張立敏，喻 青，查圣祥

(1.南京師范大學 體育科學學院， 江蘇 南京 210023； 2.南京市太陽城小學， 江蘇 南京 210049； 3.江蘇第二師范學院，江蘇 南京 210013)

1 問題的提出

認知(cognition)是人類最基本的心理過程，是人們獲得知識或應用知識的過程，也是個體認識客觀世界的信息加工活動。執(zhí)行功能(Executive functions，EF)是一種有目的的控制機制，是指個體在實施目標行為過程中以動態(tài)、靈活的方式協(xié)調(diào)多個認知子系統(tǒng)活動的復雜認知過程[1-2]，其本質(zhì)是對其他認知過程進行控制和調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生目的、協(xié)調(diào)有序的行為[3]。執(zhí)行功能是衡量個體認知功能水平高低的重要指標[4]，近年來成為認知發(fā)展領域研究的熱點和前沿[5]。學界對執(zhí)行功能的定義和測量方式尚不統(tǒng)一，目前多數(shù)研究采用的抑制控制、任務轉(zhuǎn)換和信息刷新作為測試指標[6-7]。抑制控制是指個體追求認知表征目標時抑制對無關刺激反應的能力[8]；任務轉(zhuǎn)換是指根據(jù)不同問題、任務要求在完成任務時能靈活切換[9]；信息刷新包括對進入工作記憶的信息進行監(jiān)控和編碼以適應當前的任務，以及對工作記憶中的內(nèi)容進行適當?shù)匦薷?，用新的、更合適的信息取代舊的、不合適的信息[9]。

兒童的身心健康發(fā)展備受社會各界關注，形成積極健康的心理—認知功能對其成長發(fā)展具有顯著的促進意義[10]，現(xiàn)有的研究成果已經(jīng)初步證實身體鍛煉有益于認知健康和學習[11]，鍛煉活動不僅可以直接提高少年兒童的身體健康水平、使之體格強健、改善他們的免疫功能，同時還有助于健康心理水平的形成，以及認知行為水平的快速發(fā)展[12]。目前，體育鍛煉的健身效果已經(jīng)積累了大量成果，但體育鍛煉的益智研究仍處于初級階段，其影響效果及作用機制仍需大量的實證工作加以補充。

從已有考察鍛煉影響執(zhí)行功能的文獻來看，研究者通常采用兩種方式進行，一種是考察急性有氧鍛煉(acute exercise)對執(zhí)行功能的影響，一種是采用追蹤方式(longitudinal study)，考察長期效應。

近期的研究表明，以急性有氧鍛煉作為干預手段可以促進兒童執(zhí)行控制的改善，對認知健康的支持系統(tǒng)具有特殊作用[13]。急性有氧運動對認知功能的效應取決于鍛煉的類型、強度和時長[14]，而且急性鍛煉對認知功能的影響具有選擇性，尤其是對執(zhí)行功能的動作反應抑制方面[15]。

除單次鍛煉效應外，亦有研究者采用追蹤方式考察了身體活動對執(zhí)行功能的持續(xù)促進作用，尋求鍛煉與執(zhí)行功能變化之間的劑量效應[16]。陳愛國等人的研究表明，持續(xù)8周的中等強度花樣跳繩運動對聾啞兒童的刷新功能和轉(zhuǎn)換功能有顯著促進效果[17]。Sibley等人的研究顯示，長期鍛煉活動對于注意力缺陷多動障礙兒童(ADHD)、肥胖兒童、聾啞兒童腦認知功能的改善存在促進和改善作用[18]。

無論采用以上哪種方式，從研究內(nèi)容上看，鍛煉項目和類型、強度以及時間都是無法回避的因素。從鍛煉項目上看，協(xié)調(diào)性訓練對肥胖兒童BMI、身體健康促進的同時，有助于執(zhí)行功能的改善[19]，而有氧運動相對于阻力和靈敏訓練更能提高小學生的執(zhí)行功能[20]。雖然不同強度的鍛煉都有促進作用，但單次30分鐘中等強度籃球運球訓練對小學生執(zhí)行功能改善效果最好[21]。殷恒嬋等人發(fā)現(xiàn)，花樣跑步、趣味田徑游戲、小手球+素質(zhì)練習、踢毽+游戲、武術+花樣跳繩+8字跑，5種運動干預方案均可以提高學生的執(zhí)行功能[22]，但不同方案對小學生執(zhí)行功能3個子功能的效果不同：武術+花樣跳繩+8字跑對抑制功能的效果最好，花樣跑步對刷新功能的效果略好，武術+花樣跳繩+8字跑和花樣跑步的轉(zhuǎn)換效果較好。

從強度上看，多數(shù)研究顯示，中等強度的鍛煉對執(zhí)行功能的影響更有效[23-24]，但就兒童而言，也有研究表明，無論是持續(xù)的還是間歇的中等強度的鍛煉活動，都會對8～10歲兒童的執(zhí)行功能產(chǎn)生影響，并在隨后的30分鐘以內(nèi)保持效應[25]，而中等強度的急性有氧運動對兒童執(zhí)行功能的影響具有選擇性，在身體活動中，他們的抑制活動得到了保持，但是工作記憶卻是下降的，其作用機制還有待進一步檢驗[26]。另外，高強度間歇訓練和中等強度持續(xù)訓練都可以促進執(zhí)行功能。單次有氧運動對執(zhí)行功能的促進作用持續(xù)時間較短，高強度間歇訓練對執(zhí)行功能的影響可以持續(xù)到鍛煉之后的恢復階段，因此高強度間歇訓練有更長的持續(xù)效應，高強度間歇訓練對執(zhí)行功能的促進作用更有效，但是作用機制尚不明晰[27-28]。

足球運動在我國有著悠久的、廣泛的民間基礎。國務院辦公廳公布的《中國足球改革發(fā)展總體方案》，明確提出全國各地市中小學要把足球課程納入學校體育教學內(nèi)容，鼓勵并支持中小學校積極開展具有學校特色的體育項目、體育課程，這為校園足球文化的傳播提供了很好的契機。足球運動綜合性強，需要參與者具備力量、速度、靈敏、耐力等多種身體素質(zhì)，長期堅持從事足球運動可以有效提升學生的體質(zhì)健康水平，但其益智功能尚有待證實。

江大雷和曾從周以足球游戲為干預手段，選取61名5～6歲的學齡前兒童為被試，采用每周2次、每次35分鐘、持續(xù)8周的中等強度足球游戲干預，發(fā)現(xiàn)參與者運動干預后的執(zhí)行功能測試成績好于對照組被試成績[29]。另一項為時6個月的足球訓練考察了該項訓練對兒童協(xié)調(diào)性和執(zhí)行功能的影響。參與者是44名平均年齡8.8歲的兒童，24人參與足球訓練，剩余的20人作為久坐的對照組。前后測的數(shù)據(jù)表明，兩組兒童的協(xié)調(diào)性和執(zhí)行功能差距顯著，足球組兒童協(xié)調(diào)性、工作記憶、注意、抑制提高顯著。研究提示，有計劃的體育活動是提高兒童認知能力的有效、有趣的途徑[30]。

縱觀以上研究成果，單次鍛煉對認知的影響可能因兒童參與鍛煉項目的不同而有所改變，而長期鍛煉的效果大于單次鍛煉，時間越長，效果量越大[31]，似乎鍛煉時間長短對認知促進有不同的影響。但很少有對同一項目的單次研究和追蹤研究成果進行比較的研究，具體到某一鍛煉項目的研究成果仍需進一步積累，因此，考察具體體育項目對執(zhí)行功能的影響成為研究的出發(fā)點。結合當下廣泛開展的校園足球運動，研究擬結合單次鍛煉和長期追蹤兩種方式考察校園足球鍛煉活動對小學生執(zhí)行功能的影響，以期為體育教學內(nèi)容的設計、課余體育活動方案的選擇以及學校體育政策法規(guī)的制定等提供參考依據(jù)。

2 研究對象和方法

2.1 研究對象

選取南京某足球特色課程小學66名三年級至六年級的小學生，確保參與者無嚴重軀體疾病，無腦創(chuàng)傷以及神經(jīng)障礙、遺傳病史，無藥物和酒精依賴史，或其他可能對大腦結構與功能有影響的疾病，無色盲、色弱和智力障礙。在征得學生個人及學校老師同意后，分為實驗組和對照組，其中實驗組男生23名，女生10名(其中高年級男生4名，女生3名，中年級男生9名、女生7名)；對照組男生17名，女生16名(其中高年級男生9名、女生7名，中年級男生8名、女生9名)。

2.2 測量工具

研究采用Flanker測試抑制控制，用More-odd shifting測試轉(zhuǎn)換任務，用N-back測試刷新任務。事先用E-prime2.0軟件對測試材料進行編程，安裝軟件后請學生在計算機上完成測試。

運動強度的測量使用三維加速度計，polar心率帶，三維加速度計主要用來測試運動中的能量消耗情況，用來監(jiān)控學生的運動強度。中等強度設定為個體的最大心率(220-年齡)×60%～69%，同時記錄學生參加課余身體活動的情況，以便后期進行統(tǒng)計控制。

2.3 測試過程

2.3.1 單次中等強度足球訓練對小學生執(zhí)行功能的影響

采用被試內(nèi)設計，通過單次45分鐘中等強度的足球訓練干預，對干預前后的實驗數(shù)據(jù)進行處理，比較不同年級、性別的被試執(zhí)行功能水平差異，分析單次干預對小學生執(zhí)行功能水平的影響。

單次足球訓練時間為45分鐘。訓練前安排被試進行執(zhí)行功能心理測試，訓練內(nèi)容由校足球教練統(tǒng)一安排。足球訓練開始前給實驗對象佩戴Polar心率帶和三維加速度計，如實記錄每個參與者能量消耗和心率變化情況，推算出訓練強度。運動達到中等強度后由負責測試的老師，把被試帶到測試地點，獨立完成電腦測試。實驗過程中研究者參與記錄每次課實驗對象的出勤情況并提醒學生佩戴好監(jiān)測儀器。

2.3.2 追蹤研究

采用被試間設計，測試工具同單次研究。通過為期12周的中等強度的足球訓練干預，對干預前后實驗組與對照組數(shù)據(jù)進行處理，比較實驗組與對照組實驗干預后執(zhí)行功能水平差異，分析不同因素對執(zhí)行功能水平發(fā)展的影響。

2.3.3 測試程序

運動前、運動后統(tǒng)一安排學生進入測試環(huán)境，測試前由指導者講解指導語，隨后進行預測試，如學生掌握較慢，再由老師進行個別指導。所有學生熟悉測試軟件后，統(tǒng)一施測。每次測試在相同環(huán)境中進行，數(shù)據(jù)由測試者進行拷貝，集中處理。

3 研究結果

3.1 單次(45分鐘)中等強度足球訓練對小學生執(zhí)行功能的影響

3.1.1 實驗前后執(zhí)行功能水平的比較分析

為比較單次中等強度足球訓練前后執(zhí)行功能的差異，對實驗組3個維度前后測的數(shù)據(jù)進行了配對樣本t檢驗，各維度描述統(tǒng)計結果及t檢驗結果如表1所示。

表1 實驗組前后測結果及配對樣本T檢驗結果

維度實驗組(M±SD)實驗后(M±SD)TP抑制71.42± 28.8166.94± 22.621.17.25刷新 799.70±160.12780.30±141.891.09.29轉(zhuǎn)換1135.39±218.681095.52±122.871.27.21

根據(jù)表1的統(tǒng)計結果，實驗組抑制、刷新、轉(zhuǎn)換3個維度成績均有所提高，但3個維度的前后測成績均不存在顯著差異，即單次45分鐘中等強度足球訓練之后，受試者的成績沒有達到顯著差異。

3.1.2 不同年級小學生實驗前后執(zhí)行功能水平的比較分析

為考察單次中等強度足球訓練對不同年級學生執(zhí)行功能的影響，將學生分為中年級、高年級2個組，對各年級組小學生實驗前后的成績進行了配對樣本t檢驗，結果如表2所示。

表2 各年級實驗組前后測結果比較

維度組別實驗組前(M±SD)實驗組后(M±SD)TP抑制中年級66.13±26.1264.94±18.00.03.97高年級77.35±30.7268.82±26.68 1.58.13刷新中年級790.63±178.28775.63±171.60.48.64高年級808.24±146.02784.71±112.331.20.25轉(zhuǎn)換中年級1092.38±134.591076.06±127.03.67.51高年級1175.88±273.981113.82±119.711.09.29

根據(jù)表2的統(tǒng)計結果，無論中年級組還是高年級組，實驗前后抑制、刷新、轉(zhuǎn)換3個維度均呈現(xiàn)提高趨勢，但前后測試變化不顯著。

3.1.3 不同性別實驗前后執(zhí)行功能水平的比較分析

為比較單次性中等強度的足球訓練前后，不同性別小學生執(zhí)行功能3個維度的差異，對各性別組實驗前后的成績進行了配對樣本t檢驗，結果如表3所示。

表3 不同性別實驗組前后成績比較

維度性別實驗組前(M±SD)實驗組后(M±SD)TP抑制男生70.00±26.9465.17±25.582.25.04女生74.70±34.0771.00±13.90.30.77刷新男生759.48±150.01758.71±136.15.04.97女生892.20±150.04830.00±149.462.01.08轉(zhuǎn)換男生1135.74±231.521115.79±113.13 .51.62女生1134.60±197.471049.00±137.641.69.13

根據(jù)表3的統(tǒng)計結果，從前后平均值對比來看，無論男性還是女性，3個維度試驗后的成績均有提高。其中，男生在抑制維度的提高達到顯著水平，在刷新和轉(zhuǎn)換維度變化不顯著，而女生組實驗前后3個維度變化不顯著。

3.2 長期中等強度足球訓練對小學生執(zhí)行功能的影響

3.2.1 實驗前實驗組與對照組執(zhí)行功能水平比較

為確定實驗組與對照組執(zhí)行功能在研究開始前處于同一水平，避免實驗前組別差異對研究結果造成影響，對實驗前的實驗組和對照組3個維度的成績進行了獨立樣本t檢驗，檢驗結果如表4所示。

表4 實驗組與對照組實驗前各結果對比

維度實驗組(M±SD)對照組(M±SD)TP抑制84.03±23.3482.09±22.420.34.73刷新834.58±147.00881.46±134.22-1.35.18轉(zhuǎn)換1065.06±123.931095.52±122.87-1.00.32

表4的統(tǒng)計結果顯示，實驗組的刷新、轉(zhuǎn)換維度較好，對照組的抑制維度較好。但實驗前實驗組與對照組在3個維度上的成績均不具有顯著性差異，即實驗組與對照組反應時初始成績不存在顯著差異。

3.2.2 實驗組、對照組實驗前后比較

為比較實驗前后實驗組、對照組執(zhí)行功能3個維度的差異，分別對實驗組、對照組實驗前后的成績進行配對樣本t檢驗，檢驗結果如表5所示。

根據(jù)表5的統(tǒng)計結果，實驗組抑制維度、刷新維度、轉(zhuǎn)換維度實驗前后成績均有顯著差異，且實驗組3個維度的成績均顯著提高。提高幅度最高為抑制維度，其次是刷新維度，最后為轉(zhuǎn)換維度。對照組3個維度的后測成績均好于前測，但抑制、刷新維度實驗前后測成績不存在顯著性差異，而轉(zhuǎn)換維度前后變化處于臨界狀態(tài)(P=.05)。

表5 各組實驗前后反應時成績比較

維度組別實驗組前(M±SD)實驗組后(M±SD)TP抑制實驗組84.03±23.3464.39±17.788.12.00對照組82.09±22.4274.79±21.571.50.14刷新實驗組834.58±147.00760.72±139.294.02.00對照組881.46±134.22850.85±151.611.67.11轉(zhuǎn)換實驗組1065.06±123.931010.85±141.022.43.02對照組1095.52±122.871072.73±112.722.03.05

為考察實驗組、對照組在12周足球訓練后的執(zhí)行功能變化情況，對兩組12周干預后的執(zhí)行功能成績進行了差異檢驗。

表6 實驗組、對照組實驗后成績比較

維度組別M±SDTP抑制實驗組 18.82±14.68對照組7.30±28.032.09.04刷新實驗組79.91±90.19對照組30.30±105.442.05.04轉(zhuǎn)換實驗組69.36±78.19對照組22.79±64.64.64.01

根據(jù)表6的統(tǒng)計結果，實驗組后測差值在所有維度上均好于對照組，且差異顯著。其中，差異最顯著的是轉(zhuǎn)換維度，其次是抑制和刷新維度。

3.2.3 長期中等強度足球訓練對不同年級小學生執(zhí)行功能的影響

為考察長期中等強度足球訓練對不同年級小學生執(zhí)行功能的影響，以中年級和高年級作為組別，分別考察實驗前后各維度的反應時數(shù)據(jù)，結果見表7。

表7 不同年級實驗組前后測成績比較

維度年級實驗組前(M±SD)實驗組后(M±SD)TP抑制中年級86.42±23.2971.12±19.203.61.00高年級80.88±22.3768.60±21.163.27.00刷新中年級864.73±150.64793.23±148.964.03.00高年級853.65±137.28813.95±154.332.17.04轉(zhuǎn)換中年級1066.23±124.511023.77±95.883.80.00高年級1089.43±123.401053.50±148.701.84.07

從表7統(tǒng)計結果可以看出，中年級在3個維度的前后測成績都出現(xiàn)了顯著差異，高年級除轉(zhuǎn)換維度沒有出現(xiàn)顯著差異，在抑制和刷新維度亦呈現(xiàn)前后測的顯著差異。

3.2.4 長期中等強度足球訓練對不同性別小學生執(zhí)行功能的影響

表8 不同性別實驗組前后測結果比較

維度性別實驗組前(M±SD)實驗組后(M±SD)TP抑制男79.43±18.4666.95±18.103.66.00女88.65±27.5273.65±23.053.06.01刷新男844.33±148.32793.35±154.932.99.01女879.08±130.67824.92±146.772.57.02轉(zhuǎn)換男1075.20±122.321023.48±108.264.13.00女1088.12±127.091069.96±156.840.72.48

從表8統(tǒng)計結果可以看出，男生在3個維度的前后測成績均出現(xiàn)了顯著差異，后測成績均顯著好于前測成績。女生在抑制和刷新維度的成績出現(xiàn)了顯著差異，后測成績顯著好于前測成績，在轉(zhuǎn)換維度，后測成績好于前測成績，但成績提高幅度沒有達到顯著性。

4 分析與討論

從統(tǒng)計結果上看，一次45分鐘中等強度的足球訓練并不能對小學生的執(zhí)行功能起到顯著的促進作用，而長期的足球訓練則對小學生的抑制、刷新、轉(zhuǎn)換功能起到顯著的促進作用，提高幅度最高為抑制維度，其次是刷新維度，最后為轉(zhuǎn)換維度。和以往研究相似的是，抑制控制這一指標相對靈敏[22][25][30][32]。身體鍛煉的長期效應由此可見一斑，但是長期練習的積累效應在本次研究中未加研究，后續(xù)研究或許可以考慮。至于3個維度的不同提高水平，抑或與鍛煉項目的選擇有關，由此引發(fā)了另一個思考，即不同項目對執(zhí)行功能的不同影響，鍛煉活動對認知健康影響的劑量效應值得后續(xù)研究繼續(xù)深入。

雖然選擇了足球特色運動學校進行參與者的選擇與測試，但是女性參與者仍是少數(shù)，這或許與人們對足球項目的刻板印象有關，認為足球是男性專屬的項目。研究結果支持了長期中等強度足球訓練對女生抑制、刷新功能的積極影響，而長期中等強度足球訓練對男生的積極影響似乎是全方位的，且影響的幅度更大。這樣的結果，一方面提示女生同樣可以從長期中等強度的足球訓練中獲益;另一方面也提示，性別作為個人穩(wěn)定的生物標簽，其重要性有可能被忽略。例如，對106名6～15歲網(wǎng)球初學者的研究表明，總體上看，訓練頻率越高，工作記憶越好；訓練年限越長，認知靈活性越好。但是，女生的抑制控制和認知靈活性好于男生；男生中，練習頻率高的孩子，加工速度和抑制控制更好[32]。由此，健身益智效應的性別差異是否因項目而異，是否有必要在設置體育課程或推薦健身項目時針對性別加以考慮是今后深入研究的方向。即使鍛煉的益智效果具有普適性，想要獲得身體鍛煉益智的最大化，應該適當考慮鍛煉項目的性別特適性。由于研究條件所限，本次追蹤的女性學生數(shù)量不夠理想，今后研究中應增加女性參與者的數(shù)量，避免參與者人數(shù)可能對研究結果產(chǎn)生的影響。

從年齡差異來看，中年級的學生似乎獲益更大。這不禁讓人思考，是否越早干預獲益越大?，F(xiàn)有研究中，青少年和老年是認知功能干預研究的主要人群，但兩個群體的認知發(fā)展任務顯然不同，前者是抓住敏感時期促發(fā)展，后者是提前干預防衰退。目前更多的研究關注點放在體育鍛煉帶來的健身效果，而對體育鍛煉益智功能的關注不夠；對成年以后的“亡羊補牢”式的健康問題關注較多，對青少年階段“未雨綢繆”的預防工作關注不夠。

從現(xiàn)有研究成果情況來看，體育鍛煉的益智研究仍處于初級階段，如何在健身的同時促進認知功能的發(fā)展，其影響效果及作用機制仍需大量的實證工作加以補充。

5 結論

(1)單次45分鐘中等強度的足球訓練對小學男生執(zhí)行功能的抑制維度具有顯著的改善作用。

(2)長期的足球訓練對小學生抑制、刷新、轉(zhuǎn)換能力均有顯著促進作用，促進最大的是抑制維度，其次是刷新維度，最后為轉(zhuǎn)換維度。

(3)總體上看，長期中等強度的足球訓練對各年級小學生執(zhí)行功能均有促進作用，中年級的促進效應大于高年級。

(4)總體上看，長期中等強度的足球訓練對不同性別小學生執(zhí)行功能均有促進作用，男生的促進效應大于女生。