基于結(jié)構(gòu)化方程模型的學困生認知能力差異研究

李萍 王士進 王筱圃 劉俊生

摘 要：認知能力的發(fā)展是青少年兒童心理發(fā)展中非常重要的一環(huán)，本文采用認知能力電子化測查工具對合肥市某中學的七、八年級全體學生進行認知能力水平測試，將學生按照學習成績劃分為學優(yōu)生和學困生，使用結(jié)構(gòu)化方程模型分別研究認知能力對學困生和學優(yōu)生學習成績的影響。研究結(jié)果表明：學困生和學優(yōu)生的認知能力對各科學習成績的影響機制存在差異，記憶能力對學優(yōu)生的語文成績和推理能力產(chǎn)生直接影響，而對學困生不產(chǎn)生影響，并根據(jù)研究結(jié)果提出合理的建議以幫助提高學困生的學習成績。

關(guān)鍵詞：認知能力;學習成績;學困生;結(jié)構(gòu)化方程模型

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：2096-0069（2019）05-0058-05

收稿日期：2019-07-05

作者簡介：李萍（1968— ），四川人，高級教師，主要研究方向為教育評價、數(shù)學教育教學;王士進（1980— ），安徽人，科大訊飛人工智能研究院副院長，主要研究方向為認知智能、智能教育;王筱圃（1988— ），山東人，研究員，主要研究方向為教育腦科學、人工智能教育應(yīng)用;劉俊生（1983— ），山東人，研究員，主要研究方向為信息技術(shù)與課程整合、人工智能教育應(yīng)用。

一、研究背景

學困生是指由于思考不積極、注意力不集中、善于機械記憶、思維上有惰性等原因，難以達到教學大綱所規(guī)定的基本要求的學生。隨著九年義務(wù)教育普及程度的提高，更多的孩子享受到了接受教育的機會，但是學生群體的多元化和異質(zhì)性趨勢逐漸增強，學習困難的學生數(shù)量日益攀升。

學習困難現(xiàn)象給學生個人帶來了諸多困擾，例如學業(yè)水平過低使得這類學生的自尊心下降、情緒低落。從學校角度來看，學困生在無法完成學業(yè)標準的情況下選擇輟學，會造成學生的流失和教育資源的浪費。此外，學校還會面臨教學方面的問題，陷入保持學校正常教學標準和關(guān)注學習弱勢群體的兩難困境。

認知能力是指人腦加工、儲存和提取信息的能力，認知能力的發(fā)展是青少年兒童心理發(fā)展中非常重要的一環(huán)，國際上的許多重大項目，如美國的綜合兒童發(fā)展計劃CCDP以及英國兒童追蹤研究中心的國家兒童發(fā)展研究NCDS調(diào)查項目都將注意能力、視知覺-空間能力、記憶能力及推理能力等作為考察青少年兒童認知能力的主要指標。

基于此，本文選擇研究的具體認知能力為注意能力、記憶能力、視知覺-空間能力及推理能力。本文利用AMOS軟件建立結(jié)構(gòu)方程模型，分別研究學困生和學優(yōu)生的各項認知能力對各科學習成績的影響機制，比較兩者存在的差異。

二、文獻綜述

Graham（格拉哈姆）[1]（2007）等嘗試使用QuickSmart（快速機敏）方法對學習困難的學生進行干預(yù)，發(fā)現(xiàn)QuickSmart學生的標準化閱讀理解能力和數(shù)學成績都有了顯著的提高。Stetter（斯泰特爾）和Hughes（休斯）[2]（2009）認為故事語法為學習困難的學生提供了一個框架，幫助他們理解敘事文本，并概述了以故事語法作為理解策略的研究，驗證了故事語法在解決學困生閱讀理解困難方面的有效性。辛艷萍[3]（2017）等嘗試探究計算機輔助教學技術(shù)對學習障礙或數(shù)學困難學生的乘法問題解決能力的影響。

國內(nèi)許多學者也對學生學習困難這種情況進行了研究。宋廣文[4]（2014）等采用社會支持評定量表、青少年心理韌性量表、中國中學生心理健康量表等三個量表對271名初中生進行測查，探討學優(yōu)生、學困生心理健康的影響機制，而本文是從認知能力方面進行研究。丁永霞[5]（2014）從離子反應(yīng)這一高中化學的重難點角度出發(fā)，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)：學優(yōu)生與學困生對于離子反應(yīng)的相關(guān)概念，在表征的數(shù)量、表征的形式、表征的程度以及角度方面都存在著差異。王浩霖[6]（2019）提出在語文課堂教學實踐過程中，可以通過小組幫扶、教師指導、活動展示來幫助學困生“脫困”。若能通過認知能力對學困生的影響機制來指導正常的教學實踐，將能夠更好地、有效地提升學困生的積極性和主動性。

鐘啟泉[7]（1994）認為現(xiàn)階段關(guān)于學習困難的界定，大體可以分為三種。第一種是把沒有達到學業(yè)基本標準者稱為學困生。學業(yè)基本標準是指各自的年齡或年級、各門學科或領(lǐng)域可以期待學生能夠達到的水平。第二種是把低學力者稱為學困生。第三種是指沒有充分發(fā)揮自身潛能，因為身心障礙而導致學業(yè)遲滯者。本文采用第一種界定標準來劃分學困生，以考試語文、數(shù)學和英語總成績排名在后15%的學生為學困生，排名在前15%的學生為學優(yōu)生，并通過了德爾斐專家評議法的認定。

國內(nèi)外學者尚未具體關(guān)注到學困生和學優(yōu)生的認知過程機制可能存在差異，韓映雄等[8]（2017）較籠統(tǒng)地介紹了中小學學業(yè)成就的影響因素。徐芬等[9]（2015）提到認知能力對學業(yè)成就的影響，但是未探尋認知能力對學優(yōu)生與學困生影響因素的作用機制的差異。本文基于信息加工的認知神經(jīng)心理學理論構(gòu)建了認知能力對學習成績的影響機制模型，并使用結(jié)構(gòu)方程的方式進行模型驗證，從而探究學困生和學優(yōu)生的認知過程機制差異，從而通過兩者比較找出學困生的認知薄弱點，并提出合理的轉(zhuǎn)化建議。

三、研究假設(shè)

Dean（迪恩）和Woodcock（伍德考克）[10]（1999）的認知神經(jīng)心理學模型較好地反映了認知各項能力的層次關(guān)系，該模型描述了信息加工過程中各個認知成分所發(fā)揮的作用。

根據(jù)模型，我們提出以下研究假設(shè)：①注意能力是指人的心理活動指向和集中于某種事物的能力，是最基本的一項認知能力，注意能力保證了人們對事物有更清晰的認識;②記憶能力是個體對外界輸入的信息進行編碼、存儲以及提取的能力，記憶能力按照保持時間的長短可分為短時記憶能力和長時記憶能力;③視知覺-空間能力（以下簡稱“視空間能力”）是認知能力中更高層次的能力，是人類對視覺、空間信息進行感知、表征和操作的能力，視空間能力可進一步劃分為圖形認知能力和旋轉(zhuǎn)認知能力;④推理能力是認知能力中最高層次的能力，推理能力指的是以敏銳的思考分析、快捷的反應(yīng)迅速地掌握問題的核心，在最短時間內(nèi)作出合理正確選擇的能力，推理能力可以劃分為數(shù)字推理能力和圖形推理能力。

四、研究過程

（一）研究對象

本研究的被試對象是來自合肥市某中學的七、八年級全體學生，其中八年級279人、七年級233人，刪除缺失值和異常值后的有效數(shù)據(jù)量為496條，其中七年級男生113人、女生118人，八年級男生131人、女生134人。

本研究使用針對6～15歲兒童青少年的認知能力電子化測查工具。測查一級維度包含記憶能力、注意能力、視空間能力以及推理能力。涉及二級維度包含短時記憶、長時記憶、注意能力、圖形認知、旋轉(zhuǎn)認知、數(shù)字推理及圖形推理能力。測查工具信度檢驗結(jié)果顯示cronbach alpha系數(shù)為0.833，說明測查問卷可使用。具體測驗任務(wù)如下：

（1）記憶能力測驗采用項目再認與配對聯(lián)想學習任務(wù)。通過信息保持時間長短（25分鐘）作為短時與長時記憶的區(qū)分證據(jù)。具體材料包括三個部分。

①數(shù)字識記階段：被試者利用40秒時間去記憶出現(xiàn)的12組數(shù)字。數(shù)字測試階段：被試者需要在 1.5 分鐘內(nèi)從眾多的備選數(shù)字當中選擇出之前出現(xiàn)過的數(shù)字。

②圖形識記階段：被試者利用2分鐘時間記憶12組物品，每個物品會有一個與之匹配的圖形。圖形測試階段：共15題，每一題會給出之前出現(xiàn)過的物品，被試者需要在2分鐘內(nèi)選擇出與之對應(yīng)的圖形。

③25分鐘之后，重復以上兩部分的測試階段，考察被試者長時記憶能力。中間等待時間進行其他認知能力檢測任務(wù)。

（2）注意能力測驗：采用劃消任務(wù)測試被試者的注意能力。在該階段被試者需要觀察一串隨機的數(shù)字，每個數(shù)字會帶有1～4條短線，被試者需要在限定時間內(nèi)控制鼠標利用紅線劃掉數(shù)列中帶有兩條短線的特定數(shù)字（目標刺激）。附加條件：目標數(shù)字前是特定條件刺激，則不應(yīng)該被劃掉。該環(huán)節(jié)共包括4道大題，每道大題包含10小題，每道大題的測驗時間為1分鐘。

（3）視空間能力測驗：采用隱蔽圖形與心理旋轉(zhuǎn)任務(wù)測查被試者視空間表征能力和空間關(guān)系知覺能力。測驗分成兩個部分：

①被試者會看到一個組合圖形，備選選項中會給出四個圖形，被試者需要從備選選項中選擇出一個不在組合圖形當中的圖形。該階段測試題共有11題，測驗時間為2分鐘。

②被試者會看到一個參照圖形，被試者需要從四個備選圖形中選出一個旋轉(zhuǎn)后的參照圖形，任務(wù)二共有16道題，測驗時間為3.5分鐘。

（4）推理測驗：采用類比推理為推理能力的衡量指標。任務(wù)分為兩個部分：

①數(shù)字類比，給出3個有規(guī)律的數(shù)字組，被試者需要掌握其中的規(guī)律來推斷問題中將會出現(xiàn)的數(shù)字，任務(wù)一有22道題，測驗時間為8分鐘。

②圖形序列，給出由3個圖形組成的圖形序列，被試者需要依據(jù)圖形的變化規(guī)律從四個備選答案中選擇出問題中將會出現(xiàn)的圖形，任務(wù)二有18道題，測驗時間為8分鐘。

（二）研究內(nèi)容

為了探究學困生和學優(yōu)生的認知能力對學習成績的影響機制是否存在差異，本文利用AMOS軟件構(gòu)建結(jié)構(gòu)方程模型，繪制影響機制圖并計算各個變量對認知能力的解釋程度，解釋程度用AMOS軟件所輸出的擬合優(yōu)度來表示。

本文通過一系列結(jié)構(gòu)方程模型來單獨分析各項認知能力對學科成績的影響，從各個學困生的四大認知能力對語文、數(shù)學及英語成績的影響的顯著性角度來看，四種認知能力都能夠顯著預(yù)測語文、數(shù)學及英語的學業(yè)成就。在各項認知能力對學科成績的影響中，標準化系數(shù)能夠反映各項認知能力對學科成績的影響。從標準化路徑系數(shù)角度看，學困生的各項認知能力對數(shù)學成績的影響最大，對英語成績的影響居中，對于語文成績的影響最小，見圖1。

對于學優(yōu)生而言，單獨各項認知能力對學科成績的影響類似，認知能力對數(shù)學成績的影響最大，對英語成績的影響其次，對語文成績的影響最小。因此從單獨各項認知能力對各科成績的影響角度看，學困生和學優(yōu)生并無太大差異。

為了探究學困生和學優(yōu)生的各項認知能力對學習成績影響是否存在差異，本文利用AMOS軟件分別研究了認知能力對學困生和學優(yōu)生的學習成績影響機制。繪制影響機制的分析圖（見圖2），對比學困生和學優(yōu)生之間的差異。圖2上側(cè)為學困生，下側(cè)為學優(yōu)生。

從影響機制角度看，學優(yōu)生記憶能力對推理成績和語文成績產(chǎn)生了直接影響，而學困生則沒有，說明語文學習過程中記憶能力的加強可以有效提高學生學習成績。貢獻度是各項認知能力對學生學習成績變異的解釋程度，對于學困生而言，推理能力的貢獻度最大，其次是視空間能力，再次是記憶能力，注意能力對學生語文成績的貢獻度最小。而對于學優(yōu)生而言，推理能力貢獻度最大，其次是記憶能力，再次是視空間能力，注意能力對學生語文成績貢獻度最小。

對于學困生和學優(yōu)生而言，推理能力的貢獻度最大，其次是視空間能力，再次是記憶能力，注意能力對學生數(shù)學成績的貢獻度最小。從影響機制角度來看，學優(yōu)生的記憶能力對推理能力產(chǎn)生了直接影響，學困生則不存在該影響。

對于學困生而言，推理能力的貢獻度最大，其次是視空間能力，再次是記憶能力，注意能力對學生英語成績的貢獻度最小。對于學優(yōu)生而言，推理能力的貢獻度最大，其次是記憶能力，再次是視空間能力，從影響機制角度來看，學優(yōu)生的記憶能力對推理能力產(chǎn)生了直接影響，學困生則不存在該影響。

五、研究建議

本文通過AMOS軟件分析學困生和學優(yōu)生認知能力對學習成績的影響機制，比較學困生和學優(yōu)生認知能力影響機制的差異，發(fā)現(xiàn)學優(yōu)生的記憶能力對語文成績和各科的推理能力產(chǎn)生了直接影響，但學困生并沒有。因此在現(xiàn)階段的學習中，記憶能力的訓練對于提高學困生成績有非常大的幫助。對于學困生記憶能力訓練方面的建議如下：

1.在教學當中將單純的記憶性訓練留有一定的比例，例如語文教學當中許多古詩詞的背誦對于學生來說本身就是一個記憶的過程，教師可以將教學中的許多知識轉(zhuǎn)化為記憶任務(wù)來鍛煉學困生的記憶能力。同時有經(jīng)驗的教師可以增加一些娛樂性的記憶任務(wù)，在鍛煉學困生記憶能力的同時緩解學困生學習上的壓力。

2.記憶訓練方法具有多樣性，但是隨著信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，記憶訓練也應(yīng)該做到與時俱進。應(yīng)當將豐富的記憶訓練方法加以匯總，利用信息技術(shù)整合起來。記憶本身是具有多通道性的，人可以通過多種感官進行記憶，甚至觸覺以及嗅覺都可以對記憶訓練產(chǎn)生很大的幫助，因此對學困生的記憶訓練不要拘泥于一種方法，可以考慮記憶的多通道性。

3.對于學困生的記憶能力訓練，教師應(yīng)該采取適當?shù)陌凳拘怨膭?，在非正式的場合教師可以采用一些心理學方面的屬于鼓勵學困生的記憶能力方法。此外學優(yōu)生本身也擁有非常不錯的記憶能力訓練方法，可鼓勵學優(yōu)生分享優(yōu)秀的訓練方法，帶動學困生實現(xiàn)學習成績上的進步。

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[10]DEAN R S，WOODCOCK R W.The WJ-R and Bateria-R in neuropsychological assessment[M].Chicago：Riverside Publishing，1999.

（責任編輯 杜丹丹 王策）

Research on Cognitive Ability Differences of Underachievers Based on Structured Equation Model

LI Ping1，WANG Shijin2，3，WANG Xiaopu3，LIU Junsheng4

（1.Education and Science Institute of Hefei City，Hefei，Anhui，China，230000;

2.State Key Laboratory of Cognitive Intelligence，Hefei，Anhui，China，230000;

3.iFLYTEK Artificial Intelligence Institute，Hefei，Anhui，China，230000;

4.iFLYTEK Education and Technology Institute，Hefei，Anhui，China，230000）

Abstract： The development of cognitive ability plays a very important role in children and teens’psychological development.This paper has done a cognitive ability level test to all the students of grade seven and eight from a middle high school of Hefei city by using electronic measuring tool of cognitive ability，has divided the students into achievers and underachievers according to academic results and has studied the influence of cognitive ability on achievers and underachievers’academic results respectively by using structured equation model.The research results indicate that：there exist differences of the influence of achievers and underachievers’ cognitive ability on the academic results of different subjects;memorizing competence will make a direct impact on achievers’Chinese academic result and inferential capability，but no impact on underachievers;and some reasonable suggestions will be given to improve the academic results of underachievers according to the research results.

Key words： cognitive ability;academic result;underachievers;structured equation model