促進(jìn)認(rèn)知功能的小學(xué)體育活動(dòng)的效果研究

樊偉++鐘逸婧++門曉坤

摘 要：本文立足于國際前沿認(rèn)知交叉學(xué)科的科研和實(shí)踐成果，通過在北京市16所小學(xué)1000多名三年級學(xué)生中開展對比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了有意識(shí)設(shè)計(jì)的小學(xué)體育活動(dòng)能夠促進(jìn)小學(xué)生認(rèn)知功能的提高。本文的結(jié)論將豐富國內(nèi)外小學(xué)體育活動(dòng)的教育目標(biāo)、內(nèi)容和評價(jià)手段，為運(yùn)動(dòng)促進(jìn)認(rèn)知的理論和實(shí)踐國際前沿提供案例和數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知功能；小學(xué)體育；效果

中圖分類號(hào)：G633.96 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2410（2017）06-0015-03

一、選題

認(rèn)知功能的改善是21世紀(jì)的前沿科學(xué)和應(yīng)用焦點(diǎn)，關(guān)系到兒童的學(xué)習(xí)成績、成人的工作業(yè)績、老人的身心健康，乃至人工智能的不斷革新。認(rèn)知功能包括注意、記憶、自控、判斷、計(jì)劃、決策、語言表達(dá)等思維過程，是人們高效學(xué)習(xí)、工作和幸福生活的能力基礎(chǔ)。三十年來的認(rèn)知神經(jīng)學(xué)研究表明，大腦具有“可塑性”，大腦會(huì)受到后天環(huán)境的影響而發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能的改變。在不同的環(huán)境影響因素中，二十年來的運(yùn)動(dòng)生理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)能夠通過很多生理機(jī)制去促進(jìn)認(rèn)知功能的提高，而且不同的運(yùn)動(dòng)內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)方法對認(rèn)知功能有著不同影響。這些科研成果不禁吸引人思考：能否有意識(shí)地設(shè)計(jì)一些體育活動(dòng)，去促進(jìn)兒童認(rèn)知功能的提高？

六十年來的認(rèn)知心理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知功能在兒童期發(fā)展得最快，特別是持續(xù)注意（即保持注意持續(xù)一段時(shí)間）、注意分配（即同時(shí)關(guān)注幾個(gè)目標(biāo)對象）、工作記憶（即對需要做什么事等指令的短時(shí)記憶）、信息處理（即快速接收、處理信息并作出反應(yīng)）、反應(yīng)抑制（即抑制優(yōu)勢反應(yīng)和沖動(dòng)）、認(rèn)知靈活（即快速適應(yīng)規(guī)則變化）等較為基礎(chǔ)的認(rèn)知功能。鑒于此，本文以促進(jìn)這些較為基礎(chǔ)的認(rèn)知功能的體育活動(dòng)為研究對象，探討其對小學(xué)生認(rèn)知功能的影響。

對促進(jìn)認(rèn)知功能的體育活動(dòng)的探討，能夠補(bǔ)充和完善體育教育的教育目標(biāo)、方法和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。這意味著，兒童將享受到更豐富的體育教育內(nèi)容，而體育教師需要具備在技能傳授、情感品格發(fā)展之外的更復(fù)合的知識(shí)結(jié)構(gòu)和教學(xué)能力。這對于全球的體育教育都是新鮮的挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，這一探討也將改變“頭腦簡單、四肢發(fā)達(dá)”的固有觀念，讓人們看到體育場能夠提供的促進(jìn)身體功能之外的豐富的教育機(jī)會(huì)，從而提高體育學(xué)科在學(xué)校教育中的地位。

二、前人研究回顧

1980年代以來的研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知功能的意義重大，認(rèn)知功能水平比智商測驗(yàn)更能夠預(yù)測兒童的學(xué)習(xí)成績。對多動(dòng)癥、自閉癥、老年癡呆癥等病人的認(rèn)知功能損傷和干預(yù)訓(xùn)練的大量研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知功能可以通過后天干預(yù)得到改善。認(rèn)知神經(jīng)學(xué)的研究揭示了認(rèn)知功能改善的生理機(jī)制，即“神經(jīng)可塑性”。比如，一項(xiàng)對我國體操運(yùn)動(dòng)員的大腦成像研究顯示，經(jīng)過多年專業(yè)訓(xùn)練的體操運(yùn)動(dòng)員的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接出現(xiàn)了30種增長和18種減少，這說明后天的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練改變了他們的大腦結(jié)構(gòu)。

運(yùn)動(dòng)生理學(xué)和教育學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)能夠促進(jìn)認(rèn)知功能的提高。比如，除了美國的“零點(diǎn)體育”（zero-hour PE）實(shí)驗(yàn)外，2014-2015年在北京市海淀區(qū)藝師附?。ìF(xiàn)農(nóng)科附小分校）開展的3C腦體雙優(yōu)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過讓一二年級學(xué)生進(jìn)行30分鐘運(yùn)動(dòng)+30分鐘數(shù)學(xué)（或電腦認(rèn)知訓(xùn)練）+30分鐘運(yùn)動(dòng)或60分鐘運(yùn)動(dòng)+30分鐘數(shù)學(xué)（或電腦認(rèn)知訓(xùn)練）等動(dòng)靜轉(zhuǎn)換訓(xùn)練，學(xué)生做數(shù)學(xué)題（或電腦認(rèn)知訓(xùn)練）的速度和準(zhǔn)確度都有了明顯的提高。神經(jīng)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)促進(jìn)認(rèn)知的生理機(jī)制之一在于，運(yùn)動(dòng)能夠提高神經(jīng)生長因子數(shù)量，運(yùn)動(dòng)后人體分泌的多巴胺等神經(jīng)遞質(zhì)有助于集中注意力，等等。

研究還發(fā)現(xiàn)，不同運(yùn)動(dòng)內(nèi)容對認(rèn)知功能有著不同的影響。比如，接受六個(gè)月的太極拳訓(xùn)練比接受西式的拉伸和有氧運(yùn)動(dòng)的人在執(zhí)行功能認(rèn)知測試中表現(xiàn)更好，同時(shí)平衡感更強(qiáng)。再比如，英國有實(shí)驗(yàn)研究讓135名7歲的兒童參加了15個(gè)月的球類訓(xùn)練，分為手球、足球、曲棍球、綜合項(xiàng)目幾個(gè)組，結(jié)果顯示各組的戰(zhàn)術(shù)創(chuàng)造力都有普遍提升，其中足球組的創(chuàng)造力表現(xiàn)最優(yōu)秀。

國際上已經(jīng)有少數(shù)教育者開始嘗試將認(rèn)知功能訓(xùn)練融入體育活動(dòng)當(dāng)中。比如，美國的教育者將“木頭人”“捉人”等傳統(tǒng)的集體游戲加入了更多的認(rèn)知刺激，以訓(xùn)練兒童的持續(xù)注意、工作記憶、認(rèn)知靈活等認(rèn)知功能。

綜上所述，促進(jìn)認(rèn)知功能的體育活動(dòng)是一個(gè)國際前沿的跨學(xué)科話題，存在著大量空白。國際上尚沒有促進(jìn)認(rèn)知功能的兒童體育活動(dòng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也沒有大樣本數(shù)據(jù)對其效果進(jìn)行檢驗(yàn)。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，試圖將認(rèn)知功能的訓(xùn)練目標(biāo)融入小學(xué)體育活動(dòng)，探討這種有意識(shí)設(shè)計(jì)的體育活動(dòng)對認(rèn)知功能的影響。

三、研究方法

本文采用了文獻(xiàn)閱讀法、實(shí)驗(yàn)法和統(tǒng)計(jì)法的方法進(jìn)行研究。

1.文獻(xiàn)閱讀法

本文在閱讀了大量國際研究和教育實(shí)踐案例的基礎(chǔ)上，梳理了前人的研究成果和研究方向，為本文的實(shí)驗(yàn)研究奠定了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

2.實(shí)驗(yàn)法

實(shí)驗(yàn)假設(shè)：結(jié)合了認(rèn)知功能訓(xùn)練的體育活動(dòng)（以下簡稱“認(rèn)知體育活動(dòng)”），相比于沒有結(jié)合認(rèn)知功能訓(xùn)練的體育活動(dòng)（以下簡稱“常規(guī)體育活動(dòng)”），更能夠提高小學(xué)生的認(rèn)知功能水平。

實(shí)驗(yàn)對象：北京市東城、海淀、密云、房山、昌平等區(qū)共16所小學(xué)的三年級學(xué)生，共38個(gè)班級、約1200名學(xué)生。

實(shí)驗(yàn)時(shí)間：從2016年11月底至2017年4月底，共上課10周，每周3次課，共30次課。

實(shí)驗(yàn)安排：每個(gè)學(xué)校在三年級安排1個(gè)實(shí)驗(yàn)班、1個(gè)對照班，由同一位體育教師上課，其中實(shí)驗(yàn)班開展認(rèn)知體育活動(dòng)，對照班開展常規(guī)體育活動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：由本文課題組提供指導(dǎo)、各實(shí)驗(yàn)校體育教師參與研發(fā)，共同開發(fā)的一套認(rèn)知體育活動(dòng)內(nèi)容。包括：多種數(shù)字報(bào)數(shù)、反應(yīng)性練習(xí)、反口令練習(xí)、鏡子游戲、旗語信號(hào)、抗干擾練習(xí)、大風(fēng)吹集體游戲等。這些認(rèn)知體育活動(dòng)的設(shè)計(jì)考慮了不同認(rèn)知功能、運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目和技能教學(xué)階段的特點(diǎn)，針對集體教學(xué)環(huán)境做了調(diào)整，并考慮了整節(jié)課在身體負(fù)荷、注意力和認(rèn)知負(fù)荷的強(qiáng)度和密度安排。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果測量：在實(shí)驗(yàn)前后，使用根據(jù)美國國立衛(wèi)生院（NationalInstituteofHealth）標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的認(rèn)知功能測評軟件來測量實(shí)驗(yàn)對象的認(rèn)知功能水平，軟件包括DCCS、Flanker、Go/No-Go、WMT等四個(gè)測試工具（測試內(nèi)容簡介見表1）。認(rèn)知功能前測在2016年11月25日至12月2日期間完成，后測在2017年4月20日至4月28日期間完成，前后兩次測試的內(nèi)容一致。

3.統(tǒng)計(jì)法

本文對收集到的認(rèn)知功能測評數(shù)據(jù)進(jìn)行效度處理和對比分析，比較認(rèn)知體育活動(dòng)和常規(guī)體育活動(dòng)學(xué)生的認(rèn)知功能的差異。

四、結(jié)果分析與討論

1.對照實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理結(jié)果（表2）

上表中各項(xiàng)的定義：

（1）測試學(xué)校：由于本文只開展各校內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)班和對照班比較，而不進(jìn)行各校之間的橫向比較，因此用數(shù)字1-16來替代學(xué)校名稱。

（2）測試班級：1班指實(shí)驗(yàn)班，2班指對照班。

（3）測試項(xiàng)目：D指DCCS測試，F(xiàn)指Flanker測試，G指Go/No-Go測試，W指WMT測試；1指前測，2指后測。因此D1指DCCS前測，D2指DCCS后測，其它依此類推。

（4）數(shù)據(jù)結(jié)果：表中的數(shù)據(jù)是各班的正確得分均值。其中，D、F、G測試的正確得分指正確率*100；W測試的正確得分指累積的記憶得分。

無效數(shù)據(jù)的剔除：

（1）學(xué)校整體數(shù)據(jù)的剔除：本文的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析剔除了學(xué)校8、12、13、16的數(shù)據(jù)。原因在于：學(xué)校8和學(xué)校12少了一個(gè)班的數(shù)據(jù)，無法構(gòu)成各自的對比實(shí)驗(yàn)。學(xué)校16的實(shí)驗(yàn)班只有5人參加了測試，數(shù)據(jù)不足以全面地反映班級情況，無法構(gòu)成公正的對比實(shí)驗(yàn)。學(xué)校13的實(shí)驗(yàn)班在前測時(shí)由于電腦設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，在一周內(nèi)連續(xù)做了兩次測試，班級約1/3數(shù)量學(xué)生的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了較大變動(dòng)，影響了數(shù)據(jù)可靠性，難以構(gòu)成可靠的對比實(shí)驗(yàn)。另外，學(xué)校11的D2數(shù)據(jù)存疑，由于2班30人中只有12人參加了該項(xiàng)后測，難以全面地反映全班情況。

（2）班級個(gè)體數(shù)據(jù)的剔除：部分學(xué)生的部分測試項(xiàng)目缺項(xiàng)；此外還存在個(gè)別學(xué)生的反應(yīng)時(shí)小于0.1秒的情況，也即是這些學(xué)生在隨機(jī)亂點(diǎn)屏幕。因此在進(jìn)行班級均值計(jì)算時(shí)，剔除了這部分?jǐn)?shù)據(jù)。

2.對照實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析

（1）DCCS數(shù)據(jù)

可以看出，在11所學(xué)校中，學(xué)校1、2、5、6、9、10、14等7所學(xué)校顯示出了實(shí)驗(yàn)班比對照班有著更大的提高幅度，其中有5所學(xué)校顯示出了實(shí)驗(yàn)班的提高幅度比對照班超出5%。其余4所學(xué)校，學(xué)校3和4顯示出了基本一致的提高/下降幅度；學(xué)校7和15，實(shí)驗(yàn)班的提高幅度不如對照班，但實(shí)驗(yàn)班受到了前測數(shù)據(jù)起點(diǎn)更高、因此提高空間更小的限制。

說明：經(jīng)過訓(xùn)練后，絕大多數(shù)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)班比對照班在認(rèn)知靈活、持續(xù)注意、工作記憶和信息處理能力等認(rèn)知功能上擁有更大幅度的提高，個(gè)別學(xué)校數(shù)據(jù)的反駁價(jià)值有限。

（2）Flanker數(shù)據(jù)

可以看出，在12所學(xué)校中，學(xué)校4、5、6、7、9、10等6個(gè)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)班比對照班的前后測提高幅度要大；學(xué)校1、2、3、11、14、15等6個(gè)學(xué)校相反，但同樣這些學(xué)校的實(shí)驗(yàn)班受到了前測數(shù)據(jù)起點(diǎn)更高、因此提高空間更小的限制。

說明：有一半學(xué)校的實(shí)驗(yàn)班比對照班在抗干擾能力、持續(xù)注意和工作記憶等認(rèn)知功能上擁有更大幅度的提高；另一半學(xué)校沒有顯示出這種優(yōu)勢，不過其反駁價(jià)值有限。

（3）Go/No-Go

可以看出，在12所學(xué)校中，學(xué)校1、2、3、5、6、7、9、10、11、14等10個(gè)學(xué)校都出現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)班比對照班的提升幅度更大。其中特別是學(xué)校6、9、10，實(shí)驗(yàn)班的提升幅度比對照班的約高出了5%。其余兩所學(xué)校4和15，同樣這些學(xué)校的實(shí)驗(yàn)班受到了前測數(shù)據(jù)起點(diǎn)更高、因此提高空間更小的限制。

說明：經(jīng)過訓(xùn)練，絕大多數(shù)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)班比對照班在自控力、持續(xù)注意和工作記憶等認(rèn)知功能上擁有更大幅度的提高，個(gè)別學(xué)校數(shù)據(jù)的反駁價(jià)值有限。

（4）WMT數(shù)據(jù)

可以看出，在12所學(xué)校中，學(xué)校1、4、6、9、10、14、15等7個(gè)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)班比對照班的提高幅度更大。學(xué)校2、3、5、7、11則相反。值得注意的是，參加WMT測試的全部24個(gè)班里，有9個(gè)班的WMT后測數(shù)據(jù)低于前測數(shù)據(jù)，這包括5個(gè)實(shí)驗(yàn)班和4個(gè)對照班。其部分原因可能是，WMT測試在實(shí)施過程中要花費(fèi)更多時(shí)間，一些學(xué)生沒有足夠的持續(xù)注意力來完成這個(gè)測試，導(dǎo)致后測時(shí)數(shù)據(jù)出現(xiàn)倒退的情況。

說明：超過一半學(xué)校的實(shí)驗(yàn)班比對照班在記憶力和持續(xù)注意等認(rèn)知功能上擁有更大幅度的提高，其余學(xué)校沒有顯示出這種優(yōu)勢。

五、結(jié)論

在北京市12所小學(xué)三年級的對照實(shí)驗(yàn)中，DCCS、Flanker、Go/No-Go、WMT四個(gè)認(rèn)知功能測試項(xiàng)目的前后測結(jié)果表明，經(jīng)過10周、每周3次、每次40分鐘的體育活動(dòng)后，大部分學(xué)校的實(shí)驗(yàn)班比對照班在認(rèn)知靈活、抗干擾、反應(yīng)抑制（自控力）、持續(xù)注意、信息處理、記憶力等認(rèn)知功能方面取得了更顯著的提高。實(shí)驗(yàn)班的這種認(rèn)知功能提高優(yōu)勢在認(rèn)知靈活和反應(yīng)抑制（自控力）方面體現(xiàn)得更為明顯，部分學(xué)校的提高幅度優(yōu)勢達(dá)到了5%；實(shí)驗(yàn)班的這種認(rèn)知功能提高優(yōu)勢在記憶力方面體現(xiàn)得稍弱。

六、問題與討論

在實(shí)驗(yàn)過程中也遇到了不少問題，有待進(jìn)一步探索和改進(jìn)。包括：1）認(rèn)知訓(xùn)練如何更緊密地服務(wù)于技能教學(xué)；2）認(rèn)知訓(xùn)練的強(qiáng)度如何把握，本次實(shí)驗(yàn)中摸索出的理想強(qiáng)度是持續(xù)15分鐘、每分鐘1～10次不等的視聽認(rèn)知信號(hào)；3）認(rèn)知訓(xùn)練中如何平衡好學(xué)生的更高興奮度和課堂安全問題；4）認(rèn)知訓(xùn)練中如何減少“搭便車”現(xiàn)象、同時(shí)照顧到反應(yīng)慢的個(gè)體；5）認(rèn)知訓(xùn)練的場地教具設(shè)計(jì)如何避免多個(gè)班級同時(shí)上課的干擾，等等。

參考文獻(xiàn)：

[1]Cowan，N.&T.P.Alloway.Development of Memory in Childhood [M].Hove：Psychology Press，2007.

[2]Doidge，N.The Brain That Changes Itself [M].New York：Viking，2007.

[3]Gazzaniga M.S.et al.周曉林等，譯.認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)：關(guān)于心智的生物學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2010.

[4]Nisbett，R.E.Intelligence and How to Get It：Why Schools and Cultures Count [M].New York & London：W.W.Norton& Company，2009.

[5]Rowland，T.W.Childrens Exercise Physiology[M].Champaign：Human Kinetics， 2004.

[6]Rowland，T.W.吳劍，譯.運(yùn)動(dòng)員的時(shí)鐘——生物學(xué)和時(shí)鐘因素如何影響運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)[M].北京：北京體育大學(xué)出版社，2015.

[7]周志宏，劉錫梅主編.運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：北京體育大學(xué)出版社，2014.