听障儿童空间能力的发展及其与智力和数学成绩的关系

陈丽兰

［摘 要］ 为了研究听障儿童空间能力的发展与智力和数学成绩的关系，选取北京市、海口市两所特殊学校的256名3～9 年级听障儿童为被试，采用三维心理旋转任务和瑞文推理测验（简化版）分别对听障儿童的空間能力和智力进行测试。结果发现：1）与健听儿童相比，听障儿童的空间能力发展落后，但二者的发展趋势基本一致，都在总体上随年级（年龄）的增长不断提高，在3年级时已经具备了空间（心理旋转）能力，4年级水平最低，之后迅速上升，到6年级左右发展到高峰后有些回落；2）听障儿童的空间能力与其智力和数学成绩呈显著正相关，听障儿童的智力与数学成绩呈显著正相关；听障儿童的空间能力正向预测了其数学成绩；智力在空间能力与听障儿童数学成绩之间起部分中介作用。空间能力既直接影响听障儿童的数学成绩，也可以通过智力间接影响听障儿童的数学成绩。

［关键词］ 听障儿童；空间能力；数学成绩；智力

［中图分类号］ G 762  ［文献标志码］ A  ［文章编号］ 1005-0310（2023）03-0064-07

Abstract：  In order to explore the development of spatial ability of hearing-impaired children and its relationship with intelligence and mathematics achievement， 256 hearing-impaired children in Grade 3 to 9 from two special education schools in Beijing and Haikou participated in this study and finished all the tests of Mental Rotation and Ravens Progressive Matrices （simplified version） in the spatial ability and intelligence. The results are as the follows： （1） The development of spatial ability of hearing-impaired children lags  behind that of hearing children， but their development trend is basically the same， which shows the spatial ability is increasing with the growth of grade （age） in general. In Grade 3 the spatial （mental rotation） ability is already possessed， while the level of development in Grade 4 is the lowest， and then it rises rapidly until reaching a peak in Grade 6 and falls back. （2）There is a significantly positive correlation between spatial ability and mathematics achievement of hearing-impaired children， and a significantly positive correlation between spatial ability and intelligence of hearing-impaired children. Spatial ability predicts hearing-impaired childrens mathematics achievement significantly， and intelligence plays partial mediating role between spatial ability and mathematics achievement. Spatial ability can directly affect the mathematics achievement of hearing-impaired children， or indirectly affect the hearing-impaired childrens mathematics achievement through intelligence.

Keywords： Hearing-impaired children；Spatial ability；Mathematics achievement；Intelligence

0 引言

空间与人类生存及其环境密切相关，人们在日常生活和科学活动中都应该具备一定的空间知识。为了更好地生活，人们必须理解、探索和把握空间。空间能力是人们从事生产劳动、发明创造所必需的基本素质［1］。在心理学上，心理旋转是空间能力测试的一个很好的指标，以往的研究往往用心理旋转测验来测量空间能力［2-3］。

作为一种相对独立的智力因素，空间能力是智力的重要组成部分。蔡华俭等［4］研究表明，心理旋转能力与智商显著相关。林仲贤等［5］对智障儿童的心理旋转能力进行研究发现：智障儿童的心理旋转能力明显低于正常儿童，表明智力缺陷会影响儿童的心理旋转能力。周珍等［6］对中学生空间能力的发展及其与智力的关系进行研究发现，空间能力与智商关系密切。祁乐瑛［7］研究大学生空间能力发展的影响因素时也发现，空间能力与智力显著相关。尽管空间能力并非完全受智力影响，但作为个体认知的基本能力之一，它与反映认知水平的智力高度相关。

许多研究表明，空间能力与儿童的数学表现存在正相关，这可能是因为数学中的许多概念具有一定的形象因素。周珍等［8］对空间图形及其推理与数学成绩和智商关系的研究发现，数学成绩差的学生，他们的空间能力测试成绩显著落后于数学成绩好的学生。郑丽华［1］在其研究中发现，空间能力较强的学生，其在几何课程的学习中也可能获得更好的成绩。乌日娜等［9］的研究也发现，空间能力与数学成绩显著正相关，即空间能力测验成绩越优异的学生在数学测验中也越有可能取得好成绩。

听障儿童是指由于各种原因导致其双耳听力丧失或听力减退，以致听不到或听不清周围声音的儿童［10］。研究发现，听力损失会在一定程度上影响儿童的认知发展，但听障儿童擅长视觉和动觉认知，他们可以通过视觉和动觉线索来补偿其听力障碍，且使用手语的听障人士在视觉表象判断、运动知觉和心理旋转等方面具有一定优势［11］。对听障儿童空间能力（心理旋转）的比较研究表明，听障儿童与健听儿童在空间能力上没有差异［12］。但是听障儿童的空间能力与其智力是否相关？听障儿童的空间能力是否影响其数学成绩？其影响机制如何？这些问题有待进一步探究。众多研究表明，小学到初中阶段是儿童空间能力和思维发展的重要阶段，因此，本研究以3～9年级听障儿童为研究对象，探究听障儿童空间能力的发展特点及其与智力和数学成绩的关系，这不仅可以丰富对听障儿童的认知研究，还可以为开发新的听障儿童数学教育干预方案提供理论依据与数据支持。

1 研究方法

1.1 被试

本研究选取北京市、海口市两所特殊学校的260名3～9 年级听障儿童为被试，剔除了反应时超过3个标准差的4个无效数据后，有256名被试的数据進入最后的统计分析中。

有效数据包括：3年级21人，年龄10.31±2.14岁；4年级21人，年龄11.98±1.82岁；5年级30人，年龄12.83±1.83岁；6年级29人，年龄15.15±2.08岁；7年级47人，年龄15.43±1.70岁；8年级58人，年龄15.95±1.44岁；9年级50人，年龄16.57±1.38岁；男生131人，女生125人。

所有被试的视力（或矫正视力）正常，且都为中重度听障。健听儿童数据来自多维心理网络平台（www.dweipsy.com/lattice）数据库，该数据是根据数据库所有（超过5 000名）正常儿童的测验结果（如空间能力）产生的常模（平均）分。

1.2 研究工具

1.2.1 空间能力

本研究采用三维心理旋转任务来测试听障儿童的空间能力，该任务由Vandenberg等人改编［13］。该测试由180个试次组成，每个测试题仅有2个选项，屏幕上方呈现1个三维图像，并且在屏幕下方呈现另外2个三维图像（如图1所示），要求被试选择屏幕下方与上方图形旋转后重合的图形。匹配的图像需要通过心理旋转来识别，心理旋转的角度是15的倍数，最小15度，最大345度；不匹配的图像是目标图像的旋转镜像。每个试次中，试题将保留在屏幕上，直到被试按下“Q”键做出反应选择左侧的图像，或按下“P”键做出反应选择右侧的图像。每个试次的间隔为1 000毫秒。

1.2.2 智力

本研究采用非言语图形关系推理任务来测试听障儿童的智力，该任务是瑞文智力测验的简化版［14］。测试中，每个题目仅有2个选项，总共有80道题，其中44道题来自瑞文智力测验中的标准推理测验，36道题来自高级推理测验。要求被试根据图形组合的规律，从两个备选答案（图形）中找出题目（上方大图）中的缺失部分（如图2）。若左边答案正确，左手按“Q”键；若右边答案正确，则右手按“P”键。

空间能力与智力测试的成绩均采用校正分数，即以在规定时间内被试正确作答的题数减去错误作答的题数作为计分指标［15］。

1.2.3 数学成绩

听障儿童最近的数学期末考试成绩将被用来作为衡量他们数学学业成绩的指标。由于被试来自两所特殊学校的不同班级，因此，对同一所学校同一年级的期末数学成绩进行标准化，得到数学成绩的标准分数（Z分数），该分数作为听障儿童数学成绩指标。

1.3 测试程序

所有测试任务均在特殊学校的电脑教室进行，在多维心理网络平台（www.dweipsy.com/lattice）上完成。主试是经过统一培训的特殊学校启聪教学部的教师，测试时间约为20分钟，由2名主试施测，其中一名主试一边展示测试流程，一边用手语讲解指导语；另一名主试巡视测试现场，应对突发情况并解决问题。每项测试任务均包括练习和正式测验两部分。练习部分需有反馈，确认被试明白指导语和操作规则之后才能进入正式测验。测试结束后，系统自动记录被试完成测试任务的正确率、反应时等数据。

1.4 数据处理

本文采用SPSS 22.0对数据进行处理和分析。

2 结果

2.1 听障儿童空间能力的发展特点

为了考察听障儿童空间能力的发展特点，对不同年级、不同性别听障儿童的空间能力进行统计分析（见表1）。以听障儿童的空间能力为因变量，以年级、性别为自变量，进行7（年级）×2（性别）的两因素被试间方差分析，结果显示：年级主效应边缘显著（F（6，242）=2.07，P=0.057），性别主效应不显著（F（1，242）=2.24，P=0.135，P>0.05），年级与性别的交互作用不显著（P>0.05）。对年级主效应进行事后LSD检验发现：4年级与6、7、8、9年级学生的空间能力差异显著（P<0.05），P值分别为0.008、0.006、0.028和0.017；5年级与6年级（P=0.043）、5年级与7年级（P=0.043）的空间能力差异显著（P<0.05）。听障儿童的空间能力在4年级时水平最低，且与其他年级差异显著（P<0.05）。

将3～9 年级听障儿童的空间能力测试得分在多维心理网络平台数据库的常模分中进行单样本t检验（检验值50），结果显示：听障儿童的空间能力显著低于健听儿童（t=-4.74，P<0.001）。将3～9 年级听障儿童的空间能力得分与健听儿童的空间能力得分（常模分）分别进行单因素方差分析，得出两组儿童在空间能力上的发展趋势，并对其进行比较发现：听障儿童与健听儿童在空间能力上的发展趋势基本一致（见图3）。空间能力在4年级时水平最低，随着年级的增高，儿童的空间能力不断提高，到 6年级时发展到顶峰，之后开始回落。

2.2 听障儿童的空间能力与智力和数学成绩的关系

有关听障儿童的空间能力、智力和数学成绩的相关分析发现：听障儿童的空间能力与智力呈显著正相关（r=0.309，P<0.001），听障儿童的空间能力与数学成绩呈显著正相关（r=0.229，P<0.001），听障儿童的智力与数学成绩呈显著正相关（r=0.219，P<0.01）（见表2）。

2.3 智力在听障儿童的空间能力和数学成绩之间的中介作用分析

本文利用Baron等［16］的三步中介回归分析法来分析智力在空间能力对听障儿童数学成绩影响中的中介作用，结果如图4所示。第一步，计算空间能力对听障儿童数学成绩的影响，β=0.229，t=3.692，P<0.001，说明空间能力会显著正向促进听障儿童的数学成绩；第二步，计算空间能力对智力的影响，β=0.309，t=5.187，P<0.001，说明空间能力会显著正向影响听障儿童的智力；第三步，用空间能力和智力同时预测听障儿童的数学成绩，结果发现，智力对数学成绩的回归系数显著（β=0.163，t=2.527，P<0.01），空间能力对数学成绩的回归系数也显著（β=0.178，t=2.751，P<0.05），说明智力在空间能力对听障儿童数学成绩的影响中起部分中介作用。中介效应占总效应的比例为21.99%。

本文采用Hayes介绍的Bootstrap方法［17］，进一步检验智力的中介作用，选择model 4，设定Bootstrap 样本量为5 000，结果显示：智力的中介作用显著，间接效应95%置信区间［LLCI=0.001 0，ULCI=0.007 2］不包含0，直接效应95%置信区间［LLCI=0.003 6，ULCI =0.021 7］也不包含0，说明智力在空间能力对听障儿童数学成绩的影响中起部分中介作用。[LM]

3 讨论

3.1 听障儿童空间能力的发展特点

现有研究表明，小学4年级（10～11岁）儿童已经发展出空间旋转能力，从小学4年级到高中1年级，他们的个人空间旋转能力发展迅速。几乎所有群体都在高中1年级时达到顶峰，然后开始下降［4］。对健听儿童空间能力的相关研究发现，个体的空间能力在初中阶段发展最快，初中阶段是青少年空间能力、特别是心理旋转能力迅速发展的时期［7］。本研究发现，听障儿童的空间能力得分显著低于健听儿童，但发展趋势基本一致，都是总体上随着年级增高而不断提高，在3年级时已经具备了空间（心理旋转）能力，到6年级时发展至顶峰，之后有些回落。本研究结果与王庭照［12］的研究结果部分一致，他是以14～17岁的听障学生为研究对象，发现这一年龄阶段听障学生的心理旋转能力处于发展时期，这与本研究结果基本一致。然而，王庭照［12］发现听障学生在心理旋转任务中的成绩与健听学生没有显著差异，这与本研究结果不一致。究其原因可能是由于两项研究的被试选择不同，前者研究中的被试总数为68名，基于性别、年龄和智力上的匹配，听障儿童和健听儿童各挑选了9 名被试；而本研究的被试总数为256名听障儿童，健听儿童的数据来自多维心理平台数据库。

本研究发现，听障儿童空间能力发展的性别主效应不显著，即未发现听障儿童空间能力显著的性别差异，这与许燕等［18］的研究结果一致。他们对2～4年级小学生的空间能力性别差异进行研究发现，各年龄组均未表现出显著的性别差异。

但这与有些相关研究结果不太一致，如王庭照采用经典心理旋转实验材料比较聋人与健听人空间能力的差异，发现无论是聋人还是健听人都是男性的空间能力优于女性［12］。

杜晗［19］研究发现：以正确率为指标，男女听障学生的心理旋转能力没有显著差异；而以反应时为指标时，男女听障学生的心理旋转能力差异显著，男生的反应速度显著快于同年龄段的女生。本研究中听障儿童的空间（心理旋转）能力在各年级组中未表现出显著的性别差异，这可能是由于本研究以正确率为指标的原因。

3.2 听障儿童空间能力与智力和数学成绩的关系

本研究发现，听障儿童的空间能力与智力和数学成绩呈显著正相关，即听障儿童的空间能力越高，智力水平越高，数学成绩越好，这与前人以健听儿童为被试群体的研究结论基本一致［8-9］。听障儿童的空间能力与智力之间的显著相关性可能是由于空间能力本身是智力因素之一。在加德纳提出的多元智力理论中，空间能力被列为智力的重要组成部分。本研究采用的智力测验是瑞文推理测验的简化版，所有项目均由图形构成，该测验首先测量儿童对图形感知、转换及识别的认知能力，然后是在此基础上的推理和计算能力。空间能力测试所使用的三维心理旋转任务正是测试这样的空间认知能力，它是瑞文测验所测试能力的一个基本方面。因此，空间能力与智力显著相关是理所当然的［4］。此外，空间能力作為数学认知能力的基本要素，是人们完成几何题、应用题和其他复杂数学问题的重要能力之一［20］。在数学学习中，有大量与空间有关的概念以及与客体表征的操作有关的问题。因此，具有强烈空间认知倾向的个体往往会在数学学习中取得更好的成绩。由于空间能力在数学学习中具有相当重要的作用，因此，提高学生的空间能力是提高其数学成绩的一个重要途径［21］。

本研究还发现，智力部分中介了空间能力对听障儿童数学成绩的影响，空间能力既直接影响听障儿童的数学成绩，也可以通过智力间接影响听障儿童的数学成绩。前人有关空间能力对数学成绩影响机制的研究尚少，但已有研究认为，智力、数学成绩和心理旋转正确率之间存在一定的线性关系，具有相互参照的效能［22］。周珍等［8］ 研究发现，中学生空间图形认知能力的发展与其数学成绩关系密切，且与智力存在显著正相关。徐芬等［3］在调查初中生认知能力对学业成绩的影响时发现，不同认知能力对数学成绩的影响机制存在共同之处，基础认知能力可以通过高级认知能力对学业成绩产生影响，即空间能力对数学学业成绩的影响是通过推理能力间接产生的。本研究结果也表明：听障儿童的空间能力（基础认知能力）可以通过智力（高级认知能力）对数学成绩产生影响，这与徐芬等人的研究结论基本一致。

4 结论与启示

4.1 结论

听障儿童空间能力的发展落后于健听儿童，但其发展趋势与健听儿童基本一致，都是随着年级的增高而不断提高，在3年级时已经具备了空间（心理旋转）能力，在4年级时能力水平最低，之后迅速上升，到6年级时发展到高峰，之后有些回落。

听障儿童的空间能力与智力和数学成绩呈显著正相关，听障儿童的智力与数学成绩呈显著正相关；听障儿童的空间能力可以显著正向预测其数学成绩；智力在空间能力与听障儿童数学成绩之间起部分中介作用。空间能力既直接影响听障儿童的数学成绩，也可以通过智力间接影响听障儿童的数学成绩。

4.2 启示

本研究结果表明：3～9 年级是听障儿童空间能力的发展时期，其中6年级是其空间能力发展的高峰，因此，我们应该抓住这一发展的关键时期，创造适合该年龄段听障儿童心理发展的教育条件，重点安排教育教学任务，促进听障儿童空间能力的发展。听障儿童的数学成绩通常落后于健听儿童2～3.5年［23］ 。听障儿童数学成绩滞后的现状使对听障儿童数学成绩影响机制的研究成为必需。本研究发现：听障儿童的空间能力显著正向预测其数学成绩，空间能力既直接影响听障儿童的数学成绩，也可以通过智力间接影响听障儿童的数学成绩。因而，可以通过培养、训练听障儿童的空间能力来促进其数学成绩的提升。

儿童的感知体验和对物体的熟悉是空间能力发展的重要条件［1］，因此，可以充分利用听障儿童的视知觉优势，加强其对空间物体的形状、大小、远近、深浅等表象的熟悉度，促进听障儿童空间感知的形成，发展空间概念和认知，提高儿童的空间能力。同时，在听障儿童的数学教学中，应加强直观教学，增加教具和物理模型的展示，多提供手动操作材料，让听障儿童通过多角度的观察、比较形成丰富的视觉表象，促进其空间能力的发展。

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（责任编辑 柴 智；责任校对 白丽媛）