數學能力的改善:工作記憶訓練的證據

2021-03-05 視友腦電波

 

      工作記憶訓練指對存儲系統、視空模板或中央執行系統的訓練，通過提升個體工作記憶容量或資源使用效率，從而產生遷移效應，以實現記憶與其他認知能力的提升。

    

       工作記憶在數學能力的發展中發揮重要作用，研究顯示不論是成人還是兒童，正常發展還是發展障礙兒童，工作記憶所有子成分的加工過程都與數學表現的優劣存在密切聯繫。

 

單一成分訓練任務


語音迴路

分類工作記憶廣度任務：適用於9-86歲的群體，包括三個系列，每個系列持續時間為60分鐘。該任務包含有一系列以語音形式呈現的詞語，要求記住這些詞語，待詞語呈現完畢後將任務要求回憶的詞語寫出來。

視空模板

找不同：適用的年齡範圍為4-22歲，任務會呈現三個圖形，其中一個形狀與另外兩個不同，需要辨認出不同的圖形並記住它所在的位置。任務難度通過增減刺激的呈現數量以及所需記憶的圖形數量進行調整。這項任務的主要指標是廣度，即最多能夠正確回憶多少個不同刺激所在位置。

Cogmed JM：每天訓練15-20分鐘，每周訓練5天，持續訓練5周，適用人群為4-6歲的學前兒童。共包含7個視空間工作記憶任務，具體為水塘、動物、碰碰車、過山車任務、摩天 輪、旅館、旋轉任務。以動物任務為例，在轉盤上8種動物，這些動物以隨機的順序變亮，要求受訓兒童按呈現順序依次點擊。

刷新

N-back任務：指標主要包括所能達到的水平n，正確率與反應時。在不同研究中，訓練強度有所不同，一般每次的訓練時間範圍大概在10-45分鐘，訓練次數為8-20次。在訓練中，呈現6個位置，一隻青蛙隨機在這6個位置出現，要求判斷每一次青蛙出現的位置與此前第 n次出現時所在的位置是否一樣。

活動記憶任務：適用於6-75歲的群體，任務以視覺或聽覺方式呈現一系列未知長度的項目串後, 要求按順序回憶一個指定長度的項目串。比如在屏幕中呈現字母串 Q、A、I、N、D、T，之後要求回憶最後三個字母。

 


多成分訓練任務

Cogmed RM工作記憶訓練

       每天訓練 30-45分鐘，適用7-18歲的兒童和青少年。包括13個言語工作記憶和視空間工作記憶任務。這些任務分別為資料室、編碼者、分類者、3D立方體、行星遊戲、太空漫步等。指示燈以隨機順序亮起，呈現完之後要求按順序依次點擊這些變亮的燈。 

叢林記憶

       叢林記憶為在線幹預任務，訓練語音迴路和視空模板，適用於7-16歲的兒童，包括三個遊戲，遊戲一針對視空模板，字母在矩陣中呈現，要求記住目標刺激的位置；遊戲二針對視空模板，呈現兩個字母，其中一個字母旋轉，需要記住旋轉字母配對所旋轉的角度，當一系列的字母呈現結束後，需要按順序將這些字母的旋轉角度回憶出來；遊戲三針對語音迴路，要求解決難度逐漸增大的數學運算問題。

 

      與數學能力有關的工作記憶訓練中常用多任務開展幹預，其中Cogmed RM工作記憶任務被廣泛應用，而其他工作記憶任務更多以結合形式進行訓練。

 

數學能力是一個多維概念, 涉及數感、運算能力和數學推理能力等多個層面。數感是心理表徵和操作數字與數量的能力，主要包括數數、數量區分、數軸估計等能力。運算包括執行計算所需的事實和過程。數學推理指對數量關係進行分析以解決問題的能力。

對數感的提升作用

      工作記憶訓練可有效改善數感能力。例如：語音迴路任務對於言語理解和獲得有重要影響，當進行工作記憶訓練時，不論是正常兒童還是數感能力較低的兒童，他們的數數、數量比較、數軸任務等成績都得到了提高。

對運算能力的提升作用

       工作記憶參與運算執行的過程中，包括：工作記憶在運算的表徵中發揮作用 ；影響運算題目信息、中間結果；影響策略的選擇與切換；抑制無關運算的進行與無關信息的幹擾等。例如，對存在輕微智障的兒童進行視空模板任務的訓練，結果發現他們在10周之後運算能力提高了(van der Molen et al., 2010)。

       但是, 也有很多研究並未驗證這個訓練的積極效應。對工作記憶和數學困難的兒童用Cogmed RM工作記憶訓練與刷新任務進行訓練，結果發現這兩種訓練均無法提升障礙兒童的運算能力(Roberts et al., 2016)。有研究甚至對工作記憶的三個系統都進行訓練，但仍然未獲有效提升(Kuhn & Holling, 2014)。因此，關於工作記憶訓練對運算能力的提升未來還需要更多研究對此進行探討。

 

對數學推理的提升作用

       工作記憶的不同成分在不同類型的推理任務中發揮作用各異。比如視空模板可預測圖形推理能力的改善(Stevenson, Heiser, & Resing, 2013)。通過訓練，增大工作記憶容量，或者提高使用策略與知識的效率，便能夠提高推理能力。另外，元分析表明刷新能力與數學表現之間存在著較強的聯繫，刷新訓練能夠改善一般推理能力(Au et al., 2015)。更多的研究發現其他訓練對數學推理能力沒有提升作用，無論是正常還是異常個體都是如此。
 

       綜上所述，工作記憶訓練對數感具有改善作用，而在運算和數學推理能力中工作記憶訓練則無積極作用。鑑於導致數學障礙的原因之一是數感能力的缺陷，因此可通過工作記憶訓練改善數感能力，從而對數學障礙有所緩解。

 

參考文獻：

van der Molen, M. J., van Luit, J. E., van der Molen, M. W., Klugkist, I., & Jongmans, M. J. (2010). Effectiveness of a computerised working memory training in adolescents with mild to borderline intellectual disabilities. Journal of Intellectual Disability Research, 54(5), 433–447.

Roberts, G., Quach, J., Spencer-Smith, M., Anderson, P. J., Gathercole, S., Gold, L., ... Wake, M. (2016). Academic outcomes 2 years after working memory training for children with low working memory: A randomized clinical trial. JAMA Pediatrics, 170(5), e154568.

Kroesbergen, E. H., Van't Noordende, J. E., & Kolkman, M. E. (2014). Training working memory in kindergarten children: Effects on working memory and early numeracy. Child Neuropsychology, 20(1), 23–37.

Stevenson, C. E., Heiser, W. J., & Resing, W. C. M. (2013). Working memory as a moderator of training and transfer of analogical reasoning in children. Contemporary Educational Psychology, 38(3), 159–169.

Au, J., Sheehan, E., Tsai, N., Duncan, G. J., Buschkuehl, M., & Jaeggi, S. M. (2015). Improving fluid intelligence with training on working memory: A meta-analysis. Psychonomic Bulletin & Review, 22(2), 366–377.

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