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1、心理与行为研究2008,6(1):65～69StudiesofPsychologyandBehavior计算的脑科学研究及其对数学教育的启示*臧传丽沈德立(天津师范大学心理与行为研究院,天津300074)摘要脑科学研究发现,简单心算主要涉及算术事实的提取,依赖于左半球的语言中枢,而复杂心算激活了左侧顶—额叶网络和双侧颞下回,与视觉空间表征和视觉表象加工有关;精算主要激活左额叶下部区域,而估算激活了两半球更大的区域。在计算过程中所激活的脑区受年龄发展与个体差异以及训练的影响。研究对有效地促进儿童计算能力的发展提供了重要启示。关键词计算,脑科
2、学,数学教育。分类号B845RI技术研究了精确与近似的简单加法运算所激活1引言的脑区。结果发现精确的简单加法运算能够引起左数学能力是人类智能结构中最重要的基础能力额叶和双侧角回的激活。这些区域是与语言有关的之一。而计算能力是个体数学能力的基础与核心成精确算术事实提取的神经机制。Pesenti等人认为,分。近年来,随着认知神经科学的兴起,人们利用对于更为复杂的心算问题(如37+64或者32×24)脑成像技术,直接揭示了各种计算过程的脑机制。不仅依赖于记忆提取,还需要使用精细的运算法这些领域的研究对有效地促进儿童计算能力的发展则。其认知过程通
3、常包括在短时记忆中存储和操纵提供了科学依据,也为素质教育的实施提供了基础。数字,选择并运用特定的解决策略。即先从记忆中提取形成中间结果的算术事实,保持在头脑中,然2计算过程的脑机制后使用,再忘记,使记忆负荷降到最低限度,最后2.1简单心算与复杂心算的脑机制应用基本的算术规则。因此,除了理解刺激和产生心算指在没有外界工具(如纸笔、计算器等)反应,简单和复杂心算共同包含了提供中间和最后的帮助下进行的算术操作活动。结果的记忆提取成分。复杂的心算不仅依赖于言语[1]认为,对于简单的个位数心算工作记忆,还依赖于视觉空间工作记忆。Pesenti等人问
4、题(如3+4或者3×4),作为一种陈述性知识存[5]将精确心算中的事实提取成分与Zago等人储在语义记忆网络中,通常不需要实际计算就能直实际运算成分分离开来,揭示心算任务中两种基本接提取出结果。这种问题称为算术事实,需要语言解决策略的功能解剖学基础,从而探讨语言的和视表征进行学习和存储。因此,算术事实的提取主要觉空间皮层区域的独立作用。实验用正电子发射断依赖于左半球的语言中枢,包括额下回(布洛卡层扫描技术(PET)来测量被试在实验任务中的区区),靠后部分的颞上回和颞中回(威尔尼克区)以域性皮层血流量。实验任务包括让被试休息、阅读及基底神经
5、节和丘脑核。神经心理学的研究表明,数字、从记忆中提取简单的算术事实(如2×4)、算术事实提取障碍的确伴随着语言障碍的发生[2]完成复杂的心算任务(如32×24)。结果发现,与。此外,对于简单的加法运算,不管以视觉还是听觉阅读数字相比较,提取简单的算术事实依赖于左侧形式[3]呈现个位数字的加法运算,被试的左侧中顶叶—前运动回路。除此之外,提取任务与命名网央前回和顶内沟受到激活。Dehaene等人[4]用fM-络有关,包括左侧前脑岛和右侧小脑皮层,不包括收稿日期:2007-12-20*本研究得到国家社科基金”十一五“规划(教育学科)国家重点课
6、题ABA060004项目和高等学校全国优秀博士论文作者专项资金200708项目的资助。作者简介:臧传丽,女,天津师范大学心理与行为研究院博士生。通讯作者:沈德立,男,天津师范大学心理与行为研究院教授,博士生导师。Email:psy-bxj@mail.tjnu.edu.cn。6566心理与行为研究第6卷外侧裂周围(perisylvian)的语言区。除了提取网显的差异,当加法问题呈现216毫秒后,精算任务络,复杂的心算包括两个功能网络:一个是在视觉产生了更高的诱发负电位,而在272毫秒左右时,空间记忆中储存多位数字的左侧顶—额叶网络,另估算任
7、务诱发出更高的负电位。研究发现,与精算一个是与视觉表象解决策略有关的双侧颞下回。总任务相联系的脑区主要与个体的语言区有较明显的之,这些结果表明,在复杂心算中视觉空间表征和重叠,同时在时间进程上也与语言加工类似,而估视觉表象加工的重要作用。算任务则和个体的空间运动与躯体运动(尤其是手[6]使用脑磁图(MEG)进一步检验指)知觉区域联系密切。Kou等人心算任务中有关大脑皮层的活动情况及其是否受到[7]用fMRI技术对两类计算障碍Lemera等人心算复杂性的调节。实验操纵了三种复杂性水平:病人进行了研究,一类是左侧顶叶局部受损的格斯(1)相对简
8、单的计算,对一个两位数进行加3,加特曼综合症(gerstmann′ssyndrome)病人,另一类完之后停止,不再进行连续加3任务;(2)相对是左侧颞叶代谢减退的语义痴呆症病人。结果发复杂的计
