两种台阶试验评定指数公式的比较研究

方光新

（铜陵学院，安徽 铜陵 244000）

两种台阶试验评定指数公式的比较研究

方光新

（铜陵学院，安徽 铜陵 244000）

采用文献资料法、实验法、数理统计法、对比分析法等研究方法，运用《国家学生体质健康标准》采用的台阶试验评定指数公式和运动医学理论重构台阶试验评定指数公式，对安徽省部分大学生心血管功能健康状况进行评定。结果表明，同一台阶试验中，运动医学理论重构新台阶试验评定指数公式能弥补现有台阶试验评定指数公式的缺陷，且新公式评分等级也更加细化，遵循人体动态心功能变化规律。因此，本研究为通过运动负荷来评价人体心血管功能水平提供一种新的计算方法。

台阶试验；评定指数；公式；比较；研究

新中国成立以来，党和国家一直非常关心和重视广大学生的身体健康，在不同时期先后制定了一系列政策和措施来确保提高青少年体质和健康水平，并于2002年开始在全国试行《国家学生体质健康标准》（以下简称《标准》）[2]。《标准》中规定, 台阶试验是城市小学五、六年级和初中以上(含大学) 的必测指标。通过这几年的实施发现，现行《标准》中的台阶试验评定指数有以下问题：(1)心率恢复缓慢的学生评价高于心率恢复快的学生；(2)台阶试验测试异常者被评定为心功能正常。尽管这些测得的数据在大面积检测中所占的比例较小，但是产生的负面影响也不小。首先，测试指标影响了学生对台阶试验评价有效度的信任以及追求身体健康的积极性。其次，影响了体育教师在台阶测试中对异常学生的重新诊断归类和不能及时为其提供科学锻炼身体的运动处方。

通过实验研究我们发现，该公式忽略了测试者脉搏的动态变化特点。台阶试验评定指数＝ 踏台上、下运动的持续时间（秒）×100／2×（3次测定脉搏的和），公式只是利用受试者运动后的3次脉搏和来评价心血管功能的健康与否，3个变量作为一个和，3个变量取不同的值可以得到一个和，它只能够对心血管功能正常的受试者做出好与不好的一般性判断, 对群体差异的多样性人群来说，尤其是心动过缓、心率异常两种状况无法进行精确判断。

鉴于以上思考，在体质测试中，依据运动医学理论重构了台阶试验评定公式。利用同一台阶测试测得的数据，探讨、修正台阶评定指数评价心血管功能的缺陷性问题和新的台阶评定指数的合理性、科学性。本研究旨在为人体通过运动负荷来评价心血管功能水平的试验提供一种计算方法的参考。

1. 重构台阶试验评定指数公式的思路

1.1 重构台阶试验评定指数公式依据

一个健康个体在安静时脉搏的范围在60～100次/分，在相同时间、同等运动强度的负荷下，脉搏在恢复期快速恢复到安静状态，脉搏的动态变化小（运动后的脉搏与安静时脉搏的差值），从医学角度分析，此人心脏是健康的、优秀的。

1.2 台阶试验测试表与受试者运动后脉搏趋势图

表一是记录台阶试验受试者一分钟安静脉搏和运动后1～1.5min、2～2.5 min、3～3.5min三次30s脉搏数。

表1 台阶试验测试表

图一是台阶试验受试者运动后三个时段脉搏（次/min）的动态变化（△HR1=2M1－安静心率；△HR2=2M2－ 安静心率；△HR3=2M3－安静心率）和脉搏恢复速率（2M1－2M3）

图一 运动后脉搏动态变化趋势图

1.3 重构台阶试验评定指数公式成立的条件

重构台阶试验评定指数公式成立需要满足以下条件。

首先，在相同时间、同等负荷下，受试者台阶运动后脉搏的动态变化要小（运动后的脉搏与安静脉搏的差值），即（2M1-M+2M2-M+2M3-M）数值越小越好，反映心血管功能好。

其次，受试者运动后脉搏在恢复期能快速恢复到安静状态即脉搏的恢复速率（2M1→2M2→2M3→M）越快越好，即（2M1－2M3）差值越大反映心血管功能好，也就是第三次测的脉搏数（次/min）越靠近安静脉搏越好。

再次，只要同时满足（1）、（2）两点，此人心脏才是健康的、优秀的。

此外，上面两个变量的比值正好反映动态心血管功能水平的好坏，数据越小表示心功能越好。

1.4 新的台阶评定指数公式构建

新的台阶评定指数＝运动后的3次脉搏数（次/分）分别与安静脉搏差的和／运动后第一次与第三次的脉搏差（次/分）

注：分母为什么不是2(M1－M3）？正常情况是受试者运动后脉搏数是依次递减2M1>2M2>2M3≥M，如果M2>M1或 M3>M2，计算机就会把这次检测归类为异常，有待对受试者重新诊断归类，目的使公式具有甄别功能。

1.5 重构台阶试验评定指数公式的理论依据

台阶试验新评定指数公式符合运动生理学理论，心脏活动受心交感神经和迷走神经的双重支配，随着运动负荷的加大，心交感神经兴奋性提高，也就是心脏活动加快、加强。受试者心率动态变化数值（△HR1=2M1－ 安静心率；△HR2=2M2－安静心率；△HR3=2M3－安静心率）随负荷量增强而增大。心脏功能好的受试者，同样负荷量，心率变化幅度不会很大（即脉搏的动态变化不大）。运动结束后，迷走神经紧张性增高，心脏活动随及减慢、减弱。心脏功能好的受试者，同样负荷后，心脏恢复速率较快（脉搏恢复速率较快），即（2M1－2M3）差值越大心功能越好。新公式中的分子表示心脏受心交感神经支配心率的变化幅度，数值越小越好。分母表示心脏受迷走神经支配心率的恢复速率，差值越大越好。它们的比值正好反映动态心功能变化水平。这个公式可以用来评价受试者任何负荷时，心功能的变化恢复情况（相同时间，同样负荷下，受试者心功能量化评价才具有可比性）。

2. 现有台阶评定指数公式和重构台阶评定指数公式的比较研究

2.1 测试对象

实验选取对象为铜陵学院2015级大学生，年龄分布为18－19岁。其中男生120人，身高170.2±5.2cm，体重58±7.3kg；女生110人，身高156±5.5cm，体重48.2±6.3kg。

2.2 测试仪器

标准台阶：8个，电子台阶仪一台，Polar心率表8块。

2.3 测试方法

随机抽取符合条件的120名男生和110名女生，按照台阶试验的要求进行台阶测试，测试前，专人进行安静心率测试（连续测试两次，两次相差不超过一次，否则休息重测），及时记录下安静心率和运动后1～1.5min、2～2.5min、3～3.5min三次脉搏数，数据特别异常情况剔除，此次测得男生有效数据113人；女生有效数据103人，最后按照台阶公式和台阶新公式计算出每位学生的PEI（Physical efficiency Index）。

注：新公式求得的台阶评定指数简称台阶新指数。

2.4 测试结果分析

2.4.1 重构台阶评定指数服从正态分布

x2拟合检验法是在总体分布为未知时，根据样本来检验总体分布的假设。

通过收集男、女大学生重构台阶评定指数数据，计算出2015级103名女生的均值为4.086， 标准差为1.98，自由度6，求得x2=3.9 0.05，

0.05

说明女生台阶新指数是服从正态分布的。同样方法计算出2015级113名男生的均值为3.76，标准差为1.79，自由度6，求得x2=11.34 < x2(6)=12.59, P>0.05，故认

0.05 为男生台阶新指数也服从正态分布。

2.4.2 重构台阶评定指数标准等级划分

首先规定各等级人数比例：优秀10%，良好40%，及格40%，不及格10%。

根据台阶新指数服从正态分布，2015级男、女生的均值和标准差，建立男、女大学生等级评定标准（表2、表3）。

表2 大学女生台阶新指数评定等级标准

表3 大学男生台阶新指数评定等级标准

2.4.3 男、女大学生台阶新指数与现有台阶评定指数评定等级对比

表4显示，台阶新指数等级评定女生有8人、男生有3人在测试时异常，而台阶评定指数评价的却是正常。

表4 2015级大学男、女生评定等级人数表

从表4可知，女生用台阶评定指数评定优秀的有14人；表5对这14人用台阶新指数进行等级划分，优秀的5人，良好3人，及格2人，异常4人。由表5、表6可见，两种方法评价心血管功能健康状况差别很大。

表5 2015级女生台阶评定等级人数用台阶新指数进行等级划分

表6 2015级男生台阶评定等级人数用台阶新指数进行等级划分

通过表4、表5、表6三张表可以看出，用两种方法计算女生成绩是同一等级的重合率：优秀35.7%；良好34.7%；及格35.1%，不及格33.3%。计算男生成绩是同一等级的重合率：优秀31.3%；良好38.8%；及格36.4%，不及格50%。说明两种方法评定同一台阶试验成绩，同一等级重合率低。

2.4.4 两种指数评定方法对不同测试者的评定结果分析

同一台阶测试中， 测试结果获知2015级女生甲和女生乙的脉搏变化如表7，利用台阶评定指数公式计算两女生评定指数为51，属于良好等级。但运动生理学常识告诉我们，学生乙为心律失常者，两者有质的区别，台阶评定指数公式不能区别三次心率不是依次递减的状况。

表7 2015级女生甲和女生乙的脉搏变化

表8显示的是试验中2015级女生丙和丁的脉搏变化，利用台阶评定指数公式计算出两女生的评定指数为55，等级是良好，但从心脏恢复安静时的速率情况来说，女生丙在运动后3～3.5分钟脉搏基本恢复到安静水平，而女生丁在运动停止后三次脉搏数变化不大，属于心率过缓。但是台阶试验评定指数公式没有甄别，造成评价错误。

表8 2015级女生丙和女生丁的脉搏变化

根据新公式对表7、表8产生的试验现象进行评定分析，把甲、乙、丙、丁四位女生的脉搏数带入新公式，求得丙的新指数为1.85，等级属于优秀；甲的新指数为4.27，等级是及格；乙是心率失常者（运动后脉搏数如果是M2> M1或M3> M2，计算机就会把这次检测归类到异常）；丁的新指数为10.88（若用新公式来评价心动过缓的受试者，公式的分母非常小，造成评价指数特别大，从数据中就能判定学生丁此次测试属于异常）。通过台阶新指数表明，女生丙心功能最好，其次是甲，乙和丁需重新诊断归类。台阶新指数评价的排序正好符合动态心功能变化规律。

同一台阶试验中还观察到男生甲安静心率和运动后三次心率依次是：72，78，55，39；男生乙安静心率和运动后三次心率依次是：71，71，57，44；他们的台阶指数是52，评价等级是及格。而用新公式来评定，男生甲新指数是1.64，等级评定是优秀，男生乙新指数是2.43，评价等级是良好。新公式在考虑到男生甲和男生乙脉搏的动态变化差别不大情况下，还考虑到脉搏恢复速率越快（2M1→ 2M2→ 2M3→M）心功能越好，也就是运动后恢复期第三次测的脉搏数（次/min）越靠近安静脉搏越好。男生甲第三次脉搏数2×39次/min 比男生乙第三次脉搏数2×44次/min更靠近安静脉搏，故男生甲的新指数等级评定比男生乙好。

从受试者测得的台阶数据分别用不同的计算公式进行心血管功能的评价，评定等级结果不同，我们认为，现行的台阶评定指数评价心血管功能健康等级忽略了脉搏的动态变化（运动后脉搏变化与安静时脉搏的差值）以及脉搏的恢复速率（2M1－2M3），也未考虑个体差异的多样性人群，台阶公式只是利用受试者运动后恢复期的3次脉搏和来评价心血管功能的健康与否，3个变量作为一个和，3个变量取不同的值可以得到一个和，也就意味台阶试验评定指数无法区分运动后心率恢复的三种状况: (1)三次心率依次递减；(2)三次心率基本不变或递减很慢；(3)三次心率不是依次递减 而是第2次心率比第1次心率快或第3次心率高于第2次[10]。这是台阶公式缺陷性的主要原因。

2.4.5 同一台阶两种评定指数与心肺功能各指标之间的相关关系

根据计划，课题组还对安师大体育系部分学生的心肺功能进行了测试，获得男生有效数据44人，女生有效数据42人，并对数据进行了相关关系分析，实验结果如表9、表10所示：

表9 大学男生心肺机能评价指标相关关系一览表（n=44）

表10 大学女生心肺机能评价指标相关关系一览表（n=42）

最大吸氧量是医学界和体育界共同认可作为反映心血管系统功能水平最有说服力的校标，根据表9、表10得知，重构的台阶心功能评定指数与最大吸氧量、男生1000米女生800米成绩、肺活量呈显著的线性关系。

3. 结论

3.1 台阶试验是一项较好检测人体通过运动负荷来评价心血管功能水平的试验，现有台阶评定指数能正确评价学生的心血管机能，为学生确定适宜的体育锻炼计划提供客观的依据，但是现有台阶试验评定指数对受试者运动后心率恢复区分度不足。

3.2 通过实验研究表明，重构台阶试验评定指数公式修正了现有台阶试验评定指数的缺陷，其等级排序遵循动态心功能变化规律，评分等级也更加细化，因此，重构台阶试验评定指数公式为人体通过运动负荷来评价心血管功能水平提供了一种更加科学的计算方法。

3.3 重构台阶试验评定指数公式更加关注受试者运动后心率恢复状态，而运动后心率恢复的快慢是评价受试者心血管功能的重要指标之一，因此，重构台阶试验评定指数公式对于受试者心血管功能评定更加全面。

[1]教育部、国家体育总局关于实施《国家学生体质健康标准》的通知[Z].教体艺[2007]8号,2007-07-04.

[2]学生体质健康标准研究课题组.学生体质健康标准(试行方案)[M].北京:人民教育出版社,2002.

[3]冯连世,李开刚.运动员机能评定常用生理生化指标测试方法及应用[M].北京:人民体育出版社,2002.

[4]魏宗舒,等编.概率论与数理统计教程(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2008.

[5]刘定一,曹电康,李瑞年.对《学生体质健康标准》中台阶试验的研究与建议[J].体育科学,2004,24(10):54-75.

[6]王健,邓树勋.台阶试验质疑[J].中国体育科技,2003,39(2):61-64.

[7]方光新.台阶试验现状及发展趋势研究[J].铜陵学院学报,2011,10(3):123-124.

[8]张雪.哈佛式台阶高度的改进——活动式台阶的试验研究[J].中国现代教育装备,2009(7):69-71.

[9]张雪.台阶试验的演进历程及发展构想[J].实验技术与管理.2015,27(2):41-43.

[10]李文杰.关于台阶负荷的心功能指数公式的修正及评分表制定的探讨[J].高校运动医学论丛,2002(8).

[11]周志雄,季钢,张凡.《学生体质健康标准》中心血管功能评定指标的同质性和有效性的实验研究[J].体育科学,2006,26(11):75-79.

Research on the Comparison Between Two Formulas of the Assessment Index of Step Experiment

Fang Guang-Xin
（Tongling University,Tongling Anhui 244000,China）

The assessment results coming from making use of the formula of step experiment assessment index based on such approaches as reference approach, experiment approach, statistics approach, comparison and analysis approach and The National Standards of the Students' Physical Health to evaluate the cardiovascular system and health conditions of some college students of Anhui province and the results from using the formula of step experiment assessment index based on sports medicine theory reconstruction show that in the same step experiment, the new formula can make up for the flaws of the old formula, and the grading of the new formula is more detailed, following the dynamic changing law of human heart function. Therefore, this research provides a calculation method for evaluating levels of human cardiovascular function through sports load.

step experiment; assessment index; formula; comparison; research

G804.49

A

1672-0547(2016)05-0097-05

2016-11-17

安徽省省级质量工程教学研究项目(2013jxxm223)

方光新(1969-),女,安徽黄山人,铜陵学院讲师,硕士,研究方向:体育教育训练学和体质健康。