认知灵活性干预对3岁儿童数学认知水平影响的实验研究

费广洪 谷晴晴 李伊莎 刘彦君

【摘要】本研究选取60名3岁儿童为研究对象，设置实验组和对照组，探讨认知灵活性干预对3岁儿童数学认知水平的影响。结果表明，认知灵活性干预可以显著提高儿童的数学认知水平以及认知灵活性水平。研究者据此提出相关建议。

【关键词】3岁儿童;认知灵活性干预;数学认知水平

【中图分类号】G610  【文献标识码】A   【文章编号】1004-4604（2021）04-0024-05

学前儿童的数学认知能力是指儿童对数的知识、概念和技能的理解和运用的能力。〔1〕目前国内学者普遍将数学认知能力划分为数、量、几何形体、时间和空间五个方面。数是理解物体抽象特征的基础，包括对集合、数概念、数的运算等的认知。量包括对大小、长短等的认知。几何形体包括对平面图形和立体几何等的认知。时间包括对时序、时长和时间表征等的认知。空间包括对上下、左右等方位的认知。〔2-4〕大量研究表明，学前儿童的数学学习不仅与其入学后的数学成绩密切相关，还能预测其日后的学业成就、学校适应能力和就业待遇等方面。〔5，6〕学前儿童的数学学习需要各种认知系统的支持，认知灵活性是支持学前儿童数学学习的重要机制之一。认知灵活性是指在心理定势、操作或任务之间灵活转移注意力，调整自己的思想和行为以适应不断变化的规则和情境的能力。〔7〕已有研究较少单独考查认知灵活性训练对学前儿童数学认知水平的影响，大多研究是将认知灵活性归入执行功能，普遍关注执行功能综合训练对学前儿童数学认知水平的影响。本研究拟探讨认知灵活性干预对3岁儿童数学认知水平的影响，以供相关人员参考。

一、研究设计

（一）研究对象

本研究随机从两所幼儿园中抽取200名3岁儿童，对其进行数学认知水平和认知灵活性测验。研究者先选取数学认知水平测验排名在50%以下的儿童，接着在这些儿童中选取认知灵活性测验排名在50%以下的儿童作为研究对象，共60名。本研究随机选取其中30名儿童作为实验组，另外30名儿童作为对照组。研究对象基本情况见表1。

（二）研究工具

1.《3岁儿童数学测验》

本研究在听取幼儿园教师与学前教育专家意见的基础上，参考学前儿童数学教育书籍及国内外相关研究，自编《3岁儿童数学测验》，测量儿童的数学认知水平。《3岁儿童数学测验》包括数、量、形、空间和时间五个方面，共14道题。题目难度在0.34～0.77之间，区分度在0.30～0.78之间。在对儿童进行数学认知水平后测时，为防止产生练习效应，研究者对数学测验题目做了部分修改，如调换选项顺序、更改图形等。

2.维度变化卡片分类任务

维度变化卡片分类任务改编自弗莱的研究，〔8〕用以测量儿童的认知灵活性。研究材料包括颜色、形状、大小不同的7组卡片。卡片颜色包括红色、黄色、蓝色、绿色，卡片形状包括三角形、正方形、圆形、长方形。每组4张卡片，7组卡片组合均不同，如其中一组为绿色大圆形卡片1张、黄色大正方形卡片1张、蓝色小圆形卡片1张，绿色小三角形卡片1张。7组卡片中，1组用于演示，另外6组用于正式测试。正式测试时，主试向被试展示1组卡片，要求被试把其中有相同特征的2张卡片挑出来放在一起，并告知被试找出越多越好。每组卡片均有3种分类组合的方法，被试找出1种得1分，得分范围为0～18分。得分越高，表明儿童的认知灵活性水平越高。

3.认知灵活性干预游戏

本研究根据认知灵活性研究的基本范式，编制了认知灵活性干预游戏，包括灵活项目选择游戏、维度变化卡片分类游戏、卡片抱团游戏、命名转换游戏和找规律游戏。

（1）灵活项目选择游戏

在游戏中，主试向被试呈现一组卡片共3张，如绿色的小汽车卡片1张、红色的小苹果卡片1张和红色的大汽车卡片1张。主试先要求被试选出2张形状相同的卡片，后要求被试选出2张在其他方面相同的卡片，如大小、颜色等。主试可以让被试一一进行分类，并根据被试的反应进行纠正和讲解。待被试熟练后，主试可以更换一组卡片再以同样的方式组织被试进行游戏。游戏结束后主试组织被试进行反思和总结。

（2）维度变化卡片分类游戏

在游戏中，主试先向被试呈现目标卡片（红色圆形卡片1张、蓝色正方形卡片1张）和测验卡片（蓝色圆形卡片和红色正方形卡片各8张）。接着，主试以随机的顺序一一向被试呈现测验卡片，并要求被试把测验卡片中与目标卡片中颜色相同的卡片放在一起。待被试进行4次分类后，主试要求被试把测验卡片中与目标卡片中形状相同的卡片放在一起。主试可以让被试一一进行分类，并根据被试的反应进行纠正和讲解。

（3）卡片抱团游戏

主试将被试分为4人一组进行游戏，每名被试胸前挂1张卡片，如其中一组为蓝色大圆形卡片1张、红色大正方形卡片1张、黄色小圆形卡片1张和红色小三角形卡片1张。被试围着圈绕行，主试说出指令，指令相同的被试抱在一起。例如，主试说颜色，则胸前卡片颜色相同的2名被试抱在一起。主试随机说出指令，并可以逐渐加快速度。待被试熟练后，主试可以更换另外一组卡片组织被试进行游戏。

（4）命名转换游戏

在游戏中，主试向被试出示4张卡片，包括红色的圆形卡片1张、红色的三角形卡片1张、蓝色的圆形卡片1张和蓝色的三角形卡片1张。其中，圆形卡片上面都写着1，三角形卡片上都写着2。主试要求被试看到红色的卡片就说出卡片上的数字，看到蓝色的卡片就说出卡片的形状。主试随机出示卡片，待被试熟练游戏后再更换规则，即看到蓝色的卡片就说出卡片上的数字，看到红色的卡片就说出卡片的形状。主试随机出示卡片并逐渐加快速度。待被试熟练后，主试可以让被试两两分组进行游戏。

（5）找规律游戲

在游戏中，主试先向被试呈现第一组卡片，让被试找规律，看看后面要接什么卡片。待被试一一回答，主试给予纠正和讲解后，再出示与第一组规律不同的卡片，让被试接着找一找规律，看看后面要接什么卡片。游戏结束后，主试可以组织被试讨论并总结卡片变换的规律。

（三）研究程序

实验组儿童接受认知灵活性干预4周，每周干预3次，每次大约10～20分钟。对照组儿童不参与干预游戏，正常参加班级活动。干预结束后，对实验组和对照组儿童进行个别测验。主试先使用《3岁儿童数学测验》测查被试的数学认知水平，时间大约为10分钟。休息20分钟后，主试再使用维度变化卡片分类任务测查被试的认知灵活性水平，时间大约为10分钟。主试按照评分标准对被试进行计分。

（四）数据收集与处理

本研究采用SPSS24.0软件对数据进行分析处理。

二、研究结果

（一）认知灵活性干预对3岁儿童数学认知水平的影响

为了考查认知灵活性干预对3岁儿童数学认知水平的影响，本研究以测验类型（前测、后测）为组内变量，组别（实验组、对照组）为组间变量，以数学认知水平总分和各方面得分为因变量进行重复测量方差分析。由表2可知，在数学认知水平总分上，前后测的主效应显著，组别的主效应显著，两者的交互作用显著。简单效应分析表明，实验组和对照组儿童的数学认知水平前测总分没有显著差异（p>0.05），实验组儿童的数学认知水平后测总分显著高于对照组儿童（p<0.01）。这表明认知灵活性干预显著提升了3岁儿童的数学认知水平。在数概念的得分上，前后测的主效应显著，组别的主效应显著，两者的交互作用显著。简单效应分析表明，实验组和对照组儿童的数概念前测得分没有显著差异（p>0.05），实验组儿童的数概念后测得分显著高于对照组儿童（p<0.01）。这表明认知灵活性干预显著提升了3岁儿童的数概念得分。在量概念的得分上，前后测的主效应显著，组别的主效应显著，两者的交互作用显著。简单效应分析表明，实验组和对照组儿童的量概念前测得分没有显著差异（p>0.05），实验组儿童的量概念后测得分显著高于对照组儿童（p<0.01）。这表明认知灵活性干预显著提升了3岁儿童的量概念得分。在形概念的得分上，前后测的主效应显著，组别的主效应显著，两者的交互作用显著。简单效应分析表明，实验组和对照组儿童的形概念前测得分没有显著差异（p>0.05），实验组儿童的形概念后测得分显著高于对照组儿童（p<0.01）。这表明认知灵活性干预显著提升了3岁儿童的形概念得分。在空间概念的得分上，前后测的主效应显著，组别的主效应显著，两者的交互作用不显著。简单效应分析表明，实验组和对照组儿童的空间概念前测得分没有显著差异（p>0.05），实验组儿童的空间概念后测得分显著高于对照组儿童（p<0.05）。这表明认知灵活性干预显著提升了3岁儿童的空间概念得分。在时间概念的得分上，前后测的主效应显著，组别的主效应不显著，两者的交互作用显著。简单效应分析表明，对照组儿童的时间概念前测得分显著高于实验组儿童（p<0.01），但实验组儿童的时间概念后测得分显著高于对照组儿童（p<0.01）。这表明认知灵活性干预显著提升了3岁儿童的时间概念得分。

（二）3岁儿童认知灵活性干预的效果

为进一步考查3岁儿童认知灵活性干预的效果，本研究以测验类型（前测、后测）为组内变量，组别（实验组、对照组）为组间变量，以认知灵活性得分为因变量进行重复测量方差分析。由表3可知，在认知灵活性得分上，前后测的主效应显著，组别的主效应显著，两者的交互作用显著。简单效应分析表明，实验组和对照组儿童的认知灵活性前测得分没有显著差异（p>0.05），实验组儿童的认知灵活性后测得分显著高于对照组儿童（p<0.01）。这表明认知灵活性干预显著提升了3岁儿童的认知灵活性水平。

三、分析与讨论

（一）认知灵活性干预可以显著提高3岁儿童的数学认知水平

本研究结果表明，认知灵活性干预对3岁儿童的数学认知水平起到了促进作用。一方面可能是因为认知灵活性与学前儿童数学认知的发展具有共同的生理基础。执行功能的调节脑区主要位于前额叶皮层。〔9〕儿童有14%的数字神经元位于前额叶皮层，数量加工与前额叶有直接的关系。〔10〕另一方面可能与学前儿童的数学认知机制有关。认知灵活性是儿童数学认知的基础。认知灵活性在数学认知过程中的作用主要是通过支持儿童在多个规则和策略之间进行灵活转换来实现的。在解决数概念问题时，认知灵活性较强的儿童可以在规则变换的情境中灵活调整解决问题的策略。〔11〕在解决量的问题时，儿童需要根据不同维度对物体进行比较，并在大小、高矮、长短等维度之间进行转换。在解决形的问题时，儿童需要在头脑中对图形表象进行操作和转换，在图形的整体与部分之间进行灵活转换，预设图形的拼合。已有研究表明，在图形认知能力的发展过程中，儿童需要对新旧策略进行相互转化和整合。〔12〕在解决空间的问题时，儿童需要对物体的空间位置和空间关系进行区分、编码和转换，还需要从以自我为中心转换到以客体为中心，确定物体的空间关系。在解决时间的问题时，儿童需要改变对数字大小直观关系的认识，转换到时间花费越多反而越慢的新规则上。

（二）干预可以显著促进3岁儿童认知灵活性的发展

本研究结果表明，认知灵活性干预游戏能够显著提升3岁儿童的认知灵活性水平。这与已有研究一致。〔13〕一方面可能与儿童认知灵活性发展的关键期有关。已有大量研究表明，3～6岁是儿童执行功能发展的关键期。〔14，15〕其中，认知灵活性在儿童3.5～4.5岁之间迅速发展。〔16〕因此，3岁儿童的认知灵活性具有可塑性，对儿童进行认知灵活性训练可以显著提高其认知灵活性水平。另一方面可能与游戏形式有密切关系。已有研究表明，集体规则游戏的组织形式比较封闭，儿童没有自由发挥的空间，对儿童的认知灵活性没有顯著促进作用。〔17〕本研究创编的认知灵活性干预游戏的形式较为自由宽松，允许儿童灵活运用策略进行游戏。这种干预游戏可以锻炼儿童认知思维的灵活性，提高儿童的认知灵活性水平。

四、教育建议

（一）在家园教育中融入认知灵活性游戏

本研究结果表明，认知灵活性干预不仅对认知灵活性的发展有促进作用，而且会影响儿童的数学认知水平。因此，幼儿园应当重视学前儿童认知灵活性的发展，在幼儿园课程中融入认知灵活性游戏。此外，幼儿园还应当重视家庭教育的重要作用，可以通过开展家园合作活动，提升家长对学前儿童认知灵活性发展重要性的认识，引导家长在亲子活动中融入认知灵活性游戏，并在日常生活中进行渗透。

（二）对数学学习困难儿童进行及时干预

本研究结果表明，认知灵活性干预可以显著提高3岁儿童对数、量、形、空间、时间等的认知水平。可见，学前期对儿童进行数学学习困难的预防和干预具有独特价值。幼儿园应当抓住这个关键期，及时鉴别、诊断需要进行干预的儿童，开发兼具趣味性和训练性的认知灵活性游戏，并将其与数学学习活动相结合，促使学前儿童在不同的情境中进行转换，提升其认知灵活性水平。

（三）提升教师开展认知灵活性游戏的能力

本研究结果表明，认知灵活性干预可以显著提高儿童的数学认知水平。在开展认知灵活性游戏的过程中，教师的专业能力是保障游戏开展质量和干预效果的关键因素。幼儿园应当组织教师开展相关培训活动，帮助教师掌握儿童认知灵活性的发展特点，提升教师对认知灵活性游戏的开发和实施能力。此外，幼儿园还可以组织相关教师成立干预小组，在干预过程中，对学前儿童进行实时观察和及时反馈，并根据得到的反馈及时调整干预计划以达到预期效果。

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