7岁超常和常态儿童的信息加工速度

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本研究得到国家自然科学基金项目(39700045),首都师范大学学习与认知实验室和国家教育科学十五规划重点项目(GBB010921)的支持.
恽梅的现工作单位为北京出版社《父母必读》杂志社.
通讯作者:施建农,email : shijn @psych. ac. cn
7岁超常和常态儿童的信息加工速度3
邹枝玲 施建农 恽 梅 方 平
(中国科学院心理研究所心理健康重点实验室,北京100101) (首都师范大学学习与认知实验室,北京100037)
摘 要 该研究以超常和常态儿童各25名(平均年龄分别为6岁10个月和6岁11个月)为被试,以选择反应,图
形匹配,心理旋转,和抽象匹配为基本认知任务,对超常和常态儿童的信息加工速度作了比较研究.研究者对被试
的正确率和反应时作了分析.结果表明:(1)超常儿童基本信息加工能力显著优于普通儿童,具体表现在反应时更
短,或正确率更高.(2)超常儿童与常态儿童信息加工的差异与任务难度有关,在选择反应和图形匹配任务中,超
常儿童的反应时显著短于常态儿童.而且,在图形匹配任务中,任务难度越大,差异越显著.而在心里旋转和抽象
匹配任务中,超常儿童的正确率显著高于常态儿童.(3)任务的难度无论对超常组被试还是常态组被试的反应时
及反应正确率都有影响,但影响方式不太一样.在反应时上,随着任务难度的增加,两组被试的反应时都明显延
长;但在正确率上,则随着任务难度的增加,常态组被试的正确率降低,而超常组被试的正确率基本稳定在一个较
高的水平上,即任务难度间的差异不显著.
关键词 超常儿童,信息加工速度,反应时.
分类号 B844
1 引 言
超常儿童的特点及其发展是世界各国心理学家
和教育者共同关心的热点问题.我国研究者对超常
儿童进行系统的,科学的研究和教育始于1978
年[ 1 ].20多年来,研究者们从认知能力(智力),非
智力个性特征以及创造力等方面对超常儿童进行了
较为全面的研究,取得了许多一致的结果[ 2 ].在认
知方面,现有的研究主要涉及超常儿童的高级认知
活动,如感知[ 3 ],记忆[ 4 ,5 ],类比推理能力[ 6 ],技术问
题理解能力[ 7 ],心理折叠能力[ 8 ],和创造性思
维[ 9 ,10 ].些研究的结果表明,超常儿童不仅在智
力上明显高于常态儿童,而且在感知,记忆,思维等
方面都明显优于常态儿童.但是,人们不禁要问,
"为什么超常儿童在这些高级认知活动中能表现出
普遍的优越性 ",也就是说"超常儿童的本质是什
么 ".对这个问题的探讨将有助于人们更好地理解
人类智力的本质.
Salt house于1985年提出了著名的"加工速度
理论"(processing speed t heory),认为信息加工速度
是许多认知操作得以实现的一个重要因素,在众多
的认知任务中都起着非常重要的作用,因此是认知
能力差异的主要来源.他们提出,从心理测量的角
度来看,加工速度是智力因素中G因素的核心,人
的G因素的差异是加工速度差异的体现[ 11 ].因
此,自80年代以来,信息加工速度被看作是衡量心
理能力的重要指标,同时也是衡量个体心理水平发
展的重要指标.
一般认为信息加工速度体现在三个层次上:感
觉运动速度(sensorimotor speed),知觉速度(percep2
t ual speed),和认知速度(recognition speed)[ 12 ].第
一个层次是最为基础的,类似于基本的神经传导速
度,反映了对刺激迅速做出简单反应的能力;第二个
层次则反映了对刺激迅速做出简单的知觉判断等的
反应能力,例如:判断两串是否相同;第三个层
次涉及到高级的认知活动,例如:回忆,联想等,但由
于这些高级认知活动的速度和成绩大多都受到经
验,策略等多方面因素的影响,所以加工速度在这一
心 理 学 报 2003 ,35(4):527～534
Act aPsychologicaSi nica
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层次上的作用比较难于把握.事实上,在实际的操
作中,很多任务或认知作业是很难确切界定在哪个
层面上的.因此在具体的实验研究中,人们并不刻
意把任务定位于某一个层次,而通常采用基本认知
任务(Elementary Cognition Tasks , ECTs)来测量
加工速度,如简单反应,选择反应,短时记忆扫描,字
母匹配,和检测时(Inspection time , IT)等[ 13～15 ].
信息加工速度概念的引入,使得一般智力的概
念变得更加具体,可操作,也为在认知水平和心理物
理水平上解决G因素的基础这个理论问题提供了
可能.十几年来,人们进行了许多的研究,现有的以
成人为被试的研究结果表明,基本认知任务中的信
息加工速度(SIP)和智商(IQ)有着显著的相
关[ 16～18 ].而且,有研究显示,随着任务难度的增
大,二者的相关检验的显著性提高[ 19 ,20 ].但也有研
究结果显示二者的相关与任务难度无关[ 21 ].如果
把以上来自成人被试的结果推广到儿童被试,那么
可以推论:智力越高的群体,其信息加工速度越快,
反映在反应时(R T)上,应该反应时越短.或者,如
果以正确率为指标,那么,正确率应该越高,而且这
种差异可能随着任务难度的不同而有所不同.
事实上,国外已有研究结果表明,超常儿童不仅
在智力和学业成绩等方面优于常态儿童,而且他们
的基本信息加工速度也显著快于常态儿童[ 22～24 ].
但是,国内,以智力超常和常态儿童为被试的这
种较少涉及经验,知识,策略使用的基本信息加工速
度的研究很少.另外,在国外的文献中虽然有以高
智商者为被试的研究[ 22～24 ],但大部分研究所采用
的任务比较单一(常见的是简单反应时(R T)和选择
反应时(CR T) ),衡量信息加工速度的指标也较单一
(通常是只用反应时,而忽略了正确率),因此不能全
面反应超常儿童的基本认知特点.
为了较全面地了解超常儿童信息加工的特点,
本研究试图采用4项经典的基本认知任务,分别涉
及知觉,表象和思维,通过同时分析被试的反应时和
正确率,对7岁超常与常态儿童的信息加工速度进
行了比较.本研究旨在探讨我国超常与常态儿童信
息加工速度的差异.这将有助于我们了解超常儿童
认知发展的特点,并在理论上进一步理解智力的本
质.
2 研究方法
2.1 被试的选取
本实验中的超常儿童选自北京某小学一年级超
常班儿童,共32名;常态儿童来自该校一年级一普
通班的学生,共30名.分别从两组儿童中剔除年龄
偏大或偏小的儿童.最后选取普通组25人(男12,
女13),平均年龄6岁11个月;超常组25人(男14,
女11),平均年龄6岁10个月.经检验,两组儿童
年龄差异不显著(p< 0. 357),性别比例差异不显著
(p< 0. 580).之后,对两组儿童分别进行瑞文智力
测验(华东师范大学,1985 ,不限时施测),超常组儿
童的等级水平在95百分位以上,常态组处在75百
分位左右,两组儿童智力差异显著(F(1 ,48)= 26 ,
p< 0. 000).总体上,全体平均年龄6岁10个月,
男女比例52:48.
2.2 实验任务
为了更全面地反应超常儿童与常态儿童信息加
工速度的差异,本实验共采用了4种实验任务:选择
反应,图形匹配,心理旋转和抽象匹配.分别涉及知
觉,表象和思维,而且难度水平逐渐增大.任务(1)
和(2)主要涉及知觉成份,任务(3)主要涉及知觉和
表象成份,而任务(4)则涉及相对复杂的思维成份.
几项任务如下(详细实验材料见附录):
(1)选择反应时(CR T):屏幕呈现一个水平箭
头,要求被试判断箭头方向(向左或向右).
(2)图形匹配(L MR T):判断两个简单几何图形
是否相同,反应条件共3种: a)大小形状均同; b)大
小不同,形状相同;c)形状不同.
(3)心理旋转(MR):根据Cooper等的实验修改
而成.要求被试判断一面倾斜的旗帜是否可以旋转
成一面正常放置的旗帜.旋转角度分别为0°,45°,
90°,135°,180°.
(4)抽象匹配(AM):呈现两组抽象图形,要求
被试判断二组图形的相似点的多少.反应条件有2
种:a)一个固定因素;b)三个因素均不同.
实验在Pentium - PC机上完成,计算机自动记
录反应时和正确率.实验在计算机房个别施测,要
求被试用左右食指分别在左键(Z)和右键(M)上做
出按键反应,所有任务中要求被试既快又准确地做
出反应.正式实验前有练习,直到被试完全理解实
验任务时,才开始正式实验.
2.3 研究设计
本研究为2(智力水平)×5(实验任务)×X(任
务难度)的复合设计(X代表各个任务中难度水平,
各个任务有所不同).其中,智力水平是组间设计
(超常组与常态组),实验任务和任务难度为组内设
计.即把被试分为常态和超常两组,全部被试参加
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所有试验任务.
3 结果与分析
3.1 选择反应
由于选择反应(CR T)的正确率很高,总体正确
率达96. 5 %(其中,超常班97 % ,普通班96 %),而
且,重复测量检验结果表明,超常与常态儿童组正确
率差异不显著(p< 0. 267),箭头方向主效应不显著
(p< 0. 177),二者交互作用不显著(p< 0. 417),所
以,在分析该试验任务的反应时数据时,可以暂时忽
略正确率,箭头方向的影响,只考虑反应时.不过,
为了保证数据的可靠性,以下所有关于反应时
(R T)的统计都是基于正确反应的.本任务中,超常
与常态儿童组的反应时列于表1.经2(反应条件)
×2(智力水平)重复测量检验结果表明:箭头方向主
效应不显著,F(1 ,48)< 0. 126 ,超常组与常态组间
反应时差异显著,F(1 ,48)< 0. 031 ,交互作用不显
著,F(1 ,48)< 0. 091.
表1超常与常态儿童在CRT中的平均反应时( ms)
箭头方向被试MS Ddfp
向左超常744. 87110. 36
常态829. 04153. 85480. 031
向右超常713. 56120. 71
常态830. 66180. 59480. 010
由此可见,本任务的两种反应水平难度没有差
异;两组儿童的正确率差异不显著;超常组儿童反应
时显著短于常态组.
3.2 图形匹配
图形匹配(L MR T)的正确率也很高,总体正确
率达94 %(其中,超常班95 % ,普通班93 %).重复
测量检验结果表明:匹配条件主效应不显著(p<
0. 420),超常与常态儿童组正确率差异不显著(p<
0. 194),二者交互作用也不显著(p< 0. 569).所
以,在分析该实验任务的反应时数据时,可以暂时忽
略正确率的影响.本任务中,超常与常态儿童的正
确反应的反应时列于表2.重复测量检验结果表
明:匹配条件主效应显著,F(2 ,46)< 0. 000 ;超常组
与常态组之间差异不显著,F(1 ,47)< 0. 074 ;二者
交互作用不显著F(2 ,46)< 0. 083.进一步分析表
明(如表2所示),三种匹配条件难度越大,超常组与
常态组之间反应时差异显著性越大.但只有在第三
种条件下的反应时差异达到显著水平(p<0. 025).
由此可见,本任务中三种反应水平难度递增;两
组儿童正确率差异不显著;超常组儿童反应时短于
常态组,且反应时差异随着任务难度增大显著性依
次增大,并在第三种水平上达到显著水平.
3.3 心理旋转
心理旋转(MR)的总体正确率为86 %(其中,超
常班93 % ,普通班78 %).经2(智力水平)×5(旋
转角度)的两因素重复测量检验结果表明:
表2 超常与常态儿童在LMRT中的平均反应时( ms)
图形匹配条件被试NMS Dtdfp
大小形状均相同超常251035. 75158. 79
常态251074. 01137. 48
大小不同,形状相同超常251051. 38164. 95
常态251134. 64138. 26
形状不同超常251099. 10172. 43
常态251200. 31134. 68
- 0. 903480. 371
- 1. 934480. 059
- 2. 313480. 025
旋转角度主效应显著,F(4 ,44)= 7. 239 ,p<
0. 000 ;超常与常态组间差异不显著,F(1 , 48)=
0. 023,p< 0. 880 ;交互作用不显著,F(4 , 44)=
44 ,p< 0. 396.进一步进行多重比较的结果表明:
超常与常态儿童在所有旋转角度条件下,反应时差
异均不显著.另外,虽然旋转角度主效应显著,但旋
转角度只是在水平3(90度)和水平4(135度)之间
差异显著.而水平1,水平2和水平3之间差异不
显著;同样,水平4和水平5之间差异不显著.考虑
到正确率的差异,我们以正确率为协变量再次比较
两组儿童的反应时,但差异检验的结果和无协变量
时非常相似,两组儿童的反应时差异依然不显著(p
<0. 777).
由于两组儿童反应时差异不显著,但正确率差
异显著,我们不妨再仔细比较一下他们的正确率的
差异性(如表3所示),从表3中可以看出,任务难度
越大,两组儿童正确率差异越显著.由此可见,本任
务中5种旋转角度难度递增;两组儿童反应时差异
4期邹枝玲等:7岁超常和常态儿童的信息加工速度529
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在所有旋转角度下均不显著;但超常组儿童正确率
显著高于常态组,而且随着任务难度增大,差异显著
性水平提高.
表3 超常与常态儿童在MR中的正确率
旋转角度被试MS DFp
0°超常0. 950. 042. 150. 150
常态0. 860. 04
45°超常0. 960. 036. 970. 011
常态0. 830. 04
90°超常0. 920. 043. 300. 075
常态0. 810. 04
135°超常0. 910. 048. 080. 007
常态0. 750. 04
180°超常0. 890. 048. 540. 005
常态0. 710. 04

表4 超常与常态儿童在AM中的正确率
匹配条件被试MS DFp
一个固定因素超常0. 950. 0318. 230. 000
常态0. 740. 03
三个因素均不同超常0. 960. 0317. 810. 000
常态0. 770. 03
3.4 抽象匹配
抽象匹配(AM)任务的总体正确率为86 %(其
中,超常班96 % ,普通班76 %),如表4所示.经2
(智力水平)×2(匹配条件)的两因素重复测量检验
结果表明:匹配条件主效应显著(p< 0. 025),智力
水平主效应显著(p< 0. 000),交互作用不显著(p<
0. 406).进一步分析表明,两种反应条件下,超常组
儿童的正确率均显著高于常态组(p< 0. 000).
超常与常态的反应时经2(智力水平)×2(匹配
条件)的两因素重复测量检验结果表明:匹配条件主
效应显著(p< 0. 000),智力水平主效应不显著(p<
0. 953),交互作用不显著(p< 0. 122).考虑到两组
儿童的正确率差异很大,可能会影响到反应时.所
以,以正确率为协变量,再次比较超常与常态儿童的
反应时.但差异检验的结果与无协变量时非常相
似,两组儿童反应时差异依然不显著(p< 0. 335).
由此可见,本任务中的两种匹配条件难度递增
(正确率,反应时中匹配条件主效应均显著);两种条
件下的反应时超常组与常态组差异不显著;但两种
条件下超常组儿童的正确率均显著高于常态组.
3.5 四种实验任务的比较
实验前,我们预测4种实验任务的难度依次递
增,实验结果基本证实了这种假设.两组儿童在4
种任务中的正确率和反应时平均值如图1和图2所
示.为了比较4种任务的差异,对所有被试的正确
率进行重复测量检验,结果表明任务难度主效应显
著(p< 0. 000).进一步的多重比较结果表明:任意
相邻的两种任务相比,正确率差异都达到显著水平
(p< 0. 014).另一方面,对所有被试的反应时进行
重复测量检验,结果表明任务难度主效应显著(p<
0. 000),进一步的重复测量结果表明任意相邻的两
种任务相比,反应时差异都达到显著水平(p<
0. 000).可见,对小学一年级的学生而言,4种任务
难度依次增加,而其中任务4(抽象匹配)的确难度
很大,特别是对常态儿童,正确率只有76 % ,而且,
反应时接近4000ms.
图1 四种任务的正确率比较
图2 四种任务的反应时比较
4 讨论
4.1 任务难度对反应时的影响
从本实验的结果可以看出(如图1,图2所示),
两组儿童在4种任务上的反应时表现出一致的趋
势,即随着任务难度的增加,正确率降低,反应时延
长,特别是任务3和任务4 ,反应时急剧增加.这说
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明,随着任务复杂性和难度的增加,和涉及的心理成
份的增加,需要的时间也随之增加.
4.2 超常与常态儿童的差异
从研究结果来看,超常与常态儿童的差异是明
显的.总的来说,超常儿童的信息加工能力显著强
于常态儿童,表现在反应时更短,或正确率更高.具
体地,在任务1(CR T)和任务2(L MR T的第三种水
平)中,超常与常态组之间反应时差异显著.由于任
务1和任务2主要涉及知觉的成份,因此可以说,在
知觉水平上,超常儿童的信息加工速度比常态儿童
快,而且差异显著(见表1,表2).在后面2项任务
(MR ,AM)即任务3和任务4上,尽管这两组被试
在反应时上差异均未达到统计的显著水平,然而,在
反应的正确率上,这两组却差异显著.这一结果与
以往的一些研究[ 22 ]不太一致.以往的研究结果显
示,超常组儿童在各个任务上的平均反应时都短于
常态组.关于这一点,我们曾与德国马普发展心理
研究所的Peter Todd博士交流过,他认为,尽管在
反应时上,这两组没有显著的差异,但正确率上的显
著差异也从另一个侧面反映了超常组被试的信息加
工效率高于常态组儿童.换句话说,在难度较大的
任务上,超常组被试的信息加工效率显著高于常态
组儿童.这一解释得到进一步分析的肯定.由于任
务3和任务4都有不同的难度水平,我们比较了两
组被试在同一任务中不同难度水平(图形匹配(3个
水平)和心理旋转(5个水平)上的差异情况,结果发
现,任务难度越大,两组儿童的反应正确率的差异越
显著.
正因为如此,我们认为,仅仅以R T来衡量加工
速度有时候是不合适的,特别是对于年龄较小的儿
童,以及相对任务难度大的作业来说,不能忽视正确
率的指示作用.因此,对年龄较小的儿童,以及当任
务难度较大时,需要综合比较正确率和反应时.
如果考虑到各实验任务所涉及的认知成份,由
于任务(1)和(2)主要涉及知觉成份,而任务(3)主要
涉及知觉和表象成份,任务(4)则涉及到较为相对复
杂的思维成份,那么,我们可以推测,在知觉层面上,
超常儿童的主要优势表现在加工速度快上,而在表
象或相对复杂的思维层面上,超常儿童的优势则表
现在正确加工信息的效率上.关于这一点,我们希
望能在今后的研究中得到进一步的验证.
5 结论
本实验研究的结论主要有以下几点:
(1)超常儿童基本信息加工能力显著优于普通
儿童,具体表现在反应时更短,或正确率更高.
(2)超常儿童与常态儿童信息加工的差异与任
务难度有关,在选择反应和图形匹配任务中,超常儿
童的反应时显著短于常态儿童.而且,在图形匹配
任务中,任务难度越大,差异越显著.而在心里旋转
和抽象匹配任务中,超常儿童的正确率显著高于常
态儿童.
(3)任务的难度无论对超常组被试还是常态组
被试的反应时及反应正确率都有影响,但影响方式
不太一样.在反应时上,随着任务难度的增加,两组
被试的反应时都明显延长;但在正确率上,则随着任
务难度的增加,常态组被试的正确率降低,而超常组
被试的正确率基本稳定在一个较高的水平上,即任
务难度间的差异不显著.
致谢:实验过程中得到了北京育民小学李新兵,庄
捷,王垒等老师及许多学生的大力支持,得到中国科
学院心理所开发实验室的支持,论文写作和修改过
程中,唐洪,崔耀和Peter Todd三位博士提出了宝贵
意见,在此表示忠心的感谢.
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附录:四种实验任务的指导语和样题
总指导语
今天你需要完成的任务共有5项.在每项任务开始之前,会告诉你怎么去做,请你一定要注意去听.在
正式开始之前,先进行练习,每次练习之后,你都会知道自己做得是不是正确.完成练习之后,就要开始正式
实验.
请你一定要保持注意力集中,希望你做得又准确又快!
任务1(选择反应)
一会儿屏幕上会出一个箭头.箭头的方向可能指向左,也可能指向右.当箭头的方向指向左时,请你
用左手食指按下Z键.当箭头的方向指向右时,请你用右手食指按下M键.现在开始进行练习.
532 心 理 学 报35卷
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例如:
向左
Z

M
向右
任务2(图形匹配)
当你看见这两个图形的形状一样时,比如出现的两个图形都是正方形,不管它们的大小是不是一样,这
时就请你用右手按下M键.当你看到的两个图形形状不同时,比如出现的是一个圆,另一个是正方形,那么
请你用左手按下Z键.现在开始进行练习.
任务3(心理旋转)
一会儿你会在屏幕上看到两面小旗子.左边的小旗永远不动,而右边的小旗每次出现时的角度不同.
如果你认为右侧的小旗子在不离开纸平面的情况下,旋转一定的角度后,可以与左侧的小旗子一样,就请你
用右手按M键.如果你认为右侧的小旗子在不离开纸平面的情况下,无论怎么旋转,都不能和左边的旗一
样,就请你用左手按Z键.现在开始进行练习.
任务4(抽象匹配)
一会儿在屏幕会出现三组图形,它们的位置分别在屏幕的左边,右边,下边.其中,每一组图形都是由三种因
素决定的:形状,数量,方向.形状有可能是:▲×●
数量有可能有2个,3个或4个.方向有可能是横着,竖着或者斜着.
那么,需要你判断的是:在左右两组图形中,哪一组与下边的那组图形相似的地方最多.如果左边一组
与下边的图形相似的地方多,请用左手食指按下Z键,如果右边一组与下边的图形相似的地方多,请用右手
食指按下M键.下面我们来做练习.
请先看一下下面的例子:
4期邹枝玲等:7岁超常和常态儿童的信息加工速度533
1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
SPEED OF INFORMATION PROCESSING ( SIP) OF
7YEAR OLD INTELL ECTUALLY SUPERNORMAL AND NORMAL CHILD REN
Zou Zhiling , Shi Jiannong , Yun Mei
(KeyL abofMent alHealt h,I nst it uteofpsychology,Chi neseA cademyofScience,Beiji ng,100101Chi na)
Fang Ping
(L aboratoryoflearni ngan dcognit ionofCapit alN or m alU ni versity,Beiji ng,100037Chi na)
Abstract
25 intellectually super - normal children(aged 6yrs 10 mont hs)were compared wit h 25 intellectually normal chil2
dren(aged 6yrs 11 mont hs)on 4 Elementary Cognitive Tasks(ECTs), which included Choice Reaction Time(CR T),
Logo Matching(L MR T), Mental Rotation(MR), and Abstract Matching(AM). The supernormal Ss were from an
experimental class in aprimary school in Beijing , and t he normal Ss were selected randomly from a class in t he samegrade
of t he same school. The reaction time and correct ratio of Ss in each task were recorded wit h computer automatically. The
results showed t hat : 1)The supernormalgroupperformed better t han t he normalgroup in ETCs eit her by shorter R T or
greater accuracy ; 2)The SIP difference between t he twogroup children is associated wit h t he complexity of t he task. In
t he first two ECTs(CR T & L MR T), t he supernormal children react wit h shorter R T , and in L MR T , t he more complex
t he task is , t he more significant t he difference is ;But in t he last two ETCs(MR & AM), t he supernormal children react
wit hgreater accuracy , and in MR , t he more complex t he task is , t he more significant t he difference is. 3)Ihe task com2
plexity affects t he reaction time and accuracy ratio of bot h t he supernormal and normal childrengroup , but in different
ways. Wit h t he increase of complexity , t he reaction times of bot h t he normal and supernormal children wereprolonged.
At t he same time , t he accuracy ratio of t he normalgroup children declined but t hat of t he supernormal children kept stable
in a rat her high lever .
Key words supernormal children , Speed of informationprocessing(SIP), Reaction time(R T).
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