心理与行为研究２００８，６（１）：６５～６９

ＳｔｕｄｉｅｓｏｆＰｓｙｃｈｏｌｏｇｙａｎｄＢｅｈａｖｉｏｒ

计算的脑科学研究及其对数学教育的启示＊

臧传丽

沈德立

３０００７４）

（天津师范大学心理与行为研究院，天津

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。关键词分类号

计算，脑科学，数学教育。

Ｂ８４５

１

引言

数学能力是人类智能结构中最重要的基础能力

ＲＩ技术研究了精确与近似的简单加法运算所激活

的脑区。结果发现精确的简单加法运算能够引起左额叶和双侧角回的激活。这些区域是与语言有关的精确算术事实提取的神经机制。Ｐｅｓｅｎｔｉ等人认为，对于更为复杂的心算问题（如３７＋６４或者３２×２４）不仅依赖于记忆提取，还需要使用精细的运算法则。其认知过程通常包括在短时记忆中存储和操纵数字，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，然后使用，再忘记，使记忆负荷降到最低限度，最后应用基本的算术规则。因此，除了理解刺激和产生反应，简单和复杂心算共同包含了提供中间和最后结果的记忆提取成分。复杂的心算不仅依赖于言语工作记忆，还依赖于视觉空间工作记忆。

之一。而计算能力是个体数学能力的基础与核心成分。近年来，随着认知神经科学的兴起，人们利用脑成像技术，直接揭示了各种计算过程的脑机制。这些领域的研究对有效地促进儿童计算能力的发展提供了科学依据，也为素质教育的实施提供了基础。

２

２．１

计算过程的脑机制

简单心算与复杂心算的脑机制

心算指在没有外界工具（如纸笔、计算器等）

的帮助下进行的算术操作活动。

Ｐｅｓｅｎｔｉ等人［１］认为，对于简单的个位数心算问题（如３＋４或者３×４），作为一种陈述性知识存

储在语义记忆网络中，通常不需要实际计算就能直接提取出结果。这种问题称为算术事实，需要语言表征进行学习和存储。因此，算术事实的提取主要依赖于左半球的语言中枢，包括额下回（布洛卡区），靠后部分的颞上回和颞中回（威尔尼克区）以及基底神经节和丘脑核。神经心理学的研究表明，算术事实提取障碍的确伴随着语言障碍的发生形式

［３］

［２］

Ｚａｇｏ等人

［５］

将精确心算中的事实提取成分与

实际运算成分分离开来，揭示心算任务中两种基本解决策略的功能解剖学基础，从而探讨语言的和视觉空间皮层区域的独立作用。实验用正电子发射断层扫描技术（ＰＥＴ）来测量被试在实验任务中的区域性皮层血流量。实验任务包括让被试休息、阅读数字、从记忆中提取简单的算术事实（如２×４）、完成复杂的心算任务（如３２×２４）。结果发现，与阅读数字相比较，提取简单的算术事实依赖于左侧顶叶—前运动回路。除此之外，提取任务与命名网络有关，包括左侧前脑岛和右侧小脑皮层，不包括

。

此外，对于简单的加法运算，不管以视觉还是听觉

呈现个位数字的加法运算，被试的左侧中

［４］

央前回和顶内沟受到激活。Ｄｅｈａｅｎｅ等人用ｆＭ－

收稿日期：２００７－１２－２０

规划（教育学科）国家重点课题ＡＢＡ０６０００４项目和高等学校全国优秀博士论文作者专项资金＊本研究得到国家社科基金”十一五“

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。

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