《科學》:科學需要有空間想像力的孩子

2021-01-15 科學網

 

這是一道空間能力測試題。(圖片提供:《教育心理學期刊》)

 

阿爾伯特·愛因斯坦被認為是現代物理學之父以及21世紀最重要的科學家之一,他以能夠在自己的大腦中實施物理實驗而著名。他曾說:「(我的)基本思考元素不是語言文字,而是某種標誌,是或多或少的圖像。」然而,在最新出版的美國《科學》雜誌上,美國範德比特大學的心理學家大衛·魯賓斯基指出,當今那些尋找科學天才的項目也許會讓愛因斯坦過關,但卻會淘汰掉許多擁有傑出空間想像能力的青少年。

 

今年8月底,魯賓斯基在美國國家科學基金會理事會的一個創新討論會上提出了自己的觀點,他說,儘管在科學界,尤其是工程學、機器人學或天文學等領域中,空間能力非常重要,但在學校的課程設計和各種尋找青少年天才的項目中,這種能力卻受到了忽視。他估計,這類尋找青少年天才的項目忽視了一半以上擁有傑出空間想像能力的孩子。「我們正在錯過多少愛因斯坦和福特呀!」他感嘆道。

 

大衛·洛曼是美國愛荷華大學的教育心理學家,他說,空間想像能力是「一種形成、保持、恢復和傳輸結構良好的視覺圖像的能力」。空間想像能力的測試範圍包括視覺化或形象化能力(比如想像當一張紙被摺疊後會發生什麼)、物體的旋轉、機械推理概念等(如圖所示)。然而,許多小學和高中的天才搜尋項目依賴的卻是學術能力測驗(SAT)結果,這種測試主要評估學生們的語言表達和數學能力,而不是空間想像能力。

 

1971年,約翰霍普金斯大學啟動了一項名為「數學早熟青年研究」的項目,如今,魯賓斯基和他在範德比特大學的同事、教育心理學家卡米拉·本博合作,對該項目的數據進行了分析,他們發現,即使在那些年紀小於13歲、數學的SAT分數在700分以上的孩子當中,他們的空間想像能力也有較大的差異。相關研究論文將發表在11月出版的《教育心理學期刊》上,他們說,即使是這些千裡挑一的孩子,他們的空間想像能力也只是平均水平。一般情況下,空間能力與數學和語言能力有關,但許多有天賦的空間能力的學生卻不在數學或語言能力排名的前茅。

 

一項名為「天才」的項目在1960年開始實施,該項目對美國40萬名高中生進行調查。利用該項目的數據,魯賓斯基和本博發現,在空間想像能力位居前1%的學生中,70%的學生的數學或語言能力未能位居前1%,這意味著他們將被目前絕大多數的天才搜尋項目所淘汰。然而,為期11年的「天才」跟蹤項目卻顯示,空間能力與科學成就有關。比如,在擁有科學或工程學博士學位的人中,45%的人的空間能力測試排名在前4%,而在獲得科學學士學位的人中,這個數字只有25%。只有不足1%的博士學位獲得者的空間能力在頂尖水平之下。

 

《科學》的文章指出,即使對這一研究領域中的人來說,這些數據也讓人耳目一新。費城坦普爾大學的心理學家諾拉·紐庫是空間智力和學習中心的首席科學家,她說:「這些數據真的讓我吃驚。」她也認為,擁有傑出空間想像能力的人在學校裡並沒有得到足夠的重視。

 

洛曼是愛荷華大學伯林-布蘭克天才教育和特長發展中心的研究負責人,該中心正致力於發展和確認一種新的空間想像能力測試方法,並計劃將這種方法應用於自己的天才搜尋項目。該中心負責人說,一項在全國範圍內進行的標準化測試會將其結果與數學和語言測試的分數進行對比,這將提供一個全新的視角,幫助我們理解為什麼部分學生比其他學生更具備科學創造力。

 

基本上每個人都同意這樣的觀點:在空間測試中,男生的表現肯定優於女生。西北大學的統計學家拉裡·霍奇斯估計,在空間測試分數位居前5%的學生中,男生和女生的比例應該是2.3∶1。在機械推理測試中,這種比例應該是11∶1。但霍奇斯指出,空間能力具有高度可延展性,「與智商、語言表達能力或數學能力相比,你有更大的可能性提高這種能力」。

 

紐庫指出,如果人們將一位男生在空間測試中的好成績更多地歸功於他的性別,那麼這是值得擔心的問題。她認為,早就應該給予空間想像能力更多的關注——「它已經是一項單獨技能了」。(王丹紅)

 

《科學時報》 (2009-9-15 A3 國際)

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