钢琴学习对学前儿童认知能力发展的影响研究

随着脑科学研究的深入，人们逐渐意识到音乐教育对大脑开发的重要作用。艺术的价值，不再只是“文化的附加物”或是“大脑右半球的装饰品”。〔1〕研究表明，经常用左手弹奏乐器者，其右脑相对应的感觉皮层面积会增大，用右手弹奏也可产生同样效果；而且5岁前开始弹奏乐器者，其大脑皮层发生的改变更大。〔2〕磁共振成像研究显示，音乐家脑中联结左右半球的胼胝体比非音乐家要大15%，但此效应只发生在8岁前就开始学习音乐的个体身上。〔3〕许多研究都提示，3~8岁是儿童开始学习音乐的最佳时期，可为儿童后期的学习和发展带来持续效益。

音乐学习与训练不但对儿童脑结构与功能的发展具有促进作用，而且有助于儿童认知能力的发展。多项研究证实，音乐与记忆、空间智能等存在密切关系。有研究发现，具有音乐教育经验的儿童在情绪、语言工作记忆上的得分显著高于没有音乐教育经验的儿童。〔4〕

此外，播放巴洛克音乐诱发的α脑电波对儿童长时记忆会产生积极影响，且对图像记忆的影响显著高于声像记忆。这可能是由于α脑电波促进了内啡肽的分泌，使大脑进入活跃状态，从而提高了学习记忆能力。〔5〕还有研究者将音乐引入幼儿园阅读课程，结果显示有辅助音乐的实验组儿童的语言记忆准确性显著优于无辅助音乐的对照组儿童。〔6〕Rauscher等人在研究中指出，聆听莫扎特K448作品组比听通俗音乐组和不听音乐组儿童在时空推理的成绩上高出8~9个百分点。〔7〕国内有研究者也得出过类似结果，莫扎特音乐能够显著提高女童的时空推理能力，〔8〕增加颞叶与左侧额叶区域的脑电相干性，对大脑α1频段脑电功率谱的作用显著。〔9〕这些报道激发了一系列关于音乐学习促进儿童认知能力发展的研究。例如，每周1次每次1小时的钢琴学习组相比控制组在时空推理任务上得分高出30%，〔10〕接受钢琴课程的儿童在16个空间问题上得分显著高于其他儿童，〔11〕乐器弹奏能增强儿童的空间意识及预想能力，〔12〕等等。

执行功能指个体对自己的意识和行为进行监督和控制的一系列心理过程，是完成复杂认知任务时，个体通过对任务解决的认知过程灵活地进行协调、优化、有意识控制，以确保认知系统产生有序、具有目的性行为的监控机制，〔13〕被视为人类认知活动的最高级过程。

研究显示，音乐训练与执行功能存在密切关系。Moreno等发现，20天的音乐训练能够显著提高儿童的执行功能及语言智能。〔14〕对执行功能子成分与音乐训练之间的关系进行探究发现，音乐训练不能提高冲突的监测能力，但能显著改进反应抑制能力，继而改善儿童前额叶执行功能；每周接受45分钟的乐器训练能够显著提升儿童的工作记忆。〔15〕

综上，音乐学习与训练是促进儿童认知能力发展的有效方式。钢琴学习是很多城市家长为学前儿童选择的主要音乐课程。本研究试图探究钢琴组与非钢琴组儿童在时空推理、图像记忆及执行功能等认知能力方面的差异，以及性别因素在其中发挥的作用，以期为学前儿童的音乐学习价值提供科学依据。

本研究以目的性抽样方式在浙江省杭州市选取了64名大班幼儿（男童22名，女童42名，平均月龄76±3个月），将他们分为钢琴组和非钢琴组两组，组间一一配对，共得32对。每一对儿童来自同一班级，性别一致，且家庭经济状况、生活环境和智力水平等均为相当。其中，钢琴组儿童每周参加一次及以上钢琴专业训练，且均具有一年以上钢琴学习经历。非钢琴组儿童从未参加过任何专业音乐训练。两组儿童均为右利手，视力或矫正视力正常。

◆实验材料

1.时空推理测验量表

Rauscher等通过研究认为，折纸剪纸作业对儿童时空推理能力的测试最为合适，其中的时间顺序与空间物体心像，能够测验出被试在物理模式缺失情况下进行心理旋转的能力。〔16〕吴海珍，赵蕾和卢英俊等参考Rauscher等在研究文献中发表的有关折纸剪纸测试题，根据折叠方向、次数和剪口位置确定题目的难易程度，同时结合5~6岁儿童的实际时空推理能力，编制了幼儿版的折纸剪纸测试量表〔17〕（参见图1）。本研究以该测试量表为实验材料之一。

2.韦氏学前儿童智力量表

本研究选取第3版韦氏学前儿童智力量表操作模块中动物房、迷津、木块拼图三项任务为对两组儿童工作记忆、空间推理和整体空间关系辨别等认知能力进行测试的实验材料。

（1）动物房：主要涉及工作记忆。一盒4种颜色，共32个小长方形条和一块有4种动物的木板，每种动物下方有一个洞。

（2）迷津：主要涉及计划、视觉组织及空间推理。一套印有迷津的图纸和两支不同颜色的笔。迷津类型有两种：一是横线迷津，从外向里走；一是方迷津，从里向外走。两类迷津时限及允许错误的次数不同。

（3）木块拼图：主要涉及视觉结构、整体空间关系辨认等。14块方木片，其中6块一面红色，一面黄色；另外8块，一面红色，一面半红半黄。三张装订成册的印有图案的卡片。

3.执行功能测试软件

作为对传统执行功能测试（如WCST）的改进，近年来研究者开始使用数码翻页电子书对儿童执行功能（EF）进行测试。此工具内容详尽，适用于3~6岁儿童，包含执行功能各个子成分的测试；操作便捷，能准确记录每项任务的正确率及反应时。〔18〕本研究以该测试软件为对学前儿童执行功能进行评估的实验材料。主试在装有EF行为测试软件的Win7笔记本电脑上进行操作，儿童在笔记本扩展屏下装有Splashtop软件的Ipad上完成游戏型测试。根据执行功能三大子成分（抑制控制、工作记忆与认知灵活性），本研究所选择的测试内容如下。

（1）空间箭头冲突（Spatial Conflict Arrows，SCA）：此任务主要评定儿童抑制控制能力。当箭头指向左边时用左手点击左边的绿圆圈，当箭头指向右边时用右手点击右边的绿圆圈。箭头在圆圈的上方，位置分为与所指方向一致、不一致，以及位于两个圆中间三种情况。正式测验包括36题，系统自动记录反应时与正确率。

（2）工作记忆广度（Working Memory Span，WMS）：此任务主要测量儿童的工作记忆能力。游戏规则是：给儿童呈现一间或多间房子，要求其记住每栋房子里的动物和彩色圆圈。房子消失后，要求其说出房子里的动物是什么或圆圈是什么颜色。随着任务难度提升，需要记忆的房子数目也逐步增加。正式测验包括18题，系统自动记录正确率。

（3）灵活项目选择（Flexible Item Selection，FIS）：该任务评估儿童在不同规则间灵活转换的能力，即认知灵活性。任务分为两部分：一是向儿童呈现两张在某个维度（颜色、大小、类别）上相同的图片；然后呈现第三张图片，要求儿童在前两张中选择出与第三张在另一个维度上有共同特征的图片。第二部分，向儿童呈现三张图片，要求儿童用两个不同维度对三张图片进行分类（如第一次颜色相同，第二次大小相同）。正式测验包括30题，系统自动记录正确率。

◆测试过程与分析方法

所有测试均在安静的活动室里进行，采用一对一个别化施测。主试在正式测验前均受过培训。测试一：向儿童发放折纸剪纸题册，告知被试“我们将玩一个闯关游戏，有30关需要闯”。每题用时不超过50秒，主试记时。在正式实验前先进行练习，向被试展示两道不同难度的题目，确定儿童完全了解要求后，再进入正式实验。测试二：向幼儿呈现韦氏学前儿童智力量表的测试工具，主试进行任务讲解，确定其完全了解后进行正式实验，主试记录时间及得分。测试三：EF测试。也包含练习和正式测试两部分。主试在儿童开始每一项任务前均进行详细的任务讲解。为避免顺序效应，各子成分的测试顺序在被试间进行随机化。

三种测试所需时间均为15~20分钟。为避免互相干扰，三种测试之间间隔24小时以上。数据运用SPSS 21.0软件进行统计分析。

◆钢琴学习对学前儿童认知能力的影响

1.时空推理能力

对折纸剪纸时空推理测验得分进行的配对样本T检验分析显示，钢琴组儿童在该任务上得分显著高于非钢琴组（p<0.01），详见下表。

2.韦氏学前儿童智力量表测试

对韦氏学前儿童智力量表任务得分进行的配对样本T检验分析显示，钢琴组儿童在动物房、迷津、木块拼图三个任务上的得分均略高于非钢琴组，但差异不显著（详见下表）。

3.执行功能各子成分测试

（1）反应时指标

在抑制控制（SCA）测验的反应时指标上，钢琴组儿童的反应时显著快于非钢琴组儿童（p<0.05）。

（2）正确率指标

配对样本T检验结果显示，在工作记忆（WMS）、认知灵活性（FIS）测试任务中，钢琴组儿童的正确率均显著高于非钢琴组儿童（分别为：p<0.05，p<0.01）；抑制控制（SCA）测试任务中，钢琴组儿童的正确率高于非钢琴组儿童，差异边缘显著（p=0.06）（详见图2）。

◆钢琴学习对不同性别学前儿童认知能力影响的差异

1.钢琴组

独立样本T检验分析显示，钢琴组儿童在韦氏学前儿童智力量表动物房任务得分上存在显著性别差异（p<0.05），女童得分显著高于男童。此外，在执行功能抑制控制任务的反应时上，性别差异边缘显著（p=0.052），女童反应速率快于男童。其余各项任务得分性别差异均不显著（详见图3与图4）。

2.非钢琴组

独立样本T检验分析显示，在韦氏学前儿童智力量表迷津、木块拼图任务得分上性别差异显著（p<0.05），男童得分显著高于女童。此外，在执行功能认知灵活性任务上也存在性别差异（p<0.05），女童正确率显著高于男童。其余各项任务得分性别差异均不显著（详见图3与图4）。

◆钢琴学习对学前儿童时空推理能力发展具有显著促进作用

时空推理能力是学前儿童数学能力的重要组成部分，是其日后进行复杂数学学习的基础。本研究结果显示，钢琴组儿童的折纸剪纸时空推理测验得分显著高于非钢琴组儿童。这与Rauscher等的研究结果一致。他们曾对学前儿童进行了为期6个月的每周两次的键盘学习指导及30分钟的小组视唱学习，结果显示，实验组在时空推理测验上的得分显著高于对照组。〔19〕空间与音乐智能的发展均依赖于儿童所具备的感官和动作经验，具有统一性。钢琴学习过程中，手指运动经验丰富，对早期儿童大脑功能发展具有促进作用。而且，有研究者发现音乐训练能够显著提高儿童心理旋转能力，这些可能都是音乐学习促进个体时空推理能力发展的机制。

迷津任务中，钢琴组儿童得分略高于非钢琴组，但差异未达显著，这可能是迷津任务所反映的空间能力（主要包括计划、视觉组织及空间推理等）的内在机制不同于时空推理（主要包括物体心像在时间与空间两个维度上的转换、心理旋转等）。类似的，木块拼图任务主要涉及视觉结构和整体空间关系辨认，与时空推理的内在机制不同，也未受音乐训练的显著影响。

此外，Rauscher曾强调，任务难度是检验音乐促进时空推理能力发展研究中的重要因素，中高难度才有利于效应的检测。从施测效果看，韦氏学前儿童智力量表（第3版）中迷津任务等的难度不够高，相对缺乏区分度。而本研究采用的折纸剪纸时空推理工具是根据目前大班儿童实际能力编制的，难度适宜。总之，本研究证实，早期键盘训练能有效提高儿童的时空推理能力。

◆钢琴学习对学前儿童执行功能发展具有显著促进作用

如前所述，执行功能与学业成绩、语言能力、情绪调节等呈高度正相关。执行功能对儿童日后的生活、学习影响深远。3~5岁是执行功能发展的关键期，促进学前儿童执行功能发展具有迫切的现实需要。本研究显示，钢琴组儿童在工作记忆、认知灵活性任务上的正确率显著高于非钢琴组儿童，而抑制控制任务正确率的差异也达到边缘显著。即钢琴组儿童在执行功能各子成分上均具有一定的发展优势，这与Moreno等的研究结果类似。Moreno等通过实验发现，20天的音乐训练能够增强大脑可塑性，改善儿童前额叶相关的执行功能。〔20〕音乐训练，尤其是钢琴等键盘训练，需要高度的控制、注意及记忆力，长期训练对执行功能发展具有积极效应。

韦氏智力量表动物房任务也同属工作记忆测试，而结果差异未达显著。这可能与任务难度有关。动物房记忆广度只有四个组块，而执行功能测试软件中的工作记忆任务，记忆数量、广度相对于动物房都更加复杂。6岁儿童短时记忆广度一般已达到5个组块，故执行功能测验软件中的工作记忆任务难度更适合大班儿童，测验结果更准确。Schellenberg等的研究显示，乐器学习对工作记忆及随后的认知策略均有促进作用，〔21〕Roden通过比较接受与未接受乐器学习7~8岁儿童的工作记忆也得到过类似的结论。〔22〕总之，钢琴学习能够有效促进学前儿童执行功能的发展，尤其是工作记忆与认知灵活性子成分。

◆钢琴学习对不同性别学前儿童认知能力发展均具有促进作用

本研究显示，非钢琴组男童在迷津、木块拼图任务上得分显著高于非钢琴组女童，该结果与以往研究一致，即男童在整体空间关系辨认及空间推理能力上具有优势。而在钢琴组，这两种任务得分并不存在性别差异，也即男女童水平相当。由此我们可以推断，钢琴学习对女童整体空间辨认和时空推理能力的发展具有显著促进作用，缩小了两性间这方面能力的差异。这与吴海珍、赵蕾、卢英俊等在相关研究中获得的结果类似。〔23〕

此外，非钢琴组女童在执行功能认知灵活性任务上的正确率显著高于男童，而钢琴组在该任务上并没有表现出性别差异，这表明钢琴学习能有效提高男童的认知灵活性。其中的原因可能是由于男童认知灵活性发展相对滞后于女童，所以提升空间更大。而且，有基于性别的钢琴学习比较研究发现，男童在钢琴学习过程中，对于记谱和左右手的转换，相比女童更善于灵活运用已有知识，故可推测，钢琴学习经验对男童认知灵活性的提高更为有效。〔24〕

最后，本研究还发现，钢琴组女童在动物房子任务中具有显著优势；在执行功能的工作记忆测试中虽未达显著差异，但也有同样趋势；而非钢琴组男女童在工作记忆的这两个测试上均无差异，故而提示钢琴训练对女童工作记忆发展的促进作用强于男童。

音乐学习对儿童发展具有明显的积极效应，但其对认知与执行功能等能力的影响研究仍处于探索阶段。钢琴是乐器之王，音域宽广、声音富有变化，表现力丰富，更贴近幼儿的感知能力，有利于促进儿童脑功能与认知能力的发展。本研究认为，钢琴学习远不止是弹奏技巧的学习，更是促进学前儿童认知能力发展的有效方式，尤其有助于提高其工作记忆、认知灵活性与时空推理能力等。目前，日本、匈牙利以及荷兰等国已将音乐列为儿童学习的学科，与语言、数学教育具有同等地位。

脑科学家小泉英明认为，如果在儿童音乐感觉和音乐萌芽还未开始时就让其终日练琴，大脑很可能会因过度受到反射系统的支配，对其乐感发展反而不利。〔25〕因此，实践中需充分考虑学前儿童的发展特点，以激发幼儿对音乐的兴趣为重点，多采用游戏化教学方式。宜减少钢琴教学中的专业术语学习任务，以贴近幼儿生活的方式，如将音阶练习喻为“爬楼梯”，告诉幼儿“每个台阶都有一个好听的名字，每过一个台阶都可把这个名字大声地读出来”，从而帮助幼儿达到熟记音级名称的效果。其次，学习伙伴是建构丰富的学习环境的最好资源，〔26〕建议在幼儿开展钢琴学习的过程中，有玩伴的共同学习或有家长的陪伴学习。

此外，当下许多幼儿园班级都配有钢琴等键盘乐器，建议教师将钢琴弹奏及乐曲播放贯穿幼儿的一日生活，在每个过渡阶段都配以特色小曲，以增强幼儿的乐感。也可以考虑增加器乐区。美国音乐教育委员会就建议为幼儿创设可演奏乐器的音乐区角，提供高质量的乐器供儿童自主弹奏。如果配备钢琴的条件还不具备，可以用电子键盘替代；同时投入相应材料，为不同学习能力的幼儿准备适宜的弹奏曲目；另外，可将键盘涂上颜色或贴上图片，与乐谱上的颜色或图片相对应，以帮助幼儿比照颜色或图片来趣味性地学习键盘弹奏。教师还可通过录音回放，帮助儿童体验自己弹奏乐曲乃至创作乐曲的成就感和乐趣。

鉴于钢琴学习对男女童认知能力发展具有不同的促进作用，建议针对不同性别特点设计课程与训练方案。例如，对于女童中整体空间关系辨认、空间推理能力或时空推理能力较弱者，教师及家长可充分利用音乐的认知开发功能，努力为其提供钢琴或电子键盘的学习机会，以促进女童的空间认知与时空推理能力发展，为其后期的数学学习提供支持。此外，鉴于钢琴学习对男童的认知灵活性有显著促进作用，建议教师和家长为男童中发展较迟缓者提供钢琴之类键盘乐器的学习机会，以促进其执行功能的发展。研究者还认为，鉴于钢琴学习对于存在空间加工或执行功能障碍的特殊儿童（如注意缺陷多动症儿童）的相关功能具有改善效果，有关这方面的研究价值值得进一步加以探究。

最后，音乐学习如聆听、视唱、演奏等都在以各种方式影响着个体的记忆系统发展。本研究证实，钢琴学习可能会通过两种途径来增进记忆系统的发展：弹奏活动会激活注意系统，长期练习有利于提升儿童注意系统的功能，进而影响到其记忆能力；音乐学习本身可激活多重记忆系统，如促进外显记忆、内隐记忆，并显著提高儿童记忆和回忆的能力。由于儿童早期的神经可塑性高，所以越早进行音乐训练，对记忆的提升效果会越显著。有研究表明，早期音乐训练时长每周达到2~3天，每天至少30分钟，积极效果就会出现；最理想的状态是每周3~5天，每天1小时。〔27〕