运动对儿童执行功能及学业成绩的效果

摘 要：研究发现，运动干预有助于提高儿童的执行功能，这种促进效果会正迁移在相应的学业成绩上。但是不同形式的运动所产生的效果是不同的，儿童自身脑功能的发育和执行功能的发展轨迹同样会影响着运动干预效果。未来的研究需要对运动中的不同形式做准确系统的定义，并在跨年龄阶段中关注不同运动类型的效果，以探究二者之间的交互作用。

关键词：定量运动;定性运动;执行功能;学业成绩

随着升学压力的增大，新一代儿童用于学习的久坐不动时间日益增加，缺少运动的生活方式可能会阻碍儿童大脑功能和结构的发展，甚至会损害儿童在校的学业成绩。相关研究发现，儿童心肺体适能与学业成绩之间存在显著的正相关，学者普遍认为运动可以增强儿童的执行功能，进而改善其注意力和记忆力，从而提高了自身的学业成绩。

执行功能是一个概括性术语，涵盖了所有关于组织和控制目标导向行为的认知过程。执行功能主要由抑制控制，工作记忆和认知灵活性三个基本成分组成，其中抑制控制指个体对自动化或优势反应进行抑制，控制自身认知过程和注意力的能力;工作记忆指短时间内保持和操纵信息以解决当前问题的能力;认知灵活性指克服心理定式效应，在不同心理状态或任务要求之间转换的能力。提前制定行动方案并以有组织、有战略和有效的方式处理任务的计划能力，被认为是三种成分整合的表现。现有研究发现，儿童执行功能的增强对其课堂表现和学业成绩有显著的促进作用。

相关研究中所使用的运动方案多种多样，根据运动干预中所关注得不同运动特征可以分为关注运动剂量（运动强度与持续时间）的定量运动方案和关注方案中智力训练部分的定性运动方案。根据方案所执行的时长同样可分为10-60分钟的一次性运动和4周以上规律性进行的长期运动干预。本文从定量运动与定性运动双视角入手，系统总结不同运动对儿童执行功能所产生影响并将儿童自身的认知发展轨迹同运动干预效果结合，以求对运动与儿童执行功能和学业成绩之间的关系进一步地明确。由于该领域涉及范围较大，本文从发展心理学、运动学和神经科学的角度主要整合了旨在提高个体心肺体适能的运动干预对学龄期至前青春期健康儿童（5岁-14岁）的影响。

1 不同运动方案的效果

1）定量运动对儿童执行功能和学业成绩的干预效果。一次性运动的研究发现11分钟以上的中等强度运动会对儿童的执行功能产生促进效果。在2009年的一项实验中， Hillman等人发现20名9岁儿童在进行了20分钟中强度跑步后，大脑内前额叶区域、顶叶区域的脑电信号值增强，这是处理信息效率提高的信号。与之相一致的是，运动后，儿童的阅读成绩显著提高，并在事物比较的测试中正确率显著地提高。Grieco等人为探讨运动对儿童课堂表现的影响，在2016年招募320名7-9岁的儿童进行10-15分钟的一次性跑步运动，并在运动结束后观察到儿童在课堂上心不在焉、与同伴交流等相关行为出现的频率显著地减少。

长期运动的研究结果同一次性运动呈现一致性。我国学者傅建和范亚荣在2016年考察了为期8周的不同时长中强度运动对初中生执行功能与学业成绩的影响，该研究招募250名平均年龄在14.3岁的初中生为被试，随机将初中生分配到13.5分钟、18分钟、22.5分钟、27分钟的中等强度运动的条件下，并对比了这些初中生的执行功能和语文、数学、英语成绩在实验前后的变化。研究发现，持续时间超过11分钟的运动干预均可以显著提高初中生的抑制控制与工作记忆能力，其中运动时长为27分钟的组别，促进效果最明显;在认知灵活性和学业成绩的检验中，各运动干预组均能提高初中生的认证灵活性和学业成绩，其中每日运动时长为27分钟的学生成绩改善效果最明显。

2）定性运动干预的效果。在学者们热衷于探讨不同运动强度和运动时长等定量特征对儿童执行功能和学业成绩所产生地效果时，运动心理学家Pesce在2012年率先提出了定性运动的概念，呼吁相关研究应关注不同运动形式中所包含的智力训练部分的定性特征，以对运动的定量特征的调节作用进行补充研究。

为探讨包含智力训练的运动对儿童认知及学业成绩的影响， Koutsandreou等人在2016年开展了一项为期10周的运动干预研究，该研究招募71名身体健康、体重标准、平均年龄为9.35岁的儿童，并将他们随机分配在跑步组、智力训练运动组与久坐不动组，旨在探讨不同形式的运动干预对儿童工作记忆的影响。其中跑步组的儿童被要求每周完成三次45分钟中强度的跑步运动，智力训练运动组的儿童则每次需要完成45分钟中强度的双边协调、手眼协调等运动游戏，相比于简单地跑步运动，这些运动难度要求更高，儿童在进行运动时伴随着一定的思考，从而达到了智力训练的效果。控制组儿童则不进行任何形式的体育运动。在实验前后对儿童进行了字母数字的广度测试，以检测儿童工作记忆的变化。研究结果发现，参与运动的儿童在记忆测试中的成绩均显著得到了提升，但参与智力训练运动的儿童测试成绩更好。另一项实验中，美国学者Schmidt等人发现运动中的智力训练部分可能是导致注意力集中和处理速度提高的关键因素。由此，根据现有研究结论得出，相比于简答重复有氧运动，含有智力训练的运动可能会对儿童执行功能和学业成绩产生更有利地提高。但如何对运动中智力训练部分进行标准化地定义，目前还在进一步地探讨中。

2 运动干预与执行功能发展轨迹之间的关系

1）儿童自身执行功能的发展轨迹。执行功能与前额皮质密切相关，而前额皮质是大脑发育最慢的区域之一，因此，个体中执行功能的出现、发展至成熟存在着很大的时间跨度。执行功能的各个成分在婴儿期开始出现，最先出现的是工作记忆，其次是抑制控制和认知灵活性，儿童的3岁到5岁是为发展更高阶认知过程奠定关键基础的重要時期，随着由前扣带回、背外侧前额皮质、补充运动区和基底神经节组成的注意力系统网络连接的增强而快速发展，最先发展的是抑制控制能力，之后是认知灵活性和工作记忆。注意力系统的发展将帮助儿童克服日益强烈的冲突，协调表现和反应抑制，并灵活地、有选择地调整注意力，以适应不同环境的要求，可能是提高脱离思维定势能力的基础。执行功能的发展至成熟将持续到青少年时期，其中，小学阶段是执行功能快速发展以获得更多精细技能的又一重要时期。主要表现在，儿童在复杂认知测试中的成绩显著提高，儿童抑制控制能力的显著增长发展在5岁至8岁之间，逐渐成熟与青少年甚至成年早期;儿童在复杂工作记忆任务中的表现，从4岁到15岁呈线性增长;认知灵活性在儿童6岁左右快速发展，成熟于青春期阶段

这种持久的认知和大脑发育可能是理解为什么儿童的执行功能易受运动干预影响的一个线索。执行功能和其基础神经回路在儿童期后期甚至青春期仍在成长发育阶段，容易受到外在环境的影响，因此运动可能是一种能够对执行功能和其神经回路产生促进作用的有效方式。

2）运动干预在不同年龄儿童中的效果。根据上文我们可以做出假设，即运动对儿童执行功能的效果受儿童年龄的影响，也就是说，执行功能在一个发育时间点从运动中的获益比在另一个发育时间点更多。在2014年的一项研究中，Chen等人招募40名三年级学生和58名五年级学生，将他们随机分在运动组和久坐不动组，考察30分钟中等强度的一次性跑步运动对不同年龄儿童执行功能的影响。研究发现，运动干预均提高了两组儿童在三种执行功能任务中的表现，但是五年级儿童的三种执行功能成分在运动中的收益均好于三年级儿童，由此证明了不同发展阶段的儿童在运动中的认知收益可能存在不同。

不同的运动形式可能同儿童的发展阶段存在着交互作用。年幼的孩子可能受益于简单的运动形式，稍年长的孩子可能受益于包含复杂规则结构的游戏。因为，年龄较小的儿童可能没有认知能力来维持和理解这些复杂游戏的规则，他们可能会因活动的失败而感到沮丧;相反，年龄较大的孩子可能对很快掌握的活动不感兴趣。因此，在考虑儿童认知的发展水平的同时，我们还需要优化所使用的运动干预方法。目前在跨年龄段中考察运动干预对执行功能作用的研究比较缺乏，现阶段的研究结果还不足以得出執行功能的发展轨迹与运动干预之间的关系。未来研究中，我们应进一步考察年龄跨度较大样本中，不同执行功能成分在运动干预中的收益以及不同运动形式与儿童年龄之间的交互作用。

3 小结与展望

本文试图从发展心理学、运动学和神经科学的角度系统地分析不同运动类型对儿童执行功能及学业成绩的作用。已有研究表明，定量和定性运动干预至少对儿童一种执行功能或学业成绩产生促进作用，其中，包含智力训练的运动方案可能对儿童执行功能的增益效果更明显。现有实验证明，儿童自身执行功能和大脑结构的发展轨迹会影响儿童在运动中的获益情况。其中，不同的运动类型可能同儿童的发展轨迹存在着交互作用，然而目前在跨年龄段中考察运动干预对执行功能作用的研究比较缺乏，现阶段的研究结果还不足以得出执行功能的发展轨迹与运动干预之间的关系。因此，在面对诸多未知的问题及矛盾性的结论，未来的研究仍需从以下几个方面不断深入探索。

1）运动干预方式的制定应注重运动定量与定性特征的相结合。当前的研究中，定量运动干预与定性运动干预存在着研究结果的分离。在定性运动干预研究中，往往忽略了对运动定量特征的干预，组别之间的运动强度和时长都往往会存在着差异，而这些运动的定量特征同样会影响实验结果。因此，在未来的研究中，尤其在定性运动干预的研究中，应该控制可组别之间的定量差异，抑或，在同一种运动形式下，探讨不同运动强度、运动时长对实验结果产生的影响。

2）应在跨年龄段中探讨不同运动类型的效果，以发现不同运动形式与儿童发展轨迹之间的交互作用。不同形式的运动效果促进着不同脑区的激活，同样儿童执行功能和脑功能的发育有着不同的发展轨迹，在这种长期的大脑发育与长期的认知发展并行的前提下，某个时期的儿童或者某种执行功能可能对运动的促进效果更加敏感。不同类型的运动形式对不同时期儿童的影响可能也是不同的。但运动干预对儿童执行功能的影响是否遵循了儿童自身认知的发展轨迹？是个在未来有待解决的问题。

3）需要对运动中的智力训练部分做准确系统地定义。在现实生活中，个体所接触到的运动大多不是简单的重复有氧运动，或多或少总会对认知有些需求。并且，不同认知成分类型以及不同程度的认知参与，所得出的实验结果可能存在着显著地差异。因此，对认知成分准确、系统地定义是未来开展系列定性运动干预，进一步发现运动与儿童执行功能和学业成绩之间具体关系的重要前提。

参考文献

[1]傅建，范亚荣.不同时间中等强度体育锻炼对初中生执行功能和学业成绩影响的实验研究[J].体育与科学，2016，（6）：110-116.

[2]邢淑芬，王瑞萌，王晓云，杨玉冰.运动对儿童执行功能影响的研究述评[J].首都体育学院学报，2016，28（6）：566-571.

[3]Hillman & Kramer，A.F.The effect of acute treadmill walking on cognitive control and academic achievement in preadolescent children[J].Neuroscience，2009，159（3）：1044-1054.

[4]Grieco & Bartholomew，J.B.Physically active vs. sedentary academic lessons：a dose response study for elementary student time on task[J].Preventive medicine，2016，89：98-103.

[5]Pesce，C.Shifting the focus from quantitative to qualitative exercise characteristics in exercise and cognition research[J].Journal of Sport and Exercise Psychology，2012，34（6）：766-786.

[6]Chen & Chang，Y.K.Effects of acute aerobic exercise on multiple aspects of executive function in preadolescent children[J].Psychology of Sport and Exercise，2014，15（6），627-636.

作者简介

常瀚（1996-），男，硕士在读，南京师范大学，心理学院，研究方向：运动心理方向。