基于脑科学的小学低年级计算能力提升策略

刘彬

【摘要】近年来，脑科学的不断发展揭开了数学学习的脑机制，对培养小学低年级计算能力提供了如下启示：注重训练儿童的工作记忆力及注意力；发挥估算与精算能力的相互促进作用；充分发挥空间能力在计算学习中的重要性，巧妙设置空间游戏等。

【关键词】脑科学 小学低年级 计算能力

本文是从数学认知的脑科学研究入手，从脑科学的角度讨论小学低年级计算能力培养的必要性，并提出相关的建议。

一、培养计算能力的“脑”目标

计算一直贯穿小学阶段数学学习的始终，而低年级又是加、减、乘、除计算能力培养的关键期。近年来，脑科学的发展从脑的角度为我们揭秘了计算能力的重要性，并深入探索计算能力薄弱的成因，为我们带来了很重要的启示。

1.从脑科学角度，数字发展主要包括各种数字形式的皮层表征之间建立稳固、有效和自动化的联结过程，算术训练可以开发估算系统（尤其是左侧顶内区域），同时也可以开发其他可以识别语音形式的数字符号表征。

2.计算训练可以提高信息在不同数字皮层表征之间流动的流畅性，直至产生直觉。因此在长期的计算训练下，可以产生类似直觉性的反应。

3.对于小学低年级学生来说，计算是一个比较复杂精细的过程，需要集中注意力、选择合适的策略以及运用相应的工作记忆资源来实现。在脑中，对策略的选择起到重要作用的是前额叶皮层，它是一种单一的资源，对于低年级学生而言，当大脑集中精力去计算时，就会影响其他任务的完成。因此，培养儿童熟练的计算能力，有利于释放额叶资源，从而去解决更加复杂的问题。

脑科学的研究向我们揭示了计算能力培养的脑目标，从脑科学角度来寻找计算薄弱的原因，会给我们新的启示。

二、计算能力薄弱的原因分析

1.记忆资源匮乏，注意力不集中

River，Reiss，Eckert和Menon（2005）发现计算能力的发展与计算过程中涉及的神经回路动态化模式有关，脑中的前额叶皮层在年幼儿童的计算过程中起着关键作用，并且与一些和成绩联系密切的认知过程有关，比如认知控制、工作记忆和注意等。因此，儿童在计算过程中所犯的错误，并非能力较弱或者是所谓的“粗心”，而是工作记忆资源缺乏，注意力不集中。

2.脑损伤导致无法加工与表征数量

Price，Holloway等人表明数学困难与可以测量到的脑水平上的损伤有关。计算障碍的儿童顶内沟区域在非符号数量比较任务中的弱激活以及距离效应消失，顶叶皮层存在结构异常，因此他们认为计算困难可能是由于无法加工和表征数量造成的。在教学中可以将符号表征与非符号阵列匹配起来，并设计相应的教学活动，能使计算困难儿童从中受益。

3.空间加工能力较弱

脑科学的研究表明，数量抽象表征的神经环路定位在顶叶，这个区域与空间表征的神经环路重叠，数字空间的表征在从左到右的心理数轴上，高度发展的计算能力与视觉表象和情境记忆对数字信息的编码与提取关系密切。因此，患有空间忽视症的病人不能胜任数字比较和数字分类的任务。

基于以上分析，我们从脑科学的角度对低年级计算能力的培养提出如下建议。

三、计算能力提升策略

1.系统训练工作记忆，提升注意专注度

对于低年级的学生而言，单单掌握计算方法是不够的，学生的学习态度以及记忆能力会对计算正确率产生很大影响。注意力差的学生，在大脑中将所看的知识通过视知觉进行传递时，往往会受到干扰，从而产生遗漏或者错误。比如，低年级的学生在做加减计算时，常有将45写成54的情况，部分学生在竖式计算中将横式中的“减号”移到竖式时变成“加号”，甚至在进行两位数加、减法时，只注意将个位的数相加减，却将十位上的数抛之脑后。针对以上现象，教师在教學过程中可以有意识地培养孩子的视知觉能力，比如在平时的教学中训练学生将书上或黑板上的算式一次性正确完整地抄到练习本上。通过有计划的经常性训练会使孩子的记忆力与注意力有较大提高，“粗心”的错误会大幅度减少。

2.估算精算双管齐下

脑科学专家发现精算任务主要激活了左额叶下部区域，估算任务则主要激活了双侧顶叶下部区域、左右侧顶内沟和深层的中央后沟。研究显示，估算系统能为算术计算提供基础，赋予儿童早期对数的直觉，并进一步影响学生的精算能力。因此，在低年级的计算教学中，要采取估算、精算双管齐下的方法。

在一年级学习“100以内数的认识”时，教师可以出示65支铅笔让学生估计铅笔总数，一开始学生并没有概念，猜的数字与实际相差很大，这时，教师可以先出示10支铅笔作为参照，再让学生进行比较猜测，在此基础上，学生会对铅笔的总数有较为接近的估计。在二年级认识“厘米和米”时，学生会使用刻度尺进行精确测量，同时也认识了自己身体上的尺，比如食指宽大约1厘米，一指长大约7厘米，并能张开双臂比划1米的长度。在此基础上，教师可以带领学生利用“身体的尺”来估计生活中常见的物体长度，如课本的长和宽、教室的长和宽、教室门的高、黑板的长和宽等，再用米尺、学生尺或卷尺等工具来进行精确测量并与估计数据进行比较，以此提高估计准确度，进而能准确感知长度单位。在学习了重量单位克和千克后，可以先出示一枚鸡蛋的重量，再让学生估算1千克鸡蛋有几枚，使学生对重量单位有深刻感知，并能联系生活提高估算能力以及初步推理能力。

估算是建立在实际生活当中的，教师应当鼓励学生积极思考，力争方式多样，从而在估算中培养学生的思维。例如“三年级一班有36人，二班有37人，电影院有70个座位，电影院能容纳两个班学生同时观看吗？”学生在进行解答时有多种多样的思路，如生1认为36与37都很接近35，但又超过了35，35+35=70（人），因此一班与二班总人数一定超过70人；生2则认为可以将37分为34和3，由于36+34=70（人），所以总数一定超过70人，不能同时容纳；生3认为即使将36想成35，70-35=35（人），结果还是比37人少，同样得出不能同时容纳的结论。在教学过程中，教师不应将估算的方法局限于一种，而应积极引导，让孩子根据自己的经验与方法进行估算，并与其他学生分享比较，以此开拓思路，在估算中进一步提升思维。endprint

3.巧妙设置空间游戏

根据脑科学的研究，在教学中要将数量与空间结合起来进行教学，特别是针对有计算障碍的儿童，经过数字表征训练后，他们的顶内沟缺陷有望得到部分修复。在国外已经开发出一些针对计算障碍的游戏软件，并且取得了较好的使用效果。如Wilson等人所在的实验室研发出一款电脑游戏叫做“数字竞赛”，可以巩固数字的三种基本表征（数量、数词、阿拉伯数字）之间的联结，从而提高对数字的空间理解，并且已被证明可以成功提高数字的认知功能。另外Butterworth等人开发了一款可视化游戏（Graphogame-Maths），能够提高顶内沟表征和操作数量集合。

在低年级的教学中，教师可以将这两款较为成熟的游戏引入教学中，特别对于一年级刚刚接触数字和计算的学生，有极其显著的效果。在平时的教学中，教师也可以利用数轴、尺子等工具，帮助学生建立空间与数字的联系。课间可以定期引入一些数学小游戏，比如积木、棋牌类游戏，或者设计一些操作性强的小游戏，比如丢骰子，然后在棋盘上移动相应的步数。这样的游戏有助于增强儿童对于数量的理解，在数量与空间之间建立联系，经过不断的训练，能够较为显著地改善计算障碍，提升计算能力。

【参考文献】

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