體育運動與兒童青少年腦智提升

陳愛國

腦智（Brain & Mind）是腦與智（心智）的簡稱。腦智提升主要涉及腦與智兩方面的改變。其中，腦的改變涉及腦內在物質、生理活動變化，包括結構（如神經新生、血管新生、灰質體積、白質完整性等）和功能（如腦功能連接、神經突觸可塑性、神經營養因子等）的變化;智的改變涉及外顯行為、心理活動變化，包括與認知相關的心理和行為（如執行功能、注意、記憶、執行功能、學業成績等）的變化。

兒童青少年腦智提升研究可以滿足以下兩方面的重大需求。一是當前科學研究的前沿探索。當今社會已由“信息時代”向“腦智時代”轉變，其核心內容是理解和認識人腦高級功能的物質及結構基礎。這不僅可以在防治認知障礙性疾病方面提供幫助，還能促進人工智能和認知技術的發展及廣泛應用。2018年在科技部、教育部等部門支持下，北京師范大學聯合17所從事人腦研究、腦疾病治療的高校、科研機構共同發起成立“中國兒童青少年腦智研究全國聯盟”，聚焦兒童青少年腦智前沿研究。在即將出臺的“中國腦計劃”中，一個重要內容就是兒童青少年腦智的開發。二是新時期教育的重大需求。近年來，國家出臺的很多文件都提到，要遵循教育規律，科學辦教育、辦高質量的教育、建設教育強國。那么教育的規律到底是什么？教育，實質上就是在構建人的大腦。任何一個知識的獲取、技能的培養、習慣的養成、行為的變化、道德的形成，其背后都是對神經連接模式的塑造。腦的發展發育規律，就是教育最大、最根本的規律。

體育運動可以促進兒童青少年的腦智提升

現如今，眾多研究成果已證明，藥物、飲食、音樂、冥想、教育課程、認知訓練、體育運動等均可以對兒童青少年腦智的發展和提升起到積極作用。其中，體育運動有其獨特的優勢——花費少，可以整合到教育或治療當中，無副作用等。

塑造兒童青少年的腦。在我們的日常生活中，有些人常常認為運動員或練體育的學生“四肢發達，頭腦簡單”。其實不然，研究證據已充分表明，經過多年運動技能的訓練，運動員的腦不僅不會變簡單，反而變得更為復雜。國內有一項研究在比較了國家隊跳水運動員和普通學生后發現，運動員雙側丘腦和左側運動前區的灰質密度明顯高于普通學生。而所謂灰質密度指的是神經元的密集程度，灰質密度較高者，在神經傳導、信息傳遞等方面就更具有優勢。不僅如此，在對特殊兒童的研究中也發現，運動干預后聾啞兒童和肥胖兒童部分腦區灰質密度和白質完整性均有可塑性變化，且伴隨了認知功能的改善。這種腦的可塑性變化不僅發生在結構方面，而且研究發現，不管是短時的運動干預，還是長期的運動干預，都會對兒童青少年的腦功能產生積極的影響，具體表現在腦激活模式和腦網絡功能連接的優化或者重組上，且同樣伴隨著認知功能的提升。另外，從分子層面上來看，運動中和運動后，腦內化學物質（如多巴胺、血清素以及神經營養因子等）會發生變化，而這些變化與我們的情緒、認知和學習表現等息息相關。

促進兒童青少年執行功能的發展。執行功能是指在完成復雜的認知任務時，對各種基本認知過程進行協調和控制的高級認知過程，其根本目的是產生具有目的性的、協調有序的行為。它是一個非常重要的身、心、腦健康指標，可以很好地預測人的心理健康，身體健康，生活、工作、學習質量，家庭、公共安全等。近年來的眾多研究結果顯示，科學的體育運動干預方案可以有效促進執行功能的全面發展。這些有效方案的共同特征是：中等強度的有氧運動且每次達到30分鐘以上;組織形式上，合作類的、團體類的運動效果更好;包含多種運動項目的綜合干預方案效果更好。另外，體育運動不僅能夠提升普通兒童的執行功能，對聾啞兒童、學習困難兒童、肥胖兒童等特殊兒童的執行功能也能起到改善作用，部分研究成果甚至顯示，對特殊兒童的改善效果比普通兒童更好。

多運動可以促進改善學習行為。記憶是人類實現學習行為的核心能力。有研究發現，為期九個月的體育運動干預能夠促進兒童的短時記憶。另一項體育運動與兒童長時記憶的研究發現，與不運動的對照組相比，學習后4小時進行運動，而不是立即進行，可以提高長時記憶的信息存儲。現有的研究成果表明，一次性體育活動或者長期的體育運動，不僅可以改善和提高學生的注意力、動機、自控力等學習行為，還可以減少教師對課堂的管理行為。總之，對學校來講，學生參與體育運動是一件師生雙贏的事情。

不妨礙學生學業成績。體育運動是否影響學業成績，一直以來存在爭議。國內外學者對此展開了大量研究，結果顯示：首先，體育運動可以通過改善與學習有關的腦結構和功能直接提高學業成績;其次，體育運動可以通過改善學習相關行為，如執行功能、注意力和情緒調節等，間接提高學業成績;第三，增加體育運動的時間不會降低學業成績，甚至會提高學業成績。因此，保守地說，讓學生參加體育運動最起碼不會妨礙學業成績。

體育運動提升兒童青少年腦智的教育實踐

新認識：體育運動之于兒童是絕佳的腦智提升工具。體育運動不是簡單的蹦蹦跳跳，而是身、智、腦聯合運用為基礎的運動。所有的體育運動，都是富含身、智、腦的聯合運作。體育運動是一種有設計的、采用運動活動及其相關經驗從體力、腦力、心智上來使個人充分發展的方式。北京師范大學殷恒嬋教授提出“無體育，不教育”，認為體育對于德、智、美、勞都有價值，其中就包括腦育和智育。

新視角：教育神經科學視野中的體育教育創新。我們從腦科學的視角來審視體育教育的改革和創新，并將主要研究成果和觀點匯集成《教育神經科學視野中的體育教育創新》一書。這本書的價值在于跳出傳統“學科中心主義”的藩籬，從腦科學的獨特視野，以“兒童的腦智提升”為核心問題，借助神經科學的理論基礎、研究范式和成果應用轉化形式，建構基于神經科學的體育教育改革思路，為適應新形勢下的體育教育改革創新發展提供新視野。

新理論：運動干預促進兒童腦智發展的多路徑理論。在已有體育運動與兒童青少年腦智提升的前期相關理論和研究證據基礎上，我們提出并初步驗證了運動干預促進兒童腦智發展的多路徑理論。該理論認為運動之所以促進兒童腦智發展，是通過四條途徑達到的。一是改善生理狀態。運動可以影響兒童腦的神經營養因子、喚醒水平、心肺功能等，提高兒童的腦智。二是提高動作技能水平。復雜的動作，比如協調性的、多肢體參與的、認知豐富的運動需要腦智參與。大量動作練習和運用積累了大量的腦智經驗，而經驗可以促進兒童發展。三是情景互動能力。在一個充滿新問題、新挑戰的運動情境中，個體在協調、組合原有動作，形成新的、更復雜、更靈活、更有效動作基礎上，會實現其腦智的突破和優化。四是跟課堂環境有關。眾所周知，負性壓力會影響兒童腦智的發展。在進行體育運動的時候，可以通過活動緩解壓力，增加社會交往，體驗更多的積極情緒，從而提高兒童腦智水平。

多路徑理論及其實踐提示，在教育實踐中，設計運動干預、體育課教學等實踐活動時，需考慮以下核心要素：第一，運動必須是適宜強度的;第二，包含復雜動作技能的學習和應用;第三，運動的環境，包括物理環境和人文環境必須是豐富的;第四，在運動過程中必須體驗到積極的情緒。

新的體育課程：體育運動促進兒童青少年腦智發展的新模式。首先，體育課的探索。根據上述運動干預促進兒童腦智發展的多路徑理論，我們設計與開發了新的體育課，在每個課時教案中的教學目標、教學內容、教學設計與實施等環節均有針對腦和認知發展目標的獨特設計。實踐證明，新體育課能夠有效促進學生身、心、腦發展。國外的一個研究團隊也開發了一套名稱為Better movers and thinkers（BMT）體育課程，采用的方案設計思路與我們不謀而合。他們的研究結果也顯示，設計的體育課能夠促進兒童的認知和腦發育。

其次，課內體育的革新。國際上流行著一種在文化課堂上融合體育活動的課程組織形式，它將運動與核心學習內容相結合，以有趣和創造性的方式促進身體活動、健康和學習。目前這種課程形式在國外有一些成熟的范例。比如，“快樂10分鐘”，每項活動與核心課程概念相結合;在美國有5萬教師使用“快樂10分鐘”，有100萬兒童受益。這種課程的實踐表明，課內體育可以提高兒童青少年身體活動水平，促進認知發展，提升學業成績。

第三，課外體育活動的創新。我們的聾啞兒童系列研究表明，課外體育活動對于聾啞兒童腦智提升效果顯著。國外的“零點體育課”也證明了課外體育活動能夠提高學習能力，促進學業成績的提高，改善學生的注意力。