幼兒的空間推理能力可預測未來的數學能力

美國艾莫利（Emory）大學的心理學家Stella Lourenco 說：「我們的工作能夠幫助理解數學的本質。」上圖是她在艾莫利兒童研究中心與一名兒童見面。

研究人員對兒童一般認知能力的縱向研究(longitudinal study)進行控制，包括辭彙、工作記憶、短期空間記憶以及處理速度的測量。

Lourenco說：「我們的研究結果不僅表明聰明的嬰兒在4歲的時候仍然聰明，我們還發現了早期空間推理能力和數學能力之間的關係。」

這項發現可以幫助解釋為什麼有的人喜歡數學，而有的人逃之不及。Lourenco說：「我們知道，空間推理能力是一種可塑的能力，它可以通過訓練來提高。在早期的數學教育中應該著重關注空間推理能力。」

過去的研究表明，在13歲時擁有優秀的空間判斷能力可以預測未來30年後在科學、技術、工程和數學等領域取得成就。

為了探究空間推理能力的個體差異是否出現得更早，Lourenco對63名嬰幼兒進行了測試，他們年齡在6個月至13個月之間。研究人員對他們進行了視覺空間能力測試，這也被稱為思維轉換機制，即在思維空間轉換旋轉物體的能力。這被認為是空間智力的標誌。

研究人員向幼兒展示成對的視頻流。兩個視頻流分別呈現出一系列匹配的2個形狀，類似俄羅斯方塊，這些形狀會在每次出現的時候改變方向。其中一個視頻中，每三次會出現一次旋轉至互成鏡像的形狀，而另一個視頻中只呈現非鏡像的形狀。研究人員使用眼跟蹤技術記錄幼兒看的是哪個視頻，以及看了多久。

這種實驗被稱為變化檢測範式（change-detection paradigm）。Lourenco說：「幼兒都喜歡新奇。如果他們可以進行思維轉換並發現有些形狀會偶爾旋轉成鏡像位置，這對於他們來說就是新奇的事情。」

眼跟蹤技術使研究人員可以測量幼兒看哪裡以及看了多久。總體來講，幼兒們看有鏡像形狀的視頻時間更久，但是持續時間的個體差異還是存在的。

其中53名幼兒（84%）在4歲時繼續完成了這項研究。受測者們再次接受了思維轉換能力以及符號數學概念掌握的測試。結果表明，在幼兒時看有鏡像形狀的視頻更久的兒童在4歲的時候思維轉換能力更強，解決數學問題的能力也更強。

高級的符號數學能力在人類進化晚期才形成。過去的研究認為符號數學能力將與空間推理相關的大腦作為基礎。

Lourenco說：「我們的工作使人們認識到了數學的本質，通過證明空間推理能力與數學能力的個體差異相關。我們正在撰寫一篇文獻說明空間推理能力在數學中的潛在作用。我們現在可以測試空間推理能力在生命早期的因果作用。」

除了幫助促進早期數學教育，這項發現還可以幫助設計對數學障礙兒童的干預方法。比如，計算障礙這種發育失常，它會干擾兒童進行簡單的數學計算。

Lourenco說：「計算障礙的發生率在5%至7%，這幾乎與閱讀障礙相同。然而計算障礙受到的關注較少，儘管數學對於技術世界非常重要。」

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