人天生就会除法,宾大最新研究:儿童啥都不学也能算出来

量子位 2022/2/26 14:31:54 责编:汪淼

你知道吗?其实你可能天生就会算除法。

最近宾夕法尼亚大学的学者们发现,即使儿童在并没正式学习算术前,就本能地具有这方面能力。

在一项对 89 名儿童的测试中,孩子们在 73%-77% 的情况下都能选择正确的答案,成人的正确率则在 90% 以上。

目前,这项研究被发表在《人类神经科学前沿》上。

全靠近似数量系统(ANS)

在介绍实验前需要说明的是,儿童天生会算除法,并非是我们平常看到的公式模样,而是说具备这方面能力。

这项实验基于的理论基础是近似数量系统 (approximate number system,ANS)。人类或动物天生对于数量的估算能力,就是基于这一认知系统。

比如假设你是一只要吃果子的鸟儿,一棵有 100 个果子的大树和一棵有 200 个果子的大树,你并不会去挨个数每棵树上有多少果子,而是估计一下哪棵树上果子更多,就去哪棵树上采食。

此前研究表明,ANS 对数学能力的影响起着至关重要的作用,比如精确数字和简单算术。这次实验同样应用了这一理论。

研究人员并不是直接给儿童们看一大堆公式,而是模拟了一个蜜蜂采蜜的场景

实验假设有一只蜜蜂正在采蜜,当它落在花朵上时,一些蜂蜜会被它采走,还有一些则会掉在花瓣上。研究人员假定蜜蜂每次落在花朵上的蜂蜜都是平均分布的。

如下图所示,橙色圆点表示蜂蜜,如果一共有 48 个“蜂蜜”掉在花朵上,那么每片花瓣上有 8 个。

此时,实验中会出现另一花瓣(右侧),上面也有一定数量的蜂蜜。受试的孩子们需要判断这两片花瓣上,哪边的蜂蜜数量更多

经过这样几次训练后,孩子们已经熟悉了规则。现在到了实验的重点。

研究人员通过遮挡的方法,让孩子们无法直观看到蜜蜂采蜜后有多少蜂蜜落在花瓣上。然后再让他们判断,与右侧花瓣对比,哪片花瓣上蜂蜜的数量更多。

其实到这里,孩子们想要作出正确的判断,心里就需要进行一次除法的估算

在进行这种非符号(不显示数字)实验后,研究人员将图中蜂蜜换成具体数字后,又进行了一轮测试。这时,儿童脑子中必须注意到三个数字,蜂蜜数量、花瓣数量、每片花瓣上蜂蜜数量。

换言之,也就是除数、被除数、商 —— 此时已经初具除法模样了。

最后,研究人员还找来了 87 位大学生进行试验,作为对照。结果显示,在非符号(不显示数字)测试中,儿童能在 73%-77% 的情况下作出正确选择。在符号(显示数字)测试中,儿童能在 67%-72% 的情况下选对答案。

成人组的准确率整体更高,正确率在 88% 以上。不过情况和儿童组不同的是,成人在符号测试中的正确率优于非符号测试。

One More Thing

ANS 被认为可以进行所有大于 4 的非符号表示。

它的精确度会随着人成长发育不断提高,最终达到约 15% 的准确度。也就是说,成人可以在不进行计算的情况下,区分数量为 100 和 115 集群。

脑科学研究表明,脑区双侧的顶内沟处大致为 ANS 系统所处的位置,目前这方面研究成果被广泛应用到儿童教育教学中。

还有研究证明,儿童时期 ANS 的准确度可以预测其之后的数学成绩。

论文链接:

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnhum.2022.752190/full

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关键词:大脑数学儿童研究

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