数学障碍儿童的工作记忆和数字信息获取
摘要：
研究了数学困难儿童(n=23)的工作记忆，计算能力和认知缺陷之间的关系。将数学困难儿童与一组在词汇、年龄和性别匹配的正常的问题解决者(n=49)进行比较。这些儿童需要做一系列有关工作记忆、短期记忆的任务，而这些任务在1年前就已经做过。而且这些儿童需要做那些设计用来提供计算速度信息的任务。结果证实了数学困难儿童在抑制过程中普遍存在缺陷的假设，尤其表现在在中央执行功能和抑制无关信息的能力。他们的分数较低，并且在一系列需要抑制无关信息的工作记忆任务中产生了更多的错误。
关键词:工作记忆;计算和单词问题:抑制过程；数学能力
引言
具有数学学习困难的儿童即使在充足的指导下还是会在阅读、拼写、计算方面有困难，而且大约有6%-7%的学龄儿童都有认知或神经心理缺陷，这种缺陷影响了他们在计算、单词问题、问题解决过程的能力。（Badian,1983;Gross-Tsur,Manor,amp;Shalev,1996;kosc,1974)。在数字和计算领域的先前理论模型至少已经发现数学困难能力的三方面原因：从长期记忆中检索基本的算术事实有困难，使用不完善的计算程序(Barrouillet, Fayol，amp;
Lathuliere,1997;Geary,Brown，amp; Samaranayake,1991;Jordan amp; Montani, 1997)，和数字信息的视觉空间表示(Geary, 1993)。
最近的研究主要集中在工作记忆在数学认知中的作用上。一些研究者发现工作记忆在计算和解决算术文字问题起着至关重要的作用(Bull amp; Sherif, 2001;Fuerst amp;结,2000;Geary, Hamson，amp;，2000;Geary,1978;Hoard，1994;Passolunghi amp; Cornoldi, 2000)。此外,工作记忆可能与数学困难儿童的中央执行功能缺损有关(Geary, 1993 ;Hitch amp; McAuley, 1991;Passolunghi, Cornoldi， amp; DeLiberto,1999;Passolunghi amp; Siegel,2001;Siegel amp; Ryan, 1989;Swanson,1993)。
由Baddeley和Hitch (1974)设计的工作记忆模型不同于中央执行系统，它不是形式规范，而是参与其中的认知活动从两种不同的模式即“语音回路”(专门用于存储和复述言语信息)和视觉空间画板(专门用于存放视觉和空间信息)(Baddeley,1986,1996)的控制。语音回路和中央执行元件似乎对计数和算术任务特别重要。语音回路循环直接有助于计数过程, 中央执行功能出现在参与协调多项活动中，这些活动涉及计数和解决算术应用题(McLean amp;Hitch,1999;Passolunghi等，1999;Swanson amp; Sachse-Lee, 2001)。
当前研究的一个目标是确定工作记忆缺陷是否为数学学习障碍儿童所独有。一些研究发现，在数学方面有困难的孩子可能会在工作记忆任务中有选择性缺陷，而在这些工作记忆任务中对算术信息的记忆是至关重要的。确实，Siegel和Ryan (1989)发现在涉及句子处理的工作记忆任务中，数学学习障碍儿童的表现与正常儿童相似，但在涉及数字信息处理的工作记忆任务中表现不佳。
在一项相关的研究中，Hitch和McAuley(1991)发现，数学学习困难的儿童在涉及数字信息处理的工作记忆任务中受损，而在其他复杂的语言跨度任务中却没有这种现象。然而，其他研究人员发现，有数学障碍的儿童普遍存在工作记忆缺陷。例如，Passolunghi和Siegel(2001)的研究表明，数学障碍儿童在数字和语言工作记忆任务中表现都很差。
当前研究的第二个目标是确定有数学学习障碍的儿童的记忆缺陷是否会扩展到短期记忆任务。一些研究人员发现, 数学困难儿童的数字广度表现明显减少 (Geary et al.,1991,2000;Geary，amp; Hamson,1999;Hitch amp; McAuley, 1991;Passolunghi amp; Siegel,2001)。然而，其他研究者并没有发现数字和词的广度明显不同，尤其是在阅读能力受到控制的情况下(Bull amp; Johnston, 1997;McLean amp; Hitch, 1999)。
假设短期记忆任务和工作记忆任务之间的区别是可能的。短期记忆过程依赖于一个被动的存储系统，不以任何方式操纵信息的回忆(参见Cantor, Engle， amp; Hamilton,1991;Cornoldi amp; Vecchi, 2000;Vecchi amp; Cornoldi,1999)。工作记忆任务需要更多的活动过程，也就是在处理或转换过程中暂时保存信息的过程。因子分析表明，短期记忆(如数字/单词简单跨度任务)和工作记忆(如Daneman amp; Carpenter,1980年的听力跨度任务等复杂跨度任务)的测量结果受两个不同因素的影响(Engle, Cantor， amp; Carullo, 1992年;Swanson,1994)。然而，被动和主动记忆任务可以看作是一个连续体(Cornoldi amp; Vecchi, 2000)。例如，像数字跨度前向和单词跨度前向这样的任务更接近于被动极点，而后向跨度任务更接近于主动极点，可以认为是工作记忆任务，因为它们涉及到处理信息的操作和转换。这些假设的一个推论是，有学习障碍的儿童或成人可能有独立于短期记忆问题的工作记忆问题。
本研究的第三个目标是研究可能导致数学能力差的儿童工作记忆受损的认知机制。特别令人感兴趣的是抑制作用，它在阅读理解和数学问题解决中发挥了作用。具体来说，有阅读障碍或数学学习障碍的儿童在需要抑制无关信息的工作记忆任务中表现较差(Chiappe, Hasher， amp; Siegel, 2000;De Beni, Palladino, Pazzaglia， amp; Cornoldi, 1998;Passolunghi等，1999;Passolunghi amp; Siegel, 2001)。同样，Barrouillet等人(1997)发现，有学习障碍的七年级儿童难以抑制简单乘法问题的不相关关联的检索(类似的发现，见Conway amp; Engle, 1994;Geary等人，2000)。总之，这些结果表明，有学习障碍的儿童可能存在工作记忆缺陷。这种缺陷可能与抑制机制的缺陷有关，抑制机制允许从系统中消除不相关的信息。潜在的假设是，抑制过程的缺陷与中央执行的缺陷相关(Miyake amp; Shah, 1999)。另一方面，有学习障碍的儿童可能不会在他们记忆的东西的数量上受到损害。实际上，Engle(2002)假设工作记忆容量的个体差异与记忆中可以存储的条目数量无关，而是与控制注意力和保持信息处于活跃、快速检索状态的能力有关。此外，恩格尔认为注意力控制与抑制性缺陷有关;也就是说，那些难以将注意力集中在任务相关信息上的人很可能会犯入侵性错误。
本研究的第四个目标是研究语音循环在解决算术单词问题中的作用。因为单词的解决问题需要解码和理解，语音处理的低阶失败可能在高阶过程中介导困难，如解决单词问题(Bowey,Cain，amp; Ryan, 1992;Crain, Shankweiler, Macaruss， amp; Bar-Shalom, 1990;Stanovich amp; Siegel,1994)。Bull和Johnston(1997)发现在音节语速测量中，数学能力高低的儿童组间的显著差异，Swanson和Sachse-Lee (2001)发现解决数学问题的缺陷是由巴德利(1986,1996)模型的语音和执行成分调节的。然而,McLean和Hitch(1999)的结果表明，数学能力差的儿童在语音工作记忆任务中得分正常，但在涉及执行加工的工作记忆任务中表现不佳。因此，需要更多的实验证据来解开这个问题。
目前研究的主要目的是验证可能导致数学障碍儿童工作记忆受损的认知机制。我们比较了两组孩子:一组在数学上有困难但有正常阅读能力的五年级学生和一组在数学和阅读上有正常表现的孩子。这两组人在语言智力测试中进行了年级、年龄、性别和分数的匹配。这些儿童进行了各种各样的工作记忆和短期记忆任务，这些任务也在一年前(四年级时)进行。在之前的研究中，我们发现有数学学习障碍的儿童普遍存在工作记忆缺陷(Passolunghi amp; Siegel, 2001)。然而，重要的是要知道这种缺陷是否会持续一段时间。我们假设，在需要处理数字和语言信息的工作记忆任务中，我们会发现持续性的一般损伤。我们预测，工作记忆缺陷将反映中央执行抑制机制的缺陷，并将显示在儿童在工作记忆中不相关的项目的脱离困难。我们预测，有数学障碍的儿童在短期记忆任务(例如，带有数字或单词的前向简单跨度任务)和涉及语音循环角色的任务中表现出正常的表现模式。
方法
参与者
研究对象为49名五年级学生，分为22名数学有困难的学生和27名数学成绩正常的学生。参与者没有脑损伤、社会文化劣势或行为问题的记录。根据四年级学生在标准化数学测试(Amoretti, Bazzini, Pesci， amp; Reggiani, 1994)和词汇测试(PMA battery, Thurstone amp; Thurstone, 1941/1968)中的表现，这些孩子被分为残疾组和正常组。这些测试是在意大利北部城市里雅斯特的280名参与者在四年级的头3个月进行的。
如果孩子们在标准化数学测试中的分数低于第30百分位，并且老师注意到孩子们有困难，尤其是解决文字问题的困难，那么他们就被归入数学有困难的那一组。第30百分位的分数线是基于先前研究的程序(Geary et al.， 1999;McLean amp; Hitch, 1999;Siegel amp; Ryan, 1989;Swanson, 1993;Swanson amp; Sachse-Lee, 2001)。结果是，这个样本中的大多数孩子的得分都低于第25百分位数(如Siegel amp; Ryan, 1989)。
如果儿童在四年级标准化数学测试中得分在第50至80百分位数之间，并且他们的老师认为他们的表现在年级水平或更高，那么他们就被纳入正常组(表1)。
两组在年龄(9岁4个月)、性别和标准化词汇子测试分数上进行匹配。换算成语言智商(表1)，差异不显著(p=.32)。另一个标准是所有的孩子必须在阅读理解测试中取得正常成绩。两组学生在意大利阅读理解标准化测试(Cornoldi amp; Colpo, 1981)中阅读能力的评分差异无统计学意义(pgt;.15)(表1)。
的阿拉伯数字)。一个典型的问题是:“这个 星期六罗伯特与他的母亲去超市。他的母亲买了4公斤火腿，花了6, 960里拉。一公斤火腿的成本是多少?“
过程
一年后，当孩子们上五年级(10岁4个月)时，我们评估了参与者的数学能力。所有的孩子都接受了同样的数学课程。在数学方面有困难的孩子没有一个得到任何特殊的干预。标准化数学测试(Amoretti et al.， 1994)要再次测试，并采访儿童的教师。此外，儿童的计算能力测试使用算术子测试的广泛的成就测试(WRAT3) (Jastak amp; Wilkinson, 1993)。
表1
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数学困难儿童 |
正常儿童 |
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平均数 标准差 |
平均数 标准差 |
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四年级的分数 言语智商 标准化阅读测试 标准化的数学测试 五年级的分数 标准化的数学测试标准计算测试 性别 |
119.36 4.18 -2.0 .20 -9.5 .20 -.73 .55 -.60 .88 14男 13女 |
120.67 4.74 .18 .98 .84 .56* .59 .88* .48 .81* 11男12女 |
此外，两组儿童分别接受了测试。12月，他们被要求执行前一年执行的各种记忆任务。每一项任务都是在单独的一天进行的，其顺序如下:听力广度任务、听力完成任务、单词和数字广度任务(前向和后向)和计数广度。在2月和3月期间，研究对象完成了新的任务，包括语音发音和数字信息处理。测试按以下顺序进行:第一阶段、发音任务(语速任务、计数速度任务、项目计数任务);第二阶段，数学处理任务(数比较任务[奇数/偶数，大数/小数]，简单问题中正确的算术运算)。在这两个阶段的测试时间大约为15到20分钟。
每个单词后间隔2秒。当给出动物的名字时，孩子必须敲击桌子。在每个系列的最后，要求孩子以相同的呈现顺序回忆系列中每个字符串中的
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