8周中等强度足球运动游戏对学龄前儿童执行功能发展的影响
2015-03-07江大雷曾从周
江大雷,曾从周
8周中等强度足球运动游戏对学龄前儿童执行功能发展的影响
江大雷1,2,曾从周3
目的:探讨足球运动游戏对5~6岁学龄前儿童执行功能及3个维度发展的影响。方法:选取学龄前儿童61人作为被试,随机分为对照组30人和实验组31人,实验组进行中等强度足球运动游戏,每次35 min,每周2次,共8周,通过心率控制运动强度。实验前、后测定身体素质和执行功能,执行功能测查包括抑制控制(熊猫-狮子任务和雪地-绿草任务)、工作记忆(科斯积木和反科斯积木任务)和认知灵活性(项目灵活选择任务)。结果:实验组儿童执行功能总分和抑制控制得分显著高于对照组(P<0.05),而其余指标无显著性差异。时间和组别在执行功能总分及抑制控制和认知灵活性上有显著的交互作用。结论:8周足球运动游戏促进了学龄前儿童执行功能发展,提高抑制控制能力。
足球运动;协调性运动;执行功能;学前儿童
1 前言
执行功能尚没有统一的定义[14],适应性的、灵活的、复杂的目标定向性行为需要计划、抑制、转换和工作记忆的共同参与,这些心理过程均归于执行功能概念的范畴。其本质是对一般认知过程进行控制和调节[2]。执行功能包括3个核心内容:抑制控制、工作记忆和认知灵活性,在此基础上形成推理、计划等高级执行功能,已受到广泛证实和认同[15,31],执行功能对于身体和心理的健康是非常必要的,良好的执行功能促进个体认知、社会心理方面的发展,有利于在学业和生活上取得成功[15]。
执行功能发生在出生后1岁左右,学前期和学龄期儿童的执行功能在各方面都有显著的发展,12岁左右基本接近成人水平。执行功能在个体5~9岁时,有1个明显的发展过程[24]。学前阶段的执行功能核心成分的发展为成年期高级认知功能的获得提供重要的平台[20]。适当的运动可改善前额叶皮质功能,提高执行功能,而缺少运动可损伤执行功能[15]。研究表明,无论是1次性短时间运动还是长期运动锻炼均能够提高儿童的执行功能[22],且有认知活动参与的、低、中强度的运动更能有效促进儿童执行功能的发展[17]。Sibley等人Meta分析结果表明,运动锻炼可显著影响儿童认知能力(效果量为0.32,高于成人或青少年,其效果量为0.12~0.16)[37],但目前相关研究运动形式多为有氧运动,多为横断面研究,尚存在运动方案不明确以及测评方法不可靠等问题,不同运动方法和内容、不同运动强度和时间有待于进一步研究。
协调性运动是多个身体部位共同参与的、以复杂运动动作为主的目标定向行为[28],诸多研究表明其可以显著改善儿童认知能力。Egan等人研究表明,协调性运动提高动作协调能力,并可提高儿童认知能力[19],可能与小脑的激活和神经行为系统的激活有关[20]。Yu-Kai Chang等采用Flanker任务比较了不同强度协调性运动对学龄前儿童执行功能的影响。结果表明,无论低强度运动和中等强度运动均能提高儿童的反应速度和反应准确性,神经电活动监测(ERP)表明,运动可以提高P3振幅和减低P3潜伏期,可改善儿童抑制控制能力,但由于该研究缺少对照组,尚不能排除运动、学习过程以及儿童成熟发育的交互作用[13],尚不能得出此类运动是影响执行功能的某一维度,还是影响执行功能,许多相关研究对此也存在争议[37]。本研究在相关研究基础上,采用足球运动游戏方式,对执行功能的3个维度进行综合评定,探讨协调性运动对5~6岁学龄前儿童执行功能及各维度的影响。
2 研究对象与方法
2.1 研究对象
选取某市幼儿园大班(63~75月龄)儿童61人作为本研究的被试,其中,男生为34人(67.23±3.5月龄),女生为27人(67.92±3.19月龄)。所有被试为正常发展儿童,无心血管相关疾病,无智力障碍,无精神疾病。被试在初选之后,采用由美国运动医学会运动锻炼指南(The American College of Sports Medicine (ACSM) Exercise Guidelines)推荐使用的健康筛查问卷对儿童的基本身体和精神状况进行评价[9],符合纳入标准者随机分为实验组和对照组。两组间被试在年龄、身高、体重、身体体重指数等指标方面均无显著性差异(P>0.05),两组间初始状态具有一致性(表1)。
表 1 本研究被试基本情况一览表
2.2 实验流程
整个实验过程在幼儿园的支持和配合下完成,并征得了儿童看护人同意,签署知情同意书,由儿童及其第1看护人共同完成个人基本信息的采集和问卷调查,实验前、后进行执行功能和身体素质测评。实验组进行足球运动锻炼,其余时间安排与对照组一致,整个实验过程由幼儿园老师和主试协作配合完成,鼓励儿童坚持完成实验过程。
2.3 运动方案
运动锻炼在下午放学后时间(17:30-18:30)进行,采用足球运动游戏方案[13],足球运动要求直觉技能和动作协调,需要主动肌和拮抗肌的协调配合,该方案以娱乐为主,不以提高足球技术和竞争为目的。根据美国运动医学运动指南,采用中等强度运动(60%~70%最大心率)[9],35 min/次,2次/周,共8周。单次运动方案包括准备活动(5 min)、主体部分(25 min)和整理活动(5 min)。准备活动和整理部分主要是牵拉练习(5 min),主体部分采用带球跑或冲刺,慢跑绕杆和射门练习。被试轮流佩戴心率表(Polar,Finland),监测心率控制运动强度。整个训练过程由2名足球专业教练配合完成。
2.4 身体素质测试方法
根据相关文献[5],对学龄前儿童进行身体素质测定,共包括立定跳远、网球掷远、坐位体前屈、10 m折返跑、走平衡木和双脚连续跳,分别反映儿童的肌肉耐力、爆发力、平衡能力和协调性等。
2.5 执行功能测试
2.5.1 实验用品
1)科斯积木9块;2)小贴画和包装纸若干,为儿童喜爱的卡通形象;3)小熊玩具1个和3个玩具盒,3个玩具盒形状、大小、颜色均相同,小熊玩具能被顺利装进玩具盒;4)11套玩具图片,其中2套练习图片,正式实验图片9套。
2.5.2 测试方法
执行功能包括抑制控制、工作记忆、认知灵活性等3个维度,分别采用相应的测试任务。针对学龄前儿童的测试任务可能出现实验任务难度较大而导致多数幼儿均不能较好地完成任务而出现地板效应(Floor effect),也可能因为实验任务难度较小而出现天花板效应(Ceiling effect)[6],使用多种测量任务测查1种执行功能可提高执行功能测量的信度[4]。依据相关文献[10],本研究将抑制控制和工作记忆分为2个不同难度的测试任务。采用科斯积木和反科斯积木任务测定简单工作记忆和复杂工作记忆,熊猫-狮子任务和绿草-白雪任务测定简单抑制控制和复杂抑制控制,灵活项目选择任务测定认知灵活性。
2.5.2.1 抑制控制测试任务
许多抑制控制任务不仅考察抑制控制,而且还包括工作记忆,这些任务考察了儿童运用规则控制自己行为的能力。Garon[20]把涉及工作记忆较少的执行功能测试任务作为简单抑制控制,而涉及适度工作记忆的作为复杂抑制控制。复杂抑制控制要求儿童记住强制规则,并根据规则抑制主要反应,这些任务要求对行为的语言控制。
1.简单抑制控制任务:采用熊猫-狮子任务(The Panda/Lion Test),该任务是国外熊-龙任务(Bear/Dragon Task,Reed等1984提出)[36]的中国改编版本,由于龙在中国文化中的特殊意义。因此,将任务名称改为熊猫-狮子任务。测试方法:主试拿出熊猫和狮子玩具,并告诉儿童“熊猫是好的,你要听他的话,狮子是坏的,不要听它的话。”例如,主试拿出熊猫玩具,并模仿其说“摸摸你的鼻子”,小朋友根据上述要求,触摸自己的鼻子。记分标准:动作完全正确得3分,部分正确得2分,错误动作得1分,没有动作得0分。主试拿出狮子玩具,并模仿其说“举起你的双手”,小朋友根据上述要求,不能做这个动作,记分标准:动作完全正确得0分,部分正确得1分,错误动作得2分,没有动作得3分。
2.复杂抑制控制任务:绿草-白雪任务(Grass-Snow task,Carlson等提出)[12],属于Stroop任务,学龄前儿童在该任务中遇到困难,困难的原因在于该任务存在高冲突[11]。测试方法:首先保证儿童能够识别绿草和白雪的颜色,当主试说“白雪”时,儿童指向绿色卡片,当主试说“绿草”时,儿童指向白色卡片。这个过程首先由主试讲解示范,儿童进行练习,练习过程中儿童出现错误,主试对规则再次讲解。必要时儿童需再次进行练习。接着儿童进行10次测试。记录正确次数。国内学者苏小玲等[3]对中国学龄前儿童进行该测试时,发现当该测试超过10次后,儿童的配合较差,无法有效完成测试任务,由此提出,该测试修改为10次,计算正确次数得分。
2.5.2.2 工作记忆测试任务
简单工作记忆要求记忆信息,复杂工作记忆要求刷新和操纵信息。科斯积木测试(The Corsi Blocks Test,Lezak等提出)[29],主要测定视觉-空间工作记忆,现已有电脑软件版科斯积木任务。但由于学龄前儿童使用电脑能力的限制,本研究仍然采用传统方法进行测试。
1.简单工作记忆任务:采用科斯积木测试(The Corsi Blocks Test)任务考察,具体方法为:主试随机将9块积木放在木板上,主试每次随机敲其中一定数量的积木(从2块开始依次递增到6块,每个水平随机选择积木敲打,每个水平测3次)。请被试按顺序敲刚才被主试敲过的积木,正确得1分,不正确得0分,最高得分为15分。
2.复杂工作记忆任务:采用反科斯积木测试(The Reverse Corsi Blocks Test)任务来考察,主试每次随机敲其中一定数量的积木(从2块开始依次递增到6块,每个水平随机选择积木敲打,每个水平测3次)。请被试按倒序敲刚才被主试敲过的积木,正确得1分,不正确得0分,最高得分为15分。
2.5.2.3 认知灵活性测试
认知灵活性又被称为定势转换,根据转换类型不同,分为注意力转换和反应转换,本研究从注意力转换(attention shifting)维度进行测定。
认知灵活性任务:采用灵活项目选择任务(Flexible Item Selection Task,Jacques 和 Zelazo改编而来)[23],考察儿童的抽象和灵活思维能力,对工作记忆的要求低, 对被试利用反馈能力的要求低,结果易于分析。测试方法:主要考察儿童灵活运用规则、在不同维度间灵活转变的能力。具体操作:每次实验中,主试向儿童呈现1张图片,图片上有3个图形(如蓝色中船、蓝色小兔子和红色小兔子),首先要求儿童根据某一维度指出匹配的两个图形(如形状:蓝色兔子和红色兔子),然后再让儿童根据某一维度指出匹配的两个图形(如颜色:蓝色兔子和蓝色中船),正确得1分,不正确得0分,正式试验有9套玩具图片,最高得分为18分。
2.5.3 执行功能测试流程
采用严格的测试程序,所有测试由1名主试完成,采用1对1测试模式,实验地点选择幼儿园单独房间,必要时与幼儿园教师配合完成。
预测试:随机选择5名幼儿进行预测试,对测试中出现的儿童不易理解的指导语进行修改,使之符合儿童的年龄特点。对测试环节中各个具体过程标准化。
正式测试:实验前、后分别进行测试,实验组和对照组所有儿童随机进入测试,每个被试接受执行功能5项测试,分为2天完成(连续测试时间不超过30 min),其中第1天上午选择3项执行功能任务,第2天上午进行其余2项执行功能测试。所有测试在6个工作日内完成,为避免测试任务顺序效应,测试任务的顺序遵循随机原则进行分配,其中熊猫-狮子任务和绿草-白雪任务要分开测试。
2.6 统计方法
所有数据录入SPSS 19.0软件包形成原始数据库,采用因子分析对执行功能进行结构分析,用重复测量方差分析方法分析足球运动游戏对儿童执行功能及各维度的影响,显著性水平取α=0.05。
3 结果
3.1 实验前、后组间儿童体质指标比较
实验前组间在7个体质测试指标:立定跳远、网球掷远、坐位体前屈、10 m折返跑、走平衡木、双脚连续跳和BMI上均无显著性差异,经过8周的足球运动游戏,实验组上述指标均显著高于对照组(P<0.05)。配对t检验显示实验组实验前、后立定跳远、10 m折返跑、走平衡木和BMI等均明显改善(P<0.05),而对照组部分指标高于实验前,但差异不显著。
表 2 本研究实验前、后儿童身体素质指标比较一览表
注:*实验后两组间比较,P<0.05,#实验前、后组内比较,P<0.05。
3.2 执行功能各任务的结构分析
采用因子分析方法对执行功能各测试任务进行分析,了解执行功能的内部结构。取样适当性数据KMO为0.87,Bartlett 球形检验结果相伴概率小于0.01,适合因子分析,只有1个因子的特征值大于1,解释方差变异的比率为66.46%。每个测试任务对因子的贡献率表明执行功能的结构效度较好。
表 3 本研究执行功能内部结构因素分析一览表
各个测试任务之间的相关系数为0.49~0.73,各测试任务之间的相关性较高,表明执行功能有较高的内部一致性。执行功能各维度测试得分与执行功能总分之间的相关系数为0.74~0.88,表明执行功能是1个统一整体概念。
图 1 本研究执行功能各维度的因子分析碎石图
熊猫⁃狮子任务绿草⁃白雪任务科斯积木任务反科斯积木任务灵活项目选择任务因子负荷0.810.770.870.870.76
表 5 本研究每项任务得分与执行功能总分的相关性一览表
注:*代表P<0.01。
3.3 足球运动游戏对学龄前儿童执行功能的影响
将执行功能总分和3个维度得分作为因变量,以时间和组别作为自变量,采用多元重复测量方差分析考察足球运动游戏对执行功能的影响,Mauchly球形检验结果表明,P<0.05,采用Greenhouse-Geissert校正的结果。实验前、后儿童在执行功能总分上具有显著的主效应F(1,29)=121.24,P<0.01。在工作记忆上具有显著的主效应F(1,29)=7.09,P<0.01。在抑制控制上具有显著的主效应F(1,29)=25.75,P<0.01。在认知灵活性上具有显著的主效应F(1,29)=19.23,P<0.01。实验组与对照组相比,抑制控制得分有显著性差异F(1,29)=0.04,P<0.05,而其余指标无差异。时间和组别在执行功能总分上有显著的交互作用F(1,29)=39.82,P<0.05,在抑制控制和认知灵活性上有交互作用,在工作记忆指标上无交互作用。
表 6 本研究实验前、后执行功能总分及各维度得分一览表
表 7 本研究时间和组别对执行功能总分及各维度得分的多元方差分析一览表
图 2 本研究时间和组别在执行功能总分及各维度得分上的交互作用
4 讨论
纵向或横向研究提示,不同年龄阶段、不同性别人群通过运动干预,不仅可以提高身体素质水平,而且认知能力和情绪调节能力均得到提升。但运动对认知能力影响的研究主要集中在青少年及以上年龄阶段人群,针对学龄前儿童的研究较少。鉴于学龄前儿童神经系统发育尚不成熟,运动对其身心的影响作用可能更为深刻。
研究表明,虽然1次性短时间运动可以提高执行功能,但作用可能是短暂的,长期重复锻炼是关键,执行功能能否提高与锻炼时间成正比[26],且随着执行功能的不断提高,对锻炼的难度也提出更高的要求,否则儿童容易失去兴趣。对于学龄前儿童来说,愿意参加并能从中获得愉快体验是儿童游戏的主要属性[8],运动形式较为单一、枯燥的有氧运动方法,如跑步等并不适合,本研究采用足球运动游戏,其特点是运动形式复杂多变,需要视觉、听觉、皮肤触觉以及本体感觉的参与,动作复杂性和脑激活模式呈共变关系[34],复杂动作更有效的改善大脑各系统激活模式[1],从而提高信息处理水平。运动内容丰富有趣,能带来快乐体验,促进社会交往,而悲伤、压抑等情绪损害执行功能[15]。经过8周的运动干预,5~6岁学龄前儿童力量、耐力、平衡能力和协调性等均显著提高,身体成分改善,身体素质水平明显提高,这与Chang Yu-Kai等研究[13]一致。足球运动可以提高儿童运动系统和心血管系统机能,且可提高神经系统功能[32],促进执行功能的发展。机理研究表明,足球运动游戏要求集中注意力、迅速变换动作、调整身体姿势、全身动作协调平衡并不断改变动作策略,属于协调性运动,与小脑关系较为密切,小脑系统尤其新小脑除了动作控制作用之外,还影响许多神经认知系统功能,如注意力系统、工作记忆及语言学习[16]。另外,前额叶系统是认知能力尤其执行功能的重要脑区,还参与动作协调控制,协调性运动可广泛激活与认知功能相关的神经系统,从而提高信息处理能力和神经认知能力[10]。
抑制控制是学龄前儿童执行功能研究中最多的维度[27]。学龄前儿童抑制控制能力较差,在实验室测定任务中,由于优势反应比较明显,经常急于做出反应,因而得出错误的结论。抑制控制能力在青少年时期持续发展并趋向于成熟[30]。生命早期阶段的抑制控制能力可预测成年后的抑制控制水平。Moffitt等[33]对同一城市、同一年出生的1 000名儿童跟踪调查32年,保留率达96%,3~11岁儿童有较好的抑制控制,例如讲秩序、做事专注并持之以恒、少冲动,成人后往往身心健康,遵纪守法,幸福感更高,没有超重、肥胖、高血压等问题。本研究结果表明,8周足球运动游戏可提高儿童抑制控制能力,这与诸多研究结果一致。Planinsec的研究表明,协调性运动与5~6岁儿童认知能力显著相关[35]。Budde[10]等发现急性协调性运动可提高青少年注意能力,推测可能与运动促进了与注意力相关脑区的前激活有关。Chang Yu-Kai[13]研究8周协调性运动对7~9岁儿童注意能力的影响,采用flanker 测试测定儿童反应准确性和速度。结果表明,协调性运动可以提高儿童的注意能力和思维处理过程,提高儿童抑制控制能力。这与采用有氧运动对不同年龄阶段儿童抑制控能力影响的研究结果是一致的[18-21],表明多种运动形式均可提高不同年龄阶段的儿童抑制控制能力。
工作记忆是对信息进行暂时加工和贮存的容量有限的记忆系统,在许多复杂的认知活动中起重要作用。包括语言工作记忆和非语言工作记忆(视觉-空间工作记忆)。本研究考察了儿童的视觉-空间工作记忆能力。结果表明,虽然实验后实验组儿童工作记忆得分高于对照组,但两组间未见显著性差异,相关研究结果尚不一致,可能与实验对象差异、测评方法有关。有研究[25]结果表明,7~9岁儿童进行为期1年的运动锻炼,每天2 h,包括70 min的有氧运动和50 min的动作控制练习,运动锻炼组的工作记忆能力提高,且工作记忆要求较高的运动方法能更有效地提高工作记忆,但与对照组相比,两组之间并未见显著性差异。而国内学者[7]研究了自编运动方法“武术+跳绳+8字跑”和“花样跑步”对小学生的执行功能的影响。该研究采用2-back任务评价刷新功能,结果武术和8字跑运动可以提高儿童的刷新能力,但随着动作自动化的形成,效果逐渐减弱,这与刷新功能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有关,执行功能的提高需要不断提高干预方法的难度和要求。本研究方案以娱乐为目的,而不强调竞争和拼搏以及对相关运动规则和技术的学习,可能是本研究中工作记忆未见明显改善的原因。Diamond[15]认为,竞技性体育活动要求儿童保持专注,提高工作记忆,严格执行训练方法和策略以及比赛规则,还可以带来快乐、自豪感,促进社会交往。目前为止,尚未见相关研究探讨竞技性体育活动对儿童执行功能的影响。
认知灵活性又被称为定势转换,是建立在抑制控制和工作记忆的基础上的。从出生~2岁为萌芽时期,3~5岁时开始发展,7~9 岁是第1个快速发展关键期。本研究结果显示,5~6岁儿童在认知灵活性任务上表现较差,普遍得分较低,实验后实验组和对照组未见显著性差异,但时间和组别存在显著性的交互作用,可能与学前儿童认知灵活性在该年龄阶段较为缓慢有关。殷恒婵等的研究结果表明,不同运动项目和不同跑动路线的变换均可以提高转换功能[7],本研究中提高运动中动作规则的要求以及完成动作的质量,并不断提高对动作技术的要求可能会产生不同的效果,有待于进一步研究。
执行功能可以通过运动获得提高,但与运动内容与形式有较大的关系[15],不同的运动训练内容可能会影响执行功能的不同维度。另外,在运动强度安排上,多数研究往往是采用统一运动强度。关于递增运动强度,不断提高对执行功能要求的运动方案对儿童认知影响效果也有待于进一步研究。
综上,本研究表明,8周足球运动游戏可改善5~6岁学龄前儿童身体素质水平,提高儿童执行功能,增强抑制控制能力,但对工作记忆和认知灵活性未见显著影响作用。本研究结论对学前儿童体育课程安排具有一定的指导和借鉴意义,以体育课为载体,采用足球运动游戏等运动内容,规律、长期的运动锻炼有利于儿童身体素质和认知能力的发展。
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The Effect of 8-week Soccer Exercise with Medium Intensity on Executive Function in Preschool Children
JIANG Da-lei1,2,ZENG Cong-zhou3
Objective:To investigate the effect of soccer exercise on executive function and its sub components on preschool children aged 5~6.Methods:61 children selected as subjects of this study,were randomly divided into control group and experimental group.Experimental group performed soccer exercise with moderate intensity,35 minutes each time,two times a week for 8 weeks,exercise was controlled for heart rate (HR).Physical fitness and executive function were measured before and after the experiment.Executive function test included inhibitory control (Panda-Lion task and Snow-Grass task),working memory (The Corsi Blocks Test and The reverse Corsi Blocks Test) and cognitive flexibility (Flexible Item Selection Task).Results:Scores of executive function and inhibitory control in the experimental group are significantly higher than that of control group (P<0.05),and no difference in other indexes.Time and group have significant interaction on scores of executive function and inhibitory control and cognitive flexibility.Conclusion:8-week soccer exercise can improve the children's executive function,especially inhibitory control.
soccerexercise;coordinativeexercise;executivefunction;preschooler
1002-9826(2015)02-0043-08
2014-07-17;
2014-08-29
江大雷 (1981-),男,安徽宿州人,讲师,在读博士研究生,主要研究方向为运动与健康,Tel:(010)62989581,E-mail:jdl2006@163.com;曾从周(1978-),女,河南许昌人,在读硕士研究生,主要研究方向为儿童发展心理学,E-mail:zengcongzhou@163.com。
1.北京体育大学 研究生院,北京 100084;2.许昌学院 体育学院,河南 许昌 610041;3.河南大学 研究生院,河南 开封 475004 1.Beijing Sports University,Beijing 100084,China;2.Xuchang University,Xuchang 610041,China;3.Henan University,Kaifen 475004,China.
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