有氧體能對(duì)兒童的認(rèn)知影響及其教學(xué)啟示

蔣長(zhǎng)好 安楠 劉耕 王永健

摘 要：有氧體能是心肺系統(tǒng)消耗和使用氧氣的最大能力[1]，它可以借助長(zhǎng)期的、有計(jì)劃的鍛煉得到提高。已有研究發(fā)現(xiàn)，有氧體能與兒童的認(rèn)知和腦健康有著積極的關(guān)聯(lián)。如國(guó)外研究者對(duì)兒童體能和認(rèn)知功能、學(xué)業(yè)成就的關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，32項(xiàng)研究中的30項(xiàng)都證實(shí)了有氧體能和認(rèn)知、學(xué)習(xí)的積極關(guān)聯(lián)[2]。此外，也有許多研究發(fā)現(xiàn)有氧體能和兒童的大腦結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)聯(lián)?；仡櫤褪崂硐嚓P(guān)研究成果，對(duì)體育教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的開(kāi)展不無(wú)裨益。

關(guān)鍵詞：有氧體能；體育教學(xué)；兒童發(fā)展

中圖分類號(hào)：G804.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A收稿日期：2018-09-19

一、有氧體能對(duì)認(rèn)知的影響

有氧體能與兒童的認(rèn)知特別是執(zhí)行功能的關(guān)系是近些年研究的熱點(diǎn)。執(zhí)行功能是一種高級(jí)的認(rèn)知功能，它參與學(xué)習(xí)、推理、問(wèn)題解決等活動(dòng)，包含抑制、沖突控制和工作記憶等多個(gè)部分[3]。研究發(fā)現(xiàn)兒童有氧體能和多種認(rèn)知控制功能的聯(lián)系。如一項(xiàng)研究將48名平均年齡為10歲左右的兒童分為高有氧體能組和低有氧體能組，采用執(zhí)行控制任務(wù)考察他們的沖突控制。結(jié)果表明，高有氧體能兒童解決沖突控制任務(wù)時(shí)，反應(yīng)精確性更高，反應(yīng)時(shí)間的變異性更弱，提示認(rèn)知控制能力更強(qiáng)[4]。也有研究發(fā)現(xiàn)有氧體能與工作記憶的關(guān)聯(lián)。研究者將兒童分為高體能和低體能兩個(gè)組，要求他們連續(xù)兩天參加實(shí)驗(yàn)，在第一天他們將學(xué)習(xí)虛擬地圖的地區(qū)名，24小時(shí)后要求他們回憶自己學(xué)過(guò)的不一樣的信息。研究表明，第一天兩個(gè)組都記住了學(xué)過(guò)的不一樣的信息。然而24小時(shí)后，高體能組的兒童比低體能組兒童學(xué)習(xí)新鮮事物的能力更強(qiáng)，表明高體能組兒童的記憶更好[5]。

對(duì)于身體過(guò)重和智力遲緩兒童的研究也有類似的結(jié)果。一項(xiàng)研究將94位平均年齡為9歲的身體超重兒童隨機(jī)分配至高有氧鍛煉組、低有氧鍛煉組或控制組中，高、低有氧鍛煉組均參與為期15周、每周5天的鍛煉，其中高有氧鍛煉組每天鍛煉40分鐘，低有氧鍛煉組每天鍛煉20分鐘，控制組不參加鍛煉干預(yù)。研究發(fā)現(xiàn)，與低有氧鍛煉組和控制組相比，高有氧鍛煉組的鍛煉干預(yù)對(duì)執(zhí)行控制功能有著顯著的積極影響，然而對(duì)非執(zhí)行控制功能的影響較小[6]。另一項(xiàng)研究根據(jù)最大攝氧量將智力遲緩兒童區(qū)分為高、中、低有氧體能組，讓被試者完成20～30分鐘中等強(qiáng)度的公路自行車運(yùn)動(dòng)，并分別在運(yùn)動(dòng)結(jié)束后即刻、結(jié)束后5分鐘，以及結(jié)束后15分鐘的時(shí)間點(diǎn)做數(shù)學(xué)計(jì)算能力的測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)短時(shí)身體鍛煉對(duì)數(shù)學(xué)計(jì)算能力具有促進(jìn)作用。同時(shí)，有氧體能和鍛煉時(shí)間也會(huì)影響短時(shí)身體鍛煉后數(shù)學(xué)計(jì)算能力的表現(xiàn)[7]。

總之，對(duì)正常兒童和特殊兒童的研究都發(fā)現(xiàn)，有氧體能水平較高的兒童一般有更好的執(zhí)行力。

二、有氧體能與腦的結(jié)構(gòu)功能

1.有氧體能與大腦結(jié)構(gòu)

大量研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期鍛煉對(duì)大腦具有可塑性影響。一些研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知功能也與基底神經(jīng)節(jié)相關(guān)，認(rèn)知控制的缺陷和基底神經(jīng)節(jié)特定區(qū)域的容量差異相關(guān)?；咨窠?jīng)節(jié)可細(xì)分為腹側(cè)和背側(cè)紋狀體，其中腹側(cè)紋狀體涉及對(duì)刺激反應(yīng)挑戰(zhàn)進(jìn)行認(rèn)知控制。如研究者對(duì)不同體能兒童的基底神經(jīng)節(jié)容量、認(rèn)知控制能力做了分析研究，首先對(duì)一批9～10歲的兒童進(jìn)行一次有氧體能測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果將他們劃分為高體能或低體能組，同時(shí)讓他們完成一項(xiàng)認(rèn)知控制任務(wù)，一年后再次完成這一任務(wù)。研究發(fā)現(xiàn)，與低有氧體能兒童相比，高有氧體能兒童在兩次任務(wù)測(cè)試過(guò)程中反應(yīng)的精確性均更高，同時(shí)在要求不同任務(wù)控制量的條件下，靈活分配策略更好。高有氧體能兒童在后測(cè)中反應(yīng)速度更快。腦影像結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，基底神經(jīng)節(jié)容量和任務(wù)表現(xiàn)之間存在關(guān)聯(lián)，背側(cè)紋狀體的雙側(cè)核殼和蒼白球容量預(yù)測(cè)著兒童在基線和一年后的任務(wù)表現(xiàn)?；€檢測(cè)時(shí)有氧體能更高的兒童，基底神經(jīng)節(jié)容量更大，在隨后的認(rèn)知任務(wù)中表現(xiàn)也更好[8]。

海馬是和認(rèn)知活動(dòng)有著密切關(guān)聯(lián)的一個(gè)重要腦區(qū)，它在新的關(guān)聯(lián)記憶形成中扮演著重要角色。一些研究者考察了有氧體能、海馬容量和記憶之間的關(guān)系，研究者將49名9～10歲兒童分為高體能和低體能組，分別完成關(guān)聯(lián)記憶與非關(guān)聯(lián)記憶任務(wù)。研究發(fā)現(xiàn)，與高體能兒童較之于低體能兒童，其雙側(cè)海馬容量更大，關(guān)聯(lián)記憶任務(wù)表現(xiàn)更好[9]。

2.有氧體能與大腦功能

有氧體能不僅影響大腦結(jié)構(gòu)，也影響大腦功能。腦電研究發(fā)現(xiàn)，高體能水平兒童中，認(rèn)知功能與神經(jīng)電反應(yīng)相關(guān)。一項(xiàng)研究以38位平均年齡為9.4歲的兒童為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，將其分為高、低有氧體能兩組，采用認(rèn)知任務(wù)考察有氧體能和執(zhí)行控制功能以及腦電特征差異的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，與低體能兒童相比，高體能的兒童在各種任務(wù)中能保持高水平的任務(wù)成績(jī)，而且腦電P3波幅更大、錯(cuò)誤關(guān)聯(lián)負(fù)波的波幅下降。腦電的P3波幅更大，表明有氧體能搞的兒童在對(duì)不斷增長(zhǎng)的任務(wù)需求反應(yīng)中，注意資源分配的能力更強(qiáng)；錯(cuò)誤關(guān)聯(lián)負(fù)波波幅下降，表明調(diào)制行動(dòng)監(jiān)控加工能力更強(qiáng)，提示有氧體能高的兒童在刺激編碼階段能夠募集到更多的注意資源，并在反應(yīng)選擇階段能更好地降低注意干擾，因而認(rèn)知成績(jī)更好。然而，低體能水平兒童在不斷增長(zhǎng)的任務(wù)需求反應(yīng)下，只能募集較少的注意資源，轉(zhuǎn)而更加依賴于行動(dòng)控制策略，行動(dòng)控制能力就會(huì)更低，故而任務(wù)成績(jī)更差[10]。

功能磁共振研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)體能對(duì)大腦不同腦區(qū)活動(dòng)模式的影響。如一項(xiàng)研究比較了高、低有氧體能兒童在做認(rèn)知任務(wù)時(shí)額區(qū)和頂區(qū)腦區(qū)活動(dòng)模式的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高有氧體能的兒童反應(yīng)的準(zhǔn)確性更好，而低有氧體能的兒童在前后階段間反應(yīng)準(zhǔn)確性均下降；高低有氧體能兒童額區(qū)和頂區(qū)、活動(dòng)模式存在著差異，高低有氧體能兒童在完成復(fù)雜任務(wù)時(shí)額區(qū)和頂區(qū)的激活在早期階段增加，在晚期階段激活下降，而低有氧體能的兒童在前后階段間腦區(qū)激活沒(méi)有變化。研究者認(rèn)為，在認(rèn)知控制條件下，需要滿足和維持任務(wù)目標(biāo)，高有氧體能兒童的腦區(qū)激活變化，表明大腦適應(yīng)性神經(jīng)加工更好[11]。

總之，腦科學(xué)研究證實(shí)了高體能和兒童認(rèn)知神經(jīng)功能的積極關(guān)聯(lián)。

三、教學(xué)啟示

綜上所述，有氧體能與兒童大腦認(rèn)知神經(jīng)功能存在著積極關(guān)聯(lián)，有氧體能更好的兒童，其認(rèn)知水平和大腦功能更好，鍛煉是促進(jìn)兒童認(rèn)知發(fā)展和腦健康的一種有效方法。

1.重視運(yùn)動(dòng)對(duì)認(rèn)知和大腦的作用

當(dāng)前許多兒童鍛煉的參與隨著年齡增長(zhǎng)而日益減少，體能有不斷下降的趨勢(shì)。究其根源，一些教師對(duì)鍛煉在認(rèn)知發(fā)展和腦健康的作用缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為運(yùn)動(dòng)會(huì)影響孩子的學(xué)習(xí)，因而常常忽視兒童的鍛煉。而大量的證據(jù)表明，有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)不僅可以提高體能，還能促進(jìn)認(rèn)知和學(xué)習(xí)，因此教師要摒棄陳舊觀念，把運(yùn)動(dòng)時(shí)間還給學(xué)生，同時(shí)也要注意向家長(zhǎng)傳授相關(guān)知識(shí)，轉(zhuǎn)變家長(zhǎng)教育觀念，共同督促學(xué)生參加鍛煉。

2.整合實(shí)驗(yàn)室研究與教學(xué)實(shí)踐成果

當(dāng)前，關(guān)于體能對(duì)認(rèn)知影響的研究沿著實(shí)驗(yàn)室研究和實(shí)際應(yīng)用研究?jī)蓷l線展開(kāi)。在實(shí)驗(yàn)室研究方面，目前使用橫斷研究多采用體質(zhì)測(cè)驗(yàn)對(duì)兒童進(jìn)行分組，然后采用認(rèn)知任務(wù)考察不同體質(zhì)兒童認(rèn)知功能的差異。這類研究存在的問(wèn)題是實(shí)驗(yàn)室研究生態(tài)效度比較差，與教育實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重；而實(shí)踐研究，又有無(wú)關(guān)因素控制不夠好，結(jié)果分歧大的問(wèn)題。因此，教育實(shí)踐工作者要注意將兩方面的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，揚(yáng)長(zhǎng)避短。實(shí)驗(yàn)室研究可側(cè)重于體能對(duì)認(rèn)知方面影響的機(jī)制研究，而實(shí)際研究則可側(cè)重于體能對(duì)認(rèn)知和學(xué)習(xí)成績(jī)影響。兩者結(jié)合才可使研究具有更好的生態(tài)效度和推廣價(jià)值。

3.科學(xué)地開(kāi)展鍛煉

已有研究表明，鍛煉和體能對(duì)兒童認(rèn)知和腦功能的促進(jìn)受多方面的因素制約，盲目的鍛煉有時(shí)不僅無(wú)助于兒童的身體發(fā)展，還可能造成不必要的運(yùn)動(dòng)傷害。因此在運(yùn)動(dòng)開(kāi)展過(guò)程中，教師還要對(duì)鍛煉的相關(guān)因素進(jìn)行必要的選擇或控制。此外，就具體的干預(yù)設(shè)計(jì)而言，也應(yīng)該精心設(shè)計(jì)，比如什么時(shí)候開(kāi)始鍛煉最好；如何控制鍛煉的強(qiáng)度、頻率和持續(xù)時(shí)間，使之產(chǎn)生更好的鍛煉效益；如何根據(jù)兒童特點(diǎn)設(shè)計(jì)個(gè)性化鍛煉方案；等等。處理好這些問(wèn)題，鍛煉才能達(dá)到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]World Health Organization. The World Health Report 2002[R].Geneva：World Health Organization.

[2]Howie EK，Pate RR. Physical activity and academic achievement in children：A historical perspective[J].Journal of Sport Health science，2012，1（3）： 160-169.

[3]Smith，EE，Jonides，J.Storage and executive processes in the frontal lobes[J]. Science，1999，283（5408）：1657-1661.

[4]Wu CT，Pontifex MB，Raine LB， etal. Aerobic fitness and response variability in preadolescent children performing a cognitive control task[J]. Neuropsychology， 2011， 25（3）：333-341.

[5]Chaddock-Heyman L，Hillman CH，Cohen NJ，etal.The importance of physical activity and aerobic fitness for cognitive control and memory in children[J].Monographs of the Society for Research in Child Development， 2014， 79（4）： 25-50.

[6]Davis CL，Cooper S.Fitness， fatness，cognition，behavior， and academic achievement among overweight children：Do cross-sectional associations correspond to exercise trial outcomes？[J]. Preventive Medicine，2011，52（s1）：65-69.

[7]Horvat M，Croce R.Physical Rehabilitation of Individuals with Mental Retardation： Physical Fitness and Information processing[J].Critical Reviews in Physical and Rehabilitation Medicine，1995，7（3）：233-252.

[8]Chaddock L，Hillman CH，Pontifex MB，etal.Childhood aerobic fitness predicts cognitive performance one year later[J].Journal of Sports Sciences，2012，30（5）：421-430.

[9]Chaddock L，Erickson KI， Prakash RS，etal. A neuroimaging investigation of the association between aerobic fitness，hippocampal volume，and memory performance in preadolescent children[J].Brain Research，2010，1358（4）：172-183.

[10]Hillman CH，Buck SM，Themanson JR，etal.Aerobic fitness and cognitive development：Event-related brain potential and task performance indices of executive control in preadolescenlchildren[J].Developmental psychology，2009，45（1）：114.

[11]Chaddock L，Erickson KI， Prakash RS，etal. A functional MRI investigation of the association between childhood aerobic fitness and neurocognitive control[J]. Biological Psychology，2012，89（1）：260-268.