有氧體能對兒童的認知影響及其教學啟示

蔣長好 安楠 劉耕 王永健

摘 要：有氧體能是心肺系統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。已有研究發現，有氧體能與兒童的認知和腦健康有著積極的關聯。如國外研究者對兒童體能和認知功能、學業成就的關系分析發現，32項研究中的30項都證實了有氧體能和認知、學習的積極關聯[2]。此外，也有許多研究發現有氧體能和兒童的大腦結構與功能的關聯。回顧和梳理相關研究成果，對體育教學實踐活動的開展不無裨益。

關鍵詞：有氧體能；體育教學；兒童發展

中圖分類號：G804.7文獻標識碼：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行功能的關系是近些年研究的熱點。執行功能是一種高級的認知功能，它參與學習、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]。研究發現兒童有氧體能和多種認知控制功能的聯系。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，采用執行控制任務考察他們的沖突控制。結果表明，高有氧體能兒童解決沖突控制任務時，反應精確性更高，反應時間的變異性更弱，提示認知控制能力更強[4]。也有研究發現有氧體能與工作記憶的關聯。研究者將兒童分為高體能和低體能兩個組，要求他們連續兩天參加實驗，在第一天他們將學習虛擬地圖的地區名，24小時后要求他們回憶自己學過的不一樣的信息。研究表明，第一天兩個組都記住了學過的不一樣的信息。然而24小時后，高體能組的兒童比低體能組兒童學習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。研究發現，與低有氧鍛煉組和控制組相比，高有氧鍛煉組的鍛煉干預對執行控制功能有著顯著的積極影響，然而對非執行控制功能的影響較小[6]。另一項研究根據最大攝氧量將智力遲緩兒童區分為高、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，并分別在運動結束后即刻、結束后5分鐘，以及結束后15分鐘的時間點做數學計算能力的測試。結果發現短時身體鍛煉對數學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學計算能力的表現[7]。

總之，對正常兒童和特殊兒童的研究都發現，有氧體能水平較高的兒童一般有更好的執行力。

二、有氧體能與腦的結構功能

1.有氧體能與大腦結構

大量研究發現，長期鍛煉對大腦具有可塑性影響。一些研究發現，認知功能也與基底神經節相關，認知控制的缺陷和基底神經節特定區域的容量差異相關。基底神經節可細分為腹側和背側紋狀體，其中腹側紋狀體涉及對刺激反應挑戰進行認知控制。如研究者對不同體能兒童的基底神經節容量、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，根據測試結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，一年后再次完成這一任務。研究發現，與低有氧體能兒童相比，高有氧體能兒童在兩次任務測試過程中反應的精確性均更高，同時在要求不同任務控制量的條件下，靈活分配策略更好。高有氧體能兒童在后測中反應速度更快。腦影像結果也發現，基底神經節容量和任務表現之間存在關聯，背側紋狀體的雙側核殼和蒼白球容量預測著兒童在基線和一年后的任務表現。基線檢測時有氧體能更高的兒童，基底神經節容量更大，在隨后的認知任務中表現也更好[8]。

海馬是和認知活動有著密切關聯的一個重要腦區，它在新的關聯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，分別完成關聯記憶與非關聯記憶任務。研究發現，與高體能兒童較之于低體能兒童，其雙側海馬容量更大，關聯記憶任務表現更好[9]。

2.有氧體能與大腦功能

有氧體能不僅影響大腦結構，也影響大腦功能。腦電研究發現，高體能水平兒童中，認知功能與神經電反應相關。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，采用認知任務考察有氧體能和執行控制功能以及腦電特征差異的關系。研究發現，與低體能兒童相比，高體能的兒童在各種任務中能保持高水平的任務成績，而且腦電P3波幅更大、錯誤關聯負波的波幅下降。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需求反應中，注意資源分配的能力更強；錯誤關聯負波波幅下降，表明調制行動監控加工能力更強，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需求反應下，只能募集較少的注意資源，轉而更加依賴于行動控制策略，行動控制能力就會更低，故而任務成績更差[10]。

功能磁共振研究進一步發現體能對大腦不同腦區活動模式的影響。如一項研究比較了高、低有氧體能兒童在做認知任務時額區和頂區腦區活動模式的差異。結果發現，高有氧體能的兒童反應的準確性更好，而低有氧體能的兒童在前后階段間反應準確性均下降；高低有氧體能兒童額區和頂區、活動模式存在著差異，高低有氧體能兒童在完成復雜任務時額區和頂區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目標，高有氧體能兒童的腦區激活變化，表明大腦適應性神經加工更好[11]。

總之，腦科學研究證實了高體能和兒童認知神經功能的積極關聯。

三、教學啟示

綜上所述，有氧體能與兒童大腦認知神經功能存在著積極關聯，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習，因而常常忽視兒童的鍛煉。而大量的證據表明，有規律的運動不僅可以提高體能，還能促進認知和學習，因此教師要摒棄陳舊觀念，把運動時間還給學生，同時也要注意向家長傳授相關知識，轉變家長教育觀念，共同督促學生參加鍛煉。

2.整合實驗室研究與教學實踐成果

當前，關于體能對認知影響的研究沿著實驗室研究和實際應用研究兩條線展開。在實驗室研究方面，目前使用橫斷研究多采用體質測驗對兒童進行分組，然后采用認知任務考察不同體質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效度比較差，與教育實踐脫節嚴重；而實踐研究，又有無關因素控制不夠好，結果分歧大的問題。因此，教育實踐工作者要注意將兩方面的優點結合起來，揚長避短。實驗室研究可側重于體能對認知方面影響的機制研究，而實際研究則可側重于體能對認知和學習成績影響。兩者結合才可使研究具有更好的生態效度和推廣價值。

3.科學地開展鍛煉

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因素進行必要的選擇或控制。此外，就具體的干預設計而言，也應該精心設計，比如什么時候開始鍛煉最好；如何控制鍛煉的強度、頻率和持續時間，使之產生更好的鍛煉效益；如何根據兒童特點設計個性化鍛煉方案；等等。處理好這些問題，鍛煉才能達到事半功倍的效果。

參考文獻：

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