注意、工作记忆与推理能力发展的关系，本文主要内容关键词为：记忆论文,能力论文,关系论文,工作论文，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。
文章编号：1001-4918(2010)04-337-343 中图分类号：B844.1 文献标识码：A
1 前言
推理是指人在头脑中根据已有判断，经过分析与综合引出新判断的过程（朱智贤，1989），它的强弱体现了个体对事物本质及事物间联系的认知能力的高低。推理能力向来被认为是智力的核心成分(Fry & Hale,2000; Primi,2002)，因此很多研究者把推理作为流体智力的测查指标(Liu,2004; Schweizer & Moosbrugger,2004; Stankov,1988)。近十年来，有关推理能力发展机制的研究已成为认知发展领域一个十分重要的主题(Fry & Hale,1996; Howe,Rabinowitz,& Powell,1998; Sahhouse,1993)，其中注意与工作记忆在推理能力发展中的作用尤其受研究者的关注（Burns,Nettelbeck,&Mcpherson,2009; Liu,2004; Oberauer,Schulze,Wilhelm,& Suess,2005; Schweizer,Moosbrugger,& Goldhammer,2005；白学军，臧传丽，王丽红，2007）。
注意在认知过程中的基础性地位使它在推理过程中显得十分重要。注意是成功完成复杂认知加工的先决条件(Rothbart,Posner,& Hershey,1995)，而推理作为一项非常复杂的加工任务，要确保其加工任务的所有步骤可以顺利进行，个体必须将注意状态维持在较高的水平。注意和推理或流体智力的关系已在很多研究中得到了证实(Burns et al.,2009; Schweizer et al.,2005; Stankov,1988)。如Stankov(1988)探讨了注意对流体智力（韦氏成人智力量表中的四个分测验—图画补缺、图片排列、物体拼配、数字符号代表流体智力）年龄差异的影响，结果发现，注意的各种因素（注意搜索、集中性、灵活性）均与流体智力处于较高的相关水平(0.70～0.75)，并且在控制注意能力之后，流体智力的年龄差异明显降低。Schweizer等(2005)最近的一个成人研究系统考察了多种注意类型（选择性注意、持续性注意、分配性注意等）与推理的关系，该研究者选择了13个注意任务和2个推理任务，结果发现，各种注意类型均与推理能力相关显著，其中被试在传统的注意划消任务（如d2 Test of Attention）上的得分与瑞文推理测验的相关最高。
工作记忆是一种对信息进行暂时性加工和存储的系统，在复杂的认知活动中扮演着关键的角色，对于推理能力的发展尤其重要（王亚南，刘昌，2004）。Howe等(1998)认为高水平的工作记忆能让个体保持更多的信息并对此进行有效的加工，从而得出正确的推理结果。工作记忆与推理之间的密切关系也得到了很多研究的验证(Salthouse,1993; Schweizer & Moosbrugger,2004; Suess,Oberauer,& Wittman,2002)。如Salthouse(1993)对18～70岁成年人的研究发现：推理能力的年龄差异是由工作记忆的容量有限性所导致，即在信息加工过程中，有限的信息保持能力是引起推理能力差异的主要原因。最近，Oberauer等(2005)对86项相关的研究所做的元分析显示：工作记忆与推理能力之间的相关可达到0.86，并认为工作记忆是推理能力强有力的预测指标。有关儿童发展的研究同样支持这一结论(Fry et al.,1996; Liu,2004; Miller & Vernon,1996)。如Fry等(1996)选取了219名7至19岁的被试，考察了年龄、工作记忆、加工速度与瑞文推理测验之间的关系，结果发现，工作记忆对瑞文测验的成绩有直接的影响，表明与年龄相关的工作记忆是影响推理或流体智力发展的直接影响因素。
上述研究表明，注意与工作记忆对推理能力均有重要影响，那么这三者之间又存在一种什么样的关系呢？Buehner,Krumm,Ziegler和Pluecken(2006)的研究证实了三者之间所存在的联系。该研究的结果显示，注意和工作记忆一共可解释83%的推理上的差异，二者同时预测推理时工作记忆对推理的影响显著，注意不显著。三者的关系在Schweizer等(2004)的研究中更为明确，该研究采用结构方程对注意、工作记忆和推理三个变量的分析发现，注意和工作记忆对推理的贡献都是显著的，直接效应路径系数表明工作记忆是一个较重要的预测变量(0.54)，注意次之(0.36)，并且注意可以通过工作记忆对推理产生预测作用，也就是说工作记忆在注意和推理之间起中介作用。
上述结果表明，注意与工作记忆对推理或流体智力均有重要的贡献，但目前三者关系的探讨限于为数不多的成人研究，而且在注意的作用上还不一致。从上述两个研究结果看，Buehner等(2006)发现，当注意与工作记忆共同预测推理时，注意的影响变得不显著；但Schweizer等(2004)的研究却仍然发现注意的影响是显著的。因此，需要更多研究进一步验证与了解当注意与工作记忆共同预测推理时注意的作用。
此外，目前注意、工作记忆与推理三者关系的研究主要是成人研究。众所周知，成年人与儿童青少年在认知能力发展上具有不同的特点。如与成人相比，7岁左右儿童的选择性注意能力明显偏低(Pasto & Burack,1997)，8岁儿童的工作记忆容量与成人也表现出明显差异（段小菊，施建农，冉瑜英，2009）；更重要的是Jong和Dassmaa(1995)的研究表明，与成人相比，儿童的工作记忆容量与推理的相关较低。再者，认知发展的研究表明，虽然注意和工作记忆在儿童青少年阶段发展趋势明显，但二者的发展并不同步(Anderson,2002; Siegel,1994)。因此有理由假设，推理能力在儿童青少年阶段的发展过程中，受注意与工作记忆的影响可能会与成人阶段有所不同。在不同的年龄段上，注意和工作记忆各自发展水平的高低可能对推理发展造成不同的影响，即注意与工作记忆对于推理能力的作用机制在个体的发展过程中可能是不同的。
综上所述，本研究从发展的角度考察注意、工作记忆与推理三者间的关系将有助于深入了解这三者之间的内在联系，特别是三者关系在跨年龄上的一致性或特殊性。基于以上分析，本研究要解决以下两个问题：(1)注意和工作记忆能否解释儿童青少年推理能力的年龄差异？进一步讲，二者可在多大程度上解释推理的年龄差异？(2)在儿童青少年发展的不同年龄段，注意和工作记忆对推理的影响是否相同？对这些问题的探讨将有助于深入了解儿童青少年时期推理能力发展的内在规律。
2 方法
2.1 被试
来自北京市四所学校（两所中学、两所小学）的113名学生（男53名，女60名）参与了本研究。一共分三个年龄组，其中7岁组(M=7.30,SD=0.59)33人；10岁组(M=10.28,SD=0.55)40人；13岁组(M=13.27,SD=0.55)40人。所有被试均智力正常，无视听障碍。
2.2 测验任务
每名被试均需完成3类任务。它们分别是推理任务、注意任务和工作记忆任务。每个任务包括两个分测验，共6个分测验。
2.2.1 推理任务
推理能力采用的任务为韦氏智力测验中文第四版(WISC-Ⅳ)中知觉推理分量表中的两个分测验：图画概念和矩阵推理（张厚粲，2008），这两个测验主要测查被试的流体推理能力。Keith,Fine,Taub,Reynolds和Kranzler(2006)运用WISC-Ⅳ的2200个样本数据对新版韦氏的结构进行分析后发现，在知觉推理分量表的四个分测验中，图画概念和矩阵推理对流体智力的贡献最高。这两个测验对被试作答时间都未作严格限制，因此可以减少由于不同被试加工速度的高低不等所带来的影响，以便更精确地测查被试的非言语推理能力。
(1)图画概念：给被试呈现两行或三行图片，让被试从每一行中选出一张图片以便使之构成有共同特征的一组。一共28道题，每道题回答正确记1分，回答错误或没有回答记0分，总分为28。该分测验考察个体的非言语的分类、归纳和推理能力。
(2)矩阵推理：给被试看一个不完整的矩阵，然后要求被试从五个反应选项中选出矩阵缺少的部分，使其成为一个完整、符合逻辑的图形。一共35道题，每道题回答正确记1分，回答错误或没有回答记0分，总分为35。该分测验主要考察个体的流体智力、非言语的推理能力。
2.2.2 工作记忆任务
工作记忆的任务为WISC-Ⅳ中工作记忆分量表中的两个分测验：字母—数字排序和背数分测验中的倒序背数。这两个任务主要测查的是被试的听觉工作记忆(Crowe,2000)。任务的选择严格遵循Baddeley,Sala和Robbins(1996)对工作记忆的定义，即需要同时对信息进行加工和存储。
(1)字母—数字排序：主试读出一组含有数字和英文字母的序列，让被试重组后按照由小到大的数字顺序，以及英文字母表的字母顺序依序回忆出来。一共有30道小题，每道小题，若被试正确回忆出数字顺序及字母顺序，记1分，回答错误记0分。共30分。
(2)倒序背数：以1-9个数字为材料，随机排成数字串，主试以每秒一个数字的速度读给被试听，要求被试按主试读出的数字的相反顺序背出。一共有18个小题，每道小题回答正确记1分，回答错误或没有回答记0分，总分为18。
2.2.3 注意任务
在各种注意任务中，传统的划消测验经常被用来测查个体的注意能力(Schweizer et al.,2005)。该类测验任务要求被试在一系列刺激中对既定的目标刺激尽快做出反应。其中，d2注意力测验即是对划消测验的标准化改进，该测验可较好地评估个体的选择性注意和注意集中能力（朱昭红，白学军，郝立峰，王勇慧，严芳，汪萍，2009）。同时，我们还采用了自编的数字划消测验，利用不同于d2的刺激材料来测查被试的注意能力。
(1)d2注意力测验(d2 Test ofAttention)：测验材料为字母(d,p)和短线（两条、三条和四条）。目标刺激为带有两条短线的d，其他组合刺激均为干扰刺激。要求被试尽快找到目标刺激，并做出反应。题目一共有14行，每行的答题时间为20s，20s之后要求马上做下一行。计分指标为所有的击中数减去虚报数。
(2)数字划消测验：测验材料为数字（0到9）和短线（两条、三条和四条）。目标刺激是带有两条短线的数字“9”，并且这个“9”前面不能为数字“5”，一共四道题，每道题的答题时间为60秒，四道题连续进行，60秒之后立即转到下一道题。计分指标为被试在四道题上总的击中数减去虚报数。该测验的内部一致性信度为0.95。
2.3 测试程序
注意的两个测验为团体施测，推理和工作记忆的四个测验均为个体施测。团体测试每次测查一个年龄组20名左右的被试，先进行数字划消测验，之后进行d2注意力测验，测试总时间18分钟；个体施测在团体测试之后进行，测试在安静的房间里进行。四个测验的施测顺序根据其在WISC-Ⅳ中的排放位置依次为：背数、图画概念、字母—数字排序和矩阵推理。
3 结果
3.1 注意、工作记忆与推理的发展
表1列出了各年龄组被试在6个任务上的平均分和标准差，各任务上的得分均呈随年龄而增加的趋势。单因素方差分析显示，所有任务上年龄的主效应都显著（见表1）。
为考察注意、工作记忆与推理能力上的发展差异，我们把所有被试在每个测验上的得分转化为Z分数，之后计算测查同一种认知能力两个测验的平均Z分数，这样，每个被试分别有注意、工作记忆和推理能力三种认知能力的分数（后面的协方差分析和路径分析均采用转化后的这三个变量）。单因素方差分析表明，三种认知能力的年龄效应均显著，且三者之中，注意能力的年龄效应量最高（见表2），表明注意能力的年龄差异最大，即注意能力在儿童7～13岁期间发展速度最快，其次为工作记忆。
3.2 注意与工作记忆在推理能力年龄差异中的作用
参照以往同类研究的方法(Liu & Li,2003; Salthouse & Coon,1994)，对推理的测验分数首先进行年龄的单因素方差分析，其后进行三次协方差分析，自变量均为年龄，协变量依次为注意、工作记忆、注意与工作记忆。表3为各变量依次进入方差分析后所得到的结果。可以看出，在控制注意之后，虽然推理的年龄效应仍然显著(p＜0.05)，但年龄对推理的效应量从原来的0.44降到0.17。可见，控制注意之后，推理能力的年龄差异降低程度为61.84%①；控制工作记忆之后，推理的年龄效应已从显著变为不显著，年龄对推理的效应量从0.44降到0.16，降低程度为64.14%；而对注意和工作记忆同时控制之后，年龄对推理的效应量下降至0.13，降低程度为70.11%。
3.3 在各年龄组上注意、工作记忆与推理能力的关系
上述协方差分析揭示了注意和工作记忆在推理能力年龄差异中的重要作用，但它们不能提供在儿童青少年发展的不同阶段二者对推理的影响。而路径分析可以清晰地显示注意、工作记忆与推理在各年龄组上的关系，从发展的角度深入地揭示影响推理发展的内部机制。
表4为各年龄组上注意、工作记忆与推理之间的相关。在各年龄组上，注意和工作记忆均与推理的相关显著，此外，各年龄组上注意与工作记忆之间存在较高的相关，并且均处于显著水平。
回归分析的结果显示，在7、10、13岁三个年龄组上，注意和工作记忆对推理总的解释量依次为37.22%、28.03%和24.96%。通过多元回归建立各年龄组的路径分析图（图1、图2和图3），可以看出，在7岁组，注意对推理的直接路径系数显著，工作记忆不显著，说明注意对推理的影响比较明显，工作记忆对推理能力没有显著的影响；在10岁组，注意和工作记忆对推理的路径系数均为显著，说明此时工作记忆对推理的影响开始彰显，并与注意共同对推理产生影响；到13岁组，工作记忆对推理的路径系数显著，而注意对推理的直接路径系数变为不显著，说明到这一阶段，注意对推理已没有显著的直接影响，而工作记忆仍处在非常重要的地位。另外，在三个年龄组的预测模型中，注意对工作记忆的路径系数均为显著。根据中介作用的条件，在7岁组，工作记忆未在注意和推理之间起中介作用；在10岁组，工作记忆起部分中介作用；而在13岁组，工作记忆起完全中介作用。
4 讨论
4.1 注意与工作记忆在推理能力年龄差异中的作用
本研究首先探讨了在儿童青少年阶段注意与工作记忆能力对推理能力年龄差异的作用。协方差分析结果表明，在同时控制注意和工作记忆之后，年龄对推理能力的效应量从0.44降至0.13，推理能力的年龄差异降低程度为70.11%，这表明在儿童7～13岁这一年龄段，注意和工作记忆在推理的年龄差异中起到十分重要的作用。这一结果拓展了相关成人的研究结论(Buehner et al.,2006; Schweizer et al.,2004)，即不仅在成人中注意和工作记忆对推理起到重要的预测作用，而且在推理能力发展的过程中，注意和工作记忆仍起到非常重要的作用。具体地说，推理能力发展中的年龄差异可能主要受注意与工作记忆的发展差异所影响。这其中注意与工作记忆对推理能力年龄差异的作用是不同的。
图1 注意、工作记忆和推理的路径关系（7岁组）
成人研究中注意在推理或流体智力的年龄差异起重要作用(Stankov,1988)。本研究中当注意作为控制变量时，推理的年龄效应量从0.44降至0.16，降低程度为61.84%，表明选择性注意能力在儿童青少年推理能力的年龄差异同样起着重要作用。同时，工作记忆作为一种对信息进行暂时性加工和储存的能量有限的系统，是评价高级认知能力的重要预测指标(Fry et al.,1996; Miller et al.,1996)。本研究结果显示在控制工作记忆之后，推理的年龄效应量从0.44降至0.15，降低程度为64.14%。由此可见，控制工作记忆后推理能力年龄差异的降低程度大于控制注意后推理能力年龄差异的降低程度，这说明工作记忆在推理能力发展的过程中发挥了较大的作用。已有研究表明，外界信息通过注意选择进入当前加工范围，只是信息加工的第一步，对这些信息的进一步加工是由工作记忆来完成的(Cowan,Fristoe,Elliott,Brunner,& Saults,2006)。我们认为，对信息的监控(supervising)和协调(coordinating)在复杂任务的完成过程中至关重要，而监控和协调正是工作记忆的主要功能(Buehner et al.,2006)。所以相对于注意来说，工作记忆在推理等复杂任务中起着更为重要的作用。本研究的结果则进一步揭示了在推理发展的过程中，工作记忆的作用仍十分关键。
4.2 不同年龄组上注意与工作记忆对推理能力的影响
本研究选取了儿童青少年发展的不同年龄段，以探讨注意与工作记忆对推理的影响是否具有跨年龄的一致性。路径分析的结果揭示了三个年龄组中注意、工作记忆对推理能力的不同作用。具体来说，在7～13岁期间，随着年龄的增长，注意对推理的直接影响从显著变为不显著，而工作记忆的影响从不显著变为显著。可见，在儿童学龄初期，注意能力对推理发展起重要作用，从小学高年级开始，工作记忆所起的作用更为明显，而且从发展的趋势看，13岁组的结果跟以往成人研究结果较为接近(Buehner et al.,2006; Schweizer et al.,2004)。
这种影响的相对变化凸显了注意和工作记忆在发展速度与成熟时间上的差异及其对其他更高级认知过程的不同作用。注意系统处于信息加工的基础地位，而且其基础性地位在儿童学龄初期即已显现。如Enns和Brideur(1989)的研究表明，6岁儿童即已具备了初步的注意定向模式，这种有方向有选择的自主定向行为可使儿童把注意力逐渐控制在其正在做的事情上，从而较少受到干扰刺激的影响。不同于注意系统，儿童的工作记忆的各种策略（如对图像信息进行语音编码）只有在儿童入学之后才得到经常的使用和锻炼，所以工作记忆从儿童6～7岁开始才进入迅速发展的阶段(Fry et al.,2000)。这意味着与注意相比，7岁儿童的工作记忆处于一个相对较弱的水平，较低的水平制约了其功能的发挥。本研究结果即反映了在学龄初期，相对于工作记忆的尚不成熟，发展水平较高的注意能力对推理能力的影响较为明显。之后，工作记忆开始快速地发展起来，到10岁时工作记忆已经发展到一个相对较高的水平，其各种功能如对信息的存储、加工和协调的能力不断增强，这些功能在儿童解决推理问题时起到十分关键的作用(Fry et al.,2000)，因此，到儿童10岁左右，工作记忆对推理的影响已开始显现，正如本研究所发现的那样，而且这种影响在后期的发展包括在成年人中都普遍存在(Buehner et al.,2006; Schweizer et al.,2004)，体现了工作记忆在复杂信息加工中的重要作用。与工作记忆不同，选择性注意在儿童13岁时对推理的直接影响已经不明显。原因可能有两点：其一，正如一些研究者所认为的对推理能力起关键作用的是工作记忆(Carpenter,Just,& Shell,1990)，而非注意能力。至于选择性注意在儿童发展早期对推理能力的重要作用主要是由于工作记忆的发展水平较低，一旦工作记忆发展较为成熟，工作记忆便直接成为制约推理问题成功解决的关键因素；其二，注意对推理的影响通过工作记忆起作用，即工作记忆完全中介了注意对推理的影响，这在下面给予详细解释。
路径分析结果同时表明，在儿童10岁和13岁，注意通过工作记忆对推理产生影响，也就是说，工作记忆在注意和推理之间起中介作用，这与Schweizer等(2004)的成人研究结果一致。这一点缘于注意和工作记忆在推理加工中的不同作用。如上所述，选择性注意作为信息加工的过滤器，通过对相关信息的选择和对干扰刺激的排除，决定了哪些信息进入到当前的加工范围。这一步是工作记忆对信息进行深入加工的基础和前提(Cowan et al.,2006)。因此，对推理任务的解决，首先要求个体保持一定的注意水平，而随之的工作记忆的各种执行性操作才使得推理任务能更好地完成。所以在儿童10岁和13岁，工作记忆在注意和推理之间起中介作用。具体来说，在儿童10岁，由于工作记忆仍未发展到很高的水平，所以仅在注意和推理之间起部分中介作用；到儿童13岁，由于工作记忆的进一步发展和注意对推理总体影响的减弱，工作记忆在注意和推理之间起完全中介作用。但在儿童7岁，由于工作记忆的发展水平还较低，对推理的影响不明显，也就充当不了注意和推理之间中介者的角色。因此，在儿童发展的不同时期，注意、工作记忆和推理的关系并不完全相同，注意和工作记忆在复杂信息加工中的不同地位和不同的发展水平决定了二者在推理发展中的不同作用。
综上所述，注意和工作记忆对儿童青少年时期推理能力的发展均具有非常重要的作用，但二者在不同的年龄段，对推理能力的影响程度又相对不同。具体来说，在儿童发展的早期，注意对推理的影响比较明显，随着儿童年龄的增长，工作记忆对推理的影响逐渐彰显，而且在10岁之后，工作记忆在注意和推理之间起中介作用。但由于本研究仅选取了三个年龄段的儿童，对这种影响的相对变化并不能给出系统的描述，需要进行纵向研究做进一步的验证。
5 结论
本研究主要得出以下结论：
(1)7～13岁期间，注意、工作记忆和推理能力的年龄差异均显著，其中注意能力的年龄差异最大。
(2)总体上，注意和工作记忆在儿童青少年推理能力的年龄差异中起十分重要的作用，其中工作记忆的作用大于注意；然而在儿童不同的年龄，注意与工作记忆对推理的影响不尽相同。即在儿童7岁时，注意对推理有显著的影响；到儿童10岁，注意和工作记忆对推理均有显著的影响；但到儿童13岁时，只有工作记忆对推理的直接影响显著，且在注意和推理之间起中介作用。
注释：
①即(0.44-0.17)/0.44=61.84%