數(shù)據(jù)不能重復納入,若為以同一份數(shù)據(jù)發(fā)表的多篇學術成果,只納入其中數(shù)據(jù)內容更完整的一篇。研究者應用上述標準對文獻進行閱讀篩選,最終篩選32篇文獻進入元分析。

        (二)文獻編碼

        對納入文獻的信息進行編碼,其中包括文獻信息(作者名+發(fā)表時間),文獻類型(期刊、學位論文),樣本量大小,年齡(3—6歲、7—12歲),樣本來源(東部、中部、西部),執(zhí)行功能測驗任務呈現(xiàn)方式(紙筆測驗、電腦呈現(xiàn)),變量關系及相關系數(shù)。文獻效應值按照每個獨立樣本編碼一個效應值,若一篇論文同時報告了多個獨立樣本,則分開編碼,共得到158個獨立效應值。由兩名編碼者進行獨立編碼,編碼一致性為 96%。

        (三)統(tǒng)計分析

        本研究選用 CMA 3.3 (Comprehensive Meta-analysis 3.3)專業(yè)版軟件進行元分析。采用相關系數(shù)作為效應值來整合兩者之間的關系。將相關系數(shù)r作為效應值指標,將原始數(shù)據(jù)r值轉換為相應的Fisher’s Z分數(shù),分析得到綜合效應及可信區(qū)間后再轉換回相關系數(shù)以呈現(xiàn)結果。[13]采用 Q 檢驗和 I2進行異質性判定。若Q 達到顯著,I2≥ 50%,則研究具有異質性,采用隨機效應模型進行分析,反之采用固定效應模型。[14]一般通過失安全系數(shù)、Egger’s 檢驗進一步檢驗發(fā)表偏倚。

        三、研究結果

        (一)發(fā)表偏倚檢驗

        由表1可知,失安全系數(shù)為1700—9505,均大于5k+10,說明不存在發(fā)表偏倚。從 Egger’s 檢驗的結果來看,p值分別是 0.803、0.211、0.272、0.666,均大于0.05,說明選定的研究不存在發(fā)表偏倚。

        表1 發(fā)表偏倚檢驗結果

        (二)異質性檢驗

        通過異質性檢驗,可以確定本研究選擇固定模型還是隨機模型,結果如表2所示。各研究之間效應值的Q檢驗結果均達到顯著性水平(p<0.001),I2值為72.46%—84.72%,根據(jù)Higgins的分類[15],該數(shù)據(jù)表明元分析中各效應值存在中高度的異質性,采用隨機效應模型更加合適。

        表2 異質性檢驗結果

        (三)主效應檢驗

        表3顯示,執(zhí)行功能對兒童數(shù)學能力的整體效應值是0.518,且p<0.001,Lipsey、Wilson指出,當r≤0.1 時為低相關,0.1

        表3 執(zhí)行功能與兒童數(shù)學能力關系的隨機效應模型分析結果

        (四)調節(jié)效應檢驗

        分別檢驗年齡(3—6歲和7—12歲)、執(zhí)行功能測驗任務呈現(xiàn)方式(紙筆測驗和電腦呈現(xiàn))對執(zhí)行功能與兒童數(shù)學能力關系的調節(jié)作用,結果見表4、表5。從調節(jié)效應分析結果來看,年齡和執(zhí)行功能測驗任務呈現(xiàn)方式僅在抑制控制與兒童數(shù)學能力關系上調節(jié)效應顯著(p=0.002;p=0.003)。其中,在年齡上,3—6歲兒童在兩者關系上的效應值更大;在呈現(xiàn)方式上,紙筆測驗在兩者關系上的效應值更大。

        表4 年齡對執(zhí)行功能與兒童數(shù)學能力關系的調節(jié)效應檢驗

        表5 執(zhí)行功能測驗任務呈現(xiàn)方式對執(zhí)行功能與兒童數(shù)學能力關系的調節(jié)效應檢驗

        四、討論

        (一)執(zhí)行功能及其核心成分與兒童數(shù)學能力的關系

        研究結果表明,執(zhí)行功能及其核心成分與兒童數(shù)學能力存在顯著的正相關。其中,執(zhí)行功能總分與兒童數(shù)學能力之間達到了高等程度的正相關,說明執(zhí)行功能發(fā)展越成熟,兒童數(shù)學能力將會發(fā)展得越好。該結果與多項研究結果較為一致。[17-18]執(zhí)行功能與數(shù)學能力密切聯(lián)系,可能是因為存在著二者直接相關的神經機制。關于執(zhí)行功能的認知神經科學研究表明,執(zhí)行功能的調節(jié)腦區(qū)主要是前額葉皮層,以及眶額葉、前扣帶回等區(qū)域。[19-22]而兒童數(shù)學能力各方面的發(fā)展與前額葉有著直接的聯(lián)系。[22]同時,也有研究表明兒童從事數(shù)學運算時活躍的腦區(qū)與從事執(zhí)行功能任務時被激活的腦區(qū)有大量重合,包括頂葉、前額葉和扣帶回。[23]共同的生理基礎為執(zhí)行功能和兒童數(shù)學能力提供了相同的成熟條件,從而使二者之間呈現(xiàn)顯著正相關。

        元分析結果還發(fā)現(xiàn),在執(zhí)行功能的核心成分中,抑制控制與兒童數(shù)學相關程度最高,這與已有研究結果一致。[18]這可能是因為在處理數(shù)學問題時,首先需要兒童將注意力放在關鍵信息上,抑制住對問題背景或者無關信息的干擾。同時,抑制控制可以幫助兒童抑制占優(yōu)勢的自動化反應,采取正確的策略解決問題,避免兒童在獲取所有事實之前草率下結論。認知靈活性與兒童數(shù)學能力關系的效應值最低,可能是因為認知靈活性對解決前提條件更復雜的數(shù)學問題才會有更多貢獻。[24]而在本次探討認知靈活性與兒童數(shù)學能力關系元分析的13項獨立研究中,對數(shù)學能力的考察多集中于數(shù)學成績、數(shù)概念、數(shù)字運算等相對簡單的方面,因此獲得的效應值較低。

        (二)執(zhí)行功能與兒童數(shù)學能力關系的影響因素

        本研究將年齡、執(zhí)行功能測驗任務呈現(xiàn)方式這兩個影響因素看作調節(jié)變量,探討其調節(jié)作用。研究結果表明,年齡是兒童抑制控制與數(shù)學能力關系的調節(jié)變量,其中3—6歲兒童比7—12歲兒童在兩者關系上表現(xiàn)得更密切。出現(xiàn)上述結果,可能是因為抑制控制是抑制無關信息和優(yōu)勢反應的一種能力。[25]在學前階段,幼兒在對數(shù)字及其相關概念進行表征、轉換、推理時,需要積極調動自己的抑制控制能力,有意識地對認知過程中的優(yōu)勢或自動化反應進行抑制控制,這樣才能更好地處理數(shù)學問題。隨著兒童年齡的增長,兒童所掌握的算術技能會變得更加自動化,他們會使用直接提取和分解策略來解決算術問題[26],這可能分散了抑制控制對7—12歲兒童數(shù)學能力的影響。但是,從年齡特征來看,3—6歲兒童納入比例遠高于7—12歲兒童,因此在推廣結果時仍要謹慎。

        元分析結果還發(fā)現(xiàn),執(zhí)行功能測驗任務呈現(xiàn)方式對抑制控制與兒童數(shù)學能力關系的調節(jié)作用顯著,采用紙筆測驗測得的相關系數(shù)較高,采用電腦呈現(xiàn)測得的相關系數(shù)較低,表明測驗任務呈現(xiàn)方式的不一致性會導致結果出現(xiàn)差異。在本次元分析中,電腦呈現(xiàn)的抑制控制測驗任務主要有Flanker任務、顏色stroop任務、有嵌套規(guī)則的白天黑夜任務等,這些任務不僅要求兒童要抑制住自己的優(yōu)勢反應,還需要兒童根據(jù)呈現(xiàn)的刺激內容按下相應的按鍵,增加了記憶的內容,因此加大了任務的難度,這可能導致其效應值較低。而在抑制控制的紙筆測驗中,由兒童直接說出答案,減少了上述問題的產生。值得注意的是,不同年齡和任務呈現(xiàn)方式對執(zhí)行功能總分、工作記憶及認知靈活性與兒童數(shù)學能力關系的調節(jié)效應不顯著。這表明,不管在哪個年齡階段、使用何種測驗方式,執(zhí)行功能及其核心成分都將顯著正向影響兒童的數(shù)學能力,提示我們應重視執(zhí)行功能的重要作用。

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