引言
计算能力是一个从婴儿期开始的发展过程，受到遗传和环境因素的影响，涉及诸如数字感知、数量和基本运算（例如加法）等实际概念。这些构成了数学的基础，而数学则包括一系列更正式、更抽象的学科（例如代数、几何）。在基于技术的经济环境中，计算能力和数学都至关重要，然而相关困难普遍存在且日益增加。许多儿童在进入幼儿园时（在美国通常是5-6岁）计算能力较低，从而导致数学准备不足，尤其是来自社会经济弱势背景的儿童，这种情况在COVID-19大流行后变得更加严重。美国儿科学会（AAP）建议在儿童健康检查期间促进学校准备和进行发展筛查。然而，一般的发育筛查（例如《幼儿福祉调查》SWYC）并不评估计算能力，尽管有一些学前计算能力筛查工具已在早期儿童教育环境中得到验证（例如K-SEALS、PENS），但没有一种在儿科实践中被研究或使用。原因包括时间限制、成本问题、需要专门的工具包以及与典型工作流程的不匹配。《数字农场》（TNF）是一种基于儿童书籍的评估工具，用于筛查在学龄前阶段最常学习的计算能力。TNF的灵感来源于一种在儿科初级保健中得到验证的基于书籍的早期读写能力筛查方法。本研究的目的是在儿童健康检查期间试点TNF，以评估其可行性、家庭接受度以及心理测量有效性，特别是与家庭数学和阅读环境的相关性。
方法
**计算能力评估**
《数字农场》（TNF）是一本14页的插图儿童读物（图1b）。在书籍出版前，我们使用Power Point制作了一个版本，并与家庭和同事进行了清晰度测试（图1a）。TNF筛查工具包含11个与书籍内容相关但独立于文本的脚本项目（0-28分）。选择计算能力领域和权重是为了反映Purpura等人开发的经过验证的《学前早期计算能力筛查工具》（PENS）中的内容，这些内容被认为对学校准备和数学成功至关重要。TNF项目的设计经过了计算能力专家的咨询和相关文献的回顾。项目分布反映了书籍中的组成部分和相应章节，详见表1。
**参与者/设置**
本研究基于俄亥俄州辛辛那提市的一家学术性儿科初级保健诊所，主要服务于符合Medicaid条件的家庭。招募对象是通过方便抽样确定的，条件包括：儿童年龄在36至59个月之间，没有可能导致认知延迟的发展障碍（例如21三体综合征、自闭症），父母/孩子能流利使用英语，没有急性传染病。该研究获得了资助机构的机构审查委员会批准。在筛查前，获得了书面知情同意书，并在数据收集后向家庭提供了礼品卡。
**筛查和评估**
儿科住院医师在医生进行就诊之前或之后在检查室内收集所有数据，同时注意诊所的流程。在获得知情同意后，按照预定的随机顺序对儿童进行TNF和PENS评估，并记录筛查时间和任何障碍（例如工作人员的干扰）。随后，研究团队基于先前的工作为儿童和家长设计了包含三个项目的李克特量表调查。接下来，还对家长进行了关于家庭数学活动态度（李克特量表）、家庭阅读环境（StimQ READ11）、屏幕使用时间（ScreenQ12）和人口统计信息（例如性别、是否上幼儿园）的调查。
**统计分析**
对所有变量计算了描述性统计量。TNF项目使用现代Rasch分析方法进行了分析，提供了平滑度、模式、难度、极性、响应充分性和项目适配性的估计。使用Cronbach’s alpha（αCr）计算了TNF的初步可靠性，并通过TNF和PENS分数之间的皮尔逊相关系数估计了同时效度。还计算了TNF总分与人口统计信息、家庭阅读和数学环境以及数字媒体使用情况之间的皮尔逊系数。分析使用SAS v9.4和Winsteps v5.6.4软件进行。
**结果**
共有31名儿童参与了研究，平均年龄为50个月（±4个月；36-71个月），其中17名男孩和14名女孩。筛查障碍很少见（不到10%），最常见的障碍是诊所工作人员在开始就诊时的干扰。在这些情况下，医生完成就诊后筛查仍能成功完成。TNF的评估时间少于10分钟。
**筛查工具总分和项目级分析**
TNF的平均得分为11分（±8分；0-26分），PENS的平均得分为10分（±8分；0-25分）。TNF和PENS的得分均不符合正态分布（Shapiro-Wilk p值分别为0.03和0.02，略低于0.05的阈值）。TNF项目级别的统计信息见表2。Rasch对项目难度的估计范围从2.72（较容易；项目5，数字名称）到1.26（较难；项目10，加法），难度项目在较难和较容易的项目之间均匀分布，中等难度的项目（1、9、12）略有集中。项目适配性统计在一般接受的±2个标准差范围内，表明没有异常值可能影响得分分布。项目与测量之间的相关性范围从0.35（项目1，数字概念）到0.88（项目5，1-1计数），总体上各项目与整个TNF量表之间的相关性在0.52到0.70之间。项目4（集合比较）和项目5（序数）是例外，其项目与测量之间的相关性分别为r=0.82和r=0.88。
**可靠性和有效性**
就可靠性而言，内部一致性为rCo-α=0.94，被认为是“优秀的”。同时效度方面，TNF和PENS总分之间的皮尔逊相关系数为0.94（p<0.001）。图2显示了TNF和PENS分数的散点图。
**讨论**
儿科医生在儿童早期与家庭有频繁且可靠的接触，因此能够进行发展筛查并提供促进学校准备的指导，正如AAP所推荐的。虽然早期读写能力筛查显示出希望，但目前尚无成熟的计算能力筛查方法。此外，常用的筛查工具（例如《年龄与阶段问卷》SWYC）并不专门评估计算能力。这反映了一个重要的空白和机会，因为越来越多的儿童（在美国通常是5-6岁）进入幼儿园时数学准备不足，尤其是来自社会经济弱势家庭的儿童。本研究的目的是测试一种基于儿童书籍的计算能力筛查方法在儿科初级保健中的应用。
**结论**
TNF的心理测量属性很强，特别是对于一个捕捉复杂认知领域的新型评估工具而言。我们认为这归功于一个基于证据的概念模型，其中包含了明确定义的计算能力组成部分，以及一种在该年龄段成功筛查早期读写能力的方法。TNF和PENS的总分高度相关（rρ=0.94），表明同时效度很高，内部一致性也非常优秀（rCo-α=0.94）。从内部心理测量角度来看，TNF项目的Rasch分析也很有前景。TNF项目及其总分均呈正相关，所有响应选项都被至少6%的样本选择（这是一个公认的标准），并且每个响应选项的排序是单调的（即全分、部分分、无分，方向一致）。项目难度在较容易和较难的项目之间平衡，其中加法（项目10）和数字比较（项目9）的难度最高，而1-1计数（项目5）和口头计数（项目4）的难度最低（表2）。这与预期的技能发展轨迹一致，即更抽象的概念和心理操作（例如数字大小、加法）更难，而机械性概念（例如大声计数、小数量计数）较容易。项目5（1-1计数）是最容易的项目，可能是因为每个集合中测试的动物数量较少（每个集合1到4只）。计划在后续版本的TNF中对这些指标进行修订。
**总结**
大多数家长认为使用TNF的体验“有趣”。家长对TNF的印象也很积极，100%认为筛查“有帮助”，75%认为所需时间“恰到好处”（10%认为时间过长），94%表示他们了解了关于孩子技能的新信息，97%表示受到启发，愿意在家里更多地与孩子一起学习数学。18位家长（58%）对孩子的表现感到惊讶，其中15位（83%）对孩子的表现感到惊讶，3位（17%）对孩子的表现感到失望。大多数家长表示他们对幼儿园所需的数学技能有一定了解（55%，10%完全不了解），52%对孩子的数学准备情况有些担忧（35%完全不担心）。
**未来方向**
随着儿科医生在儿童早期与家庭的频繁接触，他们有能力进行发展筛查并提供促进学校准备的指导，正如AAP所推荐的。尽管早期读写能力筛查已经显示出潜力，但目前尚无成熟的计算能力筛查方法。常用的筛查工具（例如《年龄与阶段问卷》SWYC）并不专门评估计算能力。这反映了一个重要的空白和机会，因为越来越多的儿童（在美国通常是5-6岁）进入幼儿园时数学准备不足，尤其是来自社会经济弱势家庭的儿童。本研究的目的是测试一种基于儿童书籍的计算能力筛查方法在儿科初级保健中的应用。未来需要进一步的研究来探讨在常规临床工作中（例如通过医疗助理或临床医生）进行TNF筛查的可能性。21 这项研究也有其优势，包括对TNF/PENS筛查进行随机化处理以减少疲劳效应、采用了可靠的心理测量分析方法，并借鉴了成功的基于书籍的读写能力筛查方法。8,9 TNF筛查以家庭为中心，成本较低（每本书3.00美元，可发给儿童带回家），所需培训最少，并且可以在现有项目中（如“Reach Out and Read”22）进行推广，相比基于工具的筛查方法具有显著优势。总体而言，这项初步研究表明，TNF筛查可能是学龄前儿童（3-5岁）早期数学能力筛查的一个有吸引力的选择，可以补充现有的学校教育工具。有必要开展更广泛的研究，旨在帮助儿科医生和早期儿童教育工作者在这一重要的学校准备领域协调努力，包括使用熟悉且可靠的工具进行及时筛查，并为家庭提供个性化的指导，以帮助孩子取得成功。如需了解更多关于《The Number Farm》的信息或订购用于研究或临床用途的书籍，请访问http://www.bluemanateepress.com/nonprofit/，或发送电子邮件至press@bluemanateebooks.com或John.Hutton@utsouthwestern.edu。
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