初中生認(rèn)知能力對學(xué)業(yè)成就的影響

李春花

摘要：本研究使用“中國兒童青少年心理發(fā)育特征調(diào)查”項(xiàng)目所編制的測驗(yàn)工具，對7、8 年級共4843名學(xué)生進(jìn)行了認(rèn)知能力、語文與數(shù)學(xué)學(xué)業(yè)成就測試。研究結(jié)果表明，選擇性注意、短時記憶、空間能力和推理能力都是語文和數(shù)學(xué)成就的顯著預(yù)測變量，但不同能力對不同學(xué)科的作用大小及作用機(jī)制存在差異。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知能力;學(xué)業(yè)成就;選擇性注意;短時記憶;空間能力;推理能力

一、問題提出

認(rèn)知能力是影響兒童青少年學(xué)習(xí)的重要因素，對兒童青少年能否取得學(xué)業(yè)成功具有重要的制約作用。已有研究表明，初中生的注意能力、記憶能力、空間能力和推理能力與學(xué)業(yè)成就均有一定程度的相關(guān)，也就是說，復(fù)雜的學(xué)習(xí)活動需要這些認(rèn)知能力不同程度的參與。

然而，這些不同能力在認(rèn)知過程的復(fù)雜性上是有差異的，如相對于選擇性注意與短時記憶，空間能力由于涉及到征、轉(zhuǎn)換、生成和提取等多種認(rèn)知過程，被看作認(rèn)知發(fā)展中水平相對較高的能力（Corballis， 1997）。而推理能力包含多水平、多步驟的心理操作，如分類、假設(shè)檢驗(yàn)或問題解決等，其認(rèn)知復(fù)雜性更高。鑒于這些能力在認(rèn)知過程復(fù)雜性上有差異，它們在學(xué)習(xí)活動中的作用也可能不相同。如果我們想知道在復(fù)雜的學(xué)業(yè)成就情境中，真正起作用的認(rèn)知能力是哪些，不同能力之間又是如何共同作用進(jìn)而影響學(xué)業(yè)成就的，就需要同時將這些能力納入考察范圍并建立不同能力對學(xué)業(yè)成就的影響機(jī)制。

Dean和Woodcock 的認(rèn)知加工模型為我們進(jìn)行這種機(jī)制探討提供了很好的理論基礎(chǔ)（Dean & Woodcock， 1999; Woodcock， 1998）。該模型描述了在信息加工過程中各種認(rèn)知成分是如何起作用的。具體來說，信息首先進(jìn)入感覺登記，如果被關(guān)注（選擇性注意），將被編碼，進(jìn)入短時記憶，若在短時記憶中被復(fù)述，將進(jìn)入一個加工環(huán)路，該環(huán)路包含了空間思維、聽覺思維、長時記憶、推理思維等幾種思維能力（同時也是復(fù)雜度不同的四種認(rèn)知加工階段），在這些不同加工階段，信息與“知識存儲庫”中的語義和程序性知識相互作用并被進(jìn)一步加工。也即，每一個認(rèn)知加工階段都對下一階段具有預(yù)測和解釋意義，下一個階段的加工質(zhì)量受到當(dāng)前和此前認(rèn)知加工質(zhì)量的影響。一些研究者指出，該模型實(shí)現(xiàn)了信息加工和具體認(rèn)知能力的整合，體現(xiàn)了各種具體認(rèn)知能力在信息加工過程中的解釋作用，為考察各種不同認(rèn)知能力影響學(xué)業(yè)成就差異的具體機(jī)制提供了較好的理論框架（Floyd， 2005; Vock， Preckel， & Holling， 2011）。

根據(jù)上述模型，選擇性注意、短時記憶、空間能力和推理能力這些復(fù)雜程度不同的具體認(rèn)知能力處于信息加工過程的不同階段，較為基礎(chǔ)的認(rèn)知能力可能會影響較為高級的認(rèn)知能力并和后者一起共同影響學(xué)業(yè)成就。因此，我們假設(shè)：選擇性注意、短時記憶、空間能力和推理能力分別直接影響初中生的學(xué)業(yè)成就，但它們對學(xué)業(yè)成就的作用大小可能不同;在共同考察各種具體能力時，選擇性注意作為最基本的認(rèn)知能力，通過短時記憶、空間能力和推理能力對學(xué)業(yè)成就起作用;短時記憶通過較為復(fù)雜的空間能力和推理能力對學(xué)業(yè)成就起作用，空間能力通過推理能力對學(xué)業(yè)成就起作用。

2 研究方法

2.1 被試

本研究被試來自浙江省杭州市上城區(qū)9所初級中學(xué)7、8 年級學(xué)生共4843人。

2.2 研究工具

（1）認(rèn)知能力測驗(yàn)

選擇性注意：使用劃消任務(wù)進(jìn)行測查。共有4道題，每題測查時間為1分鐘。

短時記憶：使用視覺數(shù)字再認(rèn)和配對聯(lián)想再認(rèn)任務(wù)進(jìn)行測查。共有15道題，學(xué)習(xí)和測驗(yàn)時間均為2分鐘。

空間能力：主要測查了空間表征能力和心理旋轉(zhuǎn)能力。共有16道題，測驗(yàn)時間為3.5分鐘。

推理能力：使用數(shù)字類比、圖形類比和圖形序列任務(wù)測查。數(shù)字類比任務(wù)共有22道題，圖形類比任務(wù)共有19道題，圖形序列任務(wù)共有18道題，各任務(wù)的測驗(yàn)時間均為12分鐘。

以上各任務(wù)在本次測驗(yàn)中的內(nèi)部一致性系數(shù)在0.78-0.94之間。各任務(wù)與效標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)效度在0.36-0.87之間，認(rèn)知能力總分與韋氏兒童智力量表第四版（WISC-Ⅳ）的相關(guān)為0.65。這表明各任務(wù)均具有良好的信、效度。

（2）學(xué)業(yè)成就測驗(yàn)

語文成就測驗(yàn)：該測驗(yàn)工具來自本項(xiàng)目“語文學(xué)業(yè)成就測驗(yàn)（第四學(xué)段）”。該學(xué)段測驗(yàn)適用于7-9年級學(xué)生，包括語文積累和閱讀兩個方面。語文積累共有18道題，閱讀共有20道題，共計38道題。測驗(yàn)時間為60分鐘。

數(shù)學(xué)成就測驗(yàn)：該測驗(yàn)工具來自本項(xiàng)目“數(shù)學(xué)學(xué)業(yè)成就測驗(yàn)（第三學(xué)段）”。該學(xué)段測驗(yàn)適用于7-9年級學(xué)生，包括數(shù)與代數(shù)、空間與圖形、統(tǒng)計與概率三大方面。共有28道題目，其中26道選擇題，2道主觀題，每道主觀題又分別有3小題，實(shí)際總體數(shù)為32道。測驗(yàn)時間為60分鐘。

語文和數(shù)學(xué)成就測驗(yàn)各題本在本次測驗(yàn)中的內(nèi)部一致性系數(shù)分別在0.78-0.94和0.75-0.94之間。語文成就測驗(yàn)、數(shù)學(xué)成就測驗(yàn)與區(qū)域統(tǒng)考成績的效標(biāo)關(guān)聯(lián)效度分別在0.55-0.69和0.53-0.84之間，具有良好的信、效度。

2.3 數(shù)據(jù)處理方法

本研究采用SPSS17.0和Amos17.0進(jìn)行描述性統(tǒng)計和結(jié)構(gòu)方程模型檢驗(yàn)。

3 研究結(jié)果

3.1 初中生語文與數(shù)學(xué)成就與認(rèn)知能力的相關(guān)

初中生語文、數(shù)學(xué)成就和具體認(rèn)知任務(wù)的平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差與相關(guān)系數(shù)見表2和表3。結(jié)果顯示，語文、數(shù)學(xué)成就與各認(rèn)知能力任務(wù)之間存在顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別在0.14-0.54和0.14-0.58之間。

3.2 各種認(rèn)知能力對初中生學(xué)業(yè)成就的影響

我們通過一系列結(jié)構(gòu)方程模型，在控制了年級與性別的基礎(chǔ)上檢驗(yàn)了各認(rèn)知能力對語文與數(shù)學(xué)成就的單作用，結(jié)果見圖1（a）、（b）、（c）和（d）。從模型的擬合指標(biāo)看，各模型擬合良好;四個模型的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)都顯著（p<0.05），說明四種認(rèn)知能力都能夠顯著地預(yù)測語文與數(shù)學(xué)成就。但從圖中也可以發(fā)現(xiàn)，各認(rèn)知能力對數(shù)學(xué)成就的影響要大于語文。

圖1（a）選擇性注意對語文/數(shù)學(xué)成就的直接作用模型

圖1（b）短時記憶對語文/數(shù)學(xué)成就的直接作用模型

圖1（c）空間能力對語文/數(shù)學(xué)成就的直接作用模型

圖1（d）推理能力對語文/數(shù)學(xué)成就的直接作用模型

3.3 認(rèn)知能力對初中生學(xué)業(yè)成就的影響機(jī)制

上述對語文與數(shù)學(xué)成就都有單獨(dú)顯著預(yù)測作用的認(rèn)知能力如何共同起作用的？根據(jù)假設(shè)，我們考察了各認(rèn)知能力共同影響語文與數(shù)學(xué)成就的作用機(jī)制。

3.3.1 認(rèn)知能力對初中生語文成就的影響機(jī)制

根據(jù)假設(shè)，選擇性注意一方面直接作用于語文成就，一方面通過影響短時記憶、空間能力和推理能力對語文成就發(fā)生影響，但結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除了對短時記憶（β=0.37）和空間能力（β=0.13）有顯著預(yù)測作用外，選擇性注意對推理能力的預(yù)測作用不顯著，對語文成就也無直接的預(yù)測作用。

圖2 認(rèn)知能力對語文成就的作用機(jī)制

關(guān)于短時記憶，根據(jù)假設(shè)，它一方面直接作用于語文成就，一方面通過影響空間能力和推理能力對學(xué)業(yè)成就發(fā)生影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，短時記憶對空間能力（β=0.69）、推理能力（β=0.30）和語文成就（β=0.19）的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)均顯著。

關(guān)于空間能力，我們假設(shè)它對語文成就的影響也有直接發(fā)生和通過推理能力間接發(fā)生兩條路徑。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，空間能力對語文成就的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)大于1，這提示理論模型出了問題，需要對其進(jìn)行修訂（黃芳銘，2004）。刪除空間能力對語文成就的直接作用路徑之后，模型違反估計的現(xiàn)象不再出現(xiàn)?？臻g能力對推理能力的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)顯著（β=0.68），而對語文成就無直接預(yù)測作用（見圖2）。

推理能力對語文成就具有直接影響（β=0.44）。

總的來說，選擇性注意、短時記憶、空間能力和推理能力對語文成就均有一定的貢獻(xiàn)，四種能力總共可以解釋學(xué)語文就變異的36%。其中推理能力直接影響語文成就，且貢獻(xiàn)最大;其次是短時記憶;再次是空間能力;選擇性注意的相對作用量最小。

3.3.2 認(rèn)知能力對初中生數(shù)學(xué)成就的影響機(jī)制

圖3 認(rèn)知能力對數(shù)學(xué)成就的作用機(jī)制

從圖3可見，選擇性注意除了對短時記憶（β=0.38）和空間能力（β=0.12）的有顯著預(yù)測作用外，對其它兩種認(rèn)知能力的預(yù)測作用都不顯著，而且其對數(shù)學(xué)成就無直接預(yù)測作用。短時記憶對空間能力（β=0.73）、推理能力（β=0.29）標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)均顯著，但是對數(shù)學(xué)成就無直接預(yù)測作用。空間能力對推理能力的標(biāo)準(zhǔn)化路徑系數(shù)顯著（β=0.66），而對數(shù)學(xué)成就無直接預(yù)測作用，推理能力對數(shù)學(xué)成就具有直接影響（β=0.76）。

總的來說，選擇性注意、短時記憶、空間能力和推理能力對數(shù)學(xué)成就均有一定的貢獻(xiàn)，四種能力總共可以解釋數(shù)學(xué)成就變異的57%。其中，對數(shù)學(xué)成就有直接貢獻(xiàn)的只有推理能力，也是貢獻(xiàn)最大的。選擇性注意、短時記憶和空間能力均起間接作用，對數(shù)學(xué)成就的貢獻(xiàn)依次為：空間能力、短時記憶、選擇性注意。

4 討論

4.1 認(rèn)知能力對初中生學(xué)業(yè)成就的影響：學(xué)科間共同點(diǎn)與差異

我們的研究發(fā)現(xiàn)，在不控制其它能力時，選擇性注意、短時記憶、空間能力和推理能力分別可以顯著預(yù)測初中生的語文與數(shù)學(xué)成就，這與已有研究一致（Evans， et al.， 2002; Bull， et al.， 2008; Vock， et al.， 2011）。對于語文成就，推理能力的預(yù)測作用最大，可以解釋其36%的變異，其次是短時記憶、空間能力和選擇性注意能力，分別可以解釋29%、21%和4%的語文成就變異;對數(shù)學(xué)成就，推理能力的預(yù)測作用仍然最大，可以解釋其59%的變異，其次是空間能力、短時記憶和選擇性注意能力，分別可以解釋37%、36%和8%的數(shù)學(xué)成就變異。由此可見，無論是對于語文還是數(shù)學(xué)成就，推理能力的作用是最大的，其他依次是短時記憶、空間能力，作用最小的是選擇性注意能力，這一點(diǎn)在學(xué)科之間是相同的。

這表明，語文和數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程都需要以上各認(rèn)知能力的廣泛參與，而且各認(rèn)知能力對兩種學(xué)科成就的相對重要性也一樣。就推理能力而言，正如Graesser和Singer（1994）認(rèn)為的，在理解閱讀材料中的指代、因果關(guān)系、詞句理解、人物情感和主題等方面，推理能力具有重要作用，它也是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中的核心能力。短時記憶對數(shù)學(xué)成就的作用與空間能力相當(dāng)，這可能與人們的常識不同，通常人們以為，數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)側(cè)重理解（推理能力）和想象（空間能力）而不側(cè)重記憶。本研究為人們重新認(rèn)識記憶能力在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中的作用提供了科學(xué)依據(jù)。在語文成就中，空間能力也對語文成就有影響，這一點(diǎn)得到了來自閱讀障礙研究的支持，研究發(fā)現(xiàn)，閱讀障礙者具有視-空間能力缺陷（Von Károlyi， 2001），這從側(cè)面說明，空間能力是閱讀正常進(jìn)行的必要認(rèn)知成分。

4.2 認(rèn)知能力對初中生學(xué)業(yè)成就的影響機(jī)制

不同認(rèn)知能力對語文和數(shù)學(xué)成就影響機(jī)制的相同之處在于，基礎(chǔ)認(rèn)知能力都是通過高級認(rèn)知能力對學(xué)業(yè)成就產(chǎn)生影響的，不同之處在于，同時考察多種認(rèn)知能力時，不同能力對于不同學(xué)科的作用路徑有所不同。我們認(rèn)為，路徑機(jī)制的相同之處闡明了以上四種能力影響學(xué)業(yè)成就的基本方式，同時也表明Dean和Woodcock（1999）的認(rèn)知能力模型可以很好地用來解釋認(rèn)知能力對學(xué)業(yè)成就的影響。不同之處表明，雖然語文和數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)都需要短時記憶的參與，但短時記憶對數(shù)學(xué)成就的作用是通過其與空間能力和推理能力中的共同成分發(fā)生的，而對語文成就的作用是獨(dú)特的。結(jié)合語文與數(shù)學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)，這一結(jié)果是合理的。以短時記憶的作用機(jī)制為例，在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中需要識記的內(nèi)容多為公式、定理和一般解題規(guī)律，在形式上它們是通過數(shù)字、符號和圖形表達(dá)的，在邏輯上它們是組織嚴(yán)密的，對這類知識的記憶依賴于對空間圖形的表征和對內(nèi)在規(guī)律的把握，因此短時記憶與空間能力和推理能力的共同成分是短時記憶影響數(shù)學(xué)成就的主要成分。而在語文學(xué)習(xí)過程中需要識記的內(nèi)容除了數(shù)字、符號和圖形外，還有很多零碎的知識點(diǎn)、詞匯量等。對于前者的記憶和數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中相似，依賴于對空間的表征和對整體材料內(nèi)在邏輯的理解，后者卻只需要簡單的信息存儲——這是短時記憶區(qū)別于空間能力和推理能力的獨(dú)特成分。

5 結(jié)論

本研究首先發(fā)現(xiàn)，選擇性注意、短時記憶、空間能力和推理能力都是語文和數(shù)學(xué)成就的顯著預(yù)測變量，分別可以解釋4%-59%的學(xué)業(yè)成就變異;在不同認(rèn)知能力的作用大小上，對于語文成就來說，由大到小依次為推理能力、短時記憶、空間能力和選擇性注意;對于數(shù)學(xué)成就來說，則依次為推理能力、空間能力、短時記憶和選擇性注意。此外，各認(rèn)知能力對數(shù)學(xué)成就的影響都大于對語文成就的影響。

其次，不同認(rèn)知能力對語文和數(shù)學(xué)成就的影響機(jī)制既有相同之處，又存在差異。相同之處在于，基礎(chǔ)認(rèn)知能力都通過高級認(rèn)知能力對學(xué)業(yè)成就產(chǎn)生影響，其中選擇性注意對學(xué)業(yè)成就的影響是完全通過短時記憶和空間能力進(jìn)而通過推理能力間接發(fā)生的，短時記憶對學(xué)業(yè)成就的影響主要是通過空間能力和推理能力間接發(fā)生的，空間能力對學(xué)業(yè)成就的影響是完全通過推理能力間接發(fā)生的，推理能力直接對學(xué)業(yè)成就產(chǎn)生影響，但該機(jī)制在不同學(xué)科間有差異。

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