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數學最高獎首位女得主出現,女性真的天生不擅長數學嗎?

壹讀君按:

當地時間3月19日,挪威科學與文學院在奧斯陸宣布,將2019年的阿貝爾獎(Abel Prize)頒給美國德克薩斯大學奧斯汀分校名譽教授凱倫·凱斯庫拉·烏倫貝克(Karen Keskulla Uhlenbeck)。阿貝爾獎被譽為“數學界的諾貝爾獎”,這是有史以來,阿貝爾獎第一次頒給女性。

人們通常認為,女生在理工和數學方面相比男性,有著明顯的劣勢。那麽,女性真的天生不擅長數學嗎?

作者 | Andrew Curry 翻譯 | 王劈柴

已授權,謝絕二次轉載,如有需要請聯繫原作者

雪莉·索爾比(Sheryl Sorby)是俄亥俄州立大學的工程教育學教授。讀書的時候,她一直習慣於拿A。自有記憶以來,她從未覺得學術是什麽難事。她尤其擅長數學和科學,但“從來沒想過有什麽學科是我做不了的”,她就事論事地說。

所以,當她進入工程學院,發現有一門大部分同學都覺得簡單,而她自己卻苦苦掙扎的課程時,她感到很吃驚。這門課的名字是“工程製圖”。這是一門大一的課,在非工程師聽來像是高級版的美術課。

最難的部分是正交投影,一項工科的基本功。給出一個物體的主視圖、俯視圖和側視圖,工程師應當能夠在頭腦中將這些二維的投影轉化成一個三維的實體。這很簡單——如果你擅長心理學家所謂的心理旋轉的話。

當時的索爾比並不擅長。面對挫敗,她感到既震驚又疑惑。“這是我第一次在學習方面失敗,”她說。“我當時沒有意識到是我的空間能力不好。”

索爾比絕不是一個人。經過幾十年的研究,空間認知已經被認為是女性表現不及男性的少數領域之一,女性不像男性那麽善於心理旋轉或“尋路”,即在空間中確定自己的方位。這一差異向來用於解釋科技領域存在的性別失衡——伴隨著很大的爭議。在美國,每三位大學教授中有一位是女性,但科學和工程類的教授中只有五分之一是女性。

然而,更新的研究澄清了這種空間能力差異。

科學家說,這種差異很大程度上是文化因素塑造的,而且可以被克服。大腦是有可塑性的,索爾比說,只要掌握了正確的工具,女性就可以改進和提升她們的空間能力。“這可能是促進更多女性進入工程領域的重要一步,”索爾比說。

男女大腦確有不同,但並沒有想象中的那麽多

長久以來,心理學家一直理所當然地認為女性和男性的大腦從根本上是不同的。但是在一本1974年出版的里程碑性著作中,史丹佛大學的發展心理學家艾莉諾·麥考比(Eleanor Maccoby)和卡羅爾·傑克林(Carol Jacklin)回顧了幾千例研究,發現結果是相反的:總的來說,沒多少數據支持傳統的男女有別觀點。的確,男性的大腦要大一些,但他們的身體也要大一些;除了尺寸以外,大腦之中沒有明確的物理特徵,可以證明它屬於男性還是女性。2015年,《美國國家科學院院刊》(PNAS)上的一項研究得出的結論是:“人類大腦無法分成‘男腦’和‘女腦’兩類。”

然而,歷年研究也記錄了男女在認知能力方面存在的差異,麥考比和傑克林也曾在1974年提到過。而空間能力,據猶他大學的人類學家伊麗莎白·卡什丹(Elizabeth Cashdan)說:“是已知最大的認知性別差異。”

比如說,索爾比在工程製圖課上感到吃力的投影問題。要解決這類問題,需要在看到圖像後從不同視角想象它。男性明顯更善於心理旋轉,特別是在三維中;他們在“瞄準”上也有顯著的優勢, 根據一位研究者的解釋,即“能夠準確將軌跡定位到空間中任意一點的能力。”

麥考比和傑克林還在數學和詞匯能力上發現了差異。但後來的數據顯示,心理學家測量到的數學能力上的性別差異或許可以用空間認知能力來解釋。在心理旋轉測試上獲得高分的人,在涉及幾何或應用題上也會相應獲得較高的分數。事實上,空間認知比SAT或GRE等分數更能預測一個人在工科領域能否成功。

空間認知能力不同,是先天,後天還是偏見?

那麽,該如何解釋這種差異呢?顯然,空間認知上的差異十分普遍,在全世界各類測試中都有所體現。這種差異遍布各個文化,以致不能簡單地用西方的撫養或教育模式來解釋。

“如果只是純文化問題,那麽在有些文化中應該會有不同。一定是因為某種生物因素,不管是激素還是演化上的,”索爾比說。“也許它最開始只是生物學上一個很小的差異,受環境影響越來越大。”

心理學家曾對患先天性腎上腺皮質增生症(CAH)的女童進行過研究,這種先天基因缺陷會導致腎上腺異常分泌高水準的激素,比如睾酮等。儘管通常能在出生之後得到治療,在子宮裡接觸過高水準睾酮的女性已被作為某種天然實驗加以研究,以觀察激素是否能解釋性別間的認知差距。結果顯示,患有先天性腎上腺皮質增生症的女性,在心理旋轉測試中比她們未患病的姐妹表現得更好,這意味著即使控制了撫養過程的差異,激素仍然可能是空間能力的影響因素。

然而,因果關係是很難厘清的。這種差異可能意味著睾酮會對海馬體的發育造成影響,這一器官與空間能力關係最大。但患有先天性腎上腺皮質增生症的女孩也表現出了對積木之類的“男孩玩具”的偏愛。

也許,激素讓孩子們產生了一系列偏好,這些偏好更偏向於發展他們在某些方面的能力,這樣的現象又被社會放大和鼓勵。

卡什丹說,性別差異可能有其演化基礎。她對世界各國的文化進行過調查,並考慮了對其他物種行為的研究,對象包括從牛鸝到烏賊的各種動物。她得出的結論是,男性在一生中會旅行到更遙遠、更陌生的地域,比女性的足跡更遠。

卡什丹的基本假設是,男性演化出了四處遊蕩的傾向,既為了搜尋食物,也為了尋找配偶。跑得更多更遠的男性擁有生殖優勢——離家更近、專注於保護撫養後代的女性也是。對傳統和現代人類社會的研究已經證實,旅行足跡更遠與更好的空間認知能力相關,包括心理旋轉和尋路,即找路和認路的能力。

四處遊蕩探險,嗯...可能也會去其他的星系?

目前尚不清楚,喜愛遊蕩的傾向是否幫助了男性發展出更好的空間認知能力——或者說是較好的空間認知能力使他們的遠行成為了可能。“我們不知道誰是原因,誰是結果,”卡什丹說。可以肯定的是,文化偏見起到了一定作用。幾乎從出生開始,女孩就被有意或無意地帶離能幫助她們提升空間能力的活動。在她們的成長過程中,父母會對孩子的興趣做出回應,使一開始只是小偏見的差異迅速變大。

“父母們對性別差異確信不疑,兒子和女兒之間的任何不同都往往被歸因於性別。” 羅莎琳德·富蘭克林醫科大學芝加哥醫學院的神經科學家麗澤·艾略特(Lise Eliot)這樣說道。艾略特是《粉色大腦,藍色大腦》一書的作者。

隨著時間的推移,“男孩”玩具鞏固了那些被證實能夠增強空間認知能力的技能。玩樂高和積木、中學時選勞技課,以及花在三維電腦遊戲上的時間都被指出能夠提高心理旋轉測試的分數。

從根本上說,將先天和後天區分開也許是不可能的。但索爾比和其他研究性別差異的科學家表示,這沒有關係。天普大學的認知與發展心理學家,曾研究過空間認知性別差異的諾拉·S·紐康姆(Nora S. Newcombe)對“科學界缺乏女性是因為女性的先天條件不行”這個觀念感到憤怒。

我認為這其中可能有生理機制的影響,但對人類潛能來說,這根本沒那麽重要,”她說。“這聽起來像是一種借口。”逃避要改進我們還做得不夠好的地方,所必須付出的努力的借口。

此外,雖然比較男性和女性的認知表現也許會得到明顯的差異,但平均值並不能說明一切。“許多女性具有比許多男性強得多的空間能力,”普度大學的化學教育學教授喬治·M·博德納(George M. Bodner)解釋說。博德納設計了用於衡量空間認知能力的常用測試之一。博德納強調,很重要的一點是,不能認為性別差異意味著所有男性比所有女性都更善於進行空間認知工作。有關空間能力的成見可能存在潛在的危害。“當女性聽到諸如她們‘空間能力比男性差’這樣的謠言,她們常常會相信這在她們自己身上也是成立的,但通常這不是真的。”博德納說。

差異存在,但並非無法改變

如果索爾比當時沒有那麽固執,她可能已經放棄工程專業了。相反,她繼續在密歇根科技大學拿到了機械工程的本科和博士學位,並被聘為教職人員。隨著索爾比選修更多工程課程,她在空間認知上也表現得越來越好,後來,索爾比自己成了工程製圖課的教師,這門在本科時險些擊敗她的課程。“在空間能力方面,大腦的可塑性是很強的,”索爾比說。“作為一個成年人,我大大提高了我的空間能力。”

然而,她從未忘記製圖課上最初的體驗。作為一位教授,她注意到一些有天賦的年輕女性也像她當年一樣,在相同的問題上掙扎。所以她開始尋找解決方案。“有這些性別差異存在是一個挑戰,但並不是死刑判決,”她說。“我知道我們能做出改變。”

她和同事貝弗利·J·巴特曼斯(Beverly J. Baartmans)一起開發了一門空間可視化課程,幫助她的學生發展空間認知能力。這個課時15小時的項目使用了積木、素描、軟體,以及有許多習題的練習冊,使選過這門課的女性在基礎空間認知測試中達到了男性同等水準的分數,並將女性工科學生的留存率提高了20-30%。“如果一開始有100名女學生,可能只有50人拿工科學位畢業,”索爾比說。“但如果我們為她們提供了這項課程,100個人裡有80個人可以拿到工科學位。”

將動作和手勢與可視化聯繫在一起的練習——比如調整積木,從不同角度給它們畫素描——的幫助似乎是最大的,與此同時,純進行電腦練習沒有任何作用。“素描似乎真的很有幫助,”索爾比說。“做手勢以及運用雙手能幫助你進行視覺想象。”

紐康姆指出,像索爾比這樣的項目可能會在亞細胞水準改變我們大腦工作的方式。“可塑性與有效連接有關,或者說你用你的大腦做了些什麽,”她說。“單個神經元可以得到或丟失輸入與輸出,也可以在突觸水準發生化學變化。”重要的是,儘管在空間認知上確實存在性別差異,但這種差異並不是不能改變的。“對大多數認知能力來說,可塑期都很長——甚至可能是無限的,”紐康姆說。“每個人都能變得更好。”

這裡的每個人也包括男人。比如索爾比的項目,它也改善了男性工科學生的空間能力,提高了他們在測試中的分數。由於他們一開始比女性同學表現得更好,課程之後,他們在空間認知測驗中的成績通常也更好。然而,索爾比說,這項課程讓男性工科學生的留存率改變了一點點,“但女性的留存率改變卻非常大。”

索爾比仍然不清楚大腦中到底發生了什麽。她剛展開了一項實驗,通過核磁共振大腦掃描圖片來衡量她的項目有沒有在大腦中造成改變。“知道為什麽很重要,而不能只知道該怎麽做,”她承認。但目前為止,她對她已經知道的東西感到很滿意。“我們有了一種乾預手段,而且我們知道它是有效的,”她說。“我們知道,有了15小時的指導,女孩們從工科專業畢業的幾率大大增加了。”

答案揭曉:

轉一個:B

索爾比方塊:

(1):最右邊方格

(2):最頂端方格

(3):最右邊方格

(4)、(5):中間方格

(6):最左邊方格

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