基于注意转移的游戏干预数学学习困难儿童的个案研究

郭丽婷，张晓贤，张 松，汤樱铃

(杭州师范大学教育学院，浙江 杭州 311121)

0 引言

数学学习困难(mathematical learning disabilities，MD)是指儿童具有正常的智力和教育机会，由于数学学习能力缺损而在数学学习上明显落后于同龄或同年级水平的现象.数学学习障碍属于学习困难(learning disabilities)的一个亚型[1-2].MD儿童容易出现计算错误、计算法则混乱、问题解决能力较差或空间组织困难等方面的显著障碍[3].大量研究发现工作记忆缺陷是造成MD的主要原因[4-6].中央执行系统是工作记忆的重要组成部分，而抗干扰能力缺乏是MD儿童在中央执行系统中的主要缺损，这种抗干扰能力主要表现为注意的控制能力和抑制能力[7-8].有学者通过威斯康星卡片分类测试(Wisconsin card sorting test)任务发现，MD儿童所犯的持续性错误较多[9-10]，说明MD儿童在完成任务时难以抑制优势反应和控制注意力，存在注意转移方面的不足，而注意转移的返回抑制(location-based inhibition of return，IOR)是衡量注意转移能力的重要指标.IOR是指对原先注意过的物体或位置进行反应时所表现出的滞后现象，被认为是一种抑制性注意转移机制，能使注意顺利地离开当前注意的位置并转向新的位置[11-12].现有研究发现，MD儿童相较于典型发展儿童，其注意转移的返回抑制效应出现较晚，当在线索与目标间加入第二个线索时，MD儿童能与典型发展儿童出现相同的返回抑制效应，说明MD儿童在注意转移能力方面存在缺陷，而且这种缺陷可能是由无法将注意有效地从先前注意过的位置脱离所导致[13].

目前，已有研究主要从感知觉-动作统合训练、记忆策略训练、表征技术训练、元认知策略训练、工作记忆干预训练等方面来对MD儿童进行干预[14-17]，也有学者通过合作游戏、武术操、花样踢毽等运动性游戏对MD儿童进行干预[18-19]，提升MD儿童的数学学习能力.但这些干预以教育干预为主，干预的领域不够全面，且大多缺乏趣味性.

本研究基于MD儿童注意转移能力的缺陷，即存在注意从先前位置脱离困难的现象，以杭州某普通小学两名三年级的MD儿童为研究对象，运用单一被试研究法中的多基线跨被试实验设计，采用趣味性极强的打地鼠游戏，希望通过外部刺激使MD儿童能有效地将注意快速地从先前的位置脱离，改善其注意转移的返回抑制能力，以提高数学计算能力，并进一步验证注意转移的返回抑制能力与数学学习之间的关系.预期研究结果可以为数学学习困难生的干预提供新的视角，同时能够补充针对数学学习困难生在注意转移方面研究的不足.

1 研究方法

1.1 研究对象

已有研究采取的选取被试的方法是按照一定比例选出数学学业成绩较差的学生, 然后做智力检测, 排除智力低下的学生, 最后辅助临床评定排除其他因素[20-21].参照上述方法，本研究按以下步骤选取被试：首先, 依照上学期期末考试语文、数学两科成绩，将学生从高分到低分排列, 取语文成绩处于中等或中等以上水平、数学成绩位于年级后段10%的学生为数学学业不良学生；其次, 以修订的《瑞文标准推理测验》(Raven’s standard progressive matrices，RSPM)[22]对这些学生进行智力测查, 要求所选被试智力正常(IQ≥90)；再次，采用临床诊断法, 由班主任和任课教师根据MD的定义对学生进行学业成绩、品德操行等方面的评定, 再结合学生座谈，了解他们的学习动机、情绪表现及家庭情况，排除因动机低下、情绪障碍或家庭原因导致的数学学业不良.最终选取杭州市某小学两名三年级MD学生为干预对象，经询问，两名被试的个人喜好、学科倾向等基本相似.实验开始前，告知家长全部实验流程，并征得家长同意，填写知情同意书.实验过程中主试严格遵守保密协议.

表1 干预对象的基本情况Tab.1 Basic information of intervention objects

两名被试的基本情况如下：被试1 (E1)，女，9岁，顺产，无明显神经、行为和情绪障碍，与父母共同生活，喜欢玩游戏，且机会较多.据班主任、数学老师及其他任课教师反映，E1的数学成绩较差且注意力易分散，很难从分散的对象上转移至课堂.被试2(E2)，男，9岁，顺产，无明显神经、行为和情绪障碍.E2也喜欢玩游戏，但须征得父母同意方可进行游戏.据班主任及任课教师反映，E2对游戏很痴迷，学习不专注.两名被试的各项测试情况列于表1，数据显示，E1、E2情况基本相似.

1.2 目标行为

1.2.1 数学计算能力

数学计算能力是数学学习的基础，本研究中特指学生的口算及列式计算能力.因此，本研究确定的目标行为是1 min内答对的口算及列式题目数(表2)，1题记为1分，累加口算及列式题分数为最后得分.

表2 目标行为Tab.2 Target behavior

1.2.2 返回抑制能力

已有研究发现，在Posner的经典线索-靶子任务中，典型发展儿童在线索与目标间隔400 ms时出现IOR效应，但MD儿童直至800 ms时才出现该效应[13].因此本研究以400 ms时IOR效应为目标行为(表2)，探讨打地鼠游戏是否能改善MD儿童400 ms时的IOR效应.

1.3 研究设计

采用单一被试研究法中的多基线跨被试实验设计，探索打地鼠游戏干预的有效性并佐证注意转移的返回抑制能力与数学学习能力的因果关系.

本研究采用游戏干预，自变量是游戏干预策略——打地鼠游戏，因变量是研究对象的数学计算成绩和注意转移的返回抑制能力即IOR得分，控制变量包括研究时间(每次10 min)和研究地点(只含研究对象和干预者的安静教室).当被试在基线期呈现出较为稳定的计算能力趋势时，进入干预期.

1.4 研究工具

1.4.1 瑞文标准推理测验

《瑞文标准推理测验》由英国心理学家Raven于1938年创制，在世界各国沿用至今，通过测验一个人的观察力及思维能力来反映其智力水平.本研究采用RSPM对两名被试的智力水平进行测试，排除其智力影响数学成绩的因素，增强实验设计的严密性.

1.4.2 数学计算能力材料

图1 数学计算能力测试列式计算题示例Fig.1 Examples of formula calculation problem in mathematical calculation ability test

图2 数学计算能力测试口算题示例Fig.2 Examples of oral calculation in mathematical calculation ability test

从《人教版小学数学口算速算》和《人教版竖式计算卡》中摘取题目组成数学计算能力测试题，共18套，每套包括24道口算和15道列式计算题.前期预实验表明，即使成绩优异的学生也不能在1 min内答完24道口算和15道列式计算题.经学校的数学教师评判，确定每套测试题的难度相当，且具有可测性.数学计算能力以口算及列式题的成绩表示，其性质属于考试，会给被试带来逆反心理.为排除练习效应，经4次干预后，随机抽取一套测试题进行测验，测试题示例见图1和图2.

1.4.3 IOR检测程序

根据IOR的理论基础，采用Ponser的经典线索-靶子任务，测量两名被试的返回抑制量.使用48.26 cm的CRT显示器呈现刺激，屏幕分辨率为1 024×768，刷新率为65 Hz.使用脚本控制实验刺激的呈现并收集被试的反应数据.每个试次都从漂移校准开始，当被试注视着屏幕中央的注视点时主试按空格键开始校准，校准通过时被试将会听到一声提示音.随后，注视点及两个方框将会呈现在屏幕上.线索与靶子呈现的间隔时间(CTOA)为100、200、400、800 ms，要求被试在靶子呈现时快速准确地按下键盘的空格键进行反应.为了避免被试的预判性反应，25%的试次中靶子不会出现，另75%的试次分为两种水平：一种为目标刺激与线索刺激位置一致(水平1)，另一种为目标刺激与线索刺激位置不一致，即目标刺激出现在线索刺激位置的另一侧(水平2).每名被试需完成3组测试，每组包括48个试次.每组测试完成后留有1～2 min休息时间以防止被试因疲劳而影响表现.实验指导语要求被试在单个试次中始终注视着屏幕中央的十字注视点，同时将利手的食指放在键盘的空格键上，当目标刺激出现时快速做出按键反应.如果被试在连续两个试次中都无法很好地保持注视，主试会提醒被试[23].单个试次的流程见图3.

图3 Ponser的经典线索-靶子任务Fig.3 Ponser’s classic clue-target task

IOR的效应值以水平1和水平2反应时的差值表示.IOR测试程序完成时间较长，一次约20 min，需要被试高度集中注意力，且操作枯燥，会降低干预过程的趣味性，给被试带来厌烦情绪，因此，每5次干预后进行1次注意转移的返回抑制能力测试.

1.4.4 游戏干预工具

已有研究发现，MD学生在CTOA为400 ms时注意返回抑制能力较差，即很难从前一个目标中脱离，若此时增加一个刺激，就容易脱离原线索，回到中心注意位置，以便更好地注意到靶子的出现[13].基于此，本实验使用通关式打地鼠机进行打地鼠游戏.该游戏分为7关，游戏速度逐级加快、难度提升，能够帮助MD儿童的注意快速脱离上一个线索，转向新的靶子；游戏中伴有语音式鼓励，对研究对象有很强的吸引力.

1.5 研究过程

1.5.1 基线期

采用多基线跨被试实验设计，E1、E2同时进入基线期观察.该阶段不进行任何干预，连续5 d对被试的IOR及数学计算得分进行观察记录.由于IOR施测程序繁琐枯燥，为避免被试排斥干预过程，IOR每隔一天测一次；数学成绩每天测一次.由于E1先达到基线期稳定水平，因此先进入干预期，共测得3次IOR得分、5次数学计算能力得分；E2在E1进入干预期后的第3天结束基线期，共测得4次IOR得分、8次数学计算能力得分.

1.5.2 干预期

干预开始时，先给E1提供一个安静的环境，并告知E1实验要求：进行打地鼠通关游戏，在10 min内尽力打到每一个地鼠，有2次失误的机会，取单次闯关最高分作为最后成绩；每10个地鼠可以换1颗星作为代币，集齐80颗星可以得到1份礼物.E2随后进入干预期，干预流程和干预材料与E1一致.

干预过程持续20 d.为减少被试时间及精力的付出，保证被试对干预的积极性，同时避免两个测试之间的相互影响，将数学测试与IOR测试分开进行：每4次干预后测验数学成绩，共计5次得分；每5次干预后进行IOR测试，记录400 ms时的IOR效应值，共4次得分.

1.5.3 追踪期

撤销干预的20 d后，对被试进行持续5 d的追踪.每天测一次数学成绩，共5次；每隔一天测一次IOR得分，共3次.统计数据后分析其注意转移的返回抑制能力及数学成绩的维持效果.

2 结果分析

采用SPSS 18.0对被试400 ms时的IOR效应值、1 min内口算及列式题得分(表3)进行统计分析，以验证干预的有效性.

表3 被试400 ms时的IOR效应值和数学计算能力Tab.3 IOR effect at 400 ms CTOA and mathematical calculation ability

2.1 400 ms时的IOR效应值

如图 4 所示，从基线期到干预期，被试400 ms时的IOR值呈上升趋势，干预期显著大于基线期(p<0.05)；干预期到追踪期IOR值稍有回落，但仍保持较高水平.干预前后存在显著差异(p<0.05) ，且从两名被试IOR效应值的平均数来看，干预期与追踪期均为正值，说明在游戏干预后被试表现出了明显的注意返回抑制能力.

图4 被试 400 ms时IOR效应值的折线统计图Fig.4 The line graph of IOR effect at 400 ms CTOA

2.2 数学计算能力

如图 5 所示，从基线期到干预期，被试的数学计算能力呈上升趋势，干预期得分显著高于基线期(p<0.05)，且有较大幅度的提升；追踪期得分与干预期最高得分相比稍有回落，但仍保持较高水平.干预前后存在显著差异(p<0.05)，说明在游戏干预后被试的数学计算能力显著提高.

图5 被试数学计算能力的折线统计图Fig.5 The line graph of mathematics calculation ability

3 讨论

有关数学学习困难儿童干预的研究大多集中于学习策略的训练[24]及对计算过程的强化[25]，很少有研究从其基本的认知加工能力入手进行干预.但众多的研究已经表明，与典型发展儿童相比，MD儿童存在注意缺陷[13,26],本文基于此展开研究，并对研究结果进行讨论.

3.1 游戏干预改善数学学习困难儿童的注意返回抑制能力

已有研究发现，MD儿童在CTOA为400 ms时注意转移的返回抑制能力较差，若此时增加一个刺激，就容易脱离原线索，回到中心注意位置[13].本研究选取数学学习困难且存在注意转移缺陷(即在CTOA为400 ms时没有出现返回抑制)的学生为被试，采用打地鼠游戏，帮助MD儿童快速地转移注意力，改善其注意转移的返回抑制能力.由于打地鼠游戏具有极强的趣味性，被试不排斥干预过程，且在干预过程中，研究者通过适当的强化物进行奖励，以达到更好的干预效果.结果显示，被试经打地鼠游戏干预后，在400 ms时逐渐可以显现IOR效应，表明注意转移的返回抑制能力有所提升.这个结果有力地证明了注意转移的返回抑制能力不足是由于不能有效地从先前注意过的线索位置脱离导致的[27]，同时也证明采用外部线索(打地鼠游戏)可以有效地帮助MD儿童将注意从先前的线索位置脱离，从而改善其注意返回抑制能力.

3.2 游戏干预提高数学学习困难儿童的数学计算能力

在干预过程中，对被试的数学计算能力进行测试，发现其数学计算能力有显著提高，证明了打地鼠游戏的有效性.通过干预，MD儿童的注意转移返回抑制能力有了明显的改善，随之数学成绩也有显著提高，证明了MD儿童注意转移的返回抑制能力较弱是导致数学成绩不佳的重要原因.这个结果与早期的研究结论相符，即无法有效抑制无关信息会导致学生的数学学习困难[28-29].同时也表明，从基本认知能力入手进行干预的确能有效改善数学学习困难儿童的计算能力，这为数学学习困难儿童的干预与训练提供了新的途径.

4 结论

本研究结果表明，打地鼠游戏干预方法可以有效地改善数学学习困难儿童的注意转移返回抑制能力，从而提高数学成绩，并佐证了注意转移的返回抑制能力缺陷是导致数学成绩不佳的重要原因之一.

通过本次研究，笔者认为在普通学校中对数学学习困难学生进行干预需要注意以下几点：1)选取数学学习困难学生不是为了贴标签，而是为了改善其数学计算能力，因此，应注意在实验过程中遵循保密原则.2)团队配合，共同合作，在自然情境中对数学学习困难学生进行干预.3)运用代币制时，应选取学生喜爱的强化物，以便于学生更认真地对待干预过程.4)在实验中，应争取家长及老师的配合，以保障实验顺利进行且有较好的干预效果.

此外，在后续的研究过程中，建议针对以下几方面进行改进：1)根据注意转移返回抑制的原理，设计多样的游戏方式，形成完整的游戏干预系统，增强干预过程的趣味性；同时可以对学生进行持续的干预，更好地提高其计算能力及注意水平.2)本研究所选取的被试均为对游戏较感兴趣的学生，可以在本研究的基础上，设计播放视频或者讲述故事的方法对被试进行干预，扩大可选取被试的范围.3)可以对数学学习的其他方面，如解决问题或规律探索题等目标行为进行干预，比较其效果.4)本研究的目标行为是数学计算能力及注意转移返回抑制能力，为避免所采用的测试出现练习效应，因此测试次数较少，但总体趋势仍然可以表明实验结果的有效性.在今后的实验中，可以通过其他指标(如打地鼠的个数等)更好地分析目标行为的发生.