初中生认知疲劳曲线研究

廖军和，彭玉玲

初中生面临升学压力和青春期独特的心理变化，处于高压状态下的他们，极易出现疲劳，由于初中生其阶段性和任务性特点，认知疲劳问题尤为突出。而认知疲劳可能会导致注意力不集中，记忆力下降[1]，这会间接地让初中生在学习过程中产生不愉快感，久而久之，会影响初中生的心理健康和幸福感体验。基于此，初中生的认知疲劳是个值得关注的领域。本研究重点关注对初中生的认知疲劳曲线的研究，相关研究有助于初中生的身心发展规律的探索，更能帮助初中生更好的应对学习生活。

一、问题提出

认知疲劳极易出现，它会出现在任何人身上，因此，它所引起的消极影响是需要人们注意的。初中生如果认知负荷过重，就会引起认知疲劳，其通常表现为思维迟缓、反应减慢、注意力不集中，会直接干扰认知加工，导致差错增多、效率降低[2]。这些负面影响不仅会干扰到初中生日常的学习活动，降低生活质量，而且会严重影响初中生的心理健康状况。因此，对初中生的认知疲劳变化的研究都是很有必要的，此为笔者对初中生认知疲劳曲线进行研究的初衷。

二、认知疲劳的概念界定

(一)疲劳的定义及分类

疲劳是一种常见的症状，它既作为非特异症状出现于各种疾病中，也作为对自身有重要作用的防御机制出现在健康人群当中,使身体避免因为过度消耗而造成伤害。对于疲劳的具体定义，不同领域的学者对此解释都存在着差异。罗春花等认为，疲劳是人在活动过程中，由于心理、生理或环境原因使机体过度劳累而产生的一种衰竭的状态[3]。张志园将疲劳定义为个体在某种环境条件下，经过长久的体力或脑力活动所导致的身体活动能力减弱及工作效率下降的现象，以及对身体内部外部变化的主观感受[4]。疲劳作为一种复杂的生理、心理现象，其定义尚无明确定论，而对于疲劳的分类，因分类的依据不同，也存在差异。但总的来说，学术界大部分学者将疲劳分为体力疲劳、脑力疲劳、心理疲劳和病理疲劳。体力疲劳是指过度运动和活动过程中，个体消耗体内大量的营养物质，体内产生的化学物质的积累造成的机体疲劳。脑力疲劳是指长时间从事紧张的脑力劳动，神经系统及其相关部位出现的一种主观疲劳感。心理疲劳是指在生活中遇到压力时，心理或生理资源被消耗，没有及时补充，以至于不能对抗压力时，表现出的一种心理机能下降的状态。病理疲劳则是由某种疾病引起的机体生理紊乱和失调所导致的浑身无力的状态[5]。

对疲劳的研究由来已久，最早的疲劳研究来源于医学领域，我国古代的医学家就疲劳曾在医学名著当中做出详细的分析。《黄帝内经》中介绍到：“久视伤血，久卧伤气，久坐伤肉，久立伤骨，久行伤筋，是谓五劳所伤”[6]。这说明个体长时间的保持一种固定姿势或生理状态会影响身体状况，更有可能会导致生理疲劳的产生。《黄帝内经》中也指出：“怒伤肝，喜伤心，思伤脾，忧伤肺，恐伤肾。”[6]认为人的情绪状态会对健康状况产生一定的不利影响，这种负面影响慢慢积累会引起个体的心理疲劳之感。这是在古籍中我国医学家对疲劳的具体形式和影响因素的探讨。

(二)认知疲劳的定义

关于认知疲劳的研究在医学领域起步较早，在心理学领域当中的研究还在丰富中。同对疲劳的定义一样，对于认知疲劳的解释也一直众说纷纭，没有明确的界定。有学者认为认知疲劳是脑力疲劳的一种重要表现形式，主要指在认知学习活动中，在持续的、具有一定强度的任务驱使下，大脑认知操作水平下降的状态[7]。董薇指出认知疲劳是指在认知主体的认知活动过程中，由于长时间集中于认知任务而导致的认知水平降低，表现为难以集中注意力于认知任务中，在认知活动中较易受到干扰信息的影响，甚至会出现生理上的反应时间过长，出现疲劳效应[8]。国外学者对认知疲劳的解释也存在不同看法，在已查找的文献当中很多学者是从认知负荷的累积产生认知疲劳的角度阐述自己的看法。严格来说，是不能将认知疲劳和认知能力的变化划上等号的，但认知能力的变化为认知疲劳所引起的结果还是为学术界所接受。认知负荷理论最早由John Sweller提出，此理论的观点指出，人的认知资源非常有限，如果个体同时从事几种认知活动，他需要将总量有限的认知资源在各个认知任务上进行分配，这种分配遵循“此多彼少、总量不变”的原则，若是认知任务所需的认知资源超过资源总量，就会造成认知的超负荷，形成认知疲劳[9]。

认知疲劳是生理和心理上的复杂现象，适度的认知疲劳对个体完成认知任务有一定的积极意义，但是过度的认知疲劳会对认知活动及个体的身体和心理造成消极影响，如个体会出现记忆变差、情绪不稳定、认知活动效率下降等。

三、已有研究基础

国外学者对认知疲劳的研究不仅着重于对其形成原因方面进行研究，在认知疲劳产生的消极影响方面也通过调查法和实验法进行探索。Bartlett在研究飞行员操作任务中发现，飞行员长时间进行操作活动后，会更易产生分神，注意力不集中，造成认知和操作活动效率的下降[10]。认知疲劳产生的原因是多方面的，它不仅包括神经生物学的原因，心理当中的认知部分也是引起认知疲劳的一个重要原因[11]。Sarter与Top&Boksem分别通过实验研究发现，在持续的工作中，乙酰胆碱、多巴胺的活性会出现降低的现象，这两种化学物质的活性的降低会增加个体的疲劳感[12]。在心理方面，国外学者Vander Hulst与Geurt指出，个体在进行超负荷的工作之后，是否疲劳取决于报酬的高低，提供的报酬水平比较高将能延长疲劳出现的时间并能减少疲劳的程度[13]。

关于认知疲劳产生的消极影响,Marcora等认为，认知疲劳会对个体的身体健康产生负面影响，并会对现在进行的或是即将要进行的认知活动产生一定的不利影响[14]；Kato等认为认知疲劳阻碍了认知资源的合理分配[15]。

国外学者对于认知疲劳的研究大都通过调查和实验的方式进行，探讨了认知疲劳的影响因素等，但是对于认知疲劳曲线的研究还在进一步的丰富中。

国内相关文献当中，对认知疲劳及认知负荷的介绍是多方面的。董薇指出认知疲劳是指在认知主体的认知活动过程中，由于长时间集中于认知任务而导致的认知水平降低。董薇认为，任务难度对认知疲劳不产生影响，但对疲劳出现的时间有影响[8]。李艳玲等对准备考研的大学生的认知疲劳日变化曲线进行研究，结果发现自然时间点、智力水平、气质类型影响认知疲劳[16]。崔立中等研究指出学生课间心理保健操有利于缓解不同智力等级中小学生的学习疲劳[17]。孙崇勇认为元认知提问对认知负荷与学习成绩有显著的影响[18]。王璐璐等认为心理疲劳使个体在风险决策中更倾向于保守且该作用效果不受框架因素的调节[19]。

国内学者对于认知疲劳的研究大致关涉认知疲劳的界定、认知疲劳的影响因素以及缓解认知疲劳等方面，其中大部分的研究对象以大学生为主，对于初中生认知疲劳的研究较少，而对于初中生认知疲劳曲线的研究就更少。

四、研究方法

(一)研究对象

本次调查研究抽取淮南某中学的一个班级进行调查。调查抽取初中生35名，分为十天进行施测，其中的三天在初中生上午第一节课上课之前(7:25)、第二节课下课(9:35)、下午第一节课上课之前(14:00)、第二节课下课(16:00)、第四节课下课(17:45)这五个时间点进行施测。其余七天根据以往学者对认知疲劳的日变化的研究，因在上午时段中，9:30-11:30学生的认知疲劳较低，认知任务完成情况较好，故在上午第二节课下课进行施测，以研究这段时间中，在学生认知疲劳较弱的时候的认知能力的变化情况。在回收的问卷当中，经过审查，剔除漏填、跳填等情况的5个被试的无效数据，有效数据30份，有效率为85.7%，其中男生16名，女生12名；班干部为13名，普通同学17名；年龄范围为13～15岁。

(二)研究工具

本次调查采用的是韦克斯勒儿童智力量表中的译码分测验，对淮南某中学的初中生进行认知疲劳的调查。此测验的主体部分是由人口统计学基本信息和译码部分构成，每次施测2分钟，计分方式为译对1码记1分，总分代表此次译码成绩。

(三)统计方法

采用excel2016和spss18.0对数据进行录入和统计分析，采用描述性统计、t检验等，进一步处理和分析数据，绘制出初中生认知疲劳日变化曲线，及在一段时间内，初中生在某个点的认知疲劳变化状况的曲线。通过t检验等，分析初中生在性别及是否是班干部等方面是否存在差异。

(四)施测过程

本调查以班级为单位采用集体施测的方式，先让被试将基本信息填写完整，在问卷中写明注意事项的前提情况下，口头提示被试如不要跳填等有关的注意事项，然后给予被试开始口令，计时两分钟，以“停”口令结束。

五、研究结果

(一)初中生认知疲劳日变化的绘制曲线

对收集到的数据用excel进行录入和整理，利用公式对认知成绩进行求平均值，研究通过对30名有效被试在五个时间点上的认知疲劳测验的成绩结果分析发现，在上午时段的两个时间点中，7:25分析的译码成绩为64.88，9:35所测的译码成绩为74.56；9:35，此时初中生的认知疲劳程度比上午刚上课的认知疲劳程度弱。在下午时段中，14:00的译码成绩为73.36,16:00的译码成绩为75.86,17:45的译码成绩为78.26。在下午的课程中，译码成绩最低的为14:00，最高成绩是时间点17:45。上午7:25-9:35，译码成绩呈稳步上升的趋势，认知疲劳程度呈稳步下降趋势；9:35-14:00被试的认知成绩总体呈现下降趋势，认知疲劳程度呈上升趋势。下午14:00-16:00,16:00-17:45这两个时段当中，被试的认知成绩都呈现稳步上升趋势，认知疲劳程度都呈稳步下降的趋势。初中生认知疲劳日变化曲线绘制见图1。

图1 初中生认知疲劳日变化曲线

(二)初中生认知疲劳某段时间变化的绘制曲线

由3月20日至4月19日时间跨度为一个月，每周定时测试两次，合计测试十次，对9:35这个时间点的被试的译码成绩用Excel2016录入和处理，利用公式求出平均值，并绘制3月20日到4月19日被试的认知疲劳变化状况的曲线。通过对被试的十个点的成绩分析，结果发现，在这段时间中被试的译码成绩总体趋于平稳，短期内有一定波动，如果把时间轴拉长的话，可以预见其测试结果一定趋于平稳。在3月20日到3月29日，被试的译码成绩有所上升；3月29日到4月5日、4月9日到4月11日、4月17日到4月19日被试的译码成绩有所下降；4月5日到4月11日、4月13日到4月17日被试的认知成绩有所上升。在这段时间当中，被试的认知疲劳变化起伏较不大，大部分时间当中，被试的译码成绩相差不大，总体较稳定。3月20日至3月29日期间成绩有一个不断增长的过程，是否因为练习效应引发，不得而知，后继相关试验时进一步研究。3月20日到4月19日初中生的认知疲劳变化曲线见图2。

图2 初中生认知疲劳变化曲线

(三)初中生认知疲劳在人口统计学变量上的差异分析

利用独立样本t检验，本研究对初中生的认知疲劳在性别、是否为班干部两个方面进行了差异分析。分析结果表明，女生的译码成绩的均值高于男生，是班干部的初中生的译码成绩均值高于不是班干部的学生的译码成绩。初中生的译码成绩在性别方面的t值为-1.097，p值为0.282>0.05；初中生的译码成绩在是否为班干部方面的t值为1.275，p值为0.213>0.05，所以，本研究认为初中生的认知疲劳在性别及是否为班干部两方面不存在显著差异(详见表1，表2)。

表1 认知疲劳的性别差异t检验结果

注：*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001。

表2 认知疲劳的是否为班干部差异t检验结果

注：*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001。

六、讨 论

(一)初中生认知疲劳日变化曲线分析

个体的认知能力变化的影响因素是多方面的，认知疲劳的产生也是综合不同的生理和心理因素的结果。通过对本研究绘制的关于初中生认知疲劳日变化的曲线分析发现，一天当中上午7:25所得的译码成绩最低，疲劳程度最高；而下午时段中的17:45所得的译码成绩最高，认知疲劳程度最低。这种疲劳的变化与已有的研究有着不相符的部分，正是说明了初中生群体认知疲劳产生是复杂的生理和心理因素共同作用的结果。上午时段中7:25被试的译码成绩最低，可能是与初中生学业负担较重，作息时间有关。初中生处于当前的应试教育的体制下，面临着初升高的压力，家庭中的亲人、学校的老师对其给予极大的期望，学业负担的加重，让初中生遵循着一种晚睡早起的作息方式，缺乏充足睡眠的初中生在上午第一节课前就表现出注意力不集中、反应变慢，认知疲劳程度较高。在下午时段的最后一节课课后(17:45)，译码成绩高于其他各时段的成绩是与以往研究不太相符的，这可能与第四节课课后就没有继续的课程有关，其中或许有着学生希望尽快结束一天课程的期待，调动起了学生的积极性，在心理方面降低了认知疲劳程度，使得译码成绩较高。在一天的其他三个时间点的成绩，或许与个体自身的生物节律有关，而国外也有诸多研究已经证明人体的昼夜节律(human circadian rhythms)对于认知水平具有一定影响，人体生理功能、学习与记忆能力、情绪、工作效率等也有明显的昼夜节律波动[20]。

(二)初中生认知疲劳某时间段变化曲线分析

根据以往学者对于认知疲劳的研究，在上午时段9:30-11:30，个体的认知操作水平较高，所以本研究在此理论依据下，结合初中生的课程作息表，研究初中生在3月20日到4月19日这一段时间中的9:35这个时间点上，在理论上认知疲劳程度较低的情况下，初中生的认知能力的变化情况。这段时间中，被试译码成绩在总体上是相对稳定的，在3月29日到4月3日这段时间中，被试的译码成绩较高，认知疲劳程度水平较低。除了已有的研究证明的生物节律对个体的认知水平的影响，学习过程中的情境因素，如老师对班级的肯定与表扬、奖励、对假期的期待等，都可能通过对个体情绪的影响，激发个体的积极性，进而影响个体的认知水平，降低认知疲劳程度。而在大部分的时间当中，初中生的学习生活具有一定的规律性，没有明显的且具有重大影响的因素出现，所以，就一般情况而言，初中生的译码成绩较为稳定，没有太大的起伏。总体的译码成绩是维持在60-80之间的，初中生在固定的时间点上因生物节律的影响，认知疲劳程度相对来说是趋于稳定的。

(三)初中生认知疲劳在人口统计学变量上的差异分析

在本调查开始之前，研究假设初中生的认知疲劳水平在性别和是否为班干部两个方面存在差异。本研究通过描述性分析和独立样本t检验，分析结果发现，女生的译码成绩在均值上高于男生，是班干部的学生的译码成绩均值高于普通学生，但是二者的之间不存在显著差异。出现此结果的原因可能是女生细心的个性特质让其比男生在进行译码测验时表现出更认真且细心的态度，使得译码成绩均值高于男生，但是男女生之间在进行简单的认知操作任务时是不存在显著差异的。是班干部的学生的译码成绩均值高于不是班干部的学生，可能是初中年级的班干部是在成绩优异的同学当中选出，而成绩优异的同学大都在面对学习等任务时或许有着更认真负责的态度，所以在本研究中关于认知疲劳的测验以更认真的态度对待，致使是班干部的学生的译码成绩均值高于不是班干部的学生。但是，是否为班干部的学生之间在面对简单的认知操作任务时没有本质上的差异，因此，二者之间是不存在显著差异。所以，初中生的认知疲劳程度在性别、是否为班干部两方面不存在显著差异，男生在课程学习的过程中不会比女生更易感到疲劳，不是班干部的学生也不会比是班干部的学生更容易感到疲劳。

七、结 论

1.初中生在上午时段中，初中生的认知效率提高，认知疲劳在下降；在下午时段中，被试的认知效率在提高，认知疲劳在下降。这跟我们的理解或许有一些差异，对初中生而言，一上午或者一下午的学习不会造成对其认知疲劳的提高或者增加。

2.初中生的认知效率总体趋向稳定，初中生的认知疲劳较为稳定，起伏波动不明显。在时间轴中，初中生的认知情况基本稳定，认知疲劳相对保持在一定水平，没有特别明显的波动，一方面我们可以理解为，初中生生理趋于成熟，心理发展状态趋于稳定；另一方面我们认为其认知疲劳水平支持其保持一定程度的学习任务。

3.初中生的译码成绩在性别和是否是班干部两方面不存在显著差异，认知疲劳在这两方面不存在显著差异。这与我们的假设有出入，研究初我们认为在性别上，班干部与非班干部上，认知疲劳应该存在一定的差异，结果与其矛盾，我们在讨论部分尝试进行了解释。

本研究对初中生的认知疲劳曲线进行研究，但在实际操作过程中，因主客观因素的影响，存在一些不足。首先，本研究数据来源较为单一，在选取被试的过程中，选择的是淮南某中学的某个班级的学生，被试来源单一，没有覆盖到整个淮南市的中学，没有覆盖初中的三个年级，数据来源较为单一。其次，本研究的数据采集量有限，虽然被试达到三十人，但是有限的数据在一定程度上的代表性较差。最后，本研究在调查过程中，因为施测次数及采用的测量工具的原因，被试产生练习效应及应付调查的心理，使得数据存在一些误差。本次研究进行的并不完美，还存在以上一些不足之处，希望为以后学者研究此领域提供一些参考。