珠心算破十减法过程_珠心算过程的眼动和认知研究
摘要本实验采用眼动技术和实验神经心理学的方法对珠心算的认知过程进行了实验研究。
研究发现，在竖式运算时，接受过珠心算训练的儿童与没有接受过珠心算训练的儿童相比其眼动轨迹显著不同；神经心理实验的结果表明，训练组儿童在数学运算能力、数字记忆空间、注意力、大脑功能偏侧化等方面均与非训练组儿童有显著差别。
分类号B844.1 1引言 “珠心算”是“珠算式心算”的简称，这是对我国历史上一些人在珠算实践中能够“在脑中打算盘”方法的继承和发展。
1980年浙江省慈溪市鸣鹤小学率先开始进行珠心算训练，经过训练的学生计算能力有明显提高。
从1991年起，中国珠算协会开始在全国推广珠心算训练的方法。
据统计，截止到2000年，我国接受珠心算训练的儿童已近300万人。
珠心算的训练过程分为三阶段，第一个阶段是实际拨珠训练，第二个阶段是模拟拨珠训练，第三个阶段是在脑中打算盘。
通过数月至数年的反复训练，学生可以达到在脑中形成清晰的算珠表象，并可以对这种算珠表象进行操作，从而大大加快了计算的速度[1]。
教学实践和已有的一些观察提示，珠心算训练能够增强学生的计算能力，提高注意力、观察力和记忆力,而且还可以促进儿童右脑的开发[2]。
对于珠心算，人们进行了一些心理学实验研究，这些研究主要是通过“专家―新手”对比的研究方法，探索了珠心算训练对于学生的记忆广度、记忆的迁移以及加工方式的作用，其主要目的是证实“珠算图”的存在[3]；同时也有一些研究结合了左右脑的机能特点，采用同时操作两种任务的实验方法，从干扰效应上检测了珠心算与左右脑的关系[4]。
不过到目前为止，人们对珠心算技能形成过程的心理规律，特别是神经心理机制还没有深入全面的实证性研究，一些研究还是经验式的和观察性质的，比较缺乏严格的实验室数据。
本研究试图通过实验的方法，对受过珠心算训练的学生与未受过训练的学生进行眼动和大脑功能偏侧化等方面的神经心理学研究，主要探讨： （1）珠心算的视觉扫描过程； （2）珠心算训练对学生的注意和记忆机能的作用； （3）珠心算训练对学生大脑偏侧化过程的影响。
通过对以上三个问题的研究来探讨珠心算的认知神经心理机制。
2方法 2．1被试 北京市某小学的3年级学生共22人，平均年龄为10.3岁。
实验组为接受过3年珠心算训练的儿童，共10人，控制组为没有接受过珠心算训练的儿童，共12人。
实验组儿童和控制组儿童在学习成绩、运动技能以及行为表现方面没有明显差异。
所有儿童均为右利手，且视力正常。
2．2实验材料 2.2.1数字计算任务（数字计算内容即为眼动阅读材料） 此项任务有两个目的，一个是对学生的计算能力进行测定，另一个是在计算过程中进行眼动测定，即在进行数字计算的同时探索眼动的注视时间和轨迹。
数字计算的测试题目一共有3组，分为两位数加法运算、四位数加法运算、两位数与三位数乘法运算。
每组10道题目，竖式排列和横式排列呈现各5道题目。
根据学生学习珠心算的一般水平，所有题目答案数字的位数在三位数和五位数之间。
2.2.2短时记忆空间和注意任务 数字记忆广度任务主要通过让被试口头背数来进行实验，包括顺背和倒背两部分。
顺背时，主试口头呈现由3~10个随机排列的数字组成的数字系列，要求被试按顺序复述；倒背时，用同样方式呈现由2~10个数字组成的数字系列，要求被试反向复述。
注意划消任务此项任务通过在限定时间内对特定字母的划消来反映被试的注意品质，包括注意的选择性,注意的广度等。
实验时将拼音字母“b”、“d”、“p”、“q”随机排列成一个字母表，要求被试在限定的一分钟内将所有的拼音字母“b”划去。
考察被试在限定时间内漏划和错划的有多少。
这项测验主要参照临床神经心理学中用于检查忽视症的内容，是一种临床上比较实用的测验注意机能的方法。
搜索任务此项实验通过让被试按指导语对呈现在眼前的数字矩阵和文字矩阵进行搜索，测定其眼球运动轨迹和视觉注视的特征。
搜索任务使用的材料为5×5的数字或汉字矩阵，数字为0～9之间的个位数，汉字为表示颜色的汉字（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、黑、白、粉）。
数字搜索和汉字搜索各五屏，每屏中的目标数字（目标数字为“3”）和目标汉字（目标汉字为“黄”）仅有一个。
2.2.3YWG神经心理测试 YWG神经心理测试是临床上应用的一套用于神经心理测定的研究用软件，编制者为中科院心理所尹文刚研究员，这套测试包括多项神经心理机能的测定，各项分测验可单独使用，进行单项神经心理功能的检查，计算机自动计分，指标包括正误率、反应时间等，其主要目的是进行临床个案研究，目前信度和效度正在修订过程中。
本实验主要应用了其中的如下几个分测验： 图象记忆水平测验（水平一和水平二）图象记忆水平测验针对的是被试对非文字图象的记忆能力。
这是一种再认测试，让被试对刚刚看完的一组图案进行再认。
测验分为两种水平，水平二比水平一的难度大一些。
计分指标是正误率。
汉字记忆水平测验（水平一和水平二）汉字记忆水平测验针对的是被试对汉字的记忆能力。
两者形成一种对照。
前者测的是被试对图象信息的记忆，后者测的是被试对语词信息的记忆。
计分指标是正误率。
大脑偏侧化趋势测验大脑偏侧化趋势测验的原理是速示器半视野技术。
刺激分为语词信息和非语词信息两种。
语词信息用的是一些汉字，非语词信息用的是一些简单的图象。
汉字呈现在右视野，图形呈现在左视野。
根据人们的研究，左视野（右半球）对图形辨识得好，反应快，错误率低；右视野（左半球）则对文字信息辨识得好，反应快，错误率低。
测试是通过计算机按短于眼球转动时间的速示方式向左半视野和右半视野选择性地投射文字的和图形的刺激，从而客观地测定左脑占主导地位的处理文字的半边视野认知能力和右脑占主导地位的处理图形的半边视野认知能力，以错误率和反应时间作为指标，揭示被试左脑特化的程度和右脑特化的程度。
这种特化程度反映了大脑的功能状态。
偏侧化测验操作程序：要求被试注意注视点，注视点呈现（150毫秒）后，刺激出现，左半视野为图象，右半视野为汉字。
刺激呈现的时间为180毫秒。
随后屏幕上出现垂直呈现的图象和汉字。
这时要求被试辨别这个相继呈现的图象和汉字和刚刚看过的是否相同。
如果是一样的，就按“相同键”，不一样时就按“不同键”。
计分指标包括错误率和反应时。
2．3实验程序与仪器 数字计算任务、数字和汉字搜索任务是在眼动仪上进行的，即儿童心算屏幕上呈现的算式，或搜索目标数字或汉字，并大声报告计算或搜索的结果。
眼动仪是SR Research Ltd. 开发的EyeLink。
该设备由两台Pentium微机组成，通过以太网连接。
屏幕分辨率640×480象素，灰底黑字，字体为宋体，字号为48×48象素。
被试与屏幕的距离约为60cm，眼睛正对显示器的中心，颌下使用小托帮助固定头部。
被试头戴一个轻便头盔，上面有一红外定位摄像机，帮助在被试头部发生轻微颤动时进行方向校正。
被试眼睛的注视情况通过两个微型摄像机输入微机，数据采样率为每秒250次，相邻两次采样的间隔为4ms。
为保证记录的准确性，在实验过程中进行多次休息和校准。
所有材料的呈现和眼动记录均由专用软件自动完成。
3结果与分析 3.1数字计算实验 结果表明，接受过珠心算训练的儿童与未接受过珠心算训练的儿童在正确率和注视时间（反映计算速度）上存在明显差异，训练组儿童的正确率和注视时间都显著优于非训练组儿童。
训练组儿童的心算正确率为0.82，而非训练组儿童的心算正确率仅为0.10，训练组儿童的正确率显著高于非训练组儿童的正确率，t（20）=11.21，p0.05，这个结果提示，珠心算训练并没有将视觉扫描的优势泛化到汉字任务上面。
3.3YWG神经心理实验 在两个图象记忆水平和两个汉字记忆水平的测验中，训练组儿童与非训练组儿童在反应时间和反应的错误率上均没有显著差异，这提示珠心算训练对于学生的汉字记忆和图形记忆还没有造成明显的正迁移作用，这个结果还提示珠心算训练产生的泛化作用有一定的局限，因为训练用的材料都是数字，对于数字有一定的迁移作用，而对于非数字化的信息，也许是因为训练的程度不够，或是其他的原因，从这个实验的结果上看，还没有形成明显的泛化了的正迁移作用。
这个结果进一步深化了用数字记忆广度作为指标进行的短时记忆容量的研究（参表2的研究结果）。
大脑偏侧化趋势测验中,训练组在反应时间和错误率方面均与非训练组有显著差异：训练组的平均反应时间（422毫秒）短于非训练组的反应时间（758毫秒），t（19）=—2.20，p 4.3珠心算训练对大脑功能偏侧化的影响 儿童大脑功能的发展是目前人们比较关心的问题，特别是大脑功能偏侧化的发展及其与儿童学业的关系更是受到人们的重视[8]。
大脑功能偏侧化主要是指大脑两半球能有效加工的信息种类是不同的，这种偏侧化的过程是随着儿童的成长而不断成熟的。
在本实验中，发现训练组儿童与非训练组儿童之间有明显的差别，表4中的结果显示了这种明显的差异，不仅是错误率方面，而且在反应时间上同样存在。
这种差异提示训练对学生大脑功能偏侧化进程的影响，即训练促进了学生大脑功能的偏侧化的进程，训练组儿童比非训练组儿童表现出了更为明显的左半球语言加工优势和右半球图形加工优势。
Hatta等人采用让被试同时操作两种任务的实验手段检查珠心算能手与普通人的脑半球工作情况，结果发现能手的右脑比左脑更有利于心算[4]。
这在一定程度上与我们的实验结果是吻合的，即珠心算提高了右脑处理图象的作业能力。
但是，本实验发现的珠心算对大脑功能偏侧化的影响只是局限在以半边视野速示为基本条件的实验环境中，对于汉字和图形的记忆机能尚没有发生明显的正迁移作用。
一个可能的解释是珠心算虽然促进了左脑和右脑的偏侧化进程，但是左右脑的这种分化程度还不足以让学生在对汉字或图形的记忆活动中表现得更加出色，或许，迁移还需要一定的时间历程，就象有人发现的音乐训练可以提高人的语词方面的记忆能力一样，其效果也是需要一定的时间才能反映出来的[9]。
另外，本实验也不能非常明确的回答珠心算对儿童的右脑发展是否有特殊的帮助，这些还有待于更多的实验研究工作，如对训练组儿童与非训练组儿童进行脑功能成像的研究等等，来进一步探索珠心算训练能否产生迁移作用及其机理。
我们这个研究还仅仅是一个初步的从视觉扫描和神经心理实验的角度来探讨珠心算与脑功能的关系的尝试。
5小结 通过本实验研究的结果可以得到以下结论： （1）珠心算训练组儿童与非训练组儿童在进行心算时眼动模式是不同的，训练组儿童的眼动模式为“横扫描”，而非训练组儿童的眼动模式为“竖扫描”。
（2）训练组儿童在数字搜索任务上显著优于非训练组儿童，但是在汉字搜索任务上则没有差异，这说明数字搜索在汉字搜索任务上没有迁移。
训练组儿童在数字记忆广度和注意测验上的优势，说明珠心算训练可能有助于数字记忆能力和注意力的提高。
（3）通过珠心算训练，训练组儿童比非训练组儿童表现出更强的大脑功能偏侧化趋势。
参考文献 1 黄伟. 多媒体课件在珠心算教学与练习中的作用. 江苏省常熟市报本中心小学“开展珠心算实验, 开发学生学习潜能”研究项目论文, 1999, 12 2 黄伟. 珠心算多媒体课件探索与开发. 江苏省常熟市报本中心小学“开展珠心算实验, 开发学生学习潜能”研究项目论文, 1999, 6 3 高民, 沈泓. 珠心算的心理机制实验研究述评. 心理科学, 1999, 22（5）: 419~422 4 Hatta T, Miyazaki M. Visual imagery processing in Japanese abacus experts. Imagination, Cognition & Personality, 1989, 9(2): 91~102 5 顾培华. 开展珠心算实验提高学生的数学能力和其他能力. 中珠协98算理算法研讨会会议论文, 1998, 10 6 Kawakam L. Digit and shape memory function in soroban learners: Are soroban learners superior in general Perceptual and Motor Skill, 1995, 81: 75~80 7 Katayama O. The venerable beads. Look Japan. 1993, 39(449): 20~21 8 陈英和. 认知发展心理学. 杭州: 浙江人民出版社, 1996. 363~367 9 Agnes S. Chan, Yim—Chi Ho, Mei—Chun Cheung. Music training improves verbal memory. Nature, 1998, 396(11/12): 283。