數(shù)字加工的研究綜述

張德雙

（哈爾濱師范大學(xué)，黑龍江 哈爾濱150080）

一、數(shù)字加工的概念

Campbell（1992）認(rèn)為，數(shù)字加工是一種表征編碼的組合，它包括理解和產(chǎn)生各種數(shù)字形式，通過(guò)各種微量的增加來(lái)數(shù)數(shù)、檢索、計(jì)算和估計(jì)簡(jiǎn)單與復(fù)雜算術(shù)問(wèn)題的結(jié)果。潘運(yùn)認(rèn)為，數(shù)字加工是對(duì)數(shù)字刺激進(jìn)行數(shù)字表征的認(rèn)知加工過(guò)程，是一個(gè)試圖探討數(shù)字和算術(shù)知識(shí)如何在記憶中被組織，以及這些知識(shí)是如何獲取和應(yīng)用的領(lǐng)域。金美貞（2010）提出數(shù)字加工是個(gè)體加工數(shù)字刺激，形成相應(yīng)的數(shù)字心理表征，并運(yùn)用其進(jìn)行相應(yīng)的認(rèn)知加工的過(guò)程，如數(shù)字比較、數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)字估計(jì)。

可見(jiàn)，數(shù)字加工是人對(duì)進(jìn)入人腦中的數(shù)字信息進(jìn)行重新整合的認(rèn)知加工過(guò)程，包括對(duì)數(shù)字意義的認(rèn)知、數(shù)學(xué)法則的運(yùn)用及不同數(shù)字符號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。

二、數(shù)字加工的研究方法

目前，關(guān)于數(shù)字加工的研究主要圍繞在算數(shù)認(rèn)知和數(shù)字認(rèn)知兩大領(lǐng)域，下面簡(jiǎn)單介紹幾種經(jīng)典的研究范式。

（一）數(shù)字匹配任務(wù)

數(shù)字匹配任務(wù)主要用于研究數(shù)字的自動(dòng)激活，任務(wù)中要求判斷先后呈現(xiàn)的數(shù)字是否一致，如，屏幕出現(xiàn)兩個(gè)數(shù)字（5和6），經(jīng)過(guò)短暫間隔后，屏幕出現(xiàn)數(shù)字（如5、6或7），要求判斷后呈現(xiàn)的目標(biāo)是否是之前呈現(xiàn)過(guò)的。之后，Galfano將數(shù)字匹配任務(wù)擴(kuò)展到運(yùn)用乘法法則來(lái)激活之后呈現(xiàn)的兩個(gè)數(shù)字，得到了相同的結(jié)果。

數(shù)字匹配任務(wù)充分利用短時(shí)記憶在數(shù)字加工中的作用，首先，個(gè)體將先前呈現(xiàn)的數(shù)字刺激儲(chǔ)存在短時(shí)記憶里，然后做出與之前出現(xiàn)過(guò)的刺激是否一致的判斷。但Jackson對(duì)此提出了質(zhì)疑，認(rèn)為在匹配過(guò)程中，自動(dòng)加工和意識(shí)加工之間的界線是非常不清楚的。數(shù)字匹配任務(wù)對(duì)個(gè)體認(rèn)知能力要求較低，只須辨認(rèn)曾出現(xiàn)過(guò)的數(shù)字刺激是否再次出現(xiàn)，因此，該任務(wù)常作為考察簡(jiǎn)單數(shù)字加工能力的手段。

（二）自我報(bào)告任務(wù)

自我報(bào)告任務(wù)主要研究算術(shù)加工中問(wèn)題大小、策略使用的問(wèn)題。自我報(bào)告過(guò)程中要求個(gè)體在進(jìn)行數(shù)量信息加工后立即說(shuō)出自己所使用的策略。首先屏幕中央呈現(xiàn)一個(gè)算術(shù)問(wèn)題，如“3和5哪個(gè)大？”待被試回答后，要求其立即報(bào)告他們?cè)诨卮鹪搯?wèn)題上所使用的方法。Imbo為被試提供了四種策略：第一種，提取，即從機(jī)體已有記憶中獲取解決方案，這種方法的前提是個(gè)體已有知識(shí)儲(chǔ)備中具有解決該問(wèn)題的答案，而不須要額外的思考；第二種，計(jì)數(shù)，即通過(guò)計(jì)算某些數(shù)量信息的倍數(shù)關(guān)系獲取答案；第三種，轉(zhuǎn)換，即通過(guò)運(yùn)用相關(guān)法則、公式來(lái)尋找問(wèn)題的答案；第四種，其他，猜測(cè)或不清楚自己使用的是何種策略。

自我報(bào)告任務(wù)可以清晰地展現(xiàn)個(gè)體數(shù)字加工的運(yùn)算思維過(guò)程，有助于了解被試已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)數(shù)量信息整合的影響，對(duì)于探討數(shù)字加工能力的個(gè)體差異上效果明顯。

（三）啟動(dòng)任務(wù)

啟動(dòng)指暴露于某些特定的刺激或事件而導(dǎo)致記憶或意識(shí)中的信息的可利用性提高。Ashcraft（1987）使用啟動(dòng)任務(wù)來(lái)研究數(shù)字信息加工中的易化和抑制效應(yīng)問(wèn)題。啟動(dòng)任務(wù)會(huì)影響個(gè)體的數(shù)量信息加工結(jié)果，正啟動(dòng)會(huì)易化加工結(jié)果，負(fù)啟動(dòng)會(huì)抑制加工結(jié)果。

啟動(dòng)任務(wù)中加入了中性條件，因此可以在數(shù)量信息加工中探測(cè)到抑制效應(yīng)；啟動(dòng)任務(wù)能夠區(qū)分問(wèn)題編碼機(jī)制和法則提取機(jī)制，區(qū)分兩種機(jī)制可以使數(shù)字加工過(guò)程機(jī)制更清晰化。

（四）數(shù)字比較任務(wù)

數(shù)字比較任務(wù)主要用來(lái)研究數(shù)字信息加工的自動(dòng)化問(wèn)題及數(shù)字與空間特性的關(guān)系。數(shù)字比較過(guò)程中要求被試對(duì)序列數(shù)字與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字作比較。首先屏幕依次呈現(xiàn)探測(cè)數(shù)字（如，1 ～9但不包括5），被試的任務(wù)是把探測(cè)數(shù)字與5作比較，若探測(cè)數(shù)字比5小，用左右手中的一個(gè)按鍵反應(yīng)；若探測(cè)數(shù)字比5大，則用另一只手按鍵反應(yīng)。之后，數(shù)字比較任務(wù)被擴(kuò)展到數(shù)字奇偶判斷中，使得該范式更加系統(tǒng)化、科學(xué)化。

數(shù)字比較任務(wù)可以在短時(shí)間內(nèi)為個(gè)體提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)量加工空間，因此，通常作為考察年紀(jì)較小的兒童數(shù)字加工能力的主要手段。

三、數(shù)字加工的基本理論

研究者對(duì)數(shù)字加工的理論解釋還尚未達(dá)成共識(shí)。下面簡(jiǎn)單介紹幾種比較認(rèn)可的理論。

（一）抽象代碼理論

抽象代碼理論認(rèn)為，數(shù)字加工由三種功能獨(dú)立的認(rèn)知系統(tǒng)構(gòu)成：負(fù)責(zé)編碼數(shù)字輸入的理解系統(tǒng)、計(jì)算加工系統(tǒng)和反應(yīng)產(chǎn)生系統(tǒng)。認(rèn)知系統(tǒng)之間的相互傳遞是通過(guò)一個(gè)抽象的、單獨(dú)的語(yǔ)義數(shù)量代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。抽象代碼理論強(qiáng)調(diào)數(shù)字加工所使用的代碼是抽象的、分離的，這種抽象是通過(guò)分析與綜合的途徑，運(yùn)用概念在人腦中再現(xiàn)對(duì)象的質(zhì)和本質(zhì)的方法，分為質(zhì)的抽象和本質(zhì)的抽象。

（二）優(yōu)選進(jìn)入編碼理論

優(yōu)選進(jìn)入編碼理論是建立在眾多神經(jīng)心理學(xué)個(gè)案的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，該理論提出，人們?cè)谶M(jìn)行數(shù)量信息整合時(shí)，會(huì)傾向使用一種特定的編碼方式。有些人傾向于視覺(jué)進(jìn)入數(shù)量信息整合，而有些人則傾向于言語(yǔ)進(jìn)入數(shù)量信息整合，方式不同，加工產(chǎn)生的效果不同。優(yōu)選進(jìn)入編碼理論強(qiáng)調(diào)機(jī)體編碼符號(hào)損壞的嚴(yán)重性，如果機(jī)體的符號(hào)轉(zhuǎn)換編碼受到損壞，那么符號(hào)信息若以該形式通過(guò)的都將受到破壞。

Seron不贊同McClosky的語(yǔ)義數(shù)字表征的觀點(diǎn)，指出，個(gè)體對(duì)數(shù)量信息的編碼方式有自主選擇性，當(dāng)數(shù)量信息進(jìn)入個(gè)體腦海后，將統(tǒng)一被轉(zhuǎn)換為相同的代碼。他從一個(gè)病人（NR）的研究中發(fā)現(xiàn)，該病人能夠?qū)⑺械妮斎霐?shù)字轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)量表征和一個(gè)言語(yǔ)表征，而其他正常人則使用阿拉伯符號(hào)作為他們的優(yōu)選進(jìn)入代碼。該結(jié)果說(shuō)明數(shù)字加工并不一定是完全固定的系統(tǒng)來(lái)完成的，個(gè)體有優(yōu)選的可能。

（三）編碼復(fù)合體理論

編碼復(fù)合體理論基于計(jì)算過(guò)程受數(shù)字編碼過(guò)程影響的假設(shè)，提出數(shù)量信息加工整合化的觀點(diǎn)，該理論認(rèn)為個(gè)體在進(jìn)行數(shù)量信息整合時(shí)存在一個(gè)編碼復(fù)合體，問(wèn)題的解決須要從編碼復(fù)合體中整合有關(guān)題目的相關(guān)信息，如，視空間、言語(yǔ)和運(yùn)動(dòng)。此外，編碼復(fù)合體理論非常注重計(jì)算的交互在信息整合中的重要地位。相互作用編碼是建立在信息整合的前提下的。編碼復(fù)合體整合是數(shù)字信息編碼必要的加工工具，編碼復(fù)合體整合的存在為信息傳遞和自動(dòng)加工的形成提供便利。

（四）三重代碼理論

Dehaene（2003）在分析有關(guān)獲得性計(jì)算障礙個(gè)案研究基礎(chǔ)上，提出了三重代碼理論。該理論認(rèn)為信息加工是利用三種不同的代碼方式進(jìn)行的，第一種是數(shù)量的相似表征；第二種是言語(yǔ)理解表征；第三種是視覺(jué)阿拉伯?dāng)?shù)字形式的表征。第三種表征認(rèn)為，數(shù)字是以肉眼呈現(xiàn)的一系列不同數(shù)字來(lái)體現(xiàn)的。以上可以看出，該模型指出，數(shù)學(xué)加工能力由三種不同功能的編碼系統(tǒng)組成：數(shù)字認(rèn)知系統(tǒng)、聽(tīng)覺(jué)的語(yǔ)言加工系統(tǒng)和視覺(jué)的數(shù)字加工系統(tǒng)。它們各司其職，相互配合。三重代碼理論強(qiáng)調(diào)代碼的確定性、標(biāo)準(zhǔn)化和穩(wěn)定性，即特定的數(shù)字加工選擇特定的代碼方式進(jìn)行。

四、數(shù)字加工研究的展望

第一，與認(rèn)知神經(jīng)心理學(xué)的技術(shù)相結(jié)合，如FMRI、PET和ERP技術(shù)。不僅可以從時(shí)間和空間兩方面研究數(shù)字加工機(jī)制，而且可以了解數(shù)字加工過(guò)程對(duì)腦機(jī)制的影響，數(shù)據(jù)解釋更全面。

第二，與觀察法相結(jié)合。當(dāng)前，關(guān)于數(shù)字加工的研究多采用實(shí)驗(yàn)室法，由于實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格控制了外部條件的影響，而忽視了個(gè)體在現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)、生活中的具體表現(xiàn)，所以，可以與觀察法相結(jié)合，用來(lái)補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的缺陷。

第三，受試群體多樣化。未來(lái)關(guān)于數(shù)字加工的研究可以選擇一些特殊被試群體，例如，數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)障礙兒童、注意缺陷多動(dòng)障礙兒童、記憶障礙兒童等，用來(lái)解釋這些特殊被試群體數(shù)字加工能力的高低、數(shù)字加工效應(yīng)的表現(xiàn)狀況及數(shù)字加工機(jī)制與其他機(jī)制（注意）的交互作用等問(wèn)題，有助于更好地、有針對(duì)性地進(jìn)行指導(dǎo)和訓(xùn)練，改善其數(shù)字加工能力弱的現(xiàn)狀。

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