發布時間：2020-12-29所屬分類：教育職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要 目前已有許多研究證據表明, 工作記憶訓練能提高成人、兒童的流體智力成績, 然而這種訓練是否能夠提高幼兒的流體智力表現, 更為重要的是, 如果訓練確有成效, 那么這種訓練效果能否長期保持?為此, 本研究選擇了幼兒園 4~5 歲幼兒進行工作記憶訓練任務,
摘 要 目前已有許多研究證據表明, 工作記憶訓練能提高成人、兒童的流體智力成績, 然而這種訓練是否能夠提高幼兒的流體智力表現, 更為重要的是, 如果訓練確有成效, 那么這種訓練效果能否長期保持?為此, 本研究選擇了幼兒園 4~5 歲幼兒進行工作記憶訓練任務, 考察工作記憶訓練對流體智力的提升及保持效應。實驗中設立 3 個組：實驗組、控制 1 組和控制 2 組。實驗組采用單個空間 n-back 的工作記憶游戲程序進行訓練, 控制 1 組采用“水果忍者”的游戲程序進行訓練, 兩組進行游戲訓練的時間均為 14 天, 每天 15 min; 控制 2 組不進行任何訓練。結果發現, 訓練后實驗組幼兒被試的流體智力成績明顯優于兩個控制組, 在 6 個月后再進行測試, 這種優勢仍然保持。本研究結果表明, n-back 工作記憶訓練可以提高幼兒的流體智力成績, 并且這種訓練效果具有持續的穩定性。
關鍵詞 工作記憶訓練; 刷新功能; 流體智力; 幼兒
1 引言
流體智力是由 Cattell (1963)提出的兩類智力之一, 它獨立于所學知識而存在(Carpenter, Just, & Shell, 1990), 是使用邏輯推斷來分析新問題、識別模式和關系的能力。研究表明, 流體智力可有效預測學業水平和后天成就(Deary, Strand, Smith, & Fernandes, 2007; Neisser et al., 1996; Rohde & Thompson, 2007)。過去一直認為流體智力由生物遺傳決定, 不能被后天的經驗改變(Chen & Li, 2007; Gray & Thompson, 2004; McNab et al., 2009), 然而近年來, 越來越多的研究證據表明, 認知訓練尤其是工作記憶的訓練可以促使流體智力的改善 (Jaeggi, Buschkuehl, Jonides, & Perrig, 2008; Jaeggi, Buschkuehl, Jonides, & Shah, 2011; Jaušovec & Jaušovec, 2012)。
工作記憶是一個容量有限的記憶系統, 它幫助個體暫時保持和操作信息, 是知覺、長時記憶和動作之間的接口, 作為思維過程的支撐(Baddeley, 2003)。研究者發現, 工作記憶能力與高水平的認知能力存在高相關, 例如 Kyllonen 和 Christal (1990) 對 4 項研究(被試量分別為 723、412、415 和 594) 進行驗證性因子分析發現, 工作記憶容量與推理能力之間相關的估計與以往的研究保持一致(r = 0.8~0.9)。此外, 工作記憶能力與閱讀、寫作、數學和科學的學業成就息息相關 (Abu-Rabia, 2003; Daneman & Tardif, 1987; De Smedt, Ghesquière, & Verschaffel, 2004; De Smedt et al., 2009; Gathercole & Pickering, 2000; Gathercole, Pickering, Knight, & Stegmann, 2004)。
Baddeley 和 Hitch (1974) 提出了工作記憶的模 型, 認為工作記憶的核心是中央執行功能。 Miyake 等人(2000)采用潛變量分析的方法研究了中央執行功能的 3 個成分, 研究結果發現中央執行功能的轉換功能、抑制功能和刷新功能可以獨立作用又存在中等程度相關。近年來, 研究發現中央執行功能與智力存在高相關(Brydges, Reid, Fox, & Anderson, 2012; Kane & Engle, 2002; Moreno et al., 2011)。
目前有研究發現工作記憶的刷新功能與流體智力存在高相關(Colom, Abad, Quiroga, Shih, & Flores-Mendoza, 2008), 當前訓練工作記憶刷新功能的任務主要有活動記憶任務和 n-back 任務。趙鑫、王一雪、劉丹瑋和周仁來(2011)對 9~11 歲小學生使用兩種材料的活動記憶任務進行每周 3~4天的工作記憶刷新任務訓練, 每天訓練 15~20 min, 總共訓練 15 天。研究結果顯示, 經過活動記憶任務訓練, 兒童的流體智力水平顯著提高。訓練刷新功能的另一種常用任務為 n-back 范式(Chen, Mitra, & Schlaghecken, 2008; Jaeggi, Buschkuehl, Perrig, & Meier, 2010; Jaeggi et al., 2007; Klingberg, Forssberg, & Westerberg, 2002; Lilienthal, Tamez, Shelton, Myerson, & Hale, 2013; Seidler et al., 2010)。在 n-back 范式的訓練中, 研究者向被試呈現一系列刺激, 被試的任務就是判斷當前刺激是否與之前第 n 個刺激相同, n 的數值越大, 對工作記憶的要求就越高, 因此 n 的變化會導致正確率和反應時的變化(Jonides et al., 1997)。Jaeggi 等人(2008; 2011)分別以成人和 8~10 歲的小學生作為被試進行工作記憶 n-back 范式的訓練。在 2008 年的研究中, Jaeggi 等人(2008)對成人被試使用視覺和聽覺雙 n-back 范式進行訓練, 四組被試訓練時間分別為 8 天、12 天、17 天和 19 天, 每天 1 次, 每次 25 min, 訓練結束 1 至 2 天內進行工作記憶測試, 結果顯示實驗組成績顯著高于控制組。流體智力測驗結果顯示, 訓練時間越長, 被試的流體智力提高幅度顯著越大。該研究結果表明, n-back 范式訓練不僅可以提高人的工作記憶水平, 而且還可以同時提高流體智力的水平。進一步, Jaeggi 等人(2011)對 8~10 歲的小學生使用單個視覺空間 n-back 范式訓練, 訓練時間為 4~6 周, 每天訓練 15 min。訓練結束后, 實驗組的小學生工作記憶成績顯著優于控制組, 作為流體智力指標的瑞文測驗成績也顯著優于控制組。停止訓練 3 個月后, 實驗組被試流體智力測驗成績依然顯著高于控制組。
許多研究為理解工作記憶與流體智力的關系提供了重要的參考, 研究也報告了不同水平上工作記憶和流體智力有高相關 (Colom et al., 2008; Conway, Cowan, Bunting, Therriault, & Minkoff, 2002; Conway, Kane, & Engle, 2003; Engel de Abreu, Conway, & Gathercole, 2010; Kane, Hambrick, & Conway, 2005; Süß, Oberauer, Wittmann, Wilhelm, & Schulze, 2002)。不少研究以神經環路為基礎提供了證據來說明工作記憶和流體智力依賴相似的神經網絡, 并且絕大部分位于外側前額葉和頂葉 (Gray, Braver, & Raichle, 2002; Gray, Chabris, & Braver, 2003; Gray & Thompson, 2004; Kane & Engle, 2002), 這些研究都可以比較有說服力地解釋為什么工作記憶訓練可以提高流體智力水平。
當然, 也有研究提出這樣的訓練效果可能是短暫的, 例如, Hempel 等人(2004)采用 n-back 任務對被試進行工作記憶訓練, 訓練前、訓練進行到兩周以及訓練結束后四周都進行了 fMRI 掃描。腦成像結果顯示, 訓練進行到兩周時, 被試大腦背外側前額皮質有明顯的激活, 但激活在訓練結束后四周逐漸降低。
整體來看, 運用 n-back 范式訓練個體的工作記憶進而提升流體智力的研究結果多數是正面的。尤其是 Jaeggi 等人對成人與小學生進行的訓練研究結果引發了研究者們的積極關注和探索(趙鑫, 周仁來, 2010)。
然而, 目前工作記憶訓練研究還存在兩個主要問題：
第一個存在問題是：至今為止, 很少看到對嬰幼兒工作記憶及其對流體智力提高的影響的研究, 而嬰幼兒時期是個體心理發展的重要時期(Piaget, 1981), 也是多項心理機能發展的敏感期(Siegler, 2006)。目前工作記憶的訓練研究, 主要還是針對成人或中小學生進行, 有研究者(Shipstead, Redick, & Engle, 2012)總結了 11 個有關訓練兒童產生遷移效果的研究, 其中只有兩個研究對 4~6 歲的幼兒進行工作記憶訓練 , 第一個是 Thorell, Lindqvist, Bergman Nutley, Bohlin 和 Klingberg (2009)對 4~5 歲幼兒進行 Cogmed 系統的工作記憶訓練和抑制訓練, 要求被試使用鼠標按刺激出現的順序(或逆序) 進行點擊作答, 其難度的指標包括刺激數量和刺激種類數量, 難度的改變適應于被試表現, 該系統的工作記憶訓練規則屬于工作記憶廣度任務(劉春雷, 周仁來, 2012)。他們關注訓練后幼兒的工作記憶、抑制、注意力、問題解決能力和反應速度五個方面, 結果發現工作記憶訓練提升了幼兒的工作記憶和注意力。顯然, 這項對幼兒進行的工作記憶的訓練研究并沒有與流體智力的提升聯系起來。第二個是 Bergman Nutely 等人(2011)對 101 名 4~6 歲幼兒進行同樣是 Cogmed 系統的工作記憶訓練, 訓練持續 25 天, 每天訓練 15 min。研究者不僅關注訓練在工作記憶的近遷移效果, 還分析了訓練是否在流體智力上產生了遠遷移, 研究結果顯示工作記憶訓練的近遷移效果顯著, 但對流體智力沒有遷移效果。據分析, 其工作記憶訓練研究之所以沒有在流體智力上產生顯著遷移效果, 可能是研究者沒有采用針對工作記憶刷新功能的訓練任務。
第二個存在問題是：目前所進行的工作記憶訓練提高流體智力的研究, 大多數是考察訓練后的即時效應, 盡管也有人考察了訓練后一段時間的延續效果, 但是, 最多也只是考察 3 個月后的延續效應。這個時間間隔對于驗證訓練的長期效應還是不夠的。
3~6 歲幼兒階段是智力的啟蒙時期(Piaget, 1981), 個體大腦皮層的厚度在 6 歲達到頂峰(Shaw et al., 2006), 該時期個體的腦具有可塑性和敏感性 (Lenroot et al., 2009; Pascual-Leone, Amedi, Fregni, & Merabet, 2005)。因此, 探討 n-back 范式對幼兒進行工作記憶訓練, 考察是否能夠提高其流體智力, 并且這種提高效果是否有比較長期的穩定性與持續性, 顯然是有重要意義的。
據此, 本研究擬探究工作記憶訓練是否能提高幼兒的工作記憶水平及其流體智力水平, 同時通過 6 個月的跟蹤, 探討這種訓練效果是否有比較長期的穩定性。
2 實驗研究
2.1 被試
某民辦市一級幼兒園 3 個自然班, 共 96 名幼兒, 幼兒家長知情并同意。3 個班隨機安排為實驗組、控制 1 組和控制 2 組。實驗組因幼兒缺席和退學剔除 3 名被試, 因不明白規則剔除 4 名被試, 剩余 25 名被試(男生 15 人, 女生 10 人), 控制 1 組因幼兒缺席剔除 2 名被試, 剩余 30 名被試(男生 20 人, 女生 10 人), 控制 2 組因幼兒缺席剔除 1 名被試, 剩余 31 名被試(男生 20 人, 女生 11 人)。剩余被試共 86 名幼兒。實驗開始時被試平均年齡 4.9 (±0.38)歲, 3 個班幼兒平均年齡差異不顯著。
2.2 實驗設計
實驗采用單因素設計, 實驗組進行 n-back 范式程序的訓練, 控制 1 組進行“水果忍者”游戲程序的訓練, 控制 2 組不進行任何訓練。在訓練程序開始前以及訓練程序結束后對 3 個組的所有被試進行流體智力測驗, 訓練結束 6 個月后對實驗組和控制 1 組進行流體智力測驗。本實驗采用雙盲實驗設計, 實驗組和控制 1 組的訓練過程都由學校教師在不知曉訓練目的的前提下對幼兒進行引導和操作; 前測和后測都由同一位實驗員在不知曉被試分組的情況下進行施測; 被試的數據以不記名、不分組的方式由一位實驗員進行統計。
2.3 實驗材料
2.3.1 工作記憶訓練程序
采用自編訓練程序。訓練程序以類似平板電腦游戲方式呈現, 程序共有 3 個難度, 即 1-back、 2-back 和 3-back, 每個難度下有 2 個關卡, 訓練共 6 個關卡, 每組有 15 + n 個試次, 每個試次呈現時間為 500 ms, 反應時間為 2500 ms, 每個試次后被試都需按鍵反應來判斷當前畫面中的刺激物所在位置是否與前第 n 個畫面中的相同, 相同按一個鍵, 不相同按另一個鍵。其中有 10 個試次需判斷為不同, 5 個試次判斷為相同, 所有試次均隨機呈現。每個被試每天需要接受 10 組訓練, 大約 15 min, 共訓練 14 天。為保證幼兒良好的精神狀態, 每天的訓練均在上午 9 點至 10 點間進行。訓練地點為幼兒園的活動室, 幼兒對該活動室熟悉, 且活動室的光線、通風良好, 噪音程度較小, 每天由教師帶領幼兒集體進入活動室并按照學號入座, 每位幼兒的座位在每天的訓練中固定。每天訓練開始前由實驗員擺放桌椅并調試平板電腦, 每臺平板電腦的亮度、分辨率、耳機音量一致。根據被試當天的訓練成績, 被試可以從實驗員處換取貼紙作為獎勵。每個關卡的難度設置詳見表 1。
2.3.2 控制組游戲
控制 1 組的幼兒將在相同的平板電腦上進行 “水果忍者”游戲訓練, 該游戲要求游戲者迅速準確地在屏幕上滑動手指, 手指劃過目標物而獲得分數, 同時避開某些障礙物才得以繼續游戲。控制 1 組進行訓練的地點與實驗組相同, 且使用同一批平板電腦。游戲時間和實驗組相同, 均為上午 9 點至 10 點之間, 根據幼兒園的課程表安排, 14 天中的 7 天是實驗組先訓練, 控制 1 組再進行訓練, 另 7 天為控制 1 組先進行訓練后, 實驗組再進行訓練。控制1 組的被試同樣可以根據訓練成績來領取貼紙作為獎勵。
2.3.3 流體智力測驗
按照 Jaeggi 等人 2011 年研究的做法(Jaeggi et al., 2011), 本實驗中選用瑞文標準推理測驗(SPM) (Raven, Court, & Raven, 1990)和非語言智力測驗第四版(TONI-4) (Brown, Sherbenou, & Johnsen, 2010)來測驗被試的流體智力。SPM 按逐步增加難度的順序分成ABCDE組, 實驗中只使用ABC三組, 共36題, 前測與即時后測題目相同, 但相同難度題目順序不同, 對被試進行單人施測。TONI-4 有 AB 兩個平行版本, 每個平行版本 60 題, 對被試進行單人施測。
2.3.4 態度及動機問卷
訓練過程結束后, 對實驗組和控制 1 組被試的態度和動機進行評估, 態度問卷采用李克特 5 點計分方法, 由實驗組和控制 1 組的教師分別為兩個組被試的表現進行評定, 評定的內容是訓練過程中, 每位被試的注意力集中程度, 1 分為“注意力非常渙散”, 5 分為“注意力非常集中”。動機問卷為自編問卷, 共有 5 題, 由被試進行自評。問卷采用李克特 5 點計分方法, 為了便于幼兒理解, 回答選項采用 5 個表情來表示。被試進行自評前, 教師講解答題規則, 并念出每個問題和答案的中文, 要求被試根據自己的情況和想法選擇答案。
2.3.5 實驗儀器
實驗采用 9.7 英寸屏幕平板電腦, 屏幕分辨率為 1024×768。
2.4 實驗程序與記分方法
2.4.1 工作記憶訓練的程序及記分標準
實驗組每個被試在第一次訓練時都從 1-back 的第一個關卡訓練開始, 在每個關卡中, 若錯誤的試次小于等于 3, 則進入下一個關卡; 若錯誤的試次大于等于 4 則停留在該關卡重新訓練。重新訓練的機會有兩次, 若兩次依然不能通過, 則下降一個關卡。每天每個被試訓練 10 組, 最后被試所停留的關卡會被記錄, 下一次同個被試進行訓練時, 將從他上一次停留的關卡開始訓練。被試每天在工作記憶訓練中所取得的成績由他最終停留的關卡決定, 例如第一天某被試進行到第 2 個關卡, 則他第一天的成績記為 2, 第二天他進行到第 4 個關卡, 則第二天的成績記為 4。
2.4.2 流體智力測驗實施與記分方法
實驗開始前對所有被試使用 SPM 進行流體智力前測, 訓練結束后對所有被試使用 SPM 平行版本進行即時后測, 訓練結束后 6 個月使用 TONI-4 的 A 部分對實驗組和控制 1 組進行延緩后測。SPM 中, 答對 1 題記 1 分, 答錯不記分, 不規定時間, 幾乎所有被試都能在 20 min 內完成。TONI-4 根據其記分規則, 分數組成分為三部分, 連續做對 5 題后到出現 1 題失誤為該被試基礎部分, 連續 5 道題中有 3 道題錯誤則為該被試的上限部分, 基礎部分和上限部分之間取得的分數為中間部分。共 60 題, 正確計 1 分, 錯誤計 0 分, 總分為做對的題目分數之和。兩個測驗均使用原始分。
2.5 數據處理
全部數據在 SPSS 13.0 for Windows 軟件系統中輸入與處理。
3 結果
3.1 工作記憶訓練成績
實驗組共進行 14 天訓練, 每天訓練后實驗組所有被試的平均成績, 即平均達到的關卡見圖 1。為證明實驗組被試按要求完成了訓練并且取得了進步, 我們對實驗組被試前 5 天訓練平均成績與后 5 天訓練平均成績進行了配對樣本 t 檢驗, 結果顯示二者差異顯著, t (24) = 7.62, p < 0.001。
3.2 流體智力測驗結果
三個組訓練前的前測和訓練后即時后測的流體智力測試成績見表 2, 對三組被試前測和后測成績進行 3(分組：實驗組 vs. 控制 1 組 vs. 控制 2 組) × 2(測試類型：前測 vs. 即時后測)的重復測量方差分析, 結果顯示交互作用顯著, F(2, 83) = 16.34, p < 0.001, η2 partial = 0.282。分別從兩個方向對交互作用的效果進行分析：首先, 對訓練前后三個組的成績進行簡單效應分析, 結果顯示：對于前測, 三個組成績差異不顯著, F(2, 83) = 1.70, p = 0.188, η2 partial = 0.039; 而對于即時后測, 三個組差異顯著(F(2, 83) = 13.70, p < 0.001, η2 partial = 0.268), 兩兩比較結果顯示, 實驗組即時后測成績顯著高于控制 1 組(p < 0.001)和控制 2 組(p < 0.001), 控制 1 組與控制 2 組即時后測成績差異不顯著(p = 0.388)。其次, 對每個組訓練前后的成績進行簡單效應分析表明, 實驗組的前測和即時后測成績差異顯著(p < 0.001), 控制 1 組的前測和即時后測成績差異不顯著(p = 0.093), 控制 2 組的前測和即時后測成績差異也不顯著(p = 0.185)。
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