5種運動干預方案對小學生腦執行功能影響的試驗研究

殷恒嬋，李鑫楠，陳愛國，宋湘勤，杜 吟，潘家禮，王 暢

●成果報告 Original Articles

5種運動干預方案對小學生腦執行功能影響的試驗研究

殷恒嬋1，李鑫楠2，陳愛國3，宋湘勤1，杜 吟1，潘家禮1，王 暢1

目的：探討5種運動干預方案對小學生執行功能各子功能的效果，為學校開展課外體育活動促進小學生執行功能發展提供科學依據。方法：在課外體育活動中，采用5種不同方案（花樣跑步、趣味田徑游戲、小手球+素質練習、踢毽+游戲、武術+花樣跳繩+8字跑）對小學生進行運動干預；10周運動干預前后，分別使用Flanker、2-back、More-odd shifting任務測量小學生的抑制、刷新和轉換子功能。結果：花樣跑步有效地提高了小學生刷新功能和轉換功能；趣味田徑游戲和“踢毽+游戲”都有效提高了小學生的抑制功能；“小手球+素質練習”有效提高了小學生的轉換功能；“武術+花樣跳繩+8字跑”有效提高了小學生的抑制功能、刷新功能和轉換功能。結論：5種運動干預方案均對小學生執行功能具有促進作用，且在改善小學生執行功能子功能效果上各有所長。

小學生；執行功能；5種運動干預方案

執行功能（executive function，EF）是指在完成復雜的認知任務時，對各種基本認知過程進行協調和控制的高級認知過程，主要包括抑制功能、刷新功能和轉換功能3個子功能。執行功能現在逐漸成為認知心理學和體育心理學一個重要的研究領域。一方面，執行功能一直被認為是兒童認知功能中的重要部分。大量研究也表明，執行功能涉及記憶、控制、認知靈活性等內容，執行功能的良好發展，對于兒童學習能力和社會適應性的發展具有良好的促進作用[1-3]。另一方面，有研究表明，兒童是執行功能發展的關鍵期，在這個學習階段，執行功能不良會造成學習上動機水平下降、自我控制能力低和注意轉換困難等，在心理問題上會出現自閉、多動障礙和注意缺陷等癥狀[4-6]。因此，探尋促進兒童執行功能發展的干預研究已成為教育學、心理學、認知科學等多學科研究的重要課題。

不斷增加的研究提示，運動可以促進兒童執行功能的發展，并且是一種既經濟又有效的手段[7-11]。然而，已有運動干預研究存在運動內容較為單一（多為跑步）、運動強度和時間控制不夠科學、學生參與興趣不高等問題，這些阻礙了學校使用體育運動手段促進兒童執行功能的應用[12-13]。由此，該領域目前亟需探索不同運動干預方案效果差異的問題。已有研究初步表明，不同特征小學生的執行功能各子功能發展不一致，且不同運動干預對小學生各子功能效果也存在差異[12、14-15]。因此，開展不同運動方案影響小學生執行功能效果的比較研究是非常有價值的，如果能找出適合不同子功能的有效運動干預方案，則可為進行針對性運動干預促進小學生執行功能提供實踐基礎。基于此，本研究比較5種不同運動方案對小學生執行功能影響的異同，為學校科學有效地促進小學生執行功能的發展提供可供選擇的運動方案。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

北京市4所小學共610名小學生（見表1），其中，男生324人，女生286人，三年級學生274人，五年級學生336人。

表1 研究樣本情況一覽表

1.2 試驗分組

依據年級和班級隨機分為5個運動干預試驗組和對照組。在課外體育活動時間，對試驗組實施不同的運動干預方案，對照組進行常規的體育課外活動。

1.3 運動干預方案

根據已有相關研究[12-15]，本研究設計5套運動干預方案（見表2），每周3或5次，運動強度控制在（220-年齡）×（40%～80%）范圍，每次運動持續30 min，運動項目是以學校課外活動已經開展的運動項目為基礎加以優化設計。其中，方案1為花樣跑步，方案2為趣味田徑游戲，方案3是在原有小手球項目的基礎上增加“素質練習”內容，方案4是在原有踢毽項目的基礎上增加“游戲”內容，方案5是在原有武術項目的基礎上增加“跳繩”“8字跑”內容。

表2 運動干預方案一覽表

1.4 執行功能測量

采用陳愛國設計的小學生執行功能測量工具[13、16-17]，分別采用Flanker、2-back和More-odd shifting任務測試小學生執行功能的抑制、刷新和轉換功能，測驗成績均為反應時，反應時越短，表明功能越好。

1.5 統計與分析

采用SPSS17.0對數據進行處理與分析。分別檢驗5種運動干預方案對小學生3個執行功能子功能的影響差異，如果某一子功能有多個運動干預方案效果顯著，則進一步比較不同運動干預方案的差異，顯著性為P≤0.05。

2 結果與分析

2.1 各組小學生執行功能前測成績的同質性檢驗

對5個方案所有試驗組和對照組小學生的抑制、刷新和轉換功能的前測成績進行單因素方差分析。結果顯示：抑制功能F（9，0.74）=0.65，（P＞0.05）；刷新功能F（9，2.42）=1.65，（P＞0.05）；轉換功能F（9，0.9）=1.78，（P＞0.05）；執行功能各子功能的水平差異均無統計學意義，試驗前各組小學生執行功能水平同質。

2.2 5種運動干預方案對小學生抑制功能的影響

對每種方案的試驗組和對照組小學生執行功能抑制功能的后測減去前測的差值進行獨立樣本T檢驗，分析運動干預對小學生抑制功能的效應。統計結果顯示：方案1 t=-0.52，P＞0.05，試驗組和對照組抑制功能不存在顯著差異，說明運動干預不起作用；方案2 t=-2.50，P＜0.05，試驗組和對照組抑制功能存在顯著差異，說明運動干預起作用；方案3 t=-0.31，P＞0.05，試驗組和對照組抑制功能不存在顯著差異，說明運動干預不起作用；方案4 t=-2.27，P＜0.05，試驗組和對照組抑制功能存在顯著差異，說明運動干預起作用；方案5 t=-3.64，P＜0.05，試驗組和對照組抑制功能存在顯著差異，說明運動干預起作用。

由上述分析可知，在抑制功能上，方案2、方案4、方案5影響顯著。因此，進一步比較3種方案對抑制功能作用的大小。以試驗組前后測抑制功能的變化值（后測減前測）為因變量，以3種運動干預方案為自變量，進行方差分析。表明，在抑制功能上，3種運動干預方案前后測抑制功能的變化值存在顯著差異（P＜0.01）（見表3）。進一步多重比較結果表明：方案2和方案5存在顯著差異（P＜0.05），且方案5好于方案2（均值越小，抑制功能越好）；方案2與方案4不存在顯著差異（P＞0.05）；方案4和方案5存在顯著差異（P＜0.01），且方案5好于方案4；方案5的均值在3種方案中最小，說明方案5對促進小學生抑制功能的改善作用最好（均值越小，抑制功能越好）（見表4）。

表3 3種方案間小學生抑制功能的方差分析結果一覽表

表4 3種運動方案間抑制功能的多重比較結果一覽表

2.3 5種運動干預方案對小學生刷新功能的影響

對每種方案的試驗組和對照組小學生刷新功能的后測與前測的差值進行獨立樣本T檢驗，分析運動干預對小學生刷新功能的效應。結果顯示：方案1 t=-3.23，P＜0.05，試驗組和對照組刷新功能存在顯著差異，說明運動干預起作用；方案2 t=-1.78，P＞0.05，試驗組和對照組刷新功能不存在顯著差異，說明運動干預不起作用；方案3 t=0.66，P＞0.05，試驗組和對照組刷新功能不存在顯著差異，說明運動干預不起作用；方案4 t=0.41，P＞0.05，試驗組和對照組之間刷新功能不存在顯著差異，說明運動干預不起作用；方案5 t=-2.67，P＜0.05，試驗組和對照組刷新功能存在顯著差異，說明運動干預起作用。

由上述分析可知，在刷新功能上，方案1和方案5影響顯著。因此，進一步比較2種方案對刷新功能作用的大小。以試驗組前后測刷新功能的變化值（后測減前測）為因變量，以2種運動干預方案為自變量，進行獨立樣本T檢驗。表明，2種運動干預方案前后測刷新功能的變化值不存在顯著差異（P＞0.05），說明2種方案在刷新功能的促進效果上基本相同。但從均值上看，方案1小于方案5（均值越小，刷新功能越好），所以方案1略好于方案5（見表5）。

表5 2種方案間小學生刷新功能的T檢驗結果一覽表

2.4 5種運動干預方案對小學生轉換功能的影響

對每個方案的試驗組和對照組小學生轉換功能的后測減去前測的差值進行獨立樣本T檢驗，分析運動干預對小學生轉換功能的效應。結果顯示：方案1 t=-3.74，P＜0.05，試驗組和對照組轉換功能存在顯著差異，說明運動干預起作用；方案2 t=-0.73，P＞0.05，試驗組和對照組轉換功能不存在顯著差異，說明運動干預不起作用；方案3 t=-2.01，P＜0.05，試驗組和對照組轉換功能存在顯著差異，說明運動干預起作用；方案4 t=-0.40，P＞0.05，試驗組和對照組轉換功能不存在顯著差異，說明運動干預不起作用；方案5 t=-5.16，P＜0.05，試驗組和對照組轉換功能存在顯著差異，說明運動干預起作用。

由上述分析可知，在轉換功能上，方案1、方案3、方案5影響顯著，因此，進一步比較3種方案對轉換功能作用的大小。以試驗組前后測轉換功能的變化值（后測減前測）為因變量，以3種運動干預方案為自變量進行方差分析。表明，在轉換功能上，3種運動干預方案間前后測轉換功能的變化值存在顯著差異（P＜0.01）（見表6）。進一步多重比較結果（見表7）發現：方案1和方案3存在顯著差異（P＜0.01），且方案1好于方案3（均值越小，轉換功能越好）；方案1與方案5不存在顯著差異（P＞0.05）；方案3和方案5存在顯著差異（P＜0.01），且方案5好于方案3；方案5的均值在3種方案中最小，說明方案5對促進小學生轉換功能的改善作用最大。

表6 3種方案間小學生轉換功能的方差分析結果一覽表

表7 3種運動方案間轉換功能的多重比較結果一覽表

3 討論

（1）3種運動干預方案對小學生抑制功能均有顯著的積極影響，但效果大小不同，“武術+花樣跳繩+8字跑”高于“趣味田徑游戲”和“踢毽+游戲”。方案5主要是3個不同種類的項目相結合，整個方案干預時帶有多樣性和游戲性；方案2和方案4都是運用游戲的方式進行方案的組合。3個方案都采用帶有游戲的形式去完成干預，但方案5比另外2個方案包含的項目更加多樣，對于小學生抑制功能的訓練可能更加有針對性。所以，方案5項目的多樣性在具體實施過程中運用到抑制功能的特性。如干預時間是30 min，在10 min的時候先進行武術練習，再進行10 min的跳繩練習，最后進行10 min的8字跑。學生需要在每個10 min完成不同的運動，同時，要根據音樂信號的發出即刻轉換下一個時間段的項目繼續進行。此時，對于占主導地位的反應模式需要進行適時的控制。這種具體的項目轉換，相比游戲作為一種干預項目，能夠更好地運用到學生大腦對肢體的控制和意識的增加。因此，方案5對于抑制功能的促進作用好于方案2和方案4。

（2）2種運動方案對小學生刷新功能有顯著的積極影響，但效果大小不同，“花樣跑步”好于“武術+花樣跳繩+8字跑”。刷新功能的主要作用是對工作記憶的一種體現，它主要的表現是指根據新呈現的信息，對工作記憶中的內容進行持續修正，其本質是主動地進行儲存，不是被動的記憶。方案1的實施相比方案5更加體現了一種運動中的系統性，如方案1“花樣跑步”是以音樂作為跑步路線的行為變化信號。但是，整個跑步路線多樣且清晰，學生對于路線的變化和行為的改變主動完成。而方案5不同的3個項目組合更多運用的是學生對于項目的控制能力。方案1更多地練習了學生的記憶能力，在路線完成過程中，每個個體都有自己要跑到的位置，每個個體都要主動去尋求自己的跑步地點來完成整個集體的花樣跑步，這正好是刷新功能的主要體現。所以，方案1對于小學生刷新功能的促進作用高于方案5。

（3）3種運動方案對小學生轉換功能均有顯著的積極影響，但效果大小不同，“武術+花樣跳繩+8字跑”和“花樣跑步”高于“小手球+素質練習”。轉換功能的作用是對于任務本身進行定勢間的往復轉換，針對這一特點，方案5的項目多樣性更能體現。單一的運動形式和多種類型的運動形式對于轉換功能的影響是不同的。方案3偏重的是上肢末端關節和素質的練習，而方案5的優勢在于能夠把項目之間進行轉換的同時，每個項目本身又存在需要心理操作間的往復轉換。如武術運動是對套路的練習，一個套路動作間的轉換是從頭到腳的全身性配合的轉換完成；跳繩運動是花樣跳繩，雙搖、雙人跳再到集體跳繩等；“8字跑”運動有方案1“花樣跑步“的特點，但路線相對多樣、變化多。因此，方案5和方案1對于轉換功能的發展效果好于方案3。

4 結 論

5 種運動干預方案對小學生執行功能的改善均有積極的促進作用，但不同方案對小學生執行功能3個子功能的效果不同。效果差異表現為：在抑制功能上，“武術+花樣跳繩+8字跑”的效果最好，其次是“趣味田徑游戲”和“踢毽+游戲”；在刷新功能上，“花樣跑步”的效果略好，其次是“武術+花樣跳繩+8字跑”；在轉換功能上，“武術+花樣跳繩+8字跑”和“花樣跑步”效果較好，其次是“小手球+素質練習”。

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Experimental Study on the Effects of Five Kinds of Exercise Intervention Programs on Brain Executive Func?tions of Primary Students

YIN Hengchan1,LI Xinnan2,CHEN Aiguo3,SONG Xiangqin1,DU Yin1,PAN Jiali1,WANG Chang1
（1.School of PE，Beijing Normal University，Beijing 100875，China；2.Dept.of PE and Art，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China；3.School of PE，Yangzhou University，Yangzhou 225009，China）

Objective：This study investigate the effects of five kinds of exercise intervention programs on the children’s executive functions in various dimen?sions，to provide a scientific basis for school extracurricular sports activities for developing students’executive function.Methods：Implement the five inter?vention programs（“pattern running”，“fun track and field games”，“small handball+physical movement”，“kick the shuttlecock+games”and“martial arts +skipping+8 word run”）in extracurricular sports activities，use the Flanker task，2-back task and More-odd shifting task to assess pupil’s executive func?tion comprehensively before and after the 10 weeks intervention.Results：（1）“pattern running”program could significantly raise the level of updating and shifting function，“fun track and field games”and“kick the shuttlecock+games”program could significantly raise the level of inhibition function，“small handball+physical movement”program could significantly raise the level of shifting，“martial arts+skipping+8 word run”program could significantly raise the level of inhibition，updating and shifting function.Conclusions：Five kinds of exercise intervention programs had promotion effect on pupil’s executive functions；five programs had different advantages on the effect of sub-function of executive functions.

pupil；executive function；five kinds of exercise intervention programs

G 804.8

：A

：1005-0000（2015）01-007-04

10.13297/j.cnki.issn1005-0000.2015.01.002

2014-09-23；

2015-01-08；錄用日期：2015-01-09

全國教育科學“十一五”規劃教育部重點課題（項目編號：DLA100338）

殷恒嬋（1963-），女，山東龍口人，教授，研究方向為體育運動心理學理論與實踐、體育運動與身心健康發展、體育運動與腦可塑性。

1.北京師范大學體育與運動學院，北京100875；2.北京工商大學體育與藝術教學部，北京100048；3.揚州大學體育學院，江蘇揚州225009。