促进认知功能的小学体育活动的效果研究

摘 要：本文立足于国际前沿认知交叉学科的科研和实践成果，通过在北京市16所小W1000多名三年级学生中开展对比实验，验证了有意识设计的小学体育活动能够促进小学生认知功能的提高。本文的结论将丰富国内外小学体育活动的教育目标、内容和评价手段，为运动促进认知的理论和实践国际前沿提供案例和数据支撑。

关键词：认知功能；小学体育；效果

中图分类号：G633.96 文献标识码：A 文章编号：1005-2410（2017）06-0015-03

一、选题

认知功能的改善是21世纪的前沿科学和应用焦点，关系到儿童的学习成绩、成人的工作业绩、老人的身心健康，乃至人工智能的不断革新。认知功能包括注意、记忆、自控、判断、计划、决策、语言表达等思维过程，是人们高效学习、工作和幸福生活的能力基础。三十年来的认知神经学研究表明，大脑具有“可塑性”，大脑会受到后天环境的影响而发生结构和功能的改变。在不同的环境影响因素中，二十年来的运动生理学研究发现，运动能够通过很多生理机制去促进认知功能的提高，而且不同的运动内容和运动方法对认知功能有着不同影响。这些科研成果不禁吸引人思考：能否有意识地设计一些体育活动，去促进儿童认知功能的提高？

六十年来的认知心理学研究发现，认知功能在儿童期发展得最快，特别是持续注意（即保持注意持续一段时间）、注意分配（即同时关注几个目标对象）、工作记忆（即对需要做什么事等指令的短时记忆）、信息处理（即快速接收、处理信息并作出反应）、反应抑制（即抑制优势反应和冲动）、认知灵活（即快速适应规则变化）等较为基础的认知功能。鉴于此，本文以促进这些较为基础的认知功能的体育活动为研究对象，探讨其对小学生认知功能的影响。

对促进认知功能的体育活动的探讨，能够补充和完善体育教育的教育目标、方法和评价标准。这意味着，儿童将享受到更丰富的体育教育内容，而体育教师需要具备在技能传授、情感品格发展之外的更复合的知识结构和教学能力。这对于全球的体育教育都是新鲜的挑战。与此同时，这一探讨也将改变“头脑简单、四肢发达”的固有观念，让人们看到体育场能够提供的促进身体功能之外的丰富的教育机会，从而提高体育学科在学校教育中的地位。

二、前人研究回顾

1980年代以来的研究发现，认知功能的意义重大，认知功能水平比智商测验更能够预测儿童的学习成绩。对多动症、自闭症、老年痴呆症等病人的认知功能损伤和干预训练的大量研究发现，认知功能可以通过后天干预得到改善。认知神经学的研究揭示了认知功能改善的生理机制，即“神经可塑性”。比如，一项对我国体操运动员的大脑成像研究显示，经过多年专业训练的体操运动员的神经网络连接出现了30种增长和18种减少，这说明后天的运动训练改变了他们的大脑结构。

运动生理学和教育学的研究发现，运动能够促进认知功能的提高。比如，除了美国的“零点体育”（zero-hour PE）实验外，2014-2015年在北京市海淀区艺师附小（现农科附小分校）开展的3C脑体双优教学实验，通过让一二年级学生进行30分钟运动+30分钟数学（或电脑认知训练）+30分钟运动或60分钟运动+30分钟数学（或电脑认知训练）等动静转换训练，学生做数学题（或电脑认知训练）的速度和准确度都有了明显的提高。神经学研究发现，运动促进认知的生理机制之一在于，运动能够提高神经生长因子数量，运动后人体分泌的多巴胺等神经递质有助于集中注意力，等等。

研究还发现，不同运动内容对认知功能有着不同的影响。比如，接受六个月的太极拳训练比接受西式的拉伸和有氧运动的人在执行功能认知测试中表现更好，同时平衡感更强。再比如，英国有实验研究让135名7岁的儿童参加了15个月的球类训练，分为手球、足球、曲棍球、综合项目几个组，结果显示各组的战术创造力都有普遍提升，其中足球组的创造力表现最优秀。

国际上已经有少数教育者开始尝试将认知功能训练融入体育活动当中。比如，美国的教育者将“木头人”“捉人”等传统的集体游戏加入了更多的认知刺激，以训练儿童的持续注意、工作记忆、认知灵活等认知功能。

综上所述，促进认知功能的体育活动是一个国际前沿的跨学科话题，存在着大量空白。国际上尚没有促进认知功能的儿童体育活动的系统设计，也没有大样本数据对其效果进行检验。本文在前人研究的基础上，试图将认知功能的训练目标融入小学体育活动，探讨这种有意识设计的体育活动对认知功能的影响。

三、研究方法

本文采用了文献阅读法、实验法和统计法的方法进行研究。

1.文献阅读法

本文在阅读了大量国际研究和教育实践案例的基础上，梳理了前人的研究成果和研究方向，为本文的实验研究奠定了理论和实践基础。

2.实验法

实验假设：结合了认知功能训练的体育活动（以下简称“认知体育活动”），相比于没有结合认知功能训练的体育活动（以下简称“常规体育活动”），更能够提高小学生的认知功能水平。

实验对象：北京市东城、海淀、密云、房山、昌平等区共16所小学的三年级学生，共38个班级、约1200名学生。

实验时间：从2016年11月底至2017年4月底，共上课10周，每周3次课，共30次课。

实验安排：每个学校在三年级安排1个实验班、1个对照班，由同一位体育教师上课，其中实验班开展认知体育活动，对照班开展常规体育活动。

实验内容：由本文课题组提供指导、各实验校体育教师参与研发，共同开发的一套认知体育活动内容。包括：多种数字报数、反应性练习、反口令练习、镜子游戏、旗语信号、抗干扰练习、大风吹集体游戏等。这些认知体育活动的设计考虑了不同认知功能、运动项目和技能教学阶段的特点，针对集体教学环境做了调整，并考虑了整节课在身体负荷、注意力和认知负荷的强度和密度安排。

实验结果测量：在实验前后，使用根据美国国立卫生院（NationalInstituteofHealth）俗伎发的认知功能测评软件来测量实验对象的认知功能水平，软件包括DCCS、Flanker、Go/No-Go、WMT等四个测试工具（测试内容简介见表1）。认知功能前测在2016年11月25日至12月2日期间完成，后测在2017年4月20日至4月28日期间完成，前后两次测试的内容一致。

3.统计法

本文对收集到的认知功能测评数据进行效度处理和对比分析，比较认知体育活动和常规体育活动学生的认知功能的差异。

四、结果分析与讨论

1.对照实验的数据处理结果（表2）

上表中各项的定义：

（1）测试学校：由于本文只开展各校内部的实验班和对照班比较，而不进行各校之间的横向比较，因此用数字1-16来替代学校名称。

（2）测试班级：1班指实验班，2班指对照班。

（3）测试项目：D指DCCS测试，F指Flanker测试，G指Go/No-Go测试，W指WMT测试；1指前测，2指后测。因此D1指DCCS前测，D2指DCCS后测，其它依此类推。

（4）数据结果：表中的数据是各班的正确得分均值。其中，D、F、G测试的正确得分指正确率*100；W测试的正确得分指累积的记忆得分。

无效数据的剔除：

（1）学校整体数据的剔除：本文的数据统计分析剔除了学校8、12、13、16的数据。原因在于：学校8和学校12少了一个班的数据，无法构成各自的对比实验。学校16的实验班只有5人参加了测试，数据不足以全面地反映班级情况，无法构成公正的对比实验。学校13的实验班在前测时由于电脑设备和网络出现故障，在一周内连续做了两次测试，班级约1/3数量学生的数据出现了较大变动，影响了数据可靠性，难以构成可靠的对比实验。另外，学校11的D2数据存疑，由于2班30人中只有12人参加了该项后测，难以全面地反映全班情况。

（2）班级个体数据的剔除：部分学生的部分测试项目缺项；此外还存在个别学生的反应时小于0.1秒的情况，也即是这些学生在随机乱点屏幕。因此在进行班级均值计算时，剔除了这部分数据。

2.对照实验的数据分析

（1）DCCS数据

可以看出，在11所学校中，学校1、2、5、6、9、10、14等7所学校显示出了实验班比对照班有着更大的提高幅度，其中有5所学校显示出了实验班的提高幅度比对照班超出5%。其余4所学校，学校3和4显示出了基本一致的提高/下降幅度；学校7和15，实验班的提高幅度不如对照班，但实验班受到了前测数据起点更高、因此提高空间更小的限制。

说明：经过训练后，绝大多数学校的实验班比对照班在认知灵活、持续注意、工作记忆和信息处理能力等认知功能上拥有更大幅度的提高，个别学校数据的反驳价值有限。

（2）Flanker数据

可以看出，在12所学校中，学校4、5、6、7、9、10等6个学校的实验班比对照班的前后测提高幅度要大；学校1、2、3、11、14、15等6个学校相反，但同样这些学校的实验班受到了前测数据起点更高、因此提高空间更小的限制。

说明：有一半学校的实验班比对照班在抗干扰能力、持续注意和工作记忆等认知功能上拥有更大幅度的提高；另一半学校没有显示出这种优势，不过其反驳价值有限。

（3）Go/No-Go

可以看出，在12所学校中，学校1、2、3、5、6、7、9、10、11、14等10个学校都出现了实验班比对照班的提升幅度更大。其别是学校6、9、10，实验班的提升幅度比对照班的约高出了5%。其余两所学校4和15，同样这些学校的实验班受到了前测数据起点更高、因此提高空间更小的限制。

说明：经过训练，绝大多数学校的实验班比对照班在自控力、持续注意和工作记忆等认知功能上拥有更大幅度的提高，个别学校数据的反驳价值有限。

（4）WMT数据

可以看出，在12所学校中，学校1、4、6、9、10、14、15等7个学校的实验班比对照班的提高幅度更大。学校2、3、5、7、11则相反。值得注意的是，参加WMT测试的全部24个班里，有9个班的WMT后测数据低于前测数据，这包括5个实验班和4个对照班。其部分原因可能是，WMT测试在实施过程中要花费更多时间，一些学生没有足够的持续注意力来完成这个测试，导致后测时数据出现倒退的情况。

说明：超过一半学校的实验班比对照班在记忆力和持续注意等认知功能上拥有更大幅度的提高，其余学校没有显示出这种优势。

五、结论

在北京市12所小学三年级的对照实验中，DCCS、Flanker、Go/No-Go、WMT四个认知功能测试项目的前后测结果表明，经过10周、每周3次、每次40分钟的体育活动后，大部分学校的实验班比对照班在认知灵活、抗干扰、反应抑制（自控力）、持续注意、信息处理、记忆力等认知功能方面取得了更显著的提高。实验班的这种认知功能提高优势在认知灵活和反应抑制（自控力）方面体现得更为明显，部分学校的提高幅度优势达到了5%；实验班的这种认知功能提高优势在记忆力方面体现得稍弱。

六、问题与讨论

在实验过程中也遇到了不少问题，有待进一步探索和改进。包括：1）认知训练如何更紧密地服务于技能教学；2）认知训练的强度如何把握，本次实验中摸索出的理想强度是持续15分钟、每分钟1～10次不等的视听认知信号；3）认知训练中如何平衡好学生的更高兴奋度和课堂安全问题；4）认知训练中如何减少“搭便车”现象、同时照顾到反应慢的个体；5）认知训练的场地教具设计如何避免多个班级同时上课的干扰，等等。

参考文献：

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