Studies of Psychology and Behavior

Studies of Psychology and Behavior >

2025 , Vol. 23 >Issue 6: 766 - 773

DOI: https://doi.org/10.12139/j.1672-0628.2025.06.006

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Ideographic and Phonographic Languages Share a Common Cognitive Foundation: Evidence from Visual Form Perception

  • Jiaxin CUI ,
  • Yuhan ZUO ,
  • Jiajia FENG ,
  • Zhanling CUI , *
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  • Department of Psychology, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050024

Received date: 2023-02-27

  Online published: 2026-01-01

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Abstract

The visual form perception hypothesis proposes that visual form perception, as a type of domain-general cognitive factor, is the common cognitive basis of abilities of both language and mathematics. This hypothesis has been confirmed in ideograms represented by Chinese, but whether it can be extended to phonetic scripts is unclear. This current study measured the unique contribution of visual form perception (measured by arrow form judgement test) to Chinese, English and mathematical abilities (measured by Chinese sentence completion test, English sentence completion test, and arithmetic computation) of Chinese primary school students. The results showed that after controlling for age, gender, intelligence and processing speed, visual form perception played an independent role in all three abilities. The results indicate that visual form perception is the common cognitive basis of both ideographic and phonographic languages, and further improve the scope of the role of visual form perception in language processing.

Key words： visual form perception; language; ideographic characters; phonographic characters; primary school students

Cite this article

Jiaxin CUI , Yuhan ZUO , Jiajia FENG , Zhanling CUI . Ideographic and Phonographic Languages Share a Common Cognitive Foundation: Evidence from Visual Form Perception[J]. Studies of Psychology and Behavior, 2025 , 23(6) : 766 -773 . DOI: 10.12139/j.1672-0628.2025.06.006

1 引言

儿童语言能力的认知机制是本世纪心理学等领域重点关注的热点问题。语言心理学家较为一致地认为语音意识、快速命名、语素意识、正字法加工、词汇水平等基本语言认知和执行功能等一般认知是语言能力的重要认知因素(闫梦格 等, 2020; 杨飒 等, 2020; 张丽华 等, 2020; Kalashnikova et al., 2021; Liu et al., 2021; Pérez-Pereira et al., 2020; Rios-Lopez et al., 2019)。形状知觉假说(Zhou et al., 2015)认为，形状知觉是语言和数学共有的认知基础(Cui et al., 2019)。以往研究初步证实了形状知觉在表意文字中的作用(崔佳歆 等, 2024; Cui et al., 2019)，本研究进一步检验其在表音文字中的作用。
形状知觉指人类通过视觉感官对刺激的物理特征(如轮廓、边界、深度等)进行感知，再对这些特征进行整合，从而构建出物体形状的心理加工过程(Palmer, 1999; Schyns & Oliva, 1994)。
形状知觉假说最初为解释近似数量系统与数学能力间关系而提出，与以往盛行的数量知觉假说有三方面根本性不同：首先，近似数量系统与数学能力间存在显著相关关系的内在认知基础是形状知觉而不是数量知觉(Cui et al., 2019; Zhou et al., 2015)；其次，近似数量系统与形状知觉并非与所有类别的数学能力都紧密相关，而是只与流畅性数学能力显著独立相关(Cui et al., 2017)；最后，近似数量系统不是数学领域特殊性的，而是和形状知觉一样都是领域一般性的认知能力，在数学和语言能力中都发挥重要作用(Cheng et al., 2018; Cui et al., 2019)。
形状知觉在语言和数学中的作用可能来源于语言和数学加工过程中对其符号形状的加工，例如，语言加工过程中对字母和笔画及其排列和整体结构等形状信息的视知觉加工，以及数学加工中对数字字形、非符号数量形状和几何图形等的视知觉加工。在识别初期，语言中的字形和数学中的数字都是作为视觉刺激被加工的，其加工进程应该与包括形状在内的其他视觉材料比较类似，都遵循视觉加工的一般规律和进程，例如首先进行特征识别和分析(谭力海, 彭聃龄, 1990; 喻柏林 等, 1990)。汉字的象形特征意味着汉字形状可能同时具备图形和文字的双重特征(李文玲, 张厚粲, 1993)，汉字识别的心理过程可能类似于物体识别的经成分识别模型(recognition-by-component model, RBC; Biederman, 1987)，识别汉字字形类似于识别由简单几何结构组成的物体的二维视像(Huang & Wang, 1992)。识别真假字过程中，假字中包含的与真字形同的部件会造成反应时增长和错误率上升(彭聃龄, 王春茂, 1997)，说明字形识别中必然包含形状识别的心理成分。因此，汉字和形状可能有共享的心理加工过程或者机制。
与汉字加工类似，视觉通道下的英语字母识别同样起始于初级视觉皮层对基本形状特征(如垂直/水平线段)的提取，再整合为整体表象(Gibson, 1969; Rumelhart & McClelland, 1982)。该过程符合特征综合理论(feature integration theory; Treisman & Gelade, 1980; Treisman & Schmidt, 1982)提出的从特征到整体的自下而上的加工过程，同时在汉字认知研究领域，该理论也已经被广泛认同(彭瑞祥, 张武田, 1984; 谭力海, 彭聃龄, 1991)。
形状加工脑区对语言和数学字形加工提供的支撑为这一推测提供了来自脑科学的证据。枕叶中负责形状加工的枕外侧复合体(lateral occipital complex, LOC; Kim et al., 2009; Kourtzi & Kanwisher, 2001)与负责字形加工的视觉字形区(visual word form area, VWFA)以及负责数字加工的数字形状区(number form area, NFA)有部分重合(Fernandes et al., 2005; Fias et al., 2007; Grotheer et al., 2016; Shum et al., 2013; Thesen et al., 2012)，同时LOC脑区在加工视觉形状时与加工语言或者数量信息时有相似的脑活动模式(Price & Devlin, 2003; Soltész & Szűcs, 2014)。脑损伤研究发现因枕叶损伤而患有视觉形状失认症(visual form agnosia)的病人不仅无法识别形状，还无法识别字母、数字、数学符号和点阵数量，同时在简单计算和数字广度任务上有困难(Benson & Greenberg, 1969; Cavina-Pratesi et al., 2015; Milner et al., 1991)，由此推测，形状和文字、数字有共同的加工脑区。
形状知觉假说首先在数学领域得到了多重验证。中小学生的形状知觉在其数字加工和计算流畅性等基础数学能力中都发挥显著独立作用(张译允 等, 2022; Cui et al., 2017; Zhou et al., 2020; Zhou et al., 2015)，并且可以完全解释近似数量系统与计算流畅性间的显著相关性(Cui et al., 2019; Zhou et al., 2015)，还能解释计算障碍儿童的近似数量系统加工缺陷的产生(Cheng et al., 2018)。
形状知觉在语言能力中的作用也得到了初步验证。小学生在语句层面上的阅读理解能力与其形状知觉存在显著相关关系(Cui et al., 2019)，且阅读障碍儿童存在明显的形状知觉加工缺陷(Cheng et al., 2018)。同时形状知觉在语言能力中的作用范围与数学一致，也是在流畅性能力(如音形义加工和句子水平的阅读理解)中发挥显著独立性作用，而在问题解决型的篇章阅读理解中无显著独立性作用(崔佳歆 等, 2024)。
以往研究只关注了形状知觉在以汉语为代表的表意文字加工能力中的作用，那么，形状知觉作为经典的领域一般性认知因素，其在语言中的作用能否从表意文字延展至表音文字？
表意和表音文字存在认知机制(Kalindi et al., 2015; Perfetti & Tan, 2013; Siok et al., 2009; Tan et al., 2005; Tong et al., 2019)和神经机制(Siok et al., 2008; Xu et al., 2015)上的明显差异，因此不能直接推断在表意文字中发挥独立性显著作用的形状知觉也一定能在表音文字中发挥类似作用，有必要检验形状知觉在表音文字中的作用。
本研究假设形状知觉在以英语为代表的表音文字中也发挥独立的关键作用，即在控制人口学变量和认知因素后，形状知觉在句子水平上的英语阅读理解能力中发挥显著作用。

2 研究方法

2.1 被试

招募两所公立小学的全体六年级儿童共143人参与研究，最终纳入分析的被试共130人(女生72人)，平均年龄为12.60±0.55岁。被试均为汉语母语者，二语为英语，视力或矫正视力正常，无精神/神经疾病既往史。

2.2 实验任务

任务示意图见图1。
图1 测试任务示意图
算术计算：分简单、中等、困难三个难度，用于测量数学能力。每个试次的屏幕上呈现一个加法、减法或加减法混合的算式，下方有两个备选项，要求被试按键选择答案。简单条件下每个算式的运算数为两个个位数，如“7+8”；中等条件下的运算数为四个个位数，如“9−1−2−5”；困难条件下的运算数为两个两位数和两个个位数，如“65−5+27−4”。聘请学校当地的两名小学专任数学教师，通过计算所需知识点数量和该知识点在教材章节中出现的先后评定难度是否合适。反应后刺激消失，试次间隔为1000 ms。每个难度对应1个组块，每个组块包含90个试次并限时2分钟。
汉语选词填空：测量汉语能力。材料分为简单、中等、困难三个难度，分别从1～2、3～4和5～6年级的小学语文教学大纲及其对应参考书中选材，聘请当地两名小学专任语文教师，根据选项所含词语在教材中出现的时间和频率以及教学大纲中对词语意义的教学要求等信息综合决定题目难度。对于每个试次，要求被试使用按键，从屏幕下方的两个词语中选出答案填入屏幕上方不完整的句子，以补全该句语义。测试流程与限时标准均同算术计算。
英语选词填空：测量英语能力。材料难度区分原则、测试流程与限时标准均同汉语选词填空。
箭头形状判断：测量形状知觉(崔佳歆 等, 2024)。每个试次首先在屏幕中央呈现注视点(500 ms)，之后立即呈现水平排列的五元素形状(中央一个箭头，方向左右随机，两侧各两条线段)，时长200 ms。被试通过按键判断中央箭头是左向还是右向。采用随机化间隔(1500～3000 ms)防止时间逾期，限时3分钟。
瑞文推理：通过简化版瑞文测验测量智力水平，包含36个试次，总时限10分钟。每个试次呈现一个3×3矩阵图形，其右下角为缺失状态。被试通过鼠标从6～8个备选图形中选择最符合矩阵逻辑规律的答案。试次间隔为1000 ms。
选择反应时：测量反应速度，包含30个试次。每个试次呈现中央注视点(“+”)和随机侧视野白色圆点(左/右)，要求被试按键报告位置。试次间隔随机设定为1500～3000 ms。

2.3 实验流程

通过多维心理网络平台(www.dweipsy.com/lattice; Cui et al., 2019)，采用集体施测方式在学校机房完成数据采集，每次一节课，共两次。主试为三名心理学专业研究生，负责讲解和监督，班主任和计算机教师在场协助纪律管理和技术保障。
每个任务的练习阶段包含4～6个试次，反应结束呈现正确与否的即时反馈。当主试确定被试全部理解后，发布统一指令，才能进入正式测验。

2.4 数据分析

从多维心理网络平台导出原始数据，采用Visual Fox Pro 6.0进行数据整理和清洗，利用SPSS21.0进行描述性统计、皮尔逊积差相关和线性分层回归分析。
汉语选词填空、英语选词填空、算术计算和箭头形状判断的指标是校正分数(反应正确题目数与反应错误题目数之差)，以控制猜题效应(Cui et al., 2019)。瑞文推理的指标是反应正确题目数；选择反应时的指标是反应时中位数和正确率。
整体排除选择反应时短于150 ms的7名被试和正确率低于60%的3名被试。根据马氏距离空间检验(Mahalanobis, 1936)，剔除多元离群点(n=3)。最终将130名被试纳入正式分析。

3 结果

3.1 描述性统计

表1展示各任务得分的平均数和标准差以及分半信度。进行3(任务类型：数学、汉语、英文)×3(任务难度：简单、中等、困难)重复测量方差分析，结果发现，任务难度主效应显著[F(1, 129)=400.11, p<0.001, η${_{\rm p}^2} $=0.76]，说明不同难度水平间差异显著；任务类型主效应显著[F(1, 129)=568.08, p<0.001, η${_{\rm p}^2} $=0.82]，说明不同任务类型差异显著；任务难度与任务类型的交互作用显著[F(1, 129)=419.89, p<0.001, η${_{\rm p}^2} $=0.77]，说明任务难度受到任务类型的调节。分半信度基于本研究数据计算，数值区间为0.82～0.97，表明所有任务均有可靠的信度。
表1 描述性统计
MSD分半信度
1.算术计算(总)41.1515.370.84
2.算术计算(简单)25.285.530.87
3.算术计算(中等)11.648.160.84
4.算术计算(困难)4.235.350.88
5.汉语选词填空(总)43.9123.810.95
6.汉语选词填空(简单)19.2710.670.82
7.汉语选词填空(中等)14.369.810.93
8.汉语选词填空(困难)10.288.160.83
9.英语选词填空(总)14.8217.380.96
10.英语选词填空(简单)5.697.320.91
11.英语选词填空(中等)6.398.490.89
12.英语选词填空(困难)2.735.690.87
13.箭头形状判断52.8832.320.97
14.瑞文推理22.637.740.87
15.选择反应时(ACC)95.027.030.89
16.选择反应时(RT)428.22111.850.94

　　注：总表示三个难度的总和，ACC和RT分别表示正确率和反应时，以下同。

3.2 形状知觉与数学、汉语、英语能力的相关性

表2展示所有任务间的皮尔逊相关值(df=117)。形状知觉与数学、汉语、英语任务的总得分和三个难度的得分都显著相关。利用Steiger(1980)的Z检验方法分析相关值差异的显著性，发现对于数学，形状知觉与其三个难度得分的相关值无显著差异(ZH12=−0.73, p=0.463; ZH23=1.13, p=0.257; ZH13=0.33, p=0.744, 1、2和3分别代表简单、中等和困难三个难度，以下同)。对于汉语，形状知觉与其不同难度得分的相关值差异部分显著(ZH12=−3.09, p=0.002; ZH23=2.51, p=0.012; ZH13=−0.57, p=0.570)。对于英语，形状知觉与其不同难度得分的相关值差异也部分显著(ZH12=−0.40, p=0.693; ZH23=2.10, p=0.036; ZH13=1.67, p=0.095)。
表2 各变量间相关矩阵
123456789101112
1.算术计算(总)
2.算术计算(简单)0.74**
3.算术计算(中等)0.88**0.48**
4.算术计算(困难)0.76**0.37**0.52**
5.汉语选词填空(总)0.55**0.35**0.47**0.48**
6.汉语选词填空(简单)0.34**0.33**0.27**0.24**0.82**
7.汉语选词填空(中等)0.55**0.30**0.50**0.50**0.89**0.59**
8.汉语选词填空(困难)0.48**0.25**0.43**0.48**0.77**0.38**0.63**
9.英语选词填空(总)0.59**0.30**0.56**0.52**0.46**0.20*0.47**0.52**
10.英语选词填空(简单)0.54**0.23**0.54**0.50**0.47**0.28**0.47**0.45**0.82**
11.英语选词填空(中等)0.54**0.35**0.49**0.44**0.42**0.18*0.43**0.48**0.87**0.58**
12.英语选词填空(困难)0.28**0.100.28**0.29**0.17*−0.020.19*0.31**0.69**0.37**0.43**
13.箭头形状判断0.45**0.35**0.41**0.32**0.55**0.37**0.58**0.42**0.35**0.31**0.34**0.15

　　注：*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001，以下同。

3.3 形状知觉对数学、汉语、英语能力的贡献率

表3、表4、表5分别呈现形状知觉对数学、汉语、英语能力及其各自内部3种难度的独立性贡献率。在各回归模型中，第一步纳入年龄和性别，第二步纳入瑞文推理和选择反应时，第三步引入形状知觉。
表3 箭头形状判断对数学能力的预测作用(步骤3)
预测变量 数学(总) 数学(简单) 数学(中等) 数学(困难)
性别 0.02 0.01 0.01 0.03
年龄 −0.12 −0.03 −0.18* −0.04
瑞文推理 0.34*** 0.23* 0.22* 0.40***
选择反应时(ACC) −0.07 0.01 −0.17 0.04
选择反应时(RT) −0.02 0.12 −0.03 −0.14
箭头形状判断 0.33*** 0.27** 0.35*** 0.15
R2 0.35 0.20 0.29 0.26
∆R2 0.08*** 0.05** 0.09*** 0.02
p <0.001 0.005 <0.001 0.111
表4 箭头形状判断对汉语能力的预测作用(步骤3)
预测变量 汉语(总) 汉语(简单) 汉语(中等) 汉语(困难)
性别 0.21** 0.23* 0.19* 0.09
年龄 0.02 0.04 0.01 0.00
瑞文推理 0.29** 0.08 0.26** 0.45***
选择反应时(ACC) 0.06 0.02 0.06 0.06
选择反应时(RT) −0.18* −0.11 −0.19** −0.15
箭头形状判断 0.35*** 0.26** 0.40*** 0.21*
R2 0.41 0.20 0.43 0.35
∆R2 0.09*** 0.05** 0.12*** 0.03*
p <0.001 0.007 <0.001 0.014
表5 箭头形状判断对英语能力的预测作用(步骤3)
预测变量英语(总)英语(简单)英语(中等)英语(困难)
性别0.070.060.060.04
年龄−0.29**−0.27**−0.22*−0.19*
瑞文推理0.28**0.120.30**0.24*
选择反应时(ACC)0.020.060.06−0.10
选择反应时(RT)−0.31***−0.38***−0.26**−0.07
箭头形状判断0.18*0.19*0.160.05
R²0.370.300.330.14
∆R²0.02*0.03*0.020.00
p0.0380.0370.0610.585
表3表明形状知觉对数学能力有显著的独立性贡献(∆R2=0.08)。在简单条件和中等条件下，形状知觉有显著性独立贡献(∆R2=0.05, ∆R2=0.09)，而在困难条件下无显著性独立贡献(∆R2=0.02)。利用Z检验方法(Steiger, 1980)对贡献率变化进行检验，发现形状知觉对简单和中等、困难条件的独立贡献率无显著性差异(ZH12=−0.89, p=0.375; ZH13=0.93, p=0.355)，但对中等和困难水平的独立贡献率差异显著(ZH23=2.07, p=0.038)。
表4表明形状知觉对汉语能力有显著的独立性贡献(∆R2=0.09)。在简单、中等、困难条件下，形状知觉都有显著性独立贡献(∆R2=0.05, ∆R2=0.12, ∆R2=0.03)。利用Z检验可知形状知觉对中等水平的独立贡献率与简单和困难水平的表现出显著差异(ZH12=−2.10, p=0.035; ZH23=2.28, p=0.023)，但简单和困难两个水平下的独立贡献率无显著差异(ZH13=0.62, p=0.533)。
表5表明形状知觉对英语能力有显著的独立性贡献(∆R2=0.02)。在简单条件下，形状知觉有显著性独立贡献(∆R2=0.03)，在中等条件下，形状知觉没有显著的独立贡献(∆R2=0.02)，在困难条件下也无显著性独立贡献(∆R2=0.00)。利用Z检验可知形状知觉对三个条件的独立贡献率均无显著差异(ZH12=0.22, p=0.828; ZH23=1.17, p=0.242; ZH13=1.72, p=0.085)。
Z检验结果发现，在难度中等的条件下，形状知觉对汉语和英语的独立贡献率有显著差异(ZH汉英2=2.35, p=0.019)，而在总条件及其他难度条件下，形状知觉对汉语和英语的独立贡献率无显著差异(ZH汉英总=1.82, p=0.069; ZH汉英1=0.46, p=0.643; ZH汉英3=1.52, p=0.128)。

4 讨论

本研究以六年级小学生为例，探讨形状知觉在语言能力中的作用能否从表意文字延展至表音文字，结果发现，在控制年龄、性别和基础认知因素后，形状知觉水平对语言、数学和英语能力均有显著性贡献。
首先，形状知觉对语言和数学能力都具有显著贡献，说明形状知觉是语言和数学能力的共有认知基础，重复了之前对3～5年级小学生的研究结果(Cui et al., 2019; Zhang et al., 2019)，支持并丰富了形状知觉假说。
在同等控制条件下，形状知觉水平对英语能力也有显著性贡献，说明形状知觉在语言能力中的作用可以从表意文字拓展到表音文字，可能是因为二者都需要形状知觉来加工其视觉字形。从心理加工过程角度，视觉呈现下的语言加工首先需要对表征所使用的文字笔画及其排列组合进行加工，其中的笔画就是二维形状，而且就是规范的几何图形，与本研究测量形状知觉的几何图形材料在视觉特征上一致。同理笔画的排列组合类似于本研究中形状知觉任务所用的由简单图形组合而成的复杂图形材料。因此从视觉信息上，文字和形状类似，都是规范的抽象的复杂的人工符号，可能有一致的视觉加工机制及相应脑基础。从脑机制角度，各类型语言文字在视觉表征下的识别均需要对文字视觉形状的辨认，该功能可能与右后侧枕颞皮质区域的完整性有关(Ting et al., 2017)；同时语言相关脑网络中的腹侧颞枕区是视觉加工的核心脑区(Pleisch et al., 2019)，参与构成阅读加工中的腹侧正字法通路，其中包含加工文字符号的视觉词形区(VWFA)，这为汉英阅读具有共同的视觉认知基础提供了可能性。以往关于表意和表音文字的差异研究主要集中于语言知识相关的认知机制(Bolger et al., 2005; Perfetti & Tan., 2013; Tan et al., 2005)，本研究为二者底层的知觉机制异同提供了新的实证证据。
形状知觉在语言和数学能力中的重要作用还与CHC模型(Cattell-Horn-Carroll model; Schneider & McGrew, 2012)一致。该模型认为，形状知觉属于反应速度(processing speed)认知加工范畴下的感知速度(perceptual speed)，数学流畅性(number facility)和语言流畅性(reading speed/fluency)也是反应速度范畴下的分支，由于形状知觉、数学流畅性和语言流畅性的认知本质都是反应速度加工，从而彼此间具有高度相关性。但形状知觉假说还蕴含着形状加工是语言和数学的共同认知基础这一理论假设，认为三者的高相关性并非完全由加工速度所解释，而是因为语言和数学都需要快速加工其字形的形状。
并且，形状知觉对数学、汉语和英语的独立性贡献率均随着任务难度的升高而降低，该结果与之前研究在数学领域得到的结果类似(Cui et al., 2017; Zhang et al., 2019)，即说明形状知觉对简单的流畅性加工的作用高于对困难的问题解决能力的作用。
儿童的形状知觉能力对英语的作用相对小于对汉语的作用，这是因为英语是第二语言，学习时间明显少于汉语，熟练程度也明显低于汉语。该结果说明在语言领域，形状知觉对个体能够快速加工的语言流畅性能力的作用高于对较为困难的语言问题解决能力的作用，这与形状知觉在数学领域的作用(Cui et al., 2017; Zhang et al., 2019)类似，对形状知觉假说提出的形状知觉是语言和数学共有的认知基础这一观点是有力的支持证据。
本研究探讨了形状知觉在我国小学生的汉语(母语)和英语(二语)能力中的作用范围，由于研究所限，还有问题需要未来解决。首先，真正的跨文化研究值得期待，也就是比较分别以汉语和英语为母语的被试的形状知觉与其母语加工的关系。其次，由于儿童期语言能力的高速发展特点，研究结论是否适用于其他年龄段儿童，特别是低龄儿童需要进一步考察。再次，由于表音文字和表意文字的认知神经机制存在差异，形状知觉在此两种文字中发挥作用的脑机制的异同值得深入探究。最后，发展基于形状知觉的认知训练用于提升儿童汉语和英语水平需要进一步研究。

5 结论

本研究发现，在控制了年龄、性别、智力和反应速度后，小学生的形状知觉加工水平对其汉语和英语能力都有显著独立性贡献，从而将形状知觉在语言中的作用范围从表意文字扩展至表音文字。另外，无论对汉语、英语还是数学，形状知觉在相对简单的流畅性加工能力上比相对困难的问题解决能力上发挥更显著的独立性作用，说明形状知觉是学科一般性认知能力。

References

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