人天生就會除法，賓大最新研究：兒童啥都不學也能算出來

明敏 2022-02-26 12:30:45 來源：量子位

明敏 發(fā)自 凹非寺

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你知道嗎？其實你可能天生就會算除法。

最近賓夕法尼亞大學的學者們發(fā)現(xiàn)，即使兒童在并沒正式學習算術前，就本能地具有這方面能力。

在一項對89名兒童的測試中，孩子們在73%-77%的情況下都能選擇正確的答案，成人的正確率則在90%以上。

目前，這項研究被發(fā)表在《人類神經科學前沿》上。

全靠近似數(shù)量系統(tǒng)（ANS）

在介紹實驗前需要說明的是，兒童天生會算除法，并非是我們平?？吹降墓侥?，而是說具備這方面能力。

這項實驗基于的理論基礎是近似數(shù)量系統(tǒng) （approximate number system，ANS）。

人類或動物天生對于數(shù)量的估算能力，就是基于這一認知系統(tǒng)。

比如假設你是一只要吃果子的鳥兒，一棵有100個果子的大樹和一棵有200個果子的大樹，你并不會去挨個數(shù)每棵樹上有多少果子，而是估計一下哪棵樹上果子更多，就去哪棵樹上采食。

此前研究表明，ANS對數(shù)學能力的影響起著至關重要的作用，比如精確數(shù)字和簡單算術。

這次實驗同樣應用了這一理論。

研究人員并不是直接給兒童們看一大堆公式，而是模擬了一個蜜蜂采蜜的場景。

實驗假設有一只蜜蜂正在采蜜，當它落在花朵上時，一些蜂蜜會被它采走，還有一些則會掉在花瓣上。

研究人員假定蜜蜂每次落在花朵上的蜂蜜都是平均分布的。

如下圖所示，橙色圓點表示蜂蜜，如果一共有48個“蜂蜜”掉在花朵上，那么每片花瓣上有6個。

此時，實驗中會出現(xiàn)另一花瓣（右側），上面也有一定數(shù)量的蜂蜜。

受試的孩子們需要判斷這兩片花瓣上，哪邊的蜂蜜數(shù)量更多。

經過這樣幾次訓練后，孩子們已經熟悉了規(guī)則。

現(xiàn)在到了實驗的重點。

研究人員通過遮擋的方法，讓孩子們無法直觀看到蜜蜂采蜜后有多少蜂蜜落在花瓣上。然后再讓他們判斷，與右側花瓣對比，哪片花瓣上蜂蜜的數(shù)量更多。

其實到這里，孩子們想要作出正確的判斷，心里就需要進行一次除法的估算。

在進行這種非符號（不顯示數(shù)字）實驗后，研究人員將圖中蜂蜜換成具體數(shù)字后，又進行了一輪測試。

這時，兒童腦子中必須注意到三個數(shù)字，蜂蜜數(shù)量、花瓣數(shù)量、每片花瓣上蜂蜜數(shù)量。

換言之，也就是除數(shù)、被除數(shù)、商——此時已經初具除法模樣了。

最后，研究人員還找來了87位大學生進行試驗，作為對照。

結果顯示，在非符號（不顯示數(shù)字）測試中，兒童能在73%-77%的情況下作出正確選擇。

在符號（顯示數(shù)字）測試中，兒童能在67%-72%的情況下選對答案。

成人組的準確率整體更高，正確率在88%以上。不過情況和兒童組不同的是，成人在符號測試中的正確率優(yōu)于非符號測試。

One More Thing

ANS被認為可以進行所有大于4的非符號表示。

它的精確度會隨著人成長發(fā)育不斷提高，最終達到約15%的準確度。也就是說，成人可以在不進行計算的情況下，區(qū)分數(shù)量為100和115集群。

腦科學研究表明，腦區(qū)雙側的頂內溝處大致為ANS系統(tǒng)所處的位置，目前這方面研究成果被廣泛應用到兒童教育教學中。

還有研究證明，兒童時期ANS的準確度可以預測其之后的數(shù)學成績。

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