小学生工作记忆容量对推理能力的影响

杜丽清

摘 要：运用测量不规则图形记忆的再认方法和瑞文渐进推理测验探讨小学生年级、性别、工作记忆容量对推理能力的影响。发现：工作记忆容量和推理能力在小学阶段不存在性别差异。工作记忆容量和推理能力在小学阶段存在年级差异。年级和工作记忆容量是影响小学生推理能力的重要因素。

关键词：年级；性别；工作记忆容量；推理能力；通径分析

一、前言

工作记忆（Working Memory，WM）是一个有限的容量系统，负责存储和加工暂时性信息。工作记忆在推理任务中扮演着重要的角色。Baddeley和Hitch最早提到工作记忆与推理能力的关系。有研究认为，工作记忆在推理任务中的作用各不同。[1]

Larson等人在1988和1989年发现工作记忆和推理存在中等程度的相关（0.30～0.59）。1990年，Kyllonen和Christal对大量新招募的美国空军飞行员进行了传统的标准智力测验的测量（瑞文渐进推理测试），同时也进行了工作记忆测验，他们发现两类测验之间的相关性很强，但智力测验更多地倾向于过去的知识，而工作记忆更容易受加工速度的影响。

Salthouse（1993）对18～70岁成年人的研究发现，推理能力的年龄差异是由工作记忆容量的有限性所导致。

以上众多研究大都集中于成人，工作记忆与推理如此密切的关系是否适合于儿童？贺荟中、方俊明（2003）以实验方式研究了小学生工作记忆和推理能力两者之间的关系，发现：（1）小学生工作记忆与推理能力相关显著；（2）工作记忆和推理能力在小学阶段不存在性别差异；（3）年级和工作记忆是影响小学生推理能力的重要因素，但年级因素对推理能力的作用较工作记忆大。并且在此基础上推断出，导致儿童与成人推理能力的年龄差异的原因并不同，儿童推理能力随年龄增大而增强是由于其工作记忆容量增大而导致；而成人推理能力的年龄差异是由于工作记忆容量的变化而造成。但是因为被试年龄差距较小，因而此推论有一定的局限性。[2]

前不久，我们正在推行新课程标准的改革，它强调学生要学会学习，更加注重学生学习能力的培养；而推理能力作为众多学习能力中主要的一种，因而对它的研究具有重要的现实意义。在教学中，许多课程都需要注重培养学生的推理能力，例如语文、数学、地理、英语等。因而，探索个体推理能力的影响因素，有利于我们了解推理能力的发展规律，从而更好地引导教学，有效地开发学生的智力。

由于目前国内外对小学生工作记忆与推理能力关系的研究还不多，我将在前人研究的基础上，继续探讨小学生工作记忆容量与推理能力之间的关系，分别来求证：（1）小学生的工作记忆容量与推理能力是否存在性别和年级差异；（2）小学生工作记忆容量与推理能力之间的因果关系。

二、方法

（一）被试

某小学二、四、六年级，每年级随机选取男、女学生各20人，共120人，智力均正常，无视、听障碍。

（二）材料

12组简单不规则图形，每组5个，共60个，每组中4个有关刺激，1个无关刺激。

瑞文渐进推理测验问卷，这是英国心理学家J.C.Raven1938年设计的非文字智力验。我们国家根据本国的情况做了适当的修改，它的分半信度和复测信度分别为0.95、0.82，p<0.01；它的同时效度和预测效度也较好。这说明该测验的有效性与可靠性是比较好的。本次测验选取前面四部分，从A1到D12题。

（三）方法

以性别、年级为自变量，工作记忆容量为因变量，探讨性别、年级对工作记忆容量的影响；以性别、年级、工作记忆容量为自变量，推理能力为因变量，探讨年级、性别、工作记忆容量对推理能力的影响。

（四）程序

用计算机呈现刺激项目。实验开始前，屏幕上同时呈现“* * * *”四个注视位置，间隔2秒后，同时在每个*对应的位置上呈现一个不规则图形，即同时呈现4个不规则图形，作为学习图形。间隔10秒，屏幕上同时呈现5个不规则图形，作为测验图形。5个不规则图形下面标有序号，要求被试在答卷纸上画出刚才没有见过的图形的序号。间隔10秒后出现下一组图形。在整个过程中每个不规则图形只出现一次。前2组为练习，后10组为正式实验，共计12组。

瑞文渐进推理测验是以小组为单位进行团体测验，每组10人。答题时间为10分钟。答对1题计1分，总分为40分。

三、结果

（一）所有样本的工作记忆容量与推理能力测量结果

120名小学生的工作记忆容量即再认分数和推理能力测验分数的平均数和标准差如表1所示。

（二）年级、性别对工作记忆容量的影响

性别对工作记忆容量不存在主效应（F（1，114）=0.136，P>0.05），表明在小学阶段，男学生与女学生具有相同的工作记忆容量（见表1）。年级对工作记忆容量存在主效应（F（2，114）=21.032，P<0.001），表明工作记忆容量在小学阶段存在年级差异，即随着年级的上升，小学生的工作记忆容量越来越大。进一步的Turkey检验表明：四年级和六年级的再认成绩即工作记忆容量都显著高于二年级，四年级与六年级之间没有显著差异。性别与年级之间不存在交互作用（F（2，114）=0.641，P>0.05），表明男生和女生的工作记忆容量随年级变化的趋势都是一致的。

（三）推理能力的影响因素

1.年级、性别对推理能力的影响

性别对推理能力不存在主效应（F（1，114）=0.280，P>0.05），表明推理能力在小学阶段不存在性别差异，即男学生与女学生具有相同的推理能力。年级对推理能力存在主效应（F（2，114）=38.009，P<0.001），表明推理能力在小学阶段存在年级差异，即随着年级的上升，小学生的推理能力越来越好（见表2）。进一步的Turkey检验表明：四年级和六年級的推理能力都显著高于二年级，六年级的推理能力也显著高于4年级。性别与年级之间不存在交互效应（F（2，114）=0.142，P>0.05），表明男生和女生的推理能力随年级变化的趋势都是一致的。

2.工作记忆容量与推理能力的相关性随年级变化的趋势

所有被试的工作记忆容量与推理能力之间存在着较高正相关，相关系数为0.796；各个年级的工作记忆容量与推理能力之间也存在相关，三个年级的相关系数分别为0.460、0.814、0.703，其中四年级的相关程度最高，其次为六年级，二年级最低。总的来说，随着年级的上升，工作记忆容量与推理能力之间的相关性也呈现出上升的趋势。

可以看出二年级与四年级（Z=2.310，p<0.05）、二年级与六年级相关系数的差异显著（Z=1.957，p<0.05），四年级与六年级相关系数差异不显著（Z=0.353，p>0.05）；也就是说，四年级、六年级的工作记忆容量与推理能力的相关性都明显高于二年级工作记忆容量与推理能力的相关性，即随着年级的上升，工作记忆容量与推理能力之间的关系越来越密切。

3.推理能力影响因素的通径分析

我们采用了通径分析，来验证年级、性别、工作记忆容量与推理能力4个变量之间可能的因果关系。

首先，我们统计年级、性别、工作记忆容量和推理能力4个变量之间的相关性。

从表2中可以得知，性别与年级、工作记忆容量、推理能力三个变量之间都不存在显著相关，也就不存在因果关系。年级分别与工作记忆容量、推理能力之间都存在显著相关，工作记忆容量和推理能力之间也有显著相关，因而选取这三个变量进行通径分析。

其次，我们以年级为自变量，工作记忆容量为因变量，建立回归方程：

（1）方程中：WM为工作记忆容量，G为年级。该方程的确定系数为R2=0.253，也就是说，年级可以解释工作记忆容量25.3%的变异。

最后，以年级、工作记忆容量为自变量，推理能力为因变量，建立以下回归方程：

（2）方程中：R为推理能力，WM为工作记忆容量，G为年级。该方程的确定系数为R2=0.681，即年级、工作记忆容量可以解释推理能力变量的68.1%的变异。

根据公式（1）和公式（2），建立年级、工作记忆容量对推理能力影响的通径分析图。

从下图中可以看出，因变量推理能力受到显著影响的路径有三条：第一条是工作记忆→推理能力；第二条是年级→推理能力；第三条是年级→工作记忆→推理能力。在这些影响因素中，对推理能力产生直接影响（直接效应）的因素是年级和工作记忆容量，同时年级还通过工作记忆容量对推理能力产生间接影响。

根据各变量的残差系数情况，表明局外变量的影响比较大，表明除了年级、工作记忆力两个影响因素外，推理能力还极有可能存在其他影响因素，需要进一步开展研究。

四、讨论

1.根据以上结果显示，小学生的工作记忆容量和推理能力的年级差异都非常显著，随着年级的上升，小学生的工作记忆容量越来越大，其中四年级和六年级的再认成绩即工作记忆容量都显著高于二年级；同时随着年级的上升，小学生的推理能力越来越好，其中四年级和六年级的推理能力都显著高于二年级，六年级的推理能力也显著高于四年级。小学生的工作记忆容量和推理能力之间有着显著的相关性，而且随着年级的上升，两者之间的相关性呈现出上升的趋势，从相关系数的差异性检验来看，四年级、六年级的工作记忆容量与推理能力的相关性都明显高于二年级的工作记忆容量与推理能力的相关性，即随着年级的上升，工作记忆容量与推理能力之间的关系越来越密切。进一步的通径分析表明，年级、工作记忆容量与推理能力之间存在着因果关系，年级、工作记忆容量是小学生推理能力的直接影响因素。

2.工作记忆的实验研究方法同前人一致，再认作为传统记忆研究的基本方法之一，能很好地检验记忆的保持量；不同的是所选的实验材料不一样。贺荟中、方俊明是用3份不同的汉字材料对三个年级进行测验，而本研究选用同一份材料：不规则图形对三个年级进行测量，这样可以更好地控制实验材料这个额外变量，避免将实验材料的变化干扰年级与工作记忆之间的因果关系。本研究与前人得到了基本一致的结论：工作记忆容量和推理能力在小学阶段不存在性别差异；工作记忆容量和推理能力在小学阶段存在年级差异；小学生工作记忆容量和推理能力相关显著；年级和工作记忆容量是影响小学生推理能力的重要因素。所不同的是，前人的研究中，在对小学生推理能力的影响因素中，年级比工作记忆容量的影响力更大。而本研究发现，工作记忆容量对推理能力的影响力（0.625）大于年级对推理能力的影响力（0.312），这又再次验证了工作记忆容量是推理能力重要的影响因素。

3.工作记忆容量的大小在一定程度上制约了个体的学习能力，特别是认知负荷高的学习任务可能会阻碍学习的顺利进行，因此应尽量减少学习任务的认知负荷。但我们也应该注意到，在学习过程中，学生遇到的问题大多都是相当复杂的，必然会产生较高的认知负荷，因此能否运用一些策略将复杂的困难任务分解或简化为简单任务以降低工作记忆负荷就成为解决问题的关键。在小学阶段，学生智力即推理能力的发展主要受到两个方面的影响：一方面是父母持续进行的家庭教育，另一方面是学校全新的、系统的正规教育。面对学生需要接受的大量新知识，父母的家庭教育则越来越显得力不从心，而学校教育则越来越显示出不可替代的重要作用。例如，在数学教学中，非常重视培养学生的归纳推理、演绎推理；在英语教学中，注重学生通过构拟情景、通过联想培养逻辑推理的训练等。因此，小学教育对学生的推理能力发展具有极其重要的作用，良好的小学教育将为儿童推理能力发展奠定重要的基础。因此教师应着手于小学生工作记忆容量的训练，遵循它的年龄发展规律，以此来提高小学生的推理能力。这也正符合新课程标准改革中注重学生学习能力的培养，因而具有重要的指導与现实意义。工作记忆中存在的差异和推理之间的关系似乎对于心理测量有着巨大的应用价值，也许在将来对工作记忆的测量可以代替我们现在所用的智力测验。

五、小结

1.工作记忆容量和推理能力在小学阶段不存在性别差异。

2.工作记忆容量和推理能力在小学阶段存在年级差异。

3.小学生工作记忆容量与推理能力之间的相关性较强，随着年级的上升，两者之间的相关性呈现出上升的趋势。

4.年级和工作记忆容量是影响小学生推理能力的重要因素，但工作记忆容量对推理能力的作用较年级大。

参考文献：

[1]何累，李红.推理任务中的工作记忆[J].湖南师范大学教育科学学院学报，2003（3）：93-97.

[2]贺荟中，方俊明.小学生工作记忆与推理能力的实验研究[J].心理科学，2003：33-34.

[3]秦容，王宗霞，侯慧英.包头市100名小学生瑞文推理能力测验结果分析[J].中国学校卫生，2004（6）：49-52.

[4]金志成，隋洁.学习困难学生认知加工机制的研究[J].心理学报，1999（1）：47-52.

[5]张清芳，朱滢.工作记忆和推理[J].心理学动态，2000（1）：12-17.

[6]顾敏敏，鲁忠义.儿童的工作记忆广度[J].心理科学，2004：137-139.

[7]周荣，杨淑琴，冷英.维吾尔族中小学生推理能力发展特点与影响的分析[J].新疆师范大学学报，1997（7）：99-102.

[8]刘凡.数字记忆广度对策略应用模式的影响[J].心理科学，1994：21-64.

[9]程灶火，龚耀先.学习障碍儿童记忆的比较研究.I学习障碍儿童的短时记忆和工作记忆[J].中国临床心理学杂志，1998：129-135.

[10]李晓东，聂尤彦，庞爱莲，等.工作记忆对小学三年级学生解决比较问题的研究[J].心理发展与教育，1997：41-45.

[11]李德明，刘昌，陳天勇，等.加工速度和工作记忆在认知毕生发展过程中的作用[J].南京师大学报，2004（1）：134-136.

[12]Salthouse，T A. Influence of working memory on adult age differences in matrix reasoning[J].British Journal of Psychology，1993（84）：171-199.