有氧體能對兒童的認知影響及其教學(xué)啟示

蔣長好 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]，它可以借助長期的、有計劃的鍛煉得到提高。已有研究發(fā)現(xiàn)，有氧體能與兒童的認知和腦健康有著積極的關(guān)聯(lián)。如國外研究者對兒童體能和認知功能、學(xué)業(yè)成就的關(guān)系分析發(fā)現(xiàn)，32項研究中的30項都證實了有氧體能和認知、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，對體育教學(xué)實踐活動的開展不無裨益。

關(guān)鍵詞：有氧體能；體育教學(xué)；兒童發(fā)展

中圖分類號：G804.7文獻標(biāo)識碼：A收稿日期：2018-09-19

一、有氧體能對認知的影響

有氧體能與兒童的認知特別是執(zhí)行功能的關(guān)系是近些年研究的熱點。執(zhí)行功能是一種高級的認知功能，它參與學(xué)習(xí)、推理、問題解決等活動，包含抑制、沖突控制和工作記憶等多個部分[3]。研究發(fā)現(xiàn)兒童有氧體能和多種認知控制功能的聯(lián)系。如一項研究將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，反應(yīng)精確性更高，反應(yīng)時間的變異性更弱，提示認知控制能力更強[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組，要求他們連續(xù)兩天參加實驗，在第一天他們將學(xué)習(xí)虛擬地圖的地區(qū)名，24小時后要求他們回憶自己學(xué)過的不一樣的信息。研究表明，第一天兩個組都記住了學(xué)過的不一樣的信息。然而24小時后，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，表明高體能組兒童的記憶更好[5]。

對于身體過重和智力遲緩兒童的研究也有類似的結(jié)果。一項研究將94位平均年齡為9歲的身體超重兒童隨機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)對執(zhí)行控制功能有著顯著的積極影響，然而對非執(zhí)行控制功能的影響較小[6]。另一項研究根據(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分鐘中等強度的公路自行車運動，并分別在運動結(jié)束后即刻、結(jié)束后5分鐘，以及結(jié)束后15分鐘的時間點做數(shù)學(xué)計算能力的測試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)短時身體鍛煉對數(shù)學(xué)計算能力具有促進作用。同時，有氧體能和鍛煉時間也會影響短時身體鍛煉后數(shù)學(xué)計算能力的表現(xiàn)[7]。

總之，對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)，長期鍛煉對大腦具有可塑性影響。一些研究發(fā)現(xiàn)，認知功能也與基底神經(jīng)節(jié)相關(guān)，認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)可細分為腹側(cè)和背側(cè)紋狀體，其中腹側(cè)紋狀體涉及對刺激反應(yīng)挑戰(zhàn)進行認知控制。如研究者對不同體能兒童的基底神經(jīng)節(jié)容量、認知控制能力做了分析研究，首先對一批9～10歲的兒童進行一次有氧體能測試，根據(jù)測試結(jié)果將他們劃分為高體能或低體能組，同時讓他們完成一項認知控制任務(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)測試過程中反應(yīng)的精確性均更高，同時在要求不同任務(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)測著兒童在基線和一年后的任務(wù)表現(xiàn)?；€檢測時有氧體能更高的兒童，基底神經(jīng)節(jié)容量更大，在隨后的認知任務(wù)中表現(xiàn)也更好[8]。

海馬是和認知活動有著密切關(guān)聯(lián)的一個重要腦區(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，認知功能與神經(jīng)電反應(yīng)相關(guān)。一項研究以38位平均年齡為9.4歲的兒童為實驗對象，將其分為高、低有氧體能兩組，采用認知任務(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，而且腦電P3波幅更大、錯誤關(guān)聯(lián)負波的波幅下降。腦電的P3波幅更大，表明有氧體能搞的兒童在對不斷增長的任務(wù)需求反應(yīng)中，注意資源分配的能力更強；錯誤關(guān)聯(lián)負波波幅下降，表明調(diào)制行動監(jiān)控加工能力更強，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，因而認知成績更好。然而，低體能水平兒童在不斷增長的任務(wù)需求反應(yīng)下，只能募集較少的注意資源，轉(zhuǎn)而更加依賴于行動控制策略，行動控制能力就會更低，故而任務(wù)成績更差[10]。

功能磁共振研究進一步發(fā)現(xiàn)體能對大腦不同腦區(qū)活動模式的影響。如一項研究比較了高、低有氧體能兒童在做認知任務(wù)時額區(qū)和頂區(qū)腦區(qū)活動模式的差異。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)激活沒有變化。研究者認為，在認知控制條件下，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)研究證實了高體能和兒童認知神經(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，其認知水平和大腦功能更好，鍛煉是促進兒童認知發(fā)展和腦健康的一種有效方法。

1.重視運動對認知和大腦的作用

當(dāng)前許多兒童鍛煉的參與隨著年齡增長而日益減少，體能有不斷下降的趨勢。究其根源，一些教師對鍛煉在認知發(fā)展和腦健康的作用缺乏足夠的認識，認為運動會影響孩子的學(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)律的運動不僅可以提高體能，還能促進認知和學(xué)習(xí)，因此教師要摒棄陳舊觀念，把運動時間還給學(xué)生，同時也要注意向家長傳授相關(guān)知識，轉(zhuǎn)變家長教育觀念，共同督促學(xué)生參加鍛煉。

2.整合實驗室研究與教學(xué)實踐成果

當(dāng)前，關(guān)于體能對認知影響的研究沿著實驗室研究和實際應(yīng)用研究兩條線展開。在實驗室研究方面，目前使用橫斷研究多采用體質(zhì)測驗對兒童進行分組，然后采用認知任務(wù)考察不同體質(zhì)兒童認知功能的差異。這類研究存在的問題是實驗室研究生態(tài)效度比較差，與教育實踐脫節(jié)嚴(yán)重；而實踐研究，又有無關(guān)因素控制不夠好，結(jié)果分歧大的問題。因此，教育實踐工作者要注意將兩方面的優(yōu)點結(jié)合起來，揚長避短。實驗室研究可側(cè)重于體能對認知方面影響的機制研究，而實際研究則可側(cè)重于體能對認知和學(xué)習(xí)成績影響。兩者結(jié)合才可使研究具有更好的生態(tài)效度和推廣價值。

3.科學(xué)地開展鍛煉

已有研究表明，鍛煉和體能對兒童認知和腦功能的促進受多方面的因素制約，盲目的鍛煉有時不僅無助于兒童的身體發(fā)展，還可能造成不必要的運動傷害。因此在運動開展過程中，教師還要對鍛煉的相關(guān)因素進行必要的選擇或控制。此外，就具體的干預(yù)設(shè)計而言，也應(yīng)該精心設(shè)計，比如什么時候開始鍛煉最好；如何控制鍛煉的強度、頻率和持續(xù)時間，使之產(chǎn)生更好的鍛煉效益；如何根據(jù)兒童特點設(shè)計個性化鍛煉方案；等等。處理好這些問題，鍛煉才能達到事半功倍的效果。

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