空间能力是人类认知能力中很基础的一方面,它是产生、提取、保持以及操作视觉空间信息的能力。空间信息涉及到形状、定位、路径以及物体之间的相对关系等。这些信息通过认知加工,并且进行一系列转化来帮助我们识别、操作、构建和定位外部世界。空间对人们日常生活的重要性不言而喻,更重要的是,空间能力与日后科学、技术、工程和数学(Science,Technology,Engineering and Mathematics,STEM)领域的成就也有紧密联系。鉴于STEM领域对当代社会的重要性,探究早期空间能力与STEM领域的联系,并寻求提高空间能力的办法,以期促进达成更高的STEM领域成就也显得迫在眉睫。在儿童早期,最早接触的学科之一就是数学,所以,这其中最关键的莫过于空间能力与数学成就的联系。以往的研究者已经确定空间思维和数学之间的联系紧密。总的来说,空间能力强的人在数学成就上也会表现得更好。但在以往大多数研究使用单一的空间任务或将几种空间任务分数复合代表空间能力,其关键的问题在于这些研究都未能将空间能力进行具体的划分,探究哪种类型的空间能力才与数学成就相关。更重要的是,一直以来,空间能力的成分划分都饱受争议,以往的研究多从探索性因素分析的角度对空间能力进行划分,然而结果却随使用的任务不同各有变化。近来,有研究者根据语言学、认知和神经科学研究的分类系统将空间能力利用两个维度,即内部-外部信息和静态-动态维度,组合为内部-静态、内部-动态、外部-静态和外部-动态四个成分。空间能力成分划分不统一不仅影响着空间能力与数学成就关系的探讨,还阻碍了研究者们探究两者联系深层次的认知机制。由于视空间工作记忆在空间能力发展中的重要作用和它与数学成就之间的紧密联系,我们猜想,视空间工作记忆能够解释空间能力对数学成就的影响。在这种紧密的联系中,寻求是否可以通过提高空间能力,从而提高数学成就,甚至是促进日后STEM领域的发展,也是至关重要的问题。以往有关的训练研究使用的材料单一,且并不常在教育和生活中使用,不具有教育上的指导意义。而有关空间玩具的活动对空间能力有着正向的预测作用,所以,提供丰富的空间玩具,指导儿童进行一系列课程实践,或许会对空间能力和数学成就都有积极作用。研究一通过选取不同成分下的八种空间任务,试图对上述空间能力的划分方法进行检验,为其提供事实依据。被试选取了小学一年级儿童73名,平均年龄6.92岁,对每个被试进行空间任务的施测。聚类分析的结果表明,可以将空间能力分为两类,其分类方法与内部-外部维度一致,支持了内部-外部维度。同样,验证性因素分析的结果也支持了可以将空间能力分为内部-外部维度或者动态-静态维度,但并对于内部-静态、内部-动态、外部-静态和外部-动态的四成分假设模型,无法进行拟合,即结果并不支持四成分模型。研究二探究空间能力不同成分与数学成就的关系,并考察视空间工作记忆是否能解释两者关联。被试与研究一一致。结果发现内部-动态的空间能力与数学成就相关,并且也能显著预测数学成就。同时,视空间工作记忆可以解释积木建构对数学成就的影响,但却不能解释心理旋转对数学成就的影响。这说明内部-动态空间能力与数学成就之间联系密切,且这种联系的原因还需要更深层次的认知解释。研究三利用空间玩具设计课程,采用前测后测实验组对照组的实验设计,探究空间活动课程对空间能力本身的促进作用,以及其在数学成就上的迁移效果。被试与研究一一致。结果发现,课程对内部-动态和外部-动态的空间能力成分具有促进效果,而在其他空间能力成分和数学成就上的迁移效果并不明显。综上,首先,研究一虽然没有直接得出空间能力四种成分划分的合理性,也依然支持了内部-外部和静态-动态划分。导致这一结果的原因或许与被试的年龄范围和样本容量有关,这为日后类似的研究指明了方向。其次,研究二不仅证实了内部-动态的空间能力与数学成就间关系密切,且深入探讨了其中的认知机制,这不仅丰富了关于两者关系的理论文献,还将用认知机制解释二者关系由可能变为现实。最后,训练课程虽然仅在内部-动态和外部-动态的空间能力上有着促进作用,对儿童数学成就没有显著效果,这也依旧提示着我们,空间能力本身具有极强的可塑性,它对于STEM领域发展的重要作用或许本身亦不需要数学成就作为中介支撑。总之,在理论研究方面,本研究不仅丰富了国内相关研究的实证内容,更为日后进一步深入研究空间能力和数学成就提供了帮助。另外,在教育实践方面也起了一定的指导意义,在类似的训练课程中,训练活动的丰富化以及易接触显得尤为重要。