青少年执行功能与数学认知的关系研究

Adolescents’ mathematical cognition is critical for academic achievement and career developments in late adulthood. Previous studies found that individual differences in executive function contribute a significant amount of variance in individual differences in mathematical cognition. However, less is known about the underlying psychological mechanism under this correlation. In the current study, we aim to explore the relationships between different modules of executive function (i.e., shifting, updating, and inhibition) and mathematical cognition in adolescence. Specifically, via cross-sectional, longitudinal, and cognitive training designs, our study will explore: 1) the relationships between executive function and three important aspects of mathematical cognition, namely, number sense, basic numerical processing and mathematical learning; 2) how the aforementioned relationships affect academic achievement in mathematics. Our study will not only build a structural model about the relationship between executive function and mathematical cognition in adolescence, but also provide practical suggestions on mathematical education in middle schools.

青少年的数学认知能力对其学业及今后职业发展起到关键作用。以往研究发现，执行功能的个体差异能够解释相当部分的数学认知能力变异。但是，导致两者相关的心理机制尚无定论。本研究拟探讨执行功能的不同模块（转换、刷新及抑制）与青少年的数学认知之间的关系的模式及内在机制。具体而言，将通过横向研究、纵向研究及认知训练研究设计，探讨执行功能与数量感、基本数量加工能力及数学学习行为三方面的因果关系，并探讨这些关系是否会最终影响青少年的数学学业成绩。该项目的实施，将最终建立起执行功能与青少年数学认知的结构模型，同时为青少年的数学教育提供实践建议。

青少年的数学认知能力对其学业及今后职业发展起到关键作用。以往研究发现，执行功能的个体差异与数学认知能力存在正相关。但是对于中国青少年被试，二者关联的具体模式、发生途径、执行功能训练在数学领域的可迁移性等问题尚且缺乏定论。为了回答上述问题，本研究对执行功能（转换、刷新及抑制）与数学认知（算术能力、代数能力及数学学业成绩）、自我调控（例如数学学习毅力）和数学态度（例如数学焦虑）等模块进行了系统测量，并针对高中生开展了横向研究与纵向研究，针对大学生开展了认知训练研究。..研究有如下发现：（1）转换与刷新功能能够预测当前及远期（一年后）的数学认知能力，且这种预测独立于一般智力；（2）转换功能能够特异性地预测数学及其他理科的学业成绩，而这种预测以代数能力为中介；在人文学科上则并未观察到类似效应；（3）转换功能通过影响个体的数学焦虑，从而进一步影响数学成绩，但这种中介效应的效应量很小；（4）执行功能难以通过影响自我调控能力（例如数学学习毅力），来进一步影响数学成绩；（5）刷新功能的训练效应无法迁移到数学认知领域（即在算术或代数测试上取得成绩提升）。..研究对理论及实践具有两方面的启示意义。（1）以往基于儿童的研究认为执行功能对于不同学科领域（例如数学和阅读）的作用是相同的，但本研究基于青少年研究发现转换功能对于数学认知能力具有更强的特异性预测作用。（2）本研究采用同样的刷新功能实验范式（即N-back范式）应用于相关及训练研究，研究发现却不完全一致：即刷新功能对数学认知具有稳定的预测能力，但刷新功能任务绩效的训练提升却难以迁移到数学认知领域。这一结果可能暗示：为了提升青少年的数学成绩，研究者和教育者应当探讨如何对不同执行功能水平的个体进行差异化教学，而非将主要精力放在执行功能的提升上面。