Poznanie numeryczne: mniej więcej
Źródło: Laboratoria Nicholausa Nolesa i Judith Danovitch — Uniwersytet w Louisville
Jednym z celów nowoczesnego systemu edukacji jest nauczenie dzieci…
Rekrutacja 12-miesięcznych niemowląt. Na potrzeby tej demonstracji badane jest tylko jedno dziecko. Większe rozmiary prób (jak w badaniu Feigensona, Careya i Hausera1) są zalecane podczas przeprowadzania jakichkolwiek eksperymentów.
- Uczestnicy powinni być zdrowi, nie mieć historii zaburzeń rozwojowych oraz mieć prawidłowy słuch i wzrok.
- Ponieważ niemowlęta w tym wieku mogą być niechętne do współpracy lub wybredne (e.np. , odmawiać oglądania pokazu lub zasypiać podczas testów), może być konieczne zrekrutowanie dodatkowych uczestników w celu uzyskania wystarczających danych.
1. Gromadzenie danych
- Zbierz niezbędne materiały: jedno puste małe wiadro, jedno małe wiadro wypełnione kwadratowymi krakersami graham, dwa wysokie, nieprzezroczyste pojemniki zbyt wysokie, aby niemowlę mogło zajrzeć do środka, i jedną zabawkę odpowiednią do wieku.
- Rozgrzewka
- Usiądź na podłodze przodem do niemowlęcia, w odległości około 100 cm od siebie.
- Podczas gdy niemowlę patrzy, umieść zabawkę w pustym wiadrze.
- Niewerbalnie zachęcaj niemowlę do czołgania się do wiadra i odzyskania zabawki. Stosuj słowną zachętę, jeśli niemowlę nie czołga się od razu do wiadra.
- Wyjmij zabawkę i wiadro.
- Test
- Poinstruuj rodziców, aby powstrzymali się od przekazywania niemowlęciu jakichkolwiek informacji zwrotnych.
- Jednocześnie wprowadź dwa duże pojemniki. Pokaż niemowlęciu, że są puste. Umieść pojemniki około 70 cm przed dzieckiem i 35 cm od siebie. Takie umieszczenie zapewnia, że niemowlę nie może dotrzeć do obu pojemników w tym samym czasie.
- Weź małe wiadro krakersów graham. Podnieś pojedyncze krakersy wyciągnięte z wiadra i powiedz: "Spójrz na to". Prezentuj krakersy i umieszczaj je w pojemnikach tylko wtedy, gdy niemowlę patrzy. Liczba krakersów graham umieszczonych w każdym pojemniku różni się w zależności od stanu.
-
Warunek
- 1 vs. 2: Jeden pojemnik zawiera 1 krakers, a drugi 2. Warunek
- 2 vs. 3: Jeden pojemnik zawiera 2 krakersy, a drugi 3. Warunek
- 3 vs. 4: Jeden pojemnik zawiera 3 krakersy, a drugi 4.
- Zrównoważ kolejność umieszczania i to, która strona zawiera jaką ilość krakersów w poprzek niemowląt.
- Po umieszczeniu wszystkich krakersów w pojemnikach spójrz w dół, aby nie wpływać na reakcję niemowlęcia. Jeśli niemowlę nie zbliży się w ciągu 10 sekund, zapewnij słowną zachętę bez patrzenia w górę.
- Nagraj na taśmie wideo wybór niemowlęcia.
2. Analiza
- Wyłączyć z analizy niemowlęta, które nie zbliżyły się do pojemnika w ciągu 20 sekund od osoby doświadczającej patrzącej w dół oraz niemowlęta, które zajrzały do jednego pojemnika przed zbliżeniem się do drugiego pojemnika.
- Zakoduj filmy z niemowlętami, które podchodzą do pojemnika i sięgają do niego lub siedzą przed nim przez co najmniej 8 sekund bez sięgania do środka.
- Użyj dwóch niezależnych programistów, aby nagrać filmy z niemowlętami, które dokonały wyboru. Programiści określają, do którego pojemnika zbliża się niemowlę, ale nie wiedzą, ile krakersów znajduje się w każdym pojemniku.
- Przeanalizuj odsetek niemowląt wybierających pojemnik zawierający więcej jedzenia, aby określić, czy zbliżyło się do niego więcej niemowląt, niż można by przewidzieć przez przypadek.
Zaloguj się lub , aby uzyskać dostęp do pełnej treści. Dowiedz się więcej o dostępie Twojej instytucji do treści JoVE tutaj
Bardzo wcześnie w życiu – przed ukończeniem pierwszego roku życia – ludzie rozwijają podstawy matematycznego rozumienia wielkości liczbowych, zwane poznaniem numerycznym.
Aby zbudować tę podstawę, niemowlęta zaczynają tworzyć przybliżone reprezentacje mentalne, które pozwalają im dokonywać osądów na temat liczb i rozwijać koncepcję mniej kontra więcej.
Jednak sondowanie tych koncepcji poznania numerycznego może być trudne. W związku z tym naukowcy muszą być kreatywni w projektowaniu zadań przy użyciu kuszących przedmiotów, takich jak zabawki lub jedzenie, ze względu na ograniczony zestaw reakcji – takich jak raczkowanie – u niemowląt.
Korzystając z metody opracowanej przez dr Feigensona, Careya i współpracowników, film ten pokazuje, jak skonfigurować i przetestować poznanie numeryczne u niemowląt, a także jak analizować i interpretować dane dotyczące ocen między ilościami produktów spożywczych.
W tym eksperymencie 12-miesięczne niemowlęta obserwują, jak badacz umieszcza atrakcyjne krakersy graham, jeden po drugim, w dwóch różnych nieprzezroczystych pojemnikach. Liczba krakersów umieszczonych w każdym z nich różni się w zależności od przypisanego warunku: 1 na 2, 2 na 3 i 3 na 4.
Niemowlęta mogą czołgać się do jednego z dwóch, a wybór pojemnika jest zmienną zależną.
Jeśli niemowlęta są w stanie reprezentować liczbę, oczekuje się, że wybiorą ten, który ma najwięcej krakersów, czołgając się do tego pojemnika. Jednak ze względu na ich wiek może istnieć ograniczenie w ich zdolności do rozróżniania więcej niż pięciu, w takim przypadku wybiorą pojemnik losowo.
Przed przybyciem niemowlęcia upewnij się, że sprzęt wideo działa prawidłowo i zbierz jedno puste małe wiadro i drugie wypełnione krakersami graham, zabawkę i dwa wysokie, nieprzezroczyste pojemniki.
Aby rozpocząć eksperyment, przywitaj się z niemowlęciem i poproś je, aby usiadło na podłodze, podczas gdy Ty usiądź 100 cm dalej przodem do niego. Po ustaleniu poproś asystenta, aby uruchomił kamerę wideo, aby nagrać sesję.
Najpierw przyzwyczaj niemowlę do raczkowania w kierunku pojemnika: kiedy niemowlę patrzy, umieść zabawkę w pustym wiadrze i niewerbalnie zachęcaj je do raczkowania i odzyskania zabawki. Po tym, jak doczołgałoby się do zabawki, wyjmij ją i wiadro i umieść niemowlę z powrotem w pozycji wyjściowej.
Aby rozpocząć fazę testu, jednocześnie wprowadź dwa duże pojemniki i pokaż niemowlęciu, że są puste. Umieść pojemniki w odległości 70 cm przed niemowlęciem i 35 cm od siebie, upewniając się, że nie mogą dosięgnąć obu pojemników jednocześnie.
Weź małe wiadro krakersów graham. Podnieś jednego krakersa i powiedz ? Spójrz na to.? Kiedy niemowlę patrzy, umieść krakersa w pojemniku. Kontynuuj ten proces, aż oba pojemniki będą miały odpowiednią liczbę krakersów dla danego stanu.
Po umieszczeniu wszystkich krakersów spójrz w dół, aby nie wpływać na reakcję niemowlęcia przy wyborze pojemnika. Nie podnosząc wzroku, werbalnie zachęć ich do podniesienia pojemnika po 10 sekundach: ? Przyjdź tędy.?
Po zakończeniu fazy testowej poproś dwóch niezależnych programistów, którzy są ślepi na warunki, aby obejrzeli nagrania wideo i zanotowali wybrany pojemnik dla każdego niemowlęcia.
Aby przeanalizować wyniki, policz liczbę niemowląt, które wybrały pojemnik z większą liczbą krakersów i narysuj na wykresie wynikowe wartości procentowe dla każdego stanu.
Zauważ, że niemowlęta były bardzo dobre w wybieraniu pojemnika z większą ilością dla warunków 1 vs. 2 i 2 vs. 3, ale osiągały prawie losowy poziom w warunkach 3 vs. 4, co sugeruje, że istnieje górna granica reprezentacji liczbowej w tym wieku 12 miesięcy.
Teraz, gdy jesteś już zaznajomiony z metodami używanymi do testowania koncepcji mniej kontra więcej u niemowląt, przyjrzyjmy się pojawieniu się rozumowania numerycznego u innych gatunków i znaczeniu poznania numerycznego w zdolnościach matematycznych.
Bardzo podobny układ eksperymentalny może być wykorzystany do zbadania poznania numerycznego u innych zwierząt, takich jak psy.
Porównania zdolności numerycznych między innymi gatunkami – takimi jak ptaki wybierające więcej pożywienia i gupiki dołączające do większych grup społecznych – przyczyniają się do zrozumienia ontogenezy dla kompetencji numerycznych w przypadku braku języka.
Przedstawianie liczb i dokonywanie porównań więcej i mniej pokazuje, że niemowlęta mogą rozumować o swoim środowisku w wyrafinowany sposób. Ta wczesna umiejętność może przyczynić się do pojawienia się w późniejszym rozwoju rozumowania numerycznego i zdolności matematycznych, takich jak dodawanie, odejmowanie, a nawet rachunek różniczkowy.
Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do poznania numerycznego. Teraz powinieneś dobrze zrozumieć, jak zaprojektować i przeprowadzić eksperyment badający, w jaki sposób niemowlęta reprezentują liczbę i ilość, a także jak analizować i oceniać wyniki.
Dzięki za oglądanie!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What is numerical cognition and when do infants develop it?
Numerical cognition is the mathematical understanding of numerical quantities that develops before age one. Infants form rough mental representations allowing them to make judgments about number and develop the concept of less versus more. This foundation emerges through early cognitive processes that enable basic quantity discrimination without formal instruction.
Q2: Why do researchers use food items like graham crackers in infant numerical cognition studies?
Infants have limited response options—primarily crawling, eating, crying, and sleeping. Researchers use appealing food items to motivate infants to demonstrate their numerical understanding through container choice. This creative approach leverages the infant's natural motivation and available behavioral responses to probe their mental representations of quantity.
Q3: How does the container choice test measure an infant's ability to represent number?
Infants watch researchers place varying quantities of crackers into two opaque containers in conditions like 1 vs. 2, 2 vs. 3, and 3 vs. 4. The infant then crawls to one container, and their choice indicates whether they can mentally represent and compare quantities. Selecting the container with more items suggests numerical discrimination ability.
Q4: What does the performance pattern in different numerical conditions reveal about infant cognition?
Twelve-month-old infants performed well on 1 vs. 2 and 2 vs. 3 comparisons but performed near chance level on 3 vs. 4, suggesting an upper limit to numerical representation at this developmental stage. This pattern indicates infants can discriminate smaller quantities but struggle with larger numerical comparisons, revealing capacity constraints in early numerical cognition.
Q5: How do researchers ensure objectivity when analyzing infant container choices?
Two independent coders who are blind to the experimental conditions review video recordings and note which container each infant chose. This blinded coding approach prevents researcher bias from influencing data interpretation. Results are then graphed as percentages of infants choosing the larger quantity for each condition.
Q6: How does early numerical cognition relate to later mathematical development?
Early numerical skills like representing number and comparing quantities show infants reason about their environment sophisticatedly. This foundational ability may contribute to the emergence of numerical reasoning and mathematical competencies later in development, including addition, subtraction, and advanced topics like calculus.
Q7: Can numerical cognition be studied in non-human animals using similar methods?
Yes, similar experimental setups can investigate numerical cognition in other species like dogs, birds, and guppies. Comparisons across species—such as birds choosing more food or guppies joining larger social groups—enhance understanding of numerical competence evolution without language dependence, revealing the ontogeny of this cognitive ability.