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脑科学与教育 | 幼儿也有“数学脑”！发展幼儿数学能力，从这几方面入手


脑科学与教育 | 幼儿也有“数学脑”！发展幼儿数学能力，从这几方面入手文章插图
幼儿数学教育是一个广受关注、备受争议的话题 ， 很多幼儿家长关心孩子是否需要学数学、何时学数学以及学到何种程度等等 。 传统的教育学、心理学研究围绕这些问题已经展开了许多讨论 ， 但随着脑科学研究技术、方法的发展 ， 对儿童大脑结构和功能发展的认识更深入了一些 。 基于已有的脑科学研究成果 ， 我们认为幼儿可以学会一些数学 ， 也有必要发展一些基础数学能力 。
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幼儿也有“数学脑”当下 ， 通过认知行为研究与近30年的脑成像研究 ， 已经基本确定数学思维主要是由大脑双侧顶叶区域支持的 。 例如 ， 我们在判断“草木皆人”是不是正确的成语时 ， 左脑的语言脑区有大量激活 ， 但在判断“9+6=14”是否正确时 ， 大脑双侧顶叶区域会有更多的激活 。 顶叶区域的功能很多 ， 其中的空间想象加工正是数学思维的核心加工成分之一 。 数学的知识是抽象的 ， 大脑在表达抽象的数学知识时 ， 采用了一种“空间策略”去组织知识 。 例如 ， 我们熟悉的书本上的数轴是以0为原点 ， 1、2、3等依次从左到右排列 ， 在我们的大脑中也存在这样的数轴 ， 即心理数轴 。 数学符号知识是以一定的空间结构形式组织在大脑中的 ， 心理数轴就体现了空间策略 ， 例如 ， 依序排列、从左至右 。 1位数有心理数轴 ， 2位数也有心理数轴 。 本质上 ， “数学脑”也是“空间脑” ， 即数学脑是组装了数学知识的“空间脑” 。
Cantlon等人在2006年的研究表明 ， 使用功能性磁共振成像技术分别观察了成年人和儿童（4岁）在非符号数量加工过程中的顶叶活动 。 在这个研究中 ， 研究者用于成年人和4岁儿童被试的刺激图片和实验程序都相同 。 被试们需要观看屏幕上呈现的点阵序列——标准刺激是16个蓝色的圆点 ， 然而序列中点阵的密度、表面积、空间分布、大小各不相同 ， 但点的数量是恒定不变的 。 起初 ， 呈现的点阵中都包含16个点；实验期间偶尔会出现一个与标准刺激的数量或形状（圆形或三角形）不同的点阵图片 。
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结果表明 ， 成人与儿童的顶叶区域在数量发生变化时的活跃程度大于形状变化时的活跃程度（图1） ， 这说明顶叶与数量加工具有密切的联系 ， 并且 ， 这种加工也体现在4岁儿童的大脑中——从人们幼儿时期开始 ， 顶叶区域就开始有选择性地对非符号（即实物）数量信息进行加工了 。 通过对比儿童与成年人的顶叶活动 ， 研究者发现这两组被试顶叶区域的活动非常相似；尽管成年人激活的区域更加广泛 ， 但是在顶叶和顶叶上小叶区域 ， 成人与儿童表现出了高度的重合 。 这说明 ， 成年人与儿童（不小于4岁）用于非符号数量加工的神经环路非常相似 ， 儿童在接受学校的符号数学训练之前就具备加工非符号数量信息的能力、具有与成人类似的数学脑 。 结合一些认知行为研究和神经心理研究来看 ， “数学脑”可能在生命的起始阶段就存在并随后逐步发展 。 这说明幼儿就已经具有了学习数学的物质基础 。
婴幼儿的数学能力发展从认知行为的角度 ， 婴幼儿的数学脑发展是丰富多彩的 。 人是否从一出生就能表现出数学能力呢？最为早期的数学能力就是非符号数感能力 。 数量范围 ， 以我们成人的视角 ， 可以是感数（Subitizing）的范围 ， 即1~3个物体 ， 是一眼看上去就能知道有多少个的数量范围；图1成人与4岁幼儿在加工非符号（实物）数量时激活的脑区很类似也可以是数数的范围 ， 即4个及以上 ， 是需要数数才知道有多少个 。 据国外研究表明 ， 出生4~6个月的婴儿可以准确地分辨较小的物体数量（2和3） 。 随后 ， 另有研究表明 ， 7个月的婴儿可以把眼睛看到的物体个数和耳朵听到的声音次数相对应 。 例如 ， 在实验中 ， 当鼓声响起2次 ， 婴儿注视2个物体的时间比注视3个物体的时间久 。 此后的一系列研究表明 ， 婴儿不仅可以分辨更大的数字 ， 并且他们对数量的辨别还会受到数字比例的影响 。 这些实验证据表明 ， 人们在能够使用语言计数之前就已经具有数量加工能力了 ， 即非符号数感能力 。 这种能力也可以被称为情境化数学能力（有别于三元数学中的符号化数学和言语化数学） ， 因为通常存在于抽象程度有所变化的情境当中 。 出生5个月的婴儿具有非符号计算能力 。 许多家长可能认为3~4岁的儿童才能学会阿拉伯数字的算术问题（如“1+1=？”）或者是算术应用题（如“一件玩具加另外一件玩具等于几件玩具”） 。 的确 ， 一般情况下2-3岁才开始学习如阿拉伯数字、口头语言等这样的符号性数学 。 然而 ， 儿童认知心理学实验表明：5个月的婴儿就已经知道1+1等于2了 。


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