培养孩子空间能力，为数学学习奠定基础

2016-02-24 小泡把科学带回家

公众号 “把科学带回家”
给孩子最好的科学教育

转载自公众号：婴幼儿心理（微信号：kidslab），由北京师范大学发展心理研究所婴幼儿心理实验室创办，主要从事学前儿童认知发展方面的研究。

文/编辑：小泡

毫无疑问，物理学家爱因斯坦拥有一颗非常聪明的大脑，在数学和科学领域很有天赋。据说他小时候较晚才学会说话，他曾说自己并不是以口头或者书面语言来辅助思考过程，而更多是通过视觉图像这种非言语的方式思考。这位天才去世后，在对其大脑的研究中也发现了这种空间图像的思考方式的证据。爱因斯坦大脑中加工数学和空间信息的顶叶皮层区域的面积明显超过普通人，并且这些脑区似乎经历了特殊的重构，帮助他以一种新方式来思考宇宙中的现象和谜团。

事实上，许多科学领域的工作者常常要依赖空间能力来完成工作。地理学家需要描绘出地表变化过程的视觉图像，工程师需要考虑各种受力情况设计建筑的三维结构，医生需要解读人体内器官的扫描影像结果做出诊断评估。

我们对于空间的认知，通常包括对物体位置、形状，物体之间的关系和物体的运动轨迹等方面的认识。

空间能力中至少包括两个方面：

1. 空间视觉化能力(Spatial Visualization)，就是在心理上加工视觉图形的能力，比如你不用把屏幕倒过来也能够想象如果把下面这幅图旋转180°看是什么样子。

2. 空间关系能力(Spatial Relations)，主要包括空间定向能力(Spatial Orientation)，比如刚从地铁口出来迷失了方向的你可以使用外界环境提供的信息来重新恢复方向感。

一些大规模的追踪调查发现，那些在高中阶段的空间测试中获得高分的学生，后来更可能选择进入STEM学科（即科学、技术、工程和数学）相关的专业和职业领域。数学能力对每个人来说都是十分重要的基础认知技能，越来越多研究表明，除了数学教育中的平面和立体几何内容，空间能力与数学能力之间存在着广泛并且深入的联系，这种联系在我们还没有正式学数学的时候就已经出现了。

人类似乎天生有一种将数量和空间联系在一起的倾向，我们的大脑在加工数量和空间量（长度、面积）的时候激活的脑区之间存在很多重叠。如果让你把0-9这十个数字排列在一条水平的直线上，你会排成什么样子呢？

你可能会很自然地按从左向右依次递增的顺序排列，这就是我们大脑中数字线的特点——小数位于空间左侧，大数位于空间右侧，这种方向和我们习惯的阅读、书写方向是一致的。这种数量的空间表征看似十分简单，却预示着空间能力的差异会影响孩子形成精确的数量表征，从而进一步影响很多其他数量加工任务中的表现，比如加减法数字运算。

很多孩子都爱玩搭建积木的游戏。研究表明，3岁孩子在积木任务中表现出的空间能力，能够显著预测其在一年后的数学测试中的表现；空间能力好的孩子，能更好地完成准确取出特定数量的物体以及数量运算等任务。在搭积木时，需要将整体的积木结构分解成更小的单元，这也许可以帮助孩子理解，数字也可以分解为更小的单元，这种对整体-部分关系的认识在其他数学推理中也很重要（比如分数和测量概念）。进行准确搭建还需要使用计数策略，能够促进孩子对离散数量的认识，在数量与数词之间建立起联系，帮助理解数词的含义。

在生活中我们常常会使用地图帮助定位和进行空间导航。地图使用中的一个重要能力是进行比例放缩(scaling)的心理操作，就是将二维地图上的距离信息与真实空间中的距离对应起来。这种匹配不同尺度表征的能力，也可以应用在一些数学的比例推理任务中，比如理解1/3和2/6这两个比例实际上具有相等的值。有研究证明了4岁和5岁孩子，如果在使用地图确定目标位置的任务中出现的错误越少，那么其在比例数量推理任务上也会有更好的表现。

空间能力的培养应该从娃娃抓起。如果能在接触正式的数学知识和课程之前，给孩子提供更多空间相关经验，帮助他们发展较好的空间技能，可以为日后抽象的数学概念的学习奠定良好的基础。空间能力训练的相关研究发现，空间能力确实具有一定可塑性，一些训练方法包括玩电脑游戏、练习空间测试任务以及参加相关课程都被证明是有效的。一些设计良好的训练能够提高个体在更普遍的空间任务中的表现，这种促进作用甚至能迁移到部分数学能力上。

所以，爸爸妈妈们应该多鼓励和支持孩子参与有趣并且适合其年龄的空间活动，提供更多在玩耍中接触空间材料的机会，比如开展搭积木和拼图游戏；可以和孩子一起玩shape sorter这类玩具，练习分类和命名各种几何形状。在日常的亲子对话中尽量多使用一些空间词汇，这种空间语言输入有利于孩子日后的能力发展；并且在对话中多使用辅助的手势，可以帮助孩子更好地理解空间词汇的含义。还可以和孩子玩这类游戏：让孩子想象并预测物体在简单运动“实验”中将会到达哪个位置，比如先在心里想象物体在弯曲管道中的运动路径，再预测物体经过管道后将会出现的位置，用这种方式培养他们的空间视觉表征能力。从三岁开始，可以鼓励孩子在生活中学习使用地图以及其他空间模型，阅读一些关于空间能力运用的书籍；从不同方面培养孩子的早期空间能力，帮助他们充分地发挥和实现自身潜能！