《教育家》科學改變教育欄目：珠算與珠心算是大腦認知功能訓練的工具

周新林 / 北京師範大學心理學部、認知神經科學與學習國家重點實驗室教授

原載《教育家》科學改變教育欄目

周新林

北京師範大學心理學部、認知神經科學與學習國家重點實驗室教授、博士生導師，北京師範大學Siegler創新學習中心主任（中方），國際數學認知與學習協會（iMCLS）理事。2007年入選教育部新世紀優秀人才支持計劃，主要研究數學認知加工的腦機制、兒童數學能力發展過程以及促進。在Psychological Science，Cognition，Neuroimaging等國際雜誌上發表研究論文或綜述50餘篇。

在腦科學背景下，人們越來越重視大腦認知功能訓練。良好的大腦認知功能是學生髮展的目的和基礎。目前大腦認知功能訓練的主要方法是認知行為訓練（含認知遊戲訓練），但是認知行為訓練的效果問題歷來是爭論的焦點。結合國內外的研究，珠算與珠心算訓練在大腦認知功能提升中具有顯著價值。

什麼是珠算與珠心算

中國珠算是以算盤作為工具的一種數字計算方法，它是我國古代勞動人民智慧的結晶，目前已列入中國和世界非物質文化遺產名錄。珠心算脫離了實際的算盤，演算者藉助腦中虛擬的算盤進行演算。珠算到珠心算的轉變使得珠算從經濟工具轉變為教育工具。目前珠算、珠心算在促進個體發展中的價值越來越被重視，逐漸走進課堂和千家萬戶。各級珠算協會、教育主管部門、研究機構等陸續設立了多個珠算、珠心算教育的實驗區、實驗校、實驗班；江蘇省教育廳、財政廳還將其納入全省小學數學地方課程，開展珠算、珠心算與小學數學課程融合的探索實驗。

目前社會大眾對珠算、珠心算學習仍存疑問，例如，是否應該學習珠算、珠心算，從哪個年齡段開始學習比較合適，學習時長是多少，等等。已有研究尚不能確切回答這些問題，但總體上，不同類型的學生能夠習得珠算、珠心算技能，並經過一定強度訓練後，部分認知功能有明顯提升，且目前為止沒有發現明顯副作用。

近年來，國內外研究者從多角度尋找提升大腦認知功能的方法；而已有的認知行為訓練比較枯燥，缺少知識與技能內涵；如果採用趣味性的認知遊戲開展訓練，兒童又可能容易成癮。比較而言，筆者認為珠算與珠心算因其文化底蘊、知識與技能兼備，可以作為提升一些特定大腦認知功能的工具。

大腦認知功能的促進作用

珠算、珠心算訓練在研究、實踐中，對於大腦認知功能的塑造作用主要有四個方面。

珠算與珠心算訓練，可以促進計算能力的發展。其原因可能主要在於針對計算的直接的、大量練習，同時獲得了新的、基於算盤的計算方式。

筆者與同事對近500名二、三年級小學生進行了抽樣調查。這些學生入學時是隨機分班的。一類是珠算班，他們的課程內容中包含了珠算、珠心算內容；另一類是普通班，課程內容不包含珠算、珠心算。研究發現，珠算班學生的計算能力優於普通班，效應值為1.26（0.5為中等效應，0.8為強效應）。按照國際常用方法，將計算障礙定義為計算能力處於同年齡孩子的1.5個標準差之外（低端）時，普通班計算障礙發生率為8.1%；若採用2個標準差的標準，計算障礙發生率為2.1%；但是珠算班，無論採取以上哪種標準衡量，計算障礙發生率均為0。這一結果說明，珠算、珠心算引入小學數學課程有可能實質性地解決計算障礙問題。

珠算、珠心算訓練可以提升注意力。珠算、珠心算訓練的主要內容是數字，數字缺少一般語義信息，學生集體注意力加工數字這一過程可能有助於提升學生的注意力。

很多研究均發現珠算、珠心算訓練在注意力提升中有積極作用。筆者與全國多個省市的多家幼兒珠算、珠心算教育機構合作，測試了近800名幼兒園大班兒童，其中半數兒童沒有學習過珠算、珠心算，另一半珠心算水平達到七級。在注意力測試任務上，兒童需要在四分鐘內儘可能多地找出特定的幾何圖形。對比發現，控制智力、年齡等因素後，學習過珠算、珠心算的兒童平均能找到37個符合要求的圖形，而未學習的兒童平均僅能找到27個。這一結果表明，學習過珠算、珠心算的孩子有更好的視覺信息搜索能力，注意力的發展更有優勢。

兒童注意力發展問題是世界性問題，學校老師反映最多的認知問題就是學生注意力不集中的問題，其中嚴重的注意缺陷多動障礙發生率在5%左右。結合已有研究，珠算、珠心算可能在一定程度上可以解決兒童注意力發展中的問題，尤其注意缺陷多動障礙。

珠算、珠心算能夠提升人的知覺與空間能力。這些能力包括數感能力、知覺速度和平面空間想像能力等，其作用可能源於對算盤的視覺加工和視空想像。

數感是快速、粗略的數量估計能力。筆者與同事的幾項研究均揭示數感能力是一種視覺知覺能力。我們對比分析了珠心算六級水平學生和沒有珠算、珠心算學習經驗的學生在數感上的能力差異（各75人），結果發現，學習過珠算、珠心算的學生對數量的估計正確率更高，約為78%，而未學習過珠算、珠心算組學生的平均估計正確率為68%。

我們還採用平面空間加工任務，發現學習過珠算、珠心算的學生能夠完成更多的想像中的圖形旋轉。

珠算、珠心算訓練可以促進記憶能力的改進。需要強調的是，珠心算在提高記憶能力方面作用有限，可能僅限於數字記憶方面。（對於孩子學習珠心算對英語，語文等記憶有顯著左右，這個已經得到大量的實踐驗證）

筆者與同事對比分析了31名珠心算高手（二級以上）和31名未接觸過珠心算的普通被試者的行為表現，在數字記憶任務中，例如需要記住的數字是7249352864，如果按順序報告（即報告7249352864），珠心算高手記住的數字個數平均達到12.3個，普通被試者只能記住9.3個，即珠心算高手能多記住3個數字；如果按相反順序報告（即報告4682539427），珠心算高手的水平記住的數字個數平均達到9.7，普通被試者平均達到7.9個，高手能多記2個數字。通常記憶數字時，我們會在腦中反覆默背，這是一種語音編碼的方式，而學習過珠心算後，可採用視覺編碼，即將數字與珠算關聯，所以可能會記得更多數字。

珠算與珠心算訓練對大腦結構具有塑造作用

大腦結構變化遵循的原則之一是用進廢退，較長時間的珠算、珠心算訓練能夠塑造人的大腦結構。

在我們的珠心算高手腦成像研究中，珠心算高手的左側感知運動皮層的部分腦區的灰質密度顯著高於普通人。這可能是因為珠心算高手採用手部精細動作（即撥珠動作）表徵數字，長期的訓練使得相關腦區在形態上發生變化。也有研究發現，珠心算高手的大腦纖維束連接的各項同性指標均值也顯著高於普通人，這可能意味著珠心算學習者大腦纖維束起到的連接作用更強。因而一定強度的珠算、珠心算的訓練，可以引起大腦結構上的變化。這些變化也許是大腦認知功能提升的一種基礎。

珠算與珠心算不是大腦認知功能訓練的全能工具

曾經有位學生家長給筆者打電話，說她的孩子作為全國珠心算冠軍，竟然用了一個小時背誦一首古詩還沒有背會，而她在一旁做家務都背會了。她希望知道背後的原因。

其實珠算、珠心算在提升記憶方面的作用是有限的，其作用主要在數字記憶。珠心算冠軍的數字記憶能力不一定可以遷移到語言的背誦中，因為珠心算訓練了大腦的視覺空間想像的部位，而背古詩需要記憶語義關係或者進行語音編碼。我們用左腦去背古詩，用左右腦的頂枕葉等去完成珠算、珠心算，兩者使用的腦區不同。

大腦認知功能是多維度、多層面的。除了上面提到的幾種認知功能，還需要發展語言能力、推理能力、立體空間想像能力等。這些認知功能的發展還需要有更多工具的使用。

未來的研究

珠算、珠心算的教育實踐在快速發展，但是，揭示珠算、珠心算訓練的規律和價值的研究工作才剛剛開始，還有大量問題有待研究解決。

目前的研究結論基本上基於事後分析，即對比分析已經學會了珠心算的群體與未學習珠心算的群體。這種方法無法排除學會珠心算群體在訓練之前就存在的特殊性。將來的研究需要採用隨機分組的方法揭示珠算、珠心算訓練在大腦認知功能發展中的規律與價值，即按照隨機原則，將一半被試者分配到珠心算組進行珠心算學習，另一半被試者分配到非珠心算組作為對照。通過實驗組、對比組前後測的分析方法揭示訓練的效應量。

未來的另一個研究趨勢就是珠算、珠心算訓練將在實驗室中完成。一是隨機分配被試，二是嚴格控制干擾因素的作用，例如排除訓練方法因素的作用以揭示訓練強度的效果。只有在實驗室環境中，才能更好地操縱各種變數，精細揭示影響珠算、珠心算訓練效果的因素類型。

最後，未來的研究還需要對比分析珠算、珠心算與其他類型工具的效果和規律問題，例如珠算、珠心算課程與數學思維課程的對比分析。這種對比能夠準確揭示珠算、珠心算訓練效果的來源和相對價值。

總體上，珠算、珠心算訓練在認知功能提升中具有明顯效果，但是，我們對其作用機理知之甚少，對它的研究任重道遠。只有深入研究才能做好這一優秀傳統文化的繼承和發揚。

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