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幼童剛學寫字就要寫在格子裡?科學地看看學寫字這回事

林希陶_96
・2018/10/04 ・2926字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 454 ・五年級

你的孩子不是你的孩子:上小學前是巧虎的,上小學後則是老師的。(誤?)圖/flickr

我家兩個小娃最近升上大班,幼稚園老師也開始教授注音符號課程,並分派回家作業。她們兩個過幾天就異常認真地在學寫字,而且嚴格告訴我一定要寫漂亮、寫整齊。如果稍微凸出去一點點,她們會很小心的擦掉再重來。

即使父母說明這樣已經很好了,不需要擦掉重寫她們也不聽他們這個階段,老師講的就跟聖旨沒兩樣,即便我認真跟她們說,老爸也是這方面的專家,他們也不信。在她們眼中老爸只會打電動跟看漫畫嗎?怎麼會是專家?

圖/flickr

關於不管幼稚園老師還是國小老師,一定要嚴格要求所有學生「寫字一定要在格子內、寫字一定要依照學字的虛線照描,一點都不能凸出去」,個人有非常多疑問。這也跟我過去的發展心理學所學不同。為了這件事最近不打電動,也不看漫畫,認真的在論文資料庫中搜尋一番,總算找到一篇回顧性研究〔1],好好談談學寫字這件事。

即便現在是電腦時代,寫字在當今這個社會還是非常重要的技能,會寫字跟閱讀能力、寫作能力、學業成績一定是正相關的。後續也跟寫信、寫筆記、陳述意見、講電話、填文件、查資料等社會生活技能有關。寫字寫不好的人,甚至可能被長輩誤認為懶惰、動機低、不守規矩的小孩。

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寫字的能力是怎麼發展的?

圖/pxhere

幼兒大約兩歲左右,開始學握筆時,最先出現的寫法就是塗鴉,也就是亂寫亂畫一通。接著才會出現垂直線、水平線、圓形等圖案。仿畫更為困難的圖案大約四歲開始出現,會依序出現十字、方形、三角形等等。至少要五歲左右,大約一半的人才能正確畫出三角形[2]

寫字能力大約要六到七歲(小學一年級)才能慢慢發展出來,七到八歲(小學二年級)才會到達一個高峰期,也就是大部分的人在運筆寫字上已無問題。八到九歲(小學三年級)是寫字發展的另外一個階段,在這個時期,小孩才能主動的寫出字,組織字,並運用自己懂的字,表達出一段別人看得懂的話(這也是為何這個時期才會有寫短文、寫日記的作業出現,也才有意義)。

若再進一步考慮以性別作為區分,七歲以上的小孩,女童在寫字品質與寫字速度上明顯較男童為佳。因此男童若在寫字方面稍微慢一些,也不需要過於驚嚇。

拆解寫字牽涉到的元素

這形容…不說是在學寫字的話我還以為是要練習念能力呢。圖/imdb

寫字能力牽涉到複雜、多重的元素,包含視覺動作協調能力、精細動作控制、視知覺能力、動作計畫、認知能力、觸覺、本體感覺、身體兩側的協調、持續注意力。若我們將「寫字」這件事從頭到尾一一拆解,就可理解為何需要有那麼多功能同時配合。

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所謂的視覺動作協調能力是指要學寫字,先要看字,傳回到大腦先理解一番,再將訊息傳到動作區域,接著才指揮手指運筆。在理解時,則牽涉到記憶能力、空間能力、字型恆常知覺(簡單舉例:英文中 b、d、p、q 是不同的字;注音符號中ㄇ、ㄈ、ㄩ是不同的;ㄏ、ㄟ也不同;中文字裡左阜與右邑也是不同的)。

運筆部分牽涉到良好的精細動作控制能力,這個能力要六到七歲才完全成熟。有了動作控制,才能在寫字時將一筆一畫停頓、區隔開來。良好握筆需要運用手指,掌握住鉛筆,且有彈性的延展手指、停頓手掌與小肌肉,才能順利的控制寫字工具,讓筆往不同軸向旋轉,也才有可能寫出良好的筆畫。不成熟的握筆會影響精細動作能力,可先讓小孩試著握住粗一點筆桿的鉛筆,接著再轉換成一般粗細的鉛筆為宜。

講到學寫字,莫忘永字八法。圖/wikipedia

動作計畫也是重要的。筆畫順序需遵循一定的方向,在中文字是由左而右,由上而下。字形部件的良好組合,才能讓偏旁是偏旁,部首是部首,頭是頭、腳是腳才可能讓字形較為協調,也才能讓寫出的字易於辨識。

另外,觸覺、本體感覺與全身動作的協調也需要注重。觸覺、本體感覺讓小孩可在寫字時感受到筆、紙、桌面、橡皮擦,並且時時監控自己所寫出的字是正確的。而全身的協調牽涉到各個部位的肌肉使用,如當常用的那隻慣用手在寫字時,另外一手要知道扶住紙張,才能寫出較為正確的字形。

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最後持續性注意力也是必須的,如果小孩不能持續的注意,並且讓自己一直保持專心的話,是不可能完成一段作業的。注意力不足的孩子,寫字的整體能力也不佳,也常常無法完成回家功課。

上述之相關能力,都是六到七歲才能完全成熟。因此,在幼稚園或小一階段,只是在發展寫字能力的初始時期,在這個時間點就一定要求寫到完美,完全寫在格子裡,這其實是非常違反生理與心理發展的。

寫字的外部環境

圖/wikimedia

寫字要寫得好,也與許多外部環境有關。包含坐姿、椅子桌子的高度、寫字工具、紙張的類型、燈光明暗、外部是否有噪音、作業份量多寡、與黑板的距離、視力等等。

理想上,小孩的坐姿要正確,身體軀幹與臀部、膝蓋部位成90度,手腕、前臂可放鬆地放於桌面上。桌子椅子不可太低,太低也容易讓小孩往前傾;但也不可太高,太高會讓腳無以支撐。在寫字時,讓整個環境越單純越好,玩具、故事書都收去一邊,大人也不要同時在一邊看電視,只會形成不當的外部干擾。

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總而言之,寫字是一個非常複雜的事情,需要協調身體各個部位,調動各種認知能力,才可能好好的寫出一個字。等到所有能力都練習妥當,才可能成為身體自動化的一部份,可以不加思索的寫出一連串文字。

最後,個人還是要再次澄清,寫這篇文章並不是認為寫字這件事情不重要,也不是反對學寫字,而是對於「在學寫字的初始階段,就一定要寫到漂漂亮亮,完全在格子裡」有不同意見。如果我們是站在發展心理學與科學研究的最前沿,就不得不思考嚴格規定的學寫字到底有何實質意義。

參考資料:

  1. Feder, K. P. & Majnemer A. (2007). Handwriting development, competency, and intervention. Developmental Medicine & Child Neurology. 49(4):312-7. DOI:10.1111/j.1469-8749.2007.00312.x
  2. Beery, K.E. & Buktenica, N.A. (1989). Developmental Test of Visual-Motor Integration – Revised. Chicago, IL: Follett Publishing Company.
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林希陶_96
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作者為臨床心理師,專長為臨床兒童心理病理、臨床兒童心理衡鑑、臨床兒童心理治療與親子教養諮詢。近來因生養雙胞胎,致力於嬰幼兒相關教養研究,並將科學育兒的經驗,集結為《心理師爸爸的心手育嬰筆記》。與許正典醫師合著有《125遊戲,提升孩子專注力》(1)~(6)、《99連連看遊戲,把專心變有趣》、《99迷宮遊戲,把專心變有趣》。並主持FB專頁:林希陶臨床心理師及部落格:暗香浮動月黃昏。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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一摸就知道?人天生就可以辨識摸到的東西是什麼形狀嗎?——《為何三歲開始說謊?》
親子天下_96
・2023/09/17 ・1914字 ・閱讀時間約 3 分鐘

人類天生可以連結視覺與觸覺經驗

這組研究團隊,是由法國的發展心理學家阿萊特.史翠麗(Arlette Streri)所領導。史翠麗的實驗室特色,就是使用嬰兒進行認知研究。值得注意的是,她們研究的不是一般的嬰兒,而是剛出生僅僅數十個小時的「極新」嬰兒。至於為什麼要使用這麼小的嬰兒,讀者應該也已經猜到原因:因為嬰兒的學習能力又強又快,只要一接觸這個世界,嬰兒的學習就已經開始。所以如果要回答涉及先天或後天的爭議問題,自然是使用愈小的嬰兒愈好。

為了回答莫里內的問題,史翠麗找來了二十四位出生不到五天的小嬰兒,她想知道,小嬰兒在僅透過觸覺感受過某物體的形狀後,能不能改用視覺辨識出同一個形狀的物體。她在實驗中,讓小嬰兒用右手抓握物體(並確保小嬰兒看不到該物體),其中有些小嬰兒抓握的是一個三角形的物體,另一些小嬰兒則是抓握一個圓柱形的物體。在抓握物體後,小嬰兒的眼前會出現兩個物體(一個三角形物體和一個圓柱形物體;其中一個是剛剛抓握過的物體,另一個是不曾抓握過的物體)。結果發現,小嬰兒對於不曾抓握過的物體,會有較久的凝視時間(Streri and Gentaz, 2003)。

為了驗證人類是否天生就能連結視覺與觸覺經驗,史翠麗找了二十四位新生兒來做測試。圖/Pexels

這項發現,看似給了莫里內問題的正方經驗論者一記重擊,因為實驗結果發現,小嬰兒在出生後短短五天內,好像就能將眼前的視覺形狀和抓握時的觸覺形狀連結在一起。而且嬰兒的這項能力,似乎不是透過學習而來,因為在嬰兒剛出生的這五天內,幾乎不可能摸過和看過實驗中所使用的三角形和圓柱形物體。

然而,這項結果仍然有人不服。比方說,經驗論者可以提出質疑:雖然嬰兒在出生後的五天內可能沒有看過三角形與圓柱形物體,但是他們可能已經透過其他方式學到了觸覺與視覺之間的局部緊密關聯性。例如嬰兒在剛出生時,就會不斷的揮手踢腳,他們不但可以看到自己的手部形狀(張掌或握拳),也可以透過觸覺去感受自己的手指、拳頭和指甲的形狀和感觸。這些基本的視覺與觸覺感受,可能就足以讓小嬰兒學習到尖銳與圓滑物體之間的視覺與觸覺差異,並因此導致上述的實驗結果。若真是如此,那麼這項實驗結果就無法拿來回應莫里內的問題,因為小嬰兒可能早在實驗前就已經學到觸覺與視覺之間的關聯性了。

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天生盲人恢復視力後的視覺認知狀態

由於史翠麗的實驗仍有瑕疵,因此無法對莫里內的問題給出一槌定讞的結論。不過在二○一○年左右,另一項契機開始逐漸浮現,而其中的主角,就是麻省理工學院的帕萬.辛哈教授(Pawan Sinha)。

帕萬.辛哈教授(Pawan Sinha)。
圖/美國在台協會 AIT

辛哈是美籍印度裔的知名視覺神經科學家,是我相當敬重的一位視覺科學前輩。他的實驗室,就位於我當年在麻省理工學院研究空間的隔壁,我也因此常有機會聽到辛哈和他的實驗室同仁談及研究計畫和成果。辛哈早年的研究主題,著重於人類大腦如何透過視覺進行學習,他在一九九九年剛到達麻省理工學院的腦與認知科學系任教時,仍不太確定自己該如何做出突破性的研究,但是在一次回印度探親的旅程中,他發現了一個可以同時在科學與社會福祉都有所貢獻的研究機會。

在印度,每一百個人中就有一位是盲人,而且印度孩童的失明比例還比西方國家高出三倍,其中很多孩童是先天性白內障,因為偏鄉缺乏醫療資源而導致失明。這些失明的孩童,一般都會經歷痛苦的人生。根據統計,印度失明孩童的受教育和受雇機率不到一○%,平均壽命也比一般孩童要少十五年,孩童時期的死亡率更是超過五○%。

在明白印度失明孩童的困境後,辛哈立下一個心願,他想透過自己的研究計畫來幫助這些孩子,並且同時進行有意義的科學實驗。就在這樣的背景下,他開始推動「光明」(Prakash)計畫,希望能在印度各地找出先天性白內障的孩童,幫他們免費進行白內障切除手術,然後同時研究他們恢復視覺後的認知與大腦變化。而辛哈的義舉,也讓爭論長達三百多年的莫里內思想實驗,出現了近乎完美的真實實驗契機:讓看不見的盲人恢復視力,然後檢視其視覺認知狀態,這不正是莫里內問題的初衷嗎?

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——本文摘自《為何三歲開始說謊?》,2023 年 7 月,親子天下出版,未經同意請勿轉載。

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親子天下_96
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