不同持續時間的中等強度籃球運動對兒童執行功能的影響

陳愛國　馮磊　朱麗娜　顏軍

摘要：為了尋找有效手段促進兒童執行功能發展與完善，揭示不同運動持續時間運動對兒童執行功能的影響效果，為科學設計體育活動方案提高兒童的執行功能提供證據，以揚州市某小學4年級學生為研究對象，依據實施中等強度籃球運動時間不同分為8min運動組、8min對照組、15min運動組、15min對照組、30min運動組和30min對照組，分別使用Flanker任務、1-back任務、More-oddshifting任務全面評價一次不同持續時間的籃球運動前后各組兒童執行功能的抑制、刷新和轉換3個子功能的變化。結果顯示：中等強度籃球運動可以提高兒童的執行功能，不同持續時間對兒童執行功能的影響具有差異性。具體表現為：在抑制功能方面，30min運動組、15min運動組>8min運動組；在轉換功能方面，30min運動組>15min運動組、8min運動組；在刷新功能方面，30min運動組>8min運動組、15min運動組。結論：中等強度籃球運動可以提高兒童的執行功能，但效果與運動持續時間有關；30min籃球運動對兒童執行功能改善效果最好。

關鍵詞：持續時間；籃球運球；兒童；執行功能；實驗研究

中圖分類號：G804.8

文章編號：1009-783X（2015）03-0223-05

文獻標志碼：A

許多因素影響兒童的身心健康發展，如兒童的學業能力發展、身體健康發展、認知發展、良好社會關系形成、道德發展等，其中一個核心因素是兒童的執行功能發展水平。執行功能（executive function）是指對各種基本認知過程進行控制和調節，產生協調有序、具有目標性行為的高級認知過程，主要包括抑制、刷新和轉換3個子功能。當前，促進兒童執行功能的發展與完善已成為教育科學、心理科學、神經科學等多學科研究的重要前沿和熱點課題，且已呈現出多學科交叉的研究趨勢，而為家庭和學校提供發展兒童執行功能的方法和活動方案，也成為社會的重要責任之一。

近期不斷增加的研究成果發現：持續一段時間的中等強度體育活動對兒童執行功能有積極影響，且為喚醒水平假說和神經營養因子假說等理論所解釋，提示其可以作為發展和改善兒童執行功能的手段之一，但該觀點仍需要更充分、可信的研究加以論證，突出表現在以下3個方面：1）不同持續時間的體育活動影響兒童執行功能的效果差異尚未明確。運動持續時間是運動方案或運動處方的一個重要構成要素，是指個體一次從事體育活動時間的長短，反映了對運動者身心刺激的程度。已有研究表明：不同持續時間運動對運動者身心的影響效果存在差異；因此，本研究的第一個目的是揭示究竟持續多久的體育活動能對兒童執行功能產生顯著的積極效果？2）缺乏對兒童執行功能多維結構的全面研究。已有的研究多是考察短時間體育活動對兒童單一執行功能維度的效果，主要涉及抑制功能，少數研究涉及轉換功能；然而，執行功能是多維的，主要包括3個子功能：抑制、刷新和轉換。因此，本研究的第2個目的是全面揭示不同持續時間的體育運動對各執行功能子功能的效果差異。3）研究的生態效度有待提高。所謂研究的生態效度是指實驗研究結果推廣到真實生活情景的效果，已有的研究大多在實驗室中開展，一味追求變量的純潔與方法的精準，脫離真實的兒童學習生活環境，這不但使研究結果受到質疑，也無法滿足實踐應用的要求。

為此，本研究以執行功能發展關鍵期小學4年級學生為研究對象，選擇籃球運球為運動內容，探討不同持續時間（8min、15min和30min）的中等強度籃球運動對兒童執行功能的影響及效果差異，研究成果不但能豐富體育運動與兒童執行功能關系研究的實驗證據，也可為采用適宜持續時間的體育運動發展兒童執行功能提供實踐基礎。本研究假設：中等強度籃球運動對兒童執行功能有積極效果；隨著運動持續時間的增加，籃球運動對兒童執行功能的作用效果更加顯著。

1研究對象與方法

1.1研究對象

以揚州市某小學4年級學生為研究對象，經篩查選取兒童130人。篩查標準：右利手，無色盲，正常視力或矯正視力大于0.8，智力正常（IQ>90），已掌握籃球原地運球和行進間運球的動作，適合參加本實驗運動強度所要求的活動。

1.2實驗分組

把選取的學生依據實施籃球運動時間不同隨機分為8min運動實驗組、8min對照組、15min運動實驗組、15min對照組、30min運動實驗組和30min對照組；在體育活動時間對實驗組實施運動干預，對照組在相同時間段內在教室內自由活動。

1.3運動方案

從頻率、強度、持續時間、內容4個方面制定運動訓練方案。具體的各組運動訓練方案見表1。各實驗組依據研究設計進行1次不同持續時間（8min、15min、30min）的籃球運動訓練。其中，運動內容均為：籃球的原地快速高運球和行進間運球。依據國內外相關研究結果，確立兒童進行中等強度運動的標準：中等強度有氧運動負荷設定為個體的60～69%最大心率，其中最大心率=220-年齡；運動實施過程中隨機選取6名實驗對象佩戴RS800CXSD型心率遙測儀（芬蘭產）全程監控，保障兒童運動強度。經計算實際運動過程中各實驗組兒童運動強度的平均值：8min運動組為65%最大心率，15min運動組為64%最大心率，30min運動組為66%最大心率達到中等強度負荷。各對照組兒童運動強度的平均值：8min組學生為47%最大心率，15min組學生為48%最大心率，30min組學生為47%最大心率，屬于較輕微的運動負荷。

本研究之所以選擇8min、15min和30min這3種持續時間，主要考慮到：目前，多數小學學校的課間休息時間是10min，除去一些必要活動花費的時間，大約可以利用的運動時間為8min；大課間休息時間為20min，大約可以利用的運動時間為15min；兒童在校的體育課時間為40min，大約可以利用的運動時間為30min。目的是通過對比分析3種持續時間對于兒童執行功能的效果差異，探索在課間、大課間和體育課實施體育活動促進兒童執行功能發展的科學性和可行性，為學校體育活動設計和開展提供一定參考依據。

1.4執行功能測量

使用陳愛國等設計的Flanker任務、1-back任務和More-oddshifting任務分別評價兒童的抑制功能、刷新功能和轉換功能，測量在計算機上通過E-prime 1.1系統完成；評價指標均為反應時，測試值越低，代表該功能越好。

所有兒童都在相同的計算機房內完成執行功能任務測量，3項任務測試的順序：Flanker任務、1-back任務和More-oddshifting任務。每進行一次任務測試之前先由主試引導兒童進行測試任務練習，直至兒童掌握（正確率不低于85%）后，開始進入正式測試。實驗約需40min，兒童在每一任務之間都可略作休息。

1.5實驗程序

本研究采用對2（組別：實驗組、對照組）×2（測試時間點：前測、后測）混合設計，其中組別為被試間因素，測試時間點為被試內因素。整個實驗由4個部分組成：身心評價、前測、運動訓練實施和后測。身心評價：在正式實驗前1周進行，測量實驗兒童人口統計學特征和身心健康水平。前測：運動方案實施前進行，在計算機房首先測量參加實驗兒童的基礎心率，然后測量其執行功能。運動訓練實施：在操場使用設計運動方案進行運動干預。后測：運動方案實施后進行，回到計算機房，休息，當心率恢復到基礎心率±10%以內時，使用與前測相同的認知任務測量其執行功能。

1.6數理統計與分析

數據結果用平均值±標準差（X±SD）表示，采用SPSS 17.0統計分析。具體思路：分別檢驗不同持續時間的中等強度籃球運動對兒童3個執行功能子功能的影響差異；如存在顯著差異，則進一步進行多重比較。顯著性為P<0.05。

2結果

2.1各組人口學變量和身心健康狀態的差異

由于已有的研究結果發現個體的人口統計學變量和身心健康狀態因素會影響其執行功能，影響因素包括年齡、體重、心理行為水平、體質、基礎心率；因此，需要首先考察各組兒童的這些因素是否存在差異，以更科學地探討運動與兒童執行功能的關系。各組人口學變量和身心健康狀態評價結果見表2。進一步采用單因素方差分析方法，比較各組差異發現：年齡F（5，124）=0.86，P>0.05；體重指數F（5，124）=0.30，P>0.05；心理行為：社會能力F（5，124）=1.28，P>0.05；行為問題F（5，124）=0.94，P>0.05；體質健康F（5，124）=0.81，P>0.05；基礎心率F（5，124）=0.13，P>0.05，各組以上指標均不存在顯著差異。結果說明，各組兒童在影響執行功能的相關人口變量和身心健康狀態各項指標上同質。

2.2不同持續時間的中等強度籃球運動對兒童執行功能影響

2.2.18min的中等強度籃球運動對兒童執行功能影響

對2（組別：實驗組、對照組）×2（測試時間點：前測、后測）混合設計的研究采用重復測量方差分析，分別檢驗8min籃球運動對兒童3個執行功能子功能的效應。檢驗結果顯示如下：抑制功能的組別因素主效應不顯著，F（1，40）=0.28，P>0.05；刷新功能的組別因素主效應不顯著，F（1，40）=3.27，P>0.05；轉換功能的組別因素主效應不顯著，F（1，40）=0.34，P>0.05。以上結果說明8min籃球運球訓練對兒童執行功能無明顯作用效果。

2.2.215min的中等強度籃球運動對兒童執行功能影響

對2（組別：實驗組、對照組）×2（測試時間點：前測、后測）混合設計的研究采用重復測量方差分析，分別檢驗15min籃球運動對兒童3個執行功能子功能的效應。檢驗結果顯示如下：抑制功能的組別因素主效應顯著，F（1，40）=4.22，P<0.05，見表3，根據前后測結果，可知實驗組抑制功能好于對照組；刷新功能的組別因素主效應不顯著，F（1，40）=0.67，P>0.05；轉換功能的組別因素主效應不顯著，F（1，40）=0.05，P>0.05。以上結果說明15min籃球運球訓練僅對兒童執行中的抑制功能有積極效果。

2.2.330min的中等強度籃球運動對兒童執行功能影響

對2（組別：實驗組、對照組）×2（測試時間點：前測、后測）混合設計的研究采用重復測量方差分析，分別檢驗30min籃球運動對兒童3個執行功能子功能的效應。檢驗結果顯示如下：抑制功能的組別因素主效應顯著，F（1，44）=13.49，P<0.01，見表3，根據前后測結果，可知實驗組抑制功能好于對照組；刷新功能的組別因素主效應顯著，F（1，44）=16.12，P<0.01，見表3，根據前后測結果，可知實驗組抑制功能好于對照組；轉換功能的組別因素主效應顯著，F（1，44）=58.47，P<0.01，見表3，根據前后測結果，可知實驗組抑制功能好于對照組。以上結果說明30min籃球運球訓練對兒童執行功能中的抑制、刷新、轉換3個子功能均有積極影響效果。

2.3不同持續時間籃球運動對兒童執行功能影響的差異

首先，分析不同持續時間的中等強度籃球運動對兒童抑制功能影響差異。由于8min籃球運動對兒童抑制功能無明顯效果，故只需比較15min組和30min組的效果差異；而2個持續時間實驗組抑制功能前后測差值比較，t=1.50，P>0.05，說明15min組和30min組效果沒有顯著差異。由此可知，不同運動持續時間籃球運動對兒童抑制功能的改善效果為30min組、15min組的效果優于8min組。

其次，分析不同持續時間的中等強度籃球運動對兒童刷新功能影響的差異。由于8min運動組和15min運動組對刷新功能影響無明顯效果，因此，不同運動持續時間籃球運動對兒童刷新功能的改善效果為：30min運動組的效果要優于8min運動組和15min運動組。

最后，分析不同持續時間的中等強度籃球運動對兒童轉換功能影響的差異。由于8min運動組和15min運動組對轉換功能影響無明顯效果，所以不同運動持續時間籃球運動對兒童轉換功能的改善效果為30min運動組的效果優于8min運動組和15min運動組。

3討論

本實驗結果發現，持續15min和30min的中等強度籃球運動對兒童執行功能都有積極的影響，與研究假設一致。該研究結果主要歸結于以下原因：1）已有成果指出兒童執行功能是在實踐中發展起來的，在活動中反復使用這些能力的經驗得以強化，特定的訓練可以改善兒童執行功能的發展。本研究使用的籃球原地高運球和行進間運球為訓練兒童執行功能提供了豐富的機會。原地高運球不但需要兒童抑制周圍無關信息的干擾，還要控制拍球的力量、球的反彈角度等，抑制功能的參與至關重要；而在行進間運球中，人與球的互動是一個動態的過程，對控球水平的要求有所提高，既要求兒童具有一定動作協調與控制能力，又要求其通過對籃球的感知而采用更加快速有效的策略，這既需要工作記憶的刷新能力，也是轉換能力的一種體現。正是在運球中反復使用和練習這些執行功能的技巧，使得籃球運球能發展兒童執行功能。其次，從體育活動的強度來看，本研究采用的是中等強度的籃球運動訓練方案，而短時中等強度有氧運動對兒童執行功能發展的積極效果已被眾多研究所證實，且為喚醒水平假說和神經營養因子假說等理論所解釋。

本實驗進一步的分析發現，不同持續時間的中等強度籃球運球對兒童執行功能的效果存在差異。8min籃球運球對兒童執行功能未產生影響，15min籃球運動和30min籃球運動都對執行功能產生顯著影響，但15min籃球運動僅對抑制功能產生積極影響，而30min籃球運動對抑制功能、刷新功能和轉換功能3個子功能均有積極影響。參與本研究的各組兒童人口學變量和身心健康狀態的特征無顯著差異，整個運動訓練實驗過程中僅運動持續時間不同，其他變量得到控制或條件一致；因此，導致研究結果差異的原因是運動持續時間的長短所致的訓練效果累積量，其最終決定執行功能改善效應的產生。就本實驗來說，8min籃球運球訓練對兒童執行功能刺激的效果累積，尚未達到最終導致兒童執行功能改善的效果，而隨著運動時間的增加，對執行功能訓練的累積效果增加，特別是達到一定閾值后，如15min、30min，就會產生單一執行功能子功能甚至整體執行功能的改善效益。由此可知，運動持續時間在籃球運球影響兒童執行功能關系中起到調節作用。

本實驗研究探討了不同持續時間籃球運動對兒童執行功能的效果差異，為全面揭示運動與兒童執行功能的關系提供了新的證據，具有重要的價值。首先，本研究與本領域已有研究結果一致，再次佐證了體育運動對兒童執行功能有積極效果，提示體育活動是發展兒童執行功能的一條行之有效的途徑。其次，本研究首次明確了運動持續時間在體育運動影響兒童執行功能關系中起到調節作用的觀點，拓寬了體育運動與兒童執行功能關系研究的視野，并且實驗是在真實學校情景中開展的，使得研究具有較高的生態效度，研究結果更為可信。另外，該研究結果對于體育活動實踐具有重要價值，教師和家長應把握這一研究結果，合理設置體育活動時間，促進兒童執行功能的健康發展。

4結論

中等強度的籃球運動可以提高兒童的執行功能，但效果與運動持續時間有關；30min中等強度的籃球運動對兒童執行功能改善效果最好。研究結果為全面揭示運動與兒童執行功能發展的關系提供了新證據，且為今后從運動持續時間角度選擇合理的體育活動方案改善兒童執行功能提供了實踐基礎。