運動激活認知：體育運動對青少年認知功能和學業表現的影響及機制研究（簡體書）

運動對青少年認知能力和學業表現影響的相關研究可以追溯至上世紀50年代。進入21世紀以后，神經科學相關研究方法和技術的迅速發展，在認知神經科學相關理論和研究方法的影響下，涌現了一批令人矚目的研究成果。但是，體育鍛煉影響青少年認知能力和學業表現的作用機制，體育鍛煉與認知能力和學業表現的量效關系等一系列關鍵科學問題仍有待進一步研究。 本書在系統總結目前國內外體育運動影響青少年認知功能和學業表現的相關研究和理論的基礎上，分別通過一項縱向跟蹤研究觀察了體育運動和體質健康對青少年學業成績的影響和作用機制；通過一項實驗研究比較了不同類型的短期體育運動對青少年認知功能的影響及其機制；通過一項干預研究探索了長期體育運動干預對青少年認知功能的干預效果。本書系統展示了體育運動對青少年兒童認知功能和學業表現的影響，探討了可能的相關作用機制，可以作為制定我國學校體育相關政策的參考。

溫煦：浙江大學教育學院體育學系副教授、博士研究生導師。2010年獲香港中文大學運動科學專業博士。主持國家社科基金、浙江省自然科學基金、國家體育總局等guojiaji和省部級項目多項，作為主要成員參與國家科技支撐計劃、國家自然科學基金、國家社科基金項目多項。擔任SCI期刊JOURNAL OF EXERCISE SCIENCE AND FITNESS雜志編委，在SCI/SSCI收錄國際學術期刊和國內quanwei、核心學術期刊發表論文三十篇。

引?言 001

第一部分：現狀篇 體育運動與兒童青少年認知功能和學業表現: 研究的歷史、現狀與未來

第一章?體育運動對青少年認知功能和學業表現的影響 010

第一節　導語 010

第二節　1950—1999年體育鍛煉與認知能力和學業

????表現的相關研究 013

第三節　2000年以后體育鍛煉影響青少年認知

????能力和學業表現的研究進展 019

第四節　體育鍛煉影響青少年認知能力和學業

????表現的機制研究的現狀 034

第五節　目前研究的不足及對未來研究的展望 037

第二章?體力活動對學齡前兒童運動技能和認知發展的影響 039

第一節　導語 039

第二節　研究方法 043

第三節　研究結果 046

第四節　討論 053

第五節　結論 059

第二部分：理論篇 體育運動對青少年認知功能和學業表現的相關理論

第三章?從身體活動到認知功能的理論基礎：

????具身認知理論與喚醒理論 068

第一節　具身認知理論 068

第二節　喚醒理論 073

第三部分：觀察研究篇體育運動對青少年學業成績影響的觀察性研究

第四章?兒童青少年體力活動和久坐行為對學業成績影響研究 078

第一節　導語 078

第二節　研究方法 082

第三節　研究結果 084

第四節　討論 095

第五節　結論 101

第五章?體質健康對青少年學業成績影響及其作用機制研究 103

第一節　導語 103

第二節　研究方法 106

第三節　結果 109

第四節　討論 114

第五節　結論 118

第四部分：實驗干預篇 體育運動對青少年認知功能的短期影響

第六章?短期抗阻運動、協調運動和足球運動對兒童執行功能

????影響的比較研究 120

第一節　導語 120

第二節　文獻綜述 124

第三節?研究方法 134

第四節?結果 137

第五節?討論 151

第六節?結論 155

第七章?長期體育運動對學齡前兒童認知功能的影響 156

第一節?導語 156

第二節?研究方法 159

第三節?研究結果 166

第四節?討論 166

第五節?結論 170

第五部分：總結篇

第八章?小結 172

參考文獻 179

附錄一 216

附錄二 233

附錄三 235

附錄四 236

圖表目錄

圖0-1?體育鍛煉影響青少年學業成績的理論模型 007

圖0-2?一次體育鍛煉對大腦事件相關電位（ERPs）P3的影響 007

圖1-1?1954—2012年國際上體力活動與青少年學業表現相關研究

???? 的數量 011

圖1-2?1954—2012年國際上體力活動與青少年認知能力相關研究

????的數量 012

圖1-3?體育鍛煉影響青少年學業表現的理論模型 035

圖2-1?研究二流程圖 047

圖4-1?兒童青少年每周達到60分鐘中等強度以上體力活動的

???? 天數的百分比 085

圖4-2?兒童青少年每周達到30分鐘中等強度以上體力活動的

???? 天數的百分比 085

圖4-3?兒童青少年每周參加大等強度以上體力活動的天數的

???? 百分比 086

圖4-4?兒童青少年平均每周參加力量訓練天數的百分比 086

圖4-5?兒童青少年平均每周參加柔韌性訓練的天數 087

圖4-6?上學日城鎮和鄉村不同年級男女生平均每天久坐時間

???? 的比較 088

圖4-7?上學日、周末和寒暑假青少年平均每天屏幕時間超過2小時

???? 的比例 089

圖4-8?上學日、周六周日和寒暑假男女生平均每天屏幕時間

????超過2小時的比例 092

圖4-9?每周參加60分鐘中等強度體力活動頻率不同的學生

????各學科成績的比較 094

圖4-10?每周參加30分鐘中等強度體力活動學生各學科成績

?????的比較 094

圖4-11?不同屏幕時間學生各學科成績的比較 095

圖5-1?執行功能在體質健康影響學業成績的中介效應 112

圖6-1?研究流程圖 137

圖6-2?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和

???? 對照組干預前后WCST測驗反應時的比較 138

圖6-3?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和

????對照組干預前后測WCST測驗正確率的比較 140

圖6-4?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和

???? 對照組干預前后Go/NoGo任務測試反應時的比較 142

圖6-5?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和

????對照組干預前后Go/NoGo任務測試正確率的比較 143

圖6-6?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和

????對照組干預前后2-back任務測試正確率的比較 146

圖6-7?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和

???? 對照組干預前后2-back任務測試反應時的比較 147

圖6-8?Go/NoGo任務反應時（圖A）和準確率（圖B）的變化 149

圖6-9?2-back任務反應時（圖A）和準確率（圖B）的變化 150

圖7-1?學齡前兒童的招募與分配流程圖 160

表1-1?1950—1999年體育鍛煉對青少年認知能力和學業表現影響的

???? 代表性研究 017

表1-2?2000年以后關于體育鍛煉與青少年學業表現的代表性

????調查研究匯總 024

表1-3?2000年以后短期體育運動對青少年認知能力影響

????代表性研究 026

表1-4?2000年以后長期體育鍛煉對青少年認知能力影響

???? 代表性研究 030

表1-5?2000年以后體質健康與青少年認知能力相關研究匯總 033

表2-1?設計質量分析 048

表2-2?研究納入的隨機對照實驗研究的具體信息 060

表4-1?城鎮和鄉村地區男女生在上學日、周末和寒暑假

???? 久坐時間的比較 090

表4-2?城鎮和鄉村地區男女生在上學日、周末和寒暑假“屏幕時間”

????超過2小時的百分比 091

表4-3?兒童青少年各類久坐行為的平均時間及占總久坐

????時間的比例 092

表5-1?受試學生的基本情況 107

表5-2?青少年有氧耐力水平變化對學業成績的影響 109

表5-3?青少年力量素質變化對學業成績的影響 110

表5-4?青少年體重水平變化對學業成績的影響 111

表5-5?青少年柔韌性素質變化對學業成績的影響 111

表5-6?青少年速度素質變化對學業成績的影響 111

表5-7?青少年體質健康、執行功能和學業成績各變量間的

???? 相關矩陣 113

表6-1?執行功能結構劃分的觀點總結 125

表6-2?短時有氧運動對執行功能影響總結 127

表6-3?不同強度運動對執行功能的影響 128

表6-4?不同時間／類型運動對執行功能的影響 129

表6-5?長時間體育鍛煉對執行功能影響的橫向比較 131

表6-6?長時間體育運動對執行功能影響的干預研究 132

表6-7?受試物件的基本情況以及運動干預的情況 135

表6-8?各干預組和對照組完成WCST測驗結果比較 138

表6-9?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和對照組干預

???? 前后WCST測驗反應時的重復性方差分析結果 139

表6-10?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和對照組干預

??? ?前后WCST測驗反應時的組間差異 139

表6-11?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和對照組干預

?????前后WCST測驗正確率的重復性方差分析結果 140

表6-12?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和對照組干預

?????前后WCST測驗正確率的組間比較 141

表6-13?各干預組和對照組完成Go/NoGo任務結果比較 142

表6-14?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和對照組Go/NoGo

?????任務反應時的重復性方差比較 143

表6-15?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和對照組Go/NoGo

??? ?任務正確率的重復性方差分析結果 144

表6-16?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和對照組Go/NoGo

???? 任務正確率的重復性方差分析結果 144

表6-17?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和對照組干預前后

???? 2-back任務測試結果比較 145

表6-18?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和對照組2-back

???? 任務正確率的重復性方差分析結果 146

表6-19?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和對照組2-back

????? 任務反應時的重復性方差分析結果 147

表6-20?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和對照組2-back

????? 任務反應時的多重比較分析結果 147

表6-21?協調性訓練組、足球訓練組、抗阻訓練組和對照組

????? Go/NoGo和2-back測試的反應時和準確率比較 148

表7-1?參加本次研究的學齡前兒童的基本信息數據 164

表7-2?干預組和對照組在干預前后執行功能測試和體力活動水平

????的變化情況 165

引?言 幾千年來，人類對于健康體魄和聰慧頭腦的追求從未停止，對于身體教育（Physical Education，體育教育）和智力教育的平衡以及體育在教育中的作用的思考也從未停止。從2000年前亞里士多德（Aristotle）提出的“關心身體是為了靈魂”，到100多年前毛澤東在《體育之研究》中提出的“體強壯而后學問道德之進修勇而收效遠”都強調了體育對于青少年發展的基礎性作用和對于青少年德育和智育的重要促進作用。 “體育一道，配德育與智育，而德智皆寄于體。無體是無德智也” 。在這種思想的指導下，新中國成立以后，德智體全面發展也成為了我國的重要教育方針。不過經過近70年的發展，一些100年前被毛主席犀利指出的問題，如“僂身俯首，纖纖素手，登山則氣迫，涉水則足痙”等問題似乎又“死灰復燃”了。不僅如此，我國學生體質健康下降，兒童肥胖率和慢性病患病率攀升，近視率遠遠高于國外兒童青少年。2016年全國學生體質調查的結果顯示，雖然有約30%的孩子體質水平達到了優秀或良好，但是仍有8.35%的孩子未能達到國家標準 。我國兒童青少年的體質現狀依然堪憂。另一方面，在奧運會上中國健兒屢創輝煌，在多屆亞運會的獎牌榜上也遙遙領先，一些體育項目也在商業運作下發展得如火如荼。但是，專業高水平體育運動員的教育問題和社會適應問題，如“賣藝”“賣金牌”等事件也屢屢見諸報章。有學者指出：“我國當前的運動員文化教育的理念尚未得到真正提升、運動員教育的經費投入不足、文化教學中的許多具體問題難以解決、運動員文化學習時間過少、學訓矛盾至今無法解決、體育系統與教育系統未能很好協調等問題依然非常突出” 。 這一系列問題的出現，也提示我們：在我國的教育系統、體育系統和家庭教育中，兒童青少年的身體發展、體育運動與孩子的智力發展和學科教育，在某種程度上是割裂的；在許多中國人的思維中，兩者的發展也是對立的。這其中的問題和緣由非常值得國人深入思考。有學者提出：“在兒童青少年的教育中，體育受到輕視可能與我國自古以來對體育和體力勞動的輕視有關，也可能與中國傳統文化中不同于西方重視強健肌肉和力量而偏愛秀雅之美的審美觀有關”。但是，一個不可忽視的原因是：中國傳統觀念中體育運動與學業發展的對立，以及學生、家長和學校對于學業成績近乎狂熱的追求帶給學校體育和學生體質健康的“誤傷”。 其實，這種體育運動與學業成績的“對立論”也並非中國所獨有。早期的歐美學者基于“喚醒理論”（Arousal Theory）也認為，學生在學校里參加體育鍛煉會導致學生過于興奮，從而影響學生課堂表現，最終影響學生的學業成績。因此有學者希望通過實證研究來證明，體育鍛煉不利于學生的學習，從而要求政府減少學生上體育課的時間。在20世紀70年代，一批歐美學者開展了體育運動對于學生認知功能和學習能力的影響的實驗，不過結果卻令人大跌眼鏡。1973年，戴維（Davey）等人的研究發現中等強度的自行車運動不僅沒有影響認知能力，反而提升了實驗參加者的注意力和短期記憶能力。1979年美國德州農工大學（Texas A & M University）的學者加伯德（Gabbard）和鮑爾頓（Barton）讓106名6年級的小學生分別進行20、30、40和50分鐘激烈體育運動后即刻進行數學計算測試，實驗結果也令人震驚：運動50分鐘后學生們的數學計算測試成績不降反升。其后，從20世紀80年代到90年代，不斷有研究者進一步開展體育運動對青少年認知功能和學習能力的影響的研究，研究結果也進一步證實了體育運動對于認知功能不但沒有負面影響，還可能發揮著重要的積極作用。 近年來，神經科學領域取得了巨大進步。許多基于大鼠的神經科學領域的研究也關注了體育運動對于神經細胞、大腦結構和功能（特別是額葉、海馬等與認知功能相關的部分）的積極影響。值得關注的是，相關研究還從基于大鼠逐步擴展到對人體的研究，研究通過磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，以下簡稱MRI）、功能性磁共振（functional Magnetic Resonance Imaging，以下簡稱fMRI）、神經營養因子（Neurotrophin）檢測等方法，進一步證實了體育運動對于大腦結構和功能的影響，還發現了體育運動對于腦源性神經營養因子（Brain Derived Neurotropic Factor，以下簡稱BDNF）、神經營養因子的積極作用。這一系列基于神經科學的基礎研究不僅為后續的人群研究指明了研究方向，還為體育運動影響兒童青少年的認知功能的作用機制研究奠定了重要基礎。 基于上述研究基礎，繼20世紀70年代之后，最近20年全世界又掀起了一波關于體育運動與認知功能和學業表現的研究熱潮。目前，學術界的大部分研究結果與家長們的觀念恰恰相反，體育鍛煉非但對青少年的學業成績沒有負面影響，還能在一定程度上提升學業成績。美國一項針對4746名中學生的調查發現，參加體育鍛煉的時間和參與校運動隊訓練時間均與平均學業成績呈正相關。來自芬蘭的一項研究調查了五所學校的277名12歲左右的青少年，研究發現青少年主觀報告的體力活動水平與學業成績呈正相關。2011年美國疾病預防與控制中心（The U.S. Centers for Disease Control and Prevention）的學者們總結了53項關于學生體育鍛煉和學業成績的研究論文，發現有超過半數（50.5%）的研究認為青少年體育鍛煉有助于提升學業成績，48%的研究認為無影響，僅有1.5%的研究認為體育鍛煉與學業成績呈負相關。