不同认知方式中学生的空间图形认知能力发展研究，本文主要内容关键词为：认知论文,中学生论文,能力论文,方式论文,空间图形论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、问题的提出
认知方式是个体在信息加工过程中表现出的个体化和一贯性的偏好方式，是一个人在感知、记忆和思维过程中，经常采用的、受到偏好的和习惯化了的态度和风格[1].它是一种重要的个体差异变量，其影响既表现在认知过程中，也反映到个性心理特征上.这种认知方式的个体差异，不仅影响了中小学生的学习生活，而且影响了他们的心理认知能力发展[2].
Witkin和Goodenough认为，在已确认的认知方式中，研究者关注最多的是“场依存—场独立型”[3].场独立型（Field-Independent，简称FI）的人在信息加工中对内在参照有较大的依赖倾向，他们的心理分化水平较高，在加工信息时，主要依据内在标准或内在参照，与人交往时也很少能体察入微.场依存型（Field-Dependent，简称FD）的人在加工信息时，对外在参照有较大的依赖倾向，他们的心理分化水平较低，处理问题时往往依赖于外部环境（“场”），与人交往时较能考虑对方的感受.整体说来，场独立—场依存型没有好坏之分.场独立型的人认知重构（Cognitive Restructuring）的能力强，在认知中具有优势；而场依存型的人社会技能高，在人际交往中具有优势[4].
“场依存—场独立型”的认知方式最初是为解释知觉过程中的个体差异而提出来的，主要指人在知觉外物空间位置时，以外在的视野还是以自身作为主要参照的对比倾向.场中间型是介于场依存型和场独立型之间的类型.现有文献[1～5]仅涉及认知方式对图形推理、地图表征等的影响，而认知方式对空间认知能力中的心理旋转、心理折叠、心理展开的影响却没有给以足够的重视.心理旋转、心理折叠、心理展开是空间认知能力的重要组成部分，是衡量空间智能的重要标尺.该次测量旨在考察不同认知方式中学生的空间图形认知能力发展特征，各年龄阶段空间认知能力已达到什么样的发展水平.通过该研究结果希望能揭示中学生学习几何困难的心理认知因素，为提高几何教学、几何课程设置及教材编写提供心理依据.
二、研究方法
被试分别从北京市一所重点中学重点班和一所普通中学基础薄弱班抽取初一至高二学生，根据数学成绩差异分析检测得到，重点中学重点班学生数学成绩显著高于普通中学基础薄弱班学生数学成绩.抽取团体镶嵌图形测验：研究采用北京师范大学心理系修订的“镶嵌图形测验”（CEFT）来测量被试的场认知方式.该测验分为3部分，第一部分为练习，共9道题，第二、三部分为正式测验，各10道题.根据镶嵌图形测试结果选出不同认知方式学生共240名.其中男女各半（对应性别因素），两所中学人数各半（对应数学成绩因素），各年级人数均等（对应年级因素），各认知方式人数各占三分之一（对应认知方式因素）.
2.测验材料
空间认知能力测试题是在有关空间表征或空间能力测验题的基础上，按照研究的目的改编而成，其中心理折叠，共五道；心理展开，共4道；心理旋转，共4道.记分标准为，答对1题记1分，答错和没答均记为0分.采用分半法计算出整个测验的信度系数得r=0.73，对于能力测验而言具有较高的信度.
3.测验程序
测量采用3认知方式（场独立、中间型、场依存）×5年级（初一、初二、初三、高一、高二）×2数学成绩（好生、差生）×2性别（男生、女生）×3空间认知能力（折叠、展开、旋转）五因素混合测量设计，其中年级、场认知方式、数学成绩、性别、空间能力均为组间因素，问题的呈现为组内因素.空间图形认知测验分心理折叠（3分钟）、心理展开（2分钟）、心理旋转（2分钟）3部分进行，使用统一的指导语，要求被试在答题时不允许画图，也不允许用实物模型，所有的思考只能在头脑中进行操作，每部分均在限定的时间内答题，不同学校的测验工作均在大致相近的时间内完成.
4.统计方法
用SPSS 12.0对收集的数据进行处理和分析.
三、测量结果分析
1.各因素对中学生空间认知能力发展影响的主效应
对研究结果进行多因素方差分析，结果见表1.认知方式的主效应特别显著（F（2，239）=28.613，P＜0.001），表明不同认知方式的学生空间图形认知能力存在显著差异，年级增长的主效应显著（F（4，239）=11.683，P＜0.01），表明年级增长显著影响中学生的空间图形认知能力发展，数学成绩的主效应显著（F（1，239）=191.362，P＜0.01），表明成绩高低差异显著影响空间图形认知能力，性别的主效应极其不显著（F（1，239）=0.005，P＞0.05），表明不同性别的学生空间图形认知能力无显著差异，即空间图形认知能力与性别的相关性不大.以上分析表明认知方式、年级和数学成绩是影响中学生空间图形认知能力发展的主要因素，其中认知方式比年级和数学成绩这两个因素对中学生空间图形认知能力发展的影响差异更显著，而性别对空间图形认知能力的发展影响不大.
2.性别与其他各因素交互作用对中学生空间认知能力的影响
由表1可知，认知方式与性别的交互作用不显著（F（2，239）=0.279，P＞0.05），表明性别对不同认知方式学生空间图形认知能力的影响不大；性别和年级的交互作用不显著（F（4，239）=0.565，P＞0.05），表明性别差异对不同年级学生空间图形认知能力影响不大；认知方式、年级和性别3因素的交互作用不显著（F（8，239）=1.586，P＞0.05）；性别和数学成绩的交互作用不显著（F（1，239）=1.371，P＞0.05），表明性别对不同数学成绩的学生空间图形认知能力的影响不明显；认知方式、性别、数学成绩3因素的交互作用不显著（F（2，239）=2.079，P＞0.05）；年级、性别、数学成绩3因素的交互作用不显著（F（4，239）=1.000，P＞0.05）；认知方式、年级、性别、数学成绩3因素的交互作用不显著（F（4，239）=1.000，P＞0.05）；认知方式、年级、性别、数学成绩四因素的交互作用不显著.以上测量结果表明，性别对空间图形认知能力发展的影响不显著.
3.认知方式对中学生空间认知能力发展的影响
LSD多重比较发现（见下页表2），空间图形认知能力总成绩场独立型显著高于场中间型（P＜0.05）和场依存型（P＜0.01），场中间型显著高于场依存型（P＜0.01），空间图形认知能力最高的是场独立型，场中间型次之，场依存型最差.认知方式从场依存型到场独立型是一个过程变量，具有连续性，认知方式越倾向场独立型空间图形认知能力就越高.
4.认知方式对空间图形认知能力影响的协方差分析
LSD多重比较发现（见表3），场独立型、场中间型、场依存型3种认知方式的心理折叠、心理展开、心理旋转3部分的成绩均存在差异.
其中心理折叠能力场独立型高于场中间型但差异不显著（P＞0.05），场独立型和场中间型均显著高于场依存型（P＜0.01）；心理展开能力场独立型显著高于场中间型和场依存型（P＜0.01），场中间型高于场依存型但差异不显著（P＞0.05）；心理旋转能力场独立型高于场中间型但不显著（P＞0.05），场中间型高于场依存型但不显著（P＞0.05），场独立型显著高于场依存型（P＜0.01）.从3种认知方式的心理折叠、心理展开、心理旋转的平均成绩差来看，3者成绩均是场独立型最高，场中间型次之，场依存型最低.
5.认知方式与年级增长对中学生空间认知能力的交互作用
从4因素之间的交互作用看：认知方式与年级的交互作用显著（F（8，239）=2.230，P＜0.05），表明年级与认知方式的交互作用对空间图形认知能力影响很大，即不同年级学生认知方式不同空间图形认知能力也不同.LSD多重比较也发现（见表4），初一年级的空间图形认知能力明显低于其余4个年级（P＜0.05），高二年级的空间图形认知能力显著高于初一和初二（P＜0.05），高于初三和高一但不显著，初二到高一年级空间图形认知能力总体相对呈缓慢发展趋势（P＞0.05）.
初中阶段场独立型被试空间图形认知能力最高，场中间型被试空间图形认知能力发展速度最快，但各年级空间图形认知能力成绩低于场独立型，场依存型被试空间图形认知能力发展不稳定而且成绩最低；初三至高二阶段场依存型被试空间图形认知能力发展速度最快，但成绩依然最低，场中间型被试空间图形认知能力发展速度减缓，但依然呈稳步上升趋势，并在高二时期赶上并略微超过场独立型被试；场独立型被试空间图形认知能力呈下降趋势，并且高一至高二阶段几乎没有变化，说明此阶段场独立型学生空间图形认知能力已达到成熟.以上说明场独立型学生空间图形认知能力最高，而且达到成熟的时期最早；场中间型学生空间图形认知能力处于中间水平，发展潜力很大，高中阶段尚未成熟但趋于成熟；场依存型学生空间图形认知能力最低，初中阶段发展很不稳定，高中阶段是发展的黄金时期，成熟较晚.由此可见，不同认知方式学生的空间图形认知能力在各年级的发展并不均衡，从初一到高二各年级的空间图形认知能力均是场独立型学生最高，中间型次之，场依存型最低，只有在高二期间场中间型学生空间图形认知能力稍微高于场独立型学生空间图形认知能力.
四、分析讨论
研究表明，认知方式、年龄增长是影响中学生空间图形认知能力的关键因素，数学成绩与空间图形认知能力显著正相关，性别对空间图形认知能力影响不显著.现就测量研究结果从认知方式对中学生空间图形认知能力发展的影响作如下讨论.
1.不同认知方式学生空间图形认知能力的差异
对不同认知方式中学生的空间图形认知能力进行了探讨，结果表明，场独立型学生显著高于场中间型和场依存型学生，场中间型学生显著高于场依存型学生，空间图形认知能力最高的是场独立型，场中间型次之，场依存型最差.由于认知方式从场依存型到场独立型是一个过程变量，具有连续性，因此，认知方式越倾向场独立型空间图形认知能力就越高.这一研究结果与国内外关于认知方式与空间认知能力的相关性相一致[3-8].
空间图形认知能力测量是限制时间，在同学独立自主答题的情况下完成的，同学们没有交流的机会，认知方式倾向于场依存型的被试需要依靠外部参照系统处理解决相关信息，在固定时间内独立完成空间图形认知活动会面临困难，认知方式倾向于场独立型的被试以自我的参照系统进行心理旋转，在固定时间内比较容易完成空间图形认知活动.也就是说，在固定时间内，认知方式越倾向于场独立型空间图形认知能力越强.这说明反应时限影响认知方式，进而影响空间图形认知能力.这也证明了认知方式对空间图形认知能力的影响，因此不难理解为什么认知方式越倾向于场独立型空间图形认知能力越强.
不同认知方式学生的心理折叠能力、心理展开能力、心理旋转能力均存在差异，其中心理折叠能力场独立型高于场中间型但差异不显著，场独立型和场中间型显著高于场依存型；心理展开能力场独立型显著高于场中间型和场依存型，场中间型高于场依存型但差异不显著；心理旋转能力场独立型高于场中间型但不显著，场中间型高于场依存型但不显著，场独立型显著高于场依存型.因此从心理折叠能力、心理展开能力、心理旋转能力的平均成绩来看，3者成绩均是场独立型最高，场中间型次之，场依存型最低.这是由于心理展开能力、心理折叠能力和心理旋转能力反映的是空间图形认知能力的不同方面，因此认知方式与它们显著相关.
2.认知方式随年级增长对空间图形认知能力影响的发展性
总的来说，随着年级的增长，学生场独立性增强，空间图形认知能力逐渐增强.原因可能有以下两点：一方面随着年级的增长学生接触到的几何图形逐渐变复杂，对几何图形掌握的要求越来越高，受到的数学训练特别是空间图形运用的训练越来越多，所以空间图形认知能力逐渐增强；另一方面由于年龄的增长，生活中表象经验积累逐渐丰富，大脑逐渐发育和成熟，所以空间图形认知能力逐渐增强.
不同认知方式对不同年级学生空间图形认知能力发展有不同影响.
（1）场独立型中学生的空间图形认知能力的发展特点.
场独立型学生初中阶段空间图形认知能力逐渐增强，初三达到最高峰，初三至高一阶段逐渐下降，高一至高二阶段几乎没有变化.这说明场独立型学生空间图形认知能力的发展最佳时期在初中阶段，高中阶段已经发育成熟.造成初三至高一阶段下降的原因大概有以下两个：
其一，对学习的期望值不同，初三阶段面临巨大的中考压力，而数学课程又是主要的必考科目之一，无论是家长、教师还是学生自己对学习的要求都很高.同学们普遍为了中考考出好成绩，投入大量的时间和精力学习，空间图形认知方面得到大量训练.Cronbach和Kush的研究表明[9-10]：场独立型个体的优势主要表现在其具有成熟的元认知能力.由于场独立型学生具有成熟的元认知技能，能以内在系统为参照独立活动，又在初三阶段经过大量的几何能力训练，所以其空间图形认知能力在初三阶段很高.而高一阶段是学生进入高中的第一年，而且本测量是在上半学期完成的，这段时间，高一学生刚刚摆脱中考压力不久，思想上有所放松，投入的学习经历比初三时期少.
其二，数学课程的设置不同，初三数学课程中的空间图形认知内容（圆），和初一、初二的空间图形认知内容一脉相承（点、线、平面几何图形），联系紧密.高一上学期数学课程中却没有空间图形认知内容，学生空间图形认知训练大大减少.
（2）场依存型中学生的空间图形认知能力的发展特点.
场依存型学生空间图形认知能力初二至初三阶段呈下降趋势，其余阶段呈上升趋势，这说明整个中学阶段场依存型学生的空间图形认知能力没有成熟，有很大的发展空间.韦伯研究发现，个体认知改组能力的发展与其生理（特别是性）的成熟有密切关系，在性成熟期间，认知改组技能的发展将受到阻碍[5].初二至初三这一阶段是青少年生理和心理发育的关键期，学生的心理波动很大，大部分学生有厌学的倾向，许多研究表明场依存型学生是社会定向型，更多地考虑他人的意见，对别人的意见和想法更加敏感，因此场依存型的学生空间图形认知能力容易下降.
（3）场中间型中学生的空间图形认知能力的发展特点.
场中间型的学生空间图形认知能力呈持续发展趋势，初中阶段比高中阶段发展相对快一些，这说明高中阶段空间图形认知能力相对成熟一些.杨孟萍、石德澄（1990）研究发现：在空间认知能力的发展趋势上，高二有明显的增强，这与年龄、经验增长及立体几何的学习有关[7]”.场独立型和场依存型属于学生中极端的少部分，场中间型属于学生中的大多数，这说明大部分学生空间图形认知能力在中学阶段并没有完全发育成熟.
3.测量结果对数学教学的启示
McKenna（1984，1990）等研究发现，不同认知方式会影响学习者的行为，场独立型和场依存型学习者的特质区别如下：（1）思维方式上：场依存者表现为整体的直觉方式，易受别人批评的影响，需要借助外界提供组织或结构帮助思维；场独立者则以解析的知觉，连接的方式获得经验，就现有的情境进行组织思维；（2）教学过程中的互动情形：场依存者喜欢和同学共同达成目标，希望得到教师的应到肯定；场独立者则是喜欢独自完成作业，较不需要老师的协助；（3）课程学习方面：场依存者对作业完成及课程的学习需要作详尽的解释，喜欢以故事的方式说明概念；场独立型学习课程中是概念的理解，并能自己赋予意义，喜欢探究发现式学习；（4）学习动力：场依存者强调同伴或教师的口头表扬，学习动力易受外在影响；场独立者能借助别人现实工作的价值和提示目标，激发内在的学习动力[11].
教师可以根据学生认知方式的特点以及不同认知方式的学生空间图形认知能力的发展不同，对不同的学生采用不同的教学方法和辅导方法.Yates认为，针对认知风格，教师的一个重要策略是在教学中利用对时间的控制，他指出，每个人获得一定水平的技能所需要的时间都是不一样的，这是教育心理学的基本原则，对于认知风格的教育应有特别的启示[12].如对于场独立型学生，教师在教学中应充分发挥他们善于独立思考的优势，自行解决问题的优势，给予这部分学生充分自主的机会，只在必要时给予指导，不能过多干涉；对大多数学生，他们属于场中间型，既具有场独立型的特点也具有场依存型的特点，教师在教学时要注意适当鼓励，给他们充分独立思考的时间，又要给他们合作交流的机会；对于场依存型的学生，发挥他们擅长合作的能力，采用分组讨论式教学，让他们能在交流中掌握所学知识.初三阶段场依存型的学生空间图形认知能力处于低谷，教师可以有针对性地对场依存型的学生进行个别辅导，激发他们的潜能.
最后，性别对认知方式和空间图形认知能力影响不显著.因此无论是教师的教学，还是课程、教材等的设置都不能有性别歧视，注重培养学生特别是女生增强学习数学的信心.