两种运动干预方案对小学生执行功能影响的追踪研究

殷恒婵，陈爱国，马 铮，李鑫楠，刘 敏

两种运动干预方案对小学生执行功能影响的追踪研究

殷恒婵1，陈爱国2，马 铮3，李鑫楠4，刘 敏5

目的：探讨“武术+跳绳+8字跑”和“花样跑步”两种运动干预方案对小学生执行功能各个维度的效果及其随时间变化的特征。方法：以326名小学生为研究对象，在课外体育活动实施两种持续20周的不同运动干预方案，实验前、10周后和20周后，使用Flanker任务、2-back任务、More-odd shifting任务全面评价小学生执行功能。结果：1)20周运动干预后的执行功能的3个子功能(抑制、刷新和转换)的水平>10周运动干预后的水平>运动干预前的水平；2) “武术+跳绳+8字跑” 方案抑制功能水平提高要显著好于“花样跑步” 方案；“花样跑步”刷新功能水平提高要显著好于“武术+跳绳+8字跑”方案；两种方案均对小学生转换功能均产生积极促进作用，且效果不存在差异。结论：“武术+跳绳+8字跑”和“花样跑步”均对小学生执行功能具有促进作用，且随干预时间增加，效果更为显著；两种方案在改善小学生执行功能子功能效果上各有所长。

小学生；执行功能；运动干预方案；追踪研究

：Objective:To investigate the effects of two kinds of exercise intervention programs,that is “martial arts+skipping+8word run” and “pattern running”,on the children’s executive functions in various dimensions and their characteristics over time.Methods:By taking 326 pupils as research object,implement the two intervention programs last for 20 weeks in extracurricular sports activities use the Flanker task,2-back task and more-odd shifting task to assess pupil’s executive function comprehensively before the experiment,after 10 weeks and after 20 weeks Results:1) The level of the three sub-functions (inhibition,updating and shifting) of executive functions after 20-week exercise intervention >Level after 10 weeks.Pre-intervention level.2) " martial arts+skipping+8 word run "program to raise the level of inhibition was significantly better than the "pattern running" program;"pattern running "program to raise the level of updating function was significantly better than "martial arts +skipping +8 word run" program;both the two programs played a positive role in promoting shifting functions and there is no difference between the effect of two programs.Conclusion:Both " martial arts+skipping+8 word run" and "pattern running" programs had promotion effect on pupil’s executive functions and with the increase of the intervention time the effect is more significant;two programs had different advantages on the effect of sub-function of executive functions.

1 前言

执行功能(Executive Function,EF)，是指在完成复杂的认知任务时，对各种基本认知过程进行协调和控制的高级认知过程[13]。小学阶段儿童处于大脑功能发展的快速期，此时也正是执行功能发展的关键期。执行功能对于儿童的健康发展具有重要作用，在日常生活学习中，小学生拥有良好的执行功能不仅帮助其有效地进行计划、推理、实施多项任务，而且还增强他们对社会环境的适应能力，约束自身行为，遵守社会规范以及促进学业的进步[10,11]。因此，如何提高执行功能，怎样采取有效的方式进行干预，逐渐成为许多专家学者开始关注和研究的热点。

已有的研究已经初步揭示，运动干预能促进儿童执行功能的提高[4,8，9,12,14]。然而，距离全面揭示运动与儿童执行功能的关系尚有两个方面的问题亟需研究：1)缺乏不同运动干预方案的比较研究。不同类型小学生执行功能各维度的发展不均衡，而不同运动干预方案对小学生执行功能各维度效果也不一样。因此，有必要开展不同运动方案干预效果的比较研究，找出适合不同子功能的有效运动干预方案，进而靶向干预，使得提高小学生执行功能更具科学性和个性化；2)缺乏运动干预对小学生执行功能影响的追踪研究。追踪研究是一种对同一对象在多个不同的时间点上调查的研究方式，其最为重要的优点是能够研究现象随时间变化而发生的变化，进而探索现象之间的因果关系[5]。已有的研究多为横断面的调查，或关注一次有氧运动干预前后的效应，尚不能全面揭示有氧运动与儿童执行功能的因果关系以及随时间变化的特点。

因此，本研究采用追踪研究设计，探讨两种不同运动干预方案对小学生执行功能3个子功能的影响，以及小学生执行功能水平随着运动干预时间变化的规律，揭示两种运动干预方案对小学生执行功能各个维度的效果及其随时间变化的特征，试图为全面揭示运动与儿童执行功能的关系提供基础，也为学校开展针对性地发展小学生执行功能水平的课外体育活动方案提供理论和实践基础。

2 研究方法

2.1 研究对象

选取北京市城区1所小学和县区1所小学，共326名小学生为研究对象(表1)。其中，三年级学生132人，五年级学生194人；男生170人，女生156人，男、女比例基本一致。

表 1 本研究样本情况一览表

2.2 运动干预方案确定

运动强度、运动频率、每次运动持续时间、运动项目是制定一个运动干预方案需要考虑的主要因素。依据前期研究成果[2,3,6,7]，有氧运动特别是每周3～5次的每次30 min左右的中等强度有氧运动有利于身心健康和执行功能改善。因此，本研究采用中等运动强度，运动强度(I)控制在(220-年龄)×(40%～80%)范围，持续运动过程中的平均心率在120～140次/分，运动干预过程中使用TEAM2心率监控系统，进行实时、全程记录、监测学生的心率，确保达到目标运动强度；每次运动持续时间(T)为30 min；运动频率(F)为每周3～5次；本研究运动项目(T)的选择，既考虑到运动项目不同对执行功能的影响存在差异，又考虑到该项目有开展基础、易集体参与、易操作且有推广价值。基于同时考虑以上4个因素，最终确定两套运动干预方案(表2)，其中，方案1为组合项目方案，内容为武术活动项目的基础上，加入了跳绳和“8字跑”；方案2为单一项目方案，内容为花样跑步。

表 2 本研究运动干预方案一览表

2.3 执行功能测量

使用陈爱国开发的小学生执行功能任务测量小学生执行功能的3个子功能，其中，采用Flanker任务评价抑制功能；采用2-back任务评价刷新功能；More-odd shifting任务评价转换功能[1，4]。计算机编程测试任务反应时按键精确到毫秒，记录按键反应时；测验成绩均为反应时，得分越低，代表该功能越好。

所有参加实验小学生都在安静、宽敞、明亮的计算机房内完成执行功能任务，3项任务测试的顺序：Flanker任务、2-back任务和More-odd shifting任务。每进行一次任务测试之前先由研究者引导参加实验小学生进行练习，直至小学生掌握(正确率不低于80%)，开始进入正式测试。实验约需40 min，被试在每一任务之间都可略作休息。

2.4 实验研究方案

为了保证实验取样能够代表小学生群体，实验选取3年级、5年级学生为研究对象；所有学生随机分为3个组：方案1实验组、方案2实验组和对照组；方案1实验组在课外体育活动时间使用“武术+跳绳+8字跑”运动方案实施运动干预，方案2实验组在课外体育活动时间使用“花样跑步”运动方案实施运动干预，对照组在课外体育活动时间进行常规的课外活动。在实验前测、中测(10周后)和后测(20周后)，使用Flanker任务、2-back任务、More-odd shifting任务全面评价小学生执行功能。2.5 数理统计与分析

3 结果与分析

3.1 实验前各组小学生执行功能的水平

对参与研究的方案1实验组、方案2实验组和对照组3组小学生执行功能的前测结果进行单因素方差分析，考查小学生执行功能是否处于相同的水平。结果发现，各组小学生的执行功能3个子功能：抑制、刷新和转换均不存在显著性差异(P>0.05)，即运动干预前，各组的小学生执行功能为同质(表3)。

表 3 本研究不同组别执行功能的同质性检验一览表

3.2 两种运动干预方案对小学生执行功能各维度的影响

3.2.1 两种运动干预方案对小学生抑制功能的影响

对3(组别：方案1实验组、方案2实验组和对照组)×3(时间：前测、中测、后测)混合设计的研究采用重复测量方差分析，分析组别、时间因素对小学生抑制功能的效应。组内检验结果显示，时间因素有统计学意义，F(2,478)= 143.45,P<0.01,说明抑制功能有随时间变化的趋势；时间因素和分组的交互作用有统计学意义，F(4,478)=9.36,P<0.01,说明时间因素的作用随着组别不同而变化。组别因素有统计学意义，F(2,239)=6.83，P<0.01，说明分组因素起作用，方案1实验组、方案2实验组和对照组之间的抑制功能存在差异。

3.2.2 两种运动干预方案对小学生刷新功能的影响

对3(组别：方案1实验组、方案2实验组和对照组)×3(时间：前测、中测、后测)混合设计的研究采用重复测量方差分析，分析组别、时间因素对小学生刷新功能的效应。组内检验结果显示，时间因素有统计学意义，F(2,478)= 82.62,P<0.01,说明刷新功能有随时间变化的趋势；时间因素和分组的交互作用有统计学意义，F(4,478)=9.70,P<0.01,说明时间因素的作用随着组别不同而变化。组别因素有统计学意义，F(2,239)=16.96，P<0.01，说明分组因素起作用，方案1实验组、方案2实验组和对照组之间的刷新功能存在差异。

3.2.3 两种运动干预方案对小学生转换功能的影响

对3(组别：方案1实验组、方案2实验组和对照组)×3(时间：前测、中测、后测)混合设计的研究采用重复测量方差分析，分析组别、时间因素对小学生转换功能的效应。组内检验结果显示，时间因素有统计学意义，F(2,478)=168.88,P<0.01,说明转换功能有随时间变化的趋势；时间因素和分组的交互作用有统计学意义，F(4,478)=15.09,P<0.01,说明时间因素的作用随着组别不同而变化。组别因素有统计学意义，F(2,239)=17.23，P<0.01，说明分组因素起作用，方案1实验组、方案2实验组和对照组之间的转换功能存在差异。

综上结果可知，两种运动干预方案对小学生执行功能各维度有影响，且效果存在差异。

3.3 两种运动干预方案对小学生执行功能的效果随时间变化的特征

3.3.1 两种运动干预方案的效果在3个时间点的差异

表 4 本研究两种运动干预方案的效果在3个时间点差异的比较结果一览表

注：*P<0.05,与对照组结果比较；▲P<0.05,与方案2结果比较。

进一步比较两种运动干预方案的效果在3个时间点的差异(表4、图1)发现， 前测：方案1、方案2实验组以及对照组均未在任何一个维度出现显著性差异，3个组别的执行功能水平同质。中测：方案1实验组与对照组比较3个子功能都出现显著性差异；方案2实验组与对照组比较刷新和转换功能出现显著性差异，而抑制功能没有出现显著性差异；且方案1与方案2比较，抑制、刷新和转换功能未有显著差异。后测：方案1的3个子功能与对照组比较均出现显著性差异，方案2实验组与对照组比较，刷新和转换功能均出现显著性差异，但是抑制功能没有出现显著性差异；且方案1与方案2比较，抑制和刷新功能出现显著性差异。

图 1 本研究两种运动干预方案执行功能效果3个时间点变化趋势图

3.3.2 两种运动干预方案的效果随时间变化的趋势

对方案1实验组、方案2实验组以及对照组执行功能3个子功能的组内多重比较结果发现(表5)，方案1实验组：抑制和转换功能水平都显示后测显著优于中测、前测，中测水平显著优于前测；刷新功能的后测和中测水平显著优于前测，但后测与中测水平相比没有出现显著性提高。方案2实验组：刷新和转换功能都显示后测显著优于中测、前测，中测水平显著优于前测；而抑制功能的后测和中测水平显著优于前测，但后测水平与中测水平相比没有出现显著性提高。对照组： 执行功能3个子功能都显示后测优于中测、前测水平，中测优于前测水平的变化特点。总之，两种运动干预方案对小学生3个执行功能子功能的效果存在着随时间增加，小学生执行功能水平不断提高的趋势，但变化趋势存在差异。

表 5 本研究两种运动干预方案效果随时间变化趋势的组内多重比较结果一览表

注：*P<0.05,与第1次前测结果比较；#P<0.05，与第2次中测结果比较。

综上结果可知，随时间增加，两种运动干预方案对小学执行功能3个子功能的效果不断提高，但两种运动干预方案的效果存在差异：在抑制维度上，方案1效果好于方案2；方案2“花样跑步”对于刷新功能的提高要好于方案1“武术+跳绳+8字跑”；方案1“武术+跳绳+8字跑”和方案2“花样跑步”对转换功能的提高效果相同。

4 讨论

4.1 两种运动干预方案对小学生执行功能的效果及其随时间变化的特征

本研究发现，两种运动干预方案均对小学生抑制功能具有促进作用，但效果存在差异。具体表现为：

方案1“武术+跳绳+8字跑”对小学生抑制功能的提高好于方案2“花样跑步”，且随时间变化效益更为显著。抑制功能是指在认知过程中必要时对占主导地位的、自动的、优势反应的抑制，让个体学会控制、掌握能够达到目标的执行能力。方案1“武术+跳绳+8字跑”属于组合类的运动项目：10 min的武术练习、10 min的跳绳练习和10 min的“8字”跑。方案1运动项目的多样性，需要学生随音乐信号的不同，抑制当前占主导地位的反应模式，变换运动项目或形式，在不同程度上更多地训练学生抑制功能。另外，国外的研究也证明，武术训练更加强调自我控制和抑制控制，对训练儿童抑制功能有很好的作用[7]。因此，长期的方案1活动促进了小学生的抑制功能的发展。

方案2是“花样跑步”，按照不同路线的跑步，需要进行身体和行为的控制不多，使得存在运用抑制控制的机会较少。尽管运动路线多样化，但是运动完成的内容只是单一的跑步运动，而且追踪研究的20周运动干预似乎已经能够程序化地完成规定好的运动路线，需要进行有意识的控制少。因此，方案2对于抑制功能的发展效果较差。

本研究发现，两种运动干预方案对小学生刷新功能具有促进作用，但效果存在差异，即方案2“花样跑步”的方案对小学生刷新功能的提高好于方案1“武术+跳绳+8字跑”，且随时间变化效益更为显著。刷新功能指根据新呈现的信息，对工作记忆中的内容进行持续修正的能力。刷新功能的本质在于按要求活跃地操作工作记忆的相关信息，而不是被动地保持储存信息。方案2的“花样跑步”主要方式就是根据不同的音乐信号，不断修正和更新身体姿态，保持好整个班级队伍的整齐，完成跑步路线的变化，该运动方案在不同程度上更多地锻炼了学生的刷新功能。而方案1的3个项目组合的运动方案中，武术和8字跑的运动包含对工作记忆中的内容进行持续修正的过程，对小学生的刷新功能发展具有促进作用，但是随着运动干预时间的增加，武术套路的动作逐渐形成自动化动作，其效果会逐渐减弱。因此，长期的方案2活动较方案1更好地促进了小学生刷新功能的发展。

本研究发现，两种运动干预方案均对小学生转换功能具有促进作用，效果不存在差异，且随时间变化效果更为显著。转换功能是指在执行复杂认知任务时心理操作或定势间的往复转换。也称“任务转换”。方案1的特点主要是随音乐信号的不同，在不同运动项目间转换；方案2的特点主要是随跑步路线的变化，身体姿势要做不同的转换。不同的运动项目和不同跑步路线的转换过程均能促进小学生转换功能的发展。因此，通过20周的学习和训练，小学生转换功能得到了显著提高，且效果越来越好。

4.2 本研究创新及未来研究建议

本研究选取执行功能发展关键期的三、五年级小学生为研究对象，采用了横向和纵向相结合的研究设计，从常态、发展角度全面考察了不同运动方案对小学生执行功能3个子功能的影响。本研究揭示了两种运动干预方案对小学生执行功能各个维度的效果以及随时间变化的特点，为全面揭示运动与小学生执行功能的关系寻求重要基础，首次选用两种不同运动干预方案，在课外体育活动时间对小学生进行干预，探讨了不同运动方案对小学生执行功能各子功能的影响，揭示了不同方案对小学生执行功能影响的特征，本研究得出了具有实践价值的结果，但该领域仍然存在许多问题值得进一步探讨。一些研究应探讨运动干预方案各要素(如运动项目、运动强度、每次持续时间等)单独及其交互作用对小学生执行功能的效果，全面揭示运动干预对小学生执行功能影响的“剂量效应”，为选择针对性的运动干预方案改善小学生执行功能提供基础。更多的研究应关注应用领域，如促进存在执行功能下降的小学生群体(肥胖、多动症等)执行功能健康发展的运动干预方案的开发研究。

5 结论

1.“武术+跳绳+8字跑”和“花样跑步”两种运动干预方案均对小学生执行功能具有促进作用，且随干预时间增加，效果更为显著。

2.“武术+跳绳+8字跑”和“花样跑步”两种方案在不同子功能上效果存在差异，各有所长，“武术+跳绳+8字跑”对小学生抑制功能的提高好于“花样跑步”，“花样跑步”对小学生刷新功能的提高好于“武术+跳绳+8字跑”。

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AFollow-upStudyonTwoKindsofExerciseInterventionProgramsforChildren’sExecutiveFunctions

YIN Heng-chan1,CHEN Ai-guo2,MA Zheng3,LI Xin-nan4,LIU Min5

pupil;executivefunction;exerciseinterventionprogram;follow-upstudy

1000-677X(2014)03-0024-05

2013-11-20；

：2014-02-10

全国教育科学“十一五”规划教育部重点课题 (DLA100338)。

殷恒婵(1963-)，女，山东龙口人，教授，硕士，博士研究生导师,主要研究方向为体育运动心理学理论与实践、体育运动与身心健康发展、体育运动与脑可塑性，Tel:(010)58805083，E-mail:yinhengchan@bnu.edu.cn。

1.北京师范大学 体育与运动学院，北京 100875;2.扬州大学 体育学院，江苏 扬州 225009;3.中国青年政治学院 体育教学中心，北京 100089;4.北京工商大学 体育与艺术教学部，北京 100048;5.曲阜师范大学 研究生处，山东 曲阜 273165 1.Beijing Normal University,Beijing 100875,China;2.Yangzhou University,Yangzhou 225009,China;3.China Youth University for Political Sciences,Beijing 100089,China;4.Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China;5.Qufu Normal University,Qufu 273165,China.

G804.8

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