雙任務(wù)條件下青少年數(shù)字工作記憶能力的發(fā)展比較

康廷虎，張 豐，范小燕

（西北師范大學(xué) 心理學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

一、引言

工作記憶（working memory）是一種對信息進行暫時性加工和貯存的能量有限的記憶系統(tǒng)，對語言理解、學(xué)習(xí)、推理、思維等復(fù)雜認知任務(wù)的完成起關(guān)鍵性作用。［1］Baddeley和 Hitch（1974）在分析記憶信息三級加工模型基礎(chǔ)上，提出工作記憶的三系統(tǒng)模型，該模型認為工作記憶由視覺空間模板、語音回路和中央執(zhí)行系統(tǒng)三部分構(gòu)成。［2］

在信息的儲存、加工過程中，不同的系統(tǒng)起著不同的作用。Baddeley的研究認為多位數(shù)運算中的進位給工作記憶增加了負荷，這表明任務(wù)的復(fù)雜性對于工作記憶的加工過程具有很好的預(yù)測性。［3］在此研究基礎(chǔ)上，形成了工作記憶的雙任務(wù)研究范式（dual task paradigms）。它要求被試同時完成兩項任務(wù)，其中一項是認知任務(wù)，簡稱為主任務(wù)，另一項是用于增加工作記憶成分負荷的任務(wù)，稱為次級任務(wù)。雙任務(wù)范式的基本假設(shè)是：如果兩項任務(wù)同時應(yīng)用工作記憶的某一成分或資源，那么次級任務(wù)將延長主任務(wù)的反應(yīng)時間，或增加錯誤率。反之，次級任務(wù)不會干擾主任務(wù)。通過對反應(yīng)時間或者反應(yīng)錯誤率的分析，可以了解工作記憶不同系統(tǒng)的加工特點，同時也可以探討個體之間的差異。有研究者在數(shù)字工作記憶的研究中發(fā)現(xiàn)，干擾任務(wù)對數(shù)字記憶的廣度和回憶的正確率存在著重要的影響，從而認為復(fù)述是工作記憶信息得以保持的主要原因。［4］連四清、張洪山（2007）研究結(jié)果表明，在簡單整式和判斷任務(wù)中工作記憶不同系統(tǒng)的加工對被試的反應(yīng)存在顯著的影響。［5］

由于工作記憶能力可以敏感地反映年齡變化和個體差異，因此有研究者認為工作記憶能力可以作為年齡和個體差異的一項重要指標(biāo)。［7］目前國內(nèi)心理學(xué)關(guān)于工作記憶的研究多以大學(xué)生為被試，涉及兒童的工作記憶研究相對較少，尚未有系統(tǒng)的專題研究。［7］在李歡歡、程灶火等人的研究中，以18～49歲之間的成人為被試，對數(shù)字工作記憶與年齡之間的關(guān)系進行了探討，結(jié)果發(fā)現(xiàn)數(shù)字工作記憶廣度成績隨著年齡的增長而呈現(xiàn)出下降的趨勢。［8］

本研究采用雙任務(wù)研究范式，對不同年級階段青少年數(shù)字工作記憶能力進行測量，旨在了解青少年工作記憶能力的發(fā)展變化趨勢，分析不同年級階段青少年工作記憶能力發(fā)展的特點。

二、研究方法

（一）調(diào)查對象

在本次調(diào)查中，選取了不同性別（男151人，52．1%；女139人，47．9%）、不同年級（小學(xué)141人、48．6%；初中72人，24．8%；高中77人，26．6%）的290名青少年參加了此次調(diào)查。年齡在11—16歲之間，平均年齡為12．56±0．34歲。

（二）測量程序

在研究中應(yīng)用數(shù)字排序測驗（the digit ordering test，DOT）的雙任務(wù)作業(yè)范式。［9］要求被試在測試的過程中，對界面上呈現(xiàn)的數(shù)學(xué)算術(shù)題的正誤做出判斷，并記住算術(shù)題的得數(shù)，在其呈現(xiàn)完畢之后，要求被試按照算術(shù)題呈現(xiàn)的順序?qū)λ洃浀乃阈g(shù)題得數(shù)進行序列回憶。操作主要包括四個步驟，具體如下：

第一步：呈現(xiàn)指導(dǎo)語1?！捌聊簧蠈霈F(xiàn)一個數(shù)學(xué)算式，請您判斷是否正確并用鼠標(biāo)點擊相應(yīng)的按鈕；同時請記住算式末尾的一個數(shù)字。如‘8－4＝5’，要求您記住‘5’這個數(shù)字，同時判斷這個算式是否正確，如果你認為是正確的，則按‘Y’鍵，如果認為是錯誤的，則按‘N’鍵。當(dāng)一組題做完后，請按相應(yīng)數(shù)字鍵將該組算式中每個算式末尾的數(shù)字按算式呈現(xiàn)的順序回憶出來。請按空格鍵練習(xí)三次！”

第二步：練習(xí)。按空格鍵后在屏幕的中央出現(xiàn)一個算式，受測者努力記住算式末尾那個數(shù)字，并判斷式子是否正確。當(dāng)受測者按鍵之后立即顯示第二個式子。從每道算術(shù)題出現(xiàn)到被試按相應(yīng)鍵回答的最長時間間隔為4000ms，超過此時間則呈現(xiàn)下一道。一組算術(shù)題呈現(xiàn)完畢之后，呈現(xiàn)指導(dǎo)語2：“請您按相應(yīng)的數(shù)字鍵，根據(jù)算式呈現(xiàn)的順序，依次輸入每個算式末尾的數(shù)字！”并顯示輸入窗口。

如果三次練習(xí)中有一次通過，呈現(xiàn)指導(dǎo)語3。如果三次都沒有通過，則顯示警告“您還有三次練習(xí)機會，請按空格鍵繼續(xù)練習(xí)”。如果仍然不能通過，顯示提示語：“練習(xí)沒有通過！請您找管理員尋求幫助！”

第三步：正式測試。在正式測試中，一組算式中算式的個數(shù)從2個開始，依次增加。一組算術(shù)題呈現(xiàn)完畢后呈現(xiàn)指導(dǎo)語4：“請您按相應(yīng)的數(shù)字鍵，根據(jù)算式呈現(xiàn)的順序，依次輸入每個算式末尾的數(shù)字！”，并顯示一個輸入窗口。此時預(yù)留4000ms的被試反應(yīng)時間。此外被試按完上一個數(shù)字鍵到按下一個數(shù)字鍵之間也有4000ms的預(yù)留時間，超過4000ms仍不反應(yīng)則終止此輪測試（但若被試在4000ms內(nèi)給出反應(yīng)，則按鍵完畢后開始下一輪）。

如果被試在測試中順利通過，則呈現(xiàn)指導(dǎo)語5：“恭喜！本級別通過。請點擊空格鍵進入下一級別測試。”進入下一級別測試，如果被試在某個水平上第一次沒有通過，則再給他三次機會，如果他有一次通過，則呈現(xiàn)指導(dǎo)語，進入下一級別測試，如果三次仍未通過，則顯示指導(dǎo)語6：“本輪測試沒有通過！謝謝您使用本測試系統(tǒng)！”

第四步：結(jié)果記錄。在測試過程中，主要是測試被試最多能回憶的個數(shù)。計分以被試正確回憶的個數(shù)為標(biāo)準，正確回憶的個數(shù)即被試的得分。

三、測驗分數(shù)分析

（一）不同年級階段青少年的數(shù)字工作記憶

1．小學(xué)生數(shù)字工作記憶特點

圖1 小學(xué)生正確回憶項目數(shù)的頻數(shù)分布圖

圖1是小學(xué)生數(shù)字工作記憶測驗數(shù)據(jù)頻數(shù)分布圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，小學(xué)生正確回憶的項目數(shù)范圍在2～12之間。其中大多數(shù)被試的得分在7～8之間。數(shù)據(jù)分布偏度、峰度檢驗結(jié)果顯示，Skewness＝0．007、Kurtosis＝1．043，說明青少年得分的數(shù)據(jù)分布形態(tài)基本接近正態(tài)分布，但比正態(tài)分布更陡峭。

表1 小學(xué)生正確回憶項目數(shù)的頻數(shù)百分位數(shù)分析

表1是以10特定百分點的百分位數(shù)分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)以10%條件平分的條件下，小學(xué)生正確回憶的項目數(shù)在10%與20%，30%、40%與50%，60%與70%，80%與90%之間差距并不明顯。把小學(xué)生正確回憶項目數(shù)分為四個等級，即6．00以下為較低水平，6．00～7．00中等水平，7．00～9．00良好水平，9．00以上為優(yōu)秀水平，可以發(fā)現(xiàn)不同等級的青少年得分存在著顯著性差異（F（3，137）＝290．313，p＜0．05），事后檢驗也發(fā)現(xiàn)，不同等級之間的差異均達到顯著性水平。

表2 四分位等級條件下小學(xué)生得分的事后比較

2．初中青少年數(shù)字工作記憶特點

圖2 初中生正確回憶項目數(shù)的頻數(shù)分布圖

圖2是初中生數(shù)字工作記憶測驗數(shù)據(jù)頻數(shù)分布圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，初中生正確回憶的項目數(shù)范圍在5～12之間。其中大多數(shù)受測者的得分在7～10之間。數(shù)據(jù)分布偏度、峰度檢驗結(jié)果顯示，Skewness＝0．104、Kurtosis＝－0．060，說明青少年得分的數(shù)據(jù)分布形態(tài)為正偏態(tài)分布，而且比正態(tài)分布更平坦。

表3 初中生正確回憶項目數(shù)的頻數(shù)百分位數(shù)分析

表4 四分位等級條件下初中生得分的事后比較

表3是以10特定百分點的百分位數(shù)分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)以10%條件平分的條件下，初中生正確回憶的項目數(shù)在10%與20%，30%、40%與50%，60%與70%，80%與90%之間差距并不明顯。把初中生正確回憶項目數(shù)分為四個等級，即7．00以下較低水平，7．00～8．00中等水平，8．00～9．00良好水平，9以上為優(yōu)秀水平，可以發(fā)現(xiàn)不同等級的生得分存在著顯著性差異（F（3，137）＝190．865，p＜0．05），事后檢驗也發(fā)現(xiàn)，不同等級之間的差異均達到顯著性水平。

3．高中生數(shù)字工作記憶特點

圖3 高中生正確回憶項目數(shù)的頻數(shù)分布圖

圖3是高中生數(shù)字工作記憶測驗數(shù)據(jù)頻數(shù)分布圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，高中生正確回憶的項目數(shù)范圍在3～13之間。其中大多數(shù)受測者的得分在7～10之間。數(shù)據(jù)分布偏度、峰度檢驗結(jié)果顯示，Skewness＝－0．532、Kurtosis＝0．630，說明青少年得分的數(shù)據(jù)分布形態(tài)為負偏態(tài)分布，而且比正態(tài)分布更陡峭。

表5 高中生正確回憶項目數(shù)的頻數(shù)百分位數(shù)分析

表5是以10特定百分點的百分位數(shù)分析結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)以10%條件平分的條件下，高中生正確回憶的項目數(shù)在30%與40%，50%、60%與70%之間差距并不明顯。把高中生正確回憶項目數(shù)分為四個等級，即7．00以下為較低的水平，7．00～9．00為中等水平，9．00～10．00 為較好水平，10．00以上為優(yōu)秀水平，可以發(fā)現(xiàn)不同等級的青少年得分存在著顯著性差異（F（3，73）＝111．871，p＜0．05），事后檢驗也發(fā)現(xiàn)，不同等級之間的差異均達到顯著性水平。

表6 四分位等級條件下高中生得分的事后比較

（二）青少年數(shù)字工作記憶能力的比較

1．不同年級階段青少年數(shù)字工作記憶能力的比較

表7 不同年級青少年能夠正確回憶數(shù)字項目數(shù)的描述統(tǒng)計

描述統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，隨著年級的升高，青少年能夠正確回憶的數(shù)字項目數(shù)逐漸增加，小學(xué)生平均能夠正確回憶的項目數(shù)為7．47，初中生能正確回憶的項目數(shù)為8．39，高中生能夠正確回憶的項目數(shù)為8．51。方差分析結(jié)果顯示，不同年級青少年的數(shù)字工作記憶能力存在著顯著性差異（F（2，287）＝11．578，p＜0．05）。其中小學(xué)生的成績顯著低于初中生、高中生的得分，初中與高中青少年的成績并不存在顯著性差異。

2．不同性別青少年數(shù)字工作記憶能力的比較

表8 不同性別青少年能夠正確回憶數(shù)字項目數(shù)的描述統(tǒng)計

描述統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，女生能夠正確回憶的數(shù)字項目數(shù)比男生能夠正確回憶的項目數(shù)多，也就說女生的得分高于男生的得分（M男＝7．89，M女＝8．06，M男＜M女），方差分析結(jié)果顯示，不同性別青少年的數(shù)字工作記憶能力并不存在顯著性差異（F（1，288）＝0．698，p＞0．05）。

四、討論

數(shù)字記憶既是人類日常生活中必須要具備的能力，又是學(xué)習(xí)抽象數(shù)學(xué)知識的基礎(chǔ)。由于青少年數(shù)字工作記憶能力受到思維發(fā)展和成熟的影響，對年齡的變化有很強的敏感性，因此要了解青少年工作記憶能力的特點，首先就需要對青少年數(shù)字工作記憶能力的發(fā)展特點予以考察和分析。對小學(xué)、初中、高中三個年級階段青少年工作記憶能力的分析可以發(fā)現(xiàn)，青少年工作記憶測驗得分的分布近似正態(tài)分布，盡管各年級階段青少年在四分位距各等級的得分不同，但是不同等級之間的差異均達到顯著性水平。這表明在不同的年級階段，青少年工作記憶能力的發(fā)展是有差別的。根據(jù)Baddeley（1986）的觀點，工作記憶任務(wù)需要同時進行加工和存儲。［10］在本研究中，采用雙任務(wù)研究范式，在要求被試對算術(shù)運算進行正誤判斷的同時，記住運算的得數(shù)。對算術(shù)運算正誤的判斷實際上就是抗干擾的加工過程，而對運算得數(shù)的記憶則是存儲過程，這兩個過程是同時進行的。受個體差異的影響，不同年級階段的青少年對干擾任務(wù)的加工能力是不同的，進而會影響對數(shù)字的存儲。因此即使是同一年級階段，青少年數(shù)字工作記憶的能力也是不同的，這可能是各年級階段青少年數(shù)字工作記憶得分分布近似正態(tài)分布，而且各等級之間存在顯著性差異的原因。

對不同年級階段之間的比較發(fā)現(xiàn)，隨著年級的升高，青少年數(shù)字工作記憶的容量呈現(xiàn)出上升的趨勢，不同年級階段青少年數(shù)字工作記憶能力存在著顯著性差異，其中小學(xué)階段和初中、高中階段的青少年數(shù)字工作記憶容量的差別較大，但是初中和高中階段青少年的數(shù)字工作記憶容量的差別較小。就發(fā)展變化趨勢而言，這一結(jié)果與李歡歡、程灶火的研究是不同的。這可能是因為本研究選擇的被試是從小學(xué)到高中階段的青少年，而在李歡歡等人的研究中，所選擇的被試是18～49歲之間的成人。［8］綜合兩項研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增長，人們的數(shù)字工作記憶能力也是發(fā)展變化的，而且在不同年齡階段，其變化發(fā)展的趨勢也是不同的。

在對不同年級階段青少年工作記憶能力的發(fā)展變化趨勢的分析中發(fā)現(xiàn)，從小學(xué)到高中階段，青少年工作記憶能力是持續(xù)升高的，而且在不同年級階段，這種發(fā)展變化的速度是不同的，從小學(xué)到初中，青少年數(shù)字工作記憶能力的發(fā)展較快，而在初中階段到高中階段，青少年數(shù)字工作記憶能力的發(fā)展則明顯減緩。這一方面可能與運算任務(wù)有關(guān)，本研究采用了數(shù)字界于1～9之間的簡單加減算術(shù)運算任務(wù)。與多位數(shù)運算或者乘除運算任務(wù)不同，不同年級階段的青少年對簡單運算任務(wù)都是比較熟悉的，因此在數(shù)字工作記憶測量的過程中，如果不同年級階段青少年對于干擾任務(wù)的加工不同，那么這種簡單運算任務(wù)對于數(shù)字的儲存更敏感。另一方面，因為工作記憶是一個需要在很短的時間內(nèi)進行注意資源配置、加工任務(wù)轉(zhuǎn)換的過程，［11］不同年級階段青少年的認知加工、任務(wù)轉(zhuǎn)換能力可能是不同的。有研究表明，工作記憶的廣度對兒童算術(shù)認知的策略應(yīng)用具有重要的影響，［12］而在張林（2006）等人的研究中發(fā)現(xiàn)，青少年的工作記憶ERP存在著年齡效應(yīng)，年齡因素影響著大腦的加工過程。隨著年齡的增長，青少年的反應(yīng)逐漸加快，正確率也明顯提高。［13］這為本研究結(jié)果提供了支持。

性別差異的比較是差異心理學(xué)研究的主要內(nèi)容之一。對18～49歲之間不同性別成人工作記憶能力的比較發(fā)現(xiàn)，男女性在數(shù)字工作記憶能力方面并不存在差異，但是男性成績略高于女性的成績。［8］在本研究中，對不同性別青少年的數(shù)字工作記憶能力進行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與男性青少年相比，女性青少年在數(shù)字工作記憶的測量中得分較高，但是不同性別之間并不存在顯著性差異。Rosenberg和Park（2002）等人的研究認為，男女性工作記憶廣度的不同亞結(jié)構(gòu)的變化趨勢是基本一致的，［14］在本研究中數(shù)字工作記憶能力的計分是以被試能正確回憶的簡單算術(shù)運算式得數(shù)的個數(shù)為標(biāo)準，正確回憶的個數(shù)即被試的得分，實際上同樣是考察了不同性別被試數(shù)字工作記憶的廣度，因此不同性別青少年數(shù)字工作能力沒有表現(xiàn)出顯著性差異。

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