一项新研究发现，婴儿时期测量的空间推理能力可以预测儿童在 4 岁时的数学成绩。
“我们提供了迄今为止最早有据可查的空间推理能力与数学能力之间关系的证据，”埃默里大学心理学家斯特拉·洛伦索说道，她的实验室开展了这项研究。“我们发现，早在六个月大时就开始发展的空间推理能力，既能预测这种能力的延续性，也能预测数学能力的发展。”
研究人员对儿童的一般认知能力进行了纵向研究，包括词汇量、工作记忆、短期空间记忆和处理速度等指标。
“我们的研究结果表明，这不仅仅是婴儿时期更聪明，四岁时也更聪明的问题，”洛伦索说。“相反，我们认为我们已经发现了早期空间推理和数学能力方面的一些具体特征。”
这项研究结果或许可以解释为什么有些人热爱数学，而另一些人却觉得自己数学不好，因而选择回避。“我们知道空间推理能力是一种可塑性很强的技能，可以通过训练得到提高，”洛伦索说，“一种可能性是，应该在早期数学教育中更加重视空间推理能力的培养。”
先前的研究表明，13 岁时出色的空间能力可以预测 30 多年后在科学、技术、工程和数学领域的专业和创造性成就。
关于“心理空间”的实验
为了探究空间能力方面的个体差异是否更早出现，洛伦索的实验室对63名6个月至13个月大的婴儿进行了一项视觉空间技能测试，该技能被称为心理转换，即在“心理空间”中转换和旋转物体的能力。心理转换被认为是空间智能的标志之一。
研究人员向婴儿展示了一系列成对的视频流。两个视频流都呈现了一系列两个匹配的形状，类似于俄罗斯方块，每次呈现时形状的方向都会改变。其中一个视频流中，每隔三次呈现，这两个形状就会旋转成镜像。而在另一个视频流中，形状始终以非镜像方向出现。眼动追踪技术记录了婴儿注视哪个视频流以及注视时长。
这种实验被称为变化检测范式。“研究表明，婴儿更喜欢新奇的事物，”洛伦索解释说。“如果他们能够进行心理转换，并察觉到这些碎片偶尔会旋转成镜像位置，那么由于这种新奇性，他们就会对此感兴趣。”
眼动追踪技术使研究人员能够测量婴儿的视线落点和注视时长。总体而言，婴儿们注视镜像视频的时间明显更长，但个体之间的注视时长存在差异。
53名儿童（占原始样本的84%）在四岁时返回完成纵向研究。参与者再次接受了心理转换能力测试，以及对简单符号数学概念的掌握程度测试。结果表明，婴儿时期花更多时间观察镜像图像流的儿童，在四岁时仍保持着较高的心理转换能力，并且在数学题上的表现也更好。
早期数学中的空间推理
高阶符号数学在人类进化过程中出现得相对较晚。先前的研究表明，符号数学可能利用了大脑中与空间推理相关的神经回路作为基础。
“我们的研究或许有助于我们理解数学的本质，”洛伦索说。“通过证明空间推理能力与个体数学能力的差异相关，我们为日益增多的文献增添了新的证据，这些文献表明空间推理能力可能对数学有所贡献。我们现在可以检验空间推理能力在早期生活中可能发挥的因果作用。”
除了有助于改进常规的早期数学教育外，这项发现还有助于设计针对数学障碍儿童的干预措施。例如，计算障碍是一种发育障碍，会影响儿童进行简单的算术运算。
“据估计，计算障碍的患病率在5%到7%之间，与阅读障碍的患病率大致相同，”洛伦索说。“然而，尽管数学对我们的科技世界至关重要，但计算障碍通常受到的关注较少。”
研究结果发表在期刊上。 心理科学.
来源: 埃默里大学
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