基于自我效能和结果期待的踝泵康复人群身体活动影响研究

文／韩 挺，樊博洋（上海交通大学 设计学院）

世卫组织于2002年提出，强调通过“健康、参与和保障的机会尽可能发挥最大效应”，提升老年人的生活质量，帮助老年人维持独立生活的自主能力。大量研究表明，运动是支持“积极老龄化”过程的关键因素。南洋理工大学的WU Z[1]等指出，参加有规律的体育锻炼可以提高老年人的健康和生活质量，减少跌倒等意外事件的发生，即使是每天进行30 min的中等强度锻炼也可以显著降低慢性病的风险[2]。

尽管存在诸多益处，老年人的运动参与率与依从性仍然普遍较低，研究指出，大多数老年人久坐不动，不愿运动[1]。MANDRYK[3]从3个方面归纳了运动参与的阻碍因素，分别为心理障碍（包括缺乏运动兴趣与运动意识，由于生理机能下降产生的运动信心不足及自我效能低下）、物理障碍（包括场地或器材的限制，天气环境的影响）与时间障碍。

VELAZQUEZ A[4]指出，老年人在衰老过程中往往会经历运动能力的下降，这会令老年人产生消极情绪，丧失运动兴趣，并最终加速运动能力下降的恶性循环。特别是对于患病或行动不便的老年人来说，持续的病痛、脆弱的心理和受限的活动能力与活动范围往往使他们无法像正常老年人一样定期参与锻炼，享受运动带来的乐趣。而另一方面，锻炼自身的性质（如多为单人运动、动作重复、过程枯燥等）也会导致运动动机的缺乏与参与兴趣的降低。

一、相关研究

1.1 身体活动

激励身体活动正成为一个越来越受关注的问题。研究表明，科学的身体活动对个人的身体、心理和社会发展至关重要。信息和通信技术（ICT）领域已应用于多个研究领域。医疗健康领域是利用信息通信技术应用的主要领域之一。数字健康的定义出现在描述这一综合研究领域的文献中。健康技术越来越多地用于身体活动的促进和干预，如身体活动自我监测技术（Physical Activity Self-Monitoring Technologies，PAMTs）。

身体活动自我监测技术包括一系列类型、机制和功能，与个人身体的连接方式也各不相同(如平板设备上的应用程序、腕带或IMU等)。不少研究验证了不同身体活动自我监测技术的可靠性和有效性[5]。

1.2 社会认知理论

我们试图研究技术如何支持健康行为的内在动机和自我能效，以促进身体活动的态度。社会认知理论（Social Cognitive Theory，SCT）是一种公认的解释人类认知、行为及其社会环境如何相互影响的理论[6-10]。在社会认知理论中，健康行为是由两个态度因素诱发的：自我效能和结果期望。自我效能是我们对自己完成一项任务的能力的信念（例如有规律地保持活跃）。结果预期是我们对完成任务后会发生什么的信念。

社会认知理论作为人类行为模型的重要性已被健康综述论文证实，这些论文显示自我效能感是身体行为的关键预测因子[11，12]，表1显示了SCT中的关键结构。

表1 实验对象的基本情况

1.3 身体活动支持技术

个人信息学领域[13]研究了如何通过新颖的设计元素来增强健康追踪数据。隐喻性可视化是一种设计元素，可以帮助用户感觉与他们的数据更有联系，例如，使用鱼缸、花园和飞船燃料隐喻来可视化PA数据[14-16]。目标设定工具是帮助人们选择和管理自己健身目标的设计元素，例如Bounce[17]，Fitbit Plan[18]， GoalPost[19]， Habito[20]。反射支持是一种设计元素，旨在帮助人们了解自己的行为，例如，VisualizedSelf[21]， Health mashup[22]，Reflection Companion[23]。

二、方 法

我们开发了Luckit原型，以研究身体活动技术如何支持健康行为的内在动机和自我能效，以促进身体活动的态度，更具体地说，是自我效能和结果预期。然后，我们进行了一项实验研究，检验Luckit对用户的内部动机、自我效能、运动依从等方面的影响。

2.1 Luckit原型设计

Luckit系统包含运动游戏、硬件设备、软件平台3大模块（见图1a）。硬件设备基于踝泵运动的相关特征定义识别算法，通过可穿戴传感器识别老年用户的动作输入；软件平台中的游戏库为用户提供包含竞争与合作模式的“乒乓风云”（见图1b）、结合认知与运动任务的“煎蛋侠”（见图1c）、怀旧主题的益智类游戏和“寻找大哥大”（见图1d）等多种运动游戏供用户自由选择。在运动游戏中，用户的运动数据映射为游戏中的相关操作并产生实时的训练反馈，获取的用户数据应用于软件平台中的个人中心、新手引导、管理工具等功能模块，辅助用户了解自己的运动表现，制定合适的锻炼计划。此外，针对老年患者在住院条件下缺少获取与自身疾病相关知识的渠道等痛点问题，软件平台中还嵌入了“健康课堂”功能，帮助老年用户了解相关健康资讯。同时，根据适老交互产品的设计要求，在硬件设备中也引入了灯光、振动等交互反馈形式，通过多感官通道的刺激辅助老年用户感知反馈内容。

2.2 用户场景

Luckit为用户提供一种有效且有趣的身体活动方式。使用前，用户需要将可穿戴传感设备“好好配”佩戴在脚背相应位置，根据系统指令学习正确的运动方式，系统将通过传感器实时监测用户姿态，给出相应的锻炼建议。在使用过程中，通过软件端游戏内容的设计，用户在达成锻炼目标的同时，也将收获更具趣味性的情感体验。在踝泵运动的基础上，系统也提供了多种不同的运动输入方式，可穿戴设备可灵活佩戴在其他身体部位，如手腕或手臂，检测相应的运动内容，以适应不同用户的锻炼需求。同时，Luckit支持多名用户同时使用，为产品使用的过程创造了更多的社会互动契机，以进一步起到促进运动参与，塑造归属感等积极心态。

2.3 设计原理

健康行为是由自我效能感和结果期望两个态度因素诱发的，Luckit的设计理念遵循技术支持健康行为的内在动机和自我能效，以促进身体活动的态度。

用户对信息系统的接受程度受其对系统感知有用性影响[24]。Luckit系统中，物理层通过传感器捕捉用户的身体动作，数据层将其转换为游戏输入，并将其与语义层中的身体活动和游戏目标相比较，游戏层实时更新相应的游戏场景，在显示层呈现适当形式的反馈，并最终引发结果层中用户的行为结果（见图1）。

图1 Luckit原型

LU[25]的研究指出，运动游戏中的叙事元素不仅可以增强角色与情节的互动，还可以使用户产生更高的运动动机，享受重复的训练并获得更加积极的行为结果。Luckit系统选择老年人熟悉或能够满足怀旧情感倾向的元素，借助叙事等手段在内容与用户生活间建立联系。

研究表明，系统中的社交机会是促进老年用户自发参与运动游戏的重要原因[4]。Luckit系统设计中，通过设置水平匹配的“对手”，在保证一定的挑战性、激发用户持续参与动机的同时，避免因水平差距悬殊而导致用户产生自卑、挫败等消极心态。VELAZQUEZ A[26]等人在观察一群老年用户使用运动游戏产品的表现时发现，当老年用户独自在其他人前参与游戏时，会更容易产生肢体不协调等问题和沮丧情绪。Luckit系统设计引入合作模式，支持用户以小组的形式参与，参与者表现出更高的自主性（autonomy）和归属感（relatedness）。

三、实验设计

3.1 实验对象

本研究选取了24名老年住院患者作为研究对象，纳入标准包括：年龄＞50周岁；视听功能正常或在眼镜、助听器等设备的辅助下无视听障碍；意识清醒且可进行康复锻炼；患者及家属均知情且同意参加本项研究。实验前数字评分法疼痛评分（NRS）≤6。无法进行踝泵运动，存在语言沟通或认知功能障碍，有下肢深静脉血栓或相关病史，抑或是凝血功能异常的患者均被排除在研究范围之外。在实验开始前，实验对象按随机数字表法被分为对照组、合作组与竞争组3个小组，每组各8人，包括4名男性与4名女性患者。各组被试的年龄、身高、体重、数字评分法疼痛评分在统计学上均无显著性差异（P＞0.05），具有可比性（见表1，图2）。

图2 被试和实验现场环境

3.2 研究工具

3.2.1 疼痛数字评价量表疼痛数字评价量表（Numerical Rating Scale，NRS）是临床上常用的单维度疼痛评价方法，用0～10之间的数字表示疼痛强度，尤其适用于老年人群或文化程度较低者。应用NRS，检验运动游戏是否具有降低患者疼痛水平感知的作用，或存在造成患者健康伤害的风险，同时保障产品的安全性。

3.2.2 简版整体自我效能量表GSE-6简版整体自我效能量表是衡量用户自我效能的有效工具，包含6个问题，要求参与者根据“完全不正确”（1）到“完全正确”（4）的等级来评定每个问题中的描述对于他们的适用程度。通过对比干预前后被试自我效能感的变化，评估运动游戏及不同的干预机制对老年人个人能力感知的影响，并作为预测依从性的指标之一。

3.2.3 内在动机量表之兴趣/享受子量表在内在动机量表 （Intrinsic Motivation Inventory,IMI）的6个子量表中，能直接反映内在动机水平的只有兴趣/享受子量表。本研究使用该子量表衡量样本在干预过程中的动机水平与享受程度。

3.2.4 主观疲劳量表主观疲劳量表 （Rating of Perceived Exertion，RPE）将对于运动负荷的主观感受分为6级到20级，由弱到强的描述了运动过程中的主观耗力感受。测量样本对于干预过程的主观疲劳感受可以对比不同条件下的样本对于运动强度的感知是否存在区别，检测当前所采用的运动强度是否恰当。RPE已经被证明具有足够的重测信度与效度，且与心率之间存在强相关性。

3.2.5 彩色多普勒超声诊断仪使用PhilipsiU22彩色多普勒超声诊断仪（探头频率5～12 MHz）测量实验前后参与者同一部位（腹股沟）的股静脉收缩期峰值血流速度（PSV）与舒张期平均血流速度（MDV）等血流动力学指标，评估运动游戏对参与者身体机能的影响，并进一步验证其在提高血液流速、降低深静脉血栓生成等方面的潜在临床应用价值。仪器全程由一名专业医生进行操作，并在诊断仪内置的操作系统中对每一位用户的数据进行了处理与保存。

四、结果与分析

由单因素方差分析（one-way ANOVA）可得，干预前各组的PSV、MDV、自我效能与疼痛水平评分的组间差异显著性均大于0.05，证明各组参与者实验前的基线数据无明显差异（见表2）。

4.1 血流动力学指标

由配对t检验可得，各组在实验后的PSV与MDV数据均出现了一定程度的增长，证明进行传统踝泵运动或运动游戏都可以加快参与者的血液流速。其中，除对照组的MDV数据仅呈现出0.05的显著性外，其余各项数据的P值均小于0.01，具体数据可见表2。进一步对PSV对MDV数据在实验前后的差值进行组间单因素方差分析，不同组样本对于PSV与MDV数据的变化（实验前—实验后）均无显著性差异。

表2 实验前基线数据的单方差分析

4.2 疼痛评价

由配对t检验可得，对照组的疼痛数字评分在实验后明显上升 （P＜0.01），而竞争组与合作组参与者在实验后的疼痛评分则呈下降趋势，但差异并不显著（见表3）。这表明运动游戏在对疼痛的主观感受上并不会产生消极的影响。

表3 实验前后PSV与MDV数据的配对t检验

4.3 主观疲劳与内在动机

单因素方差分析显示，对照组在干预过程中的主观疲劳评分（14.25±0.89）高于竞争组（11.75±0.89）与合作组（10.38±2.97），呈现出0.01水平的显著差异（F=8.897，P=0.002），这表明传统踝泵运动下的用户可能会相对于运动游戏下的用户感知到更高的体力活动水平。而在内在动机上，对照组的评分（15.50±6.12）则显著低于竞争组（48.50±0.53）与合作组（46.00±2.27）。

进一步对比竞争与合作机制对于参与者主观疲劳程度与内在动机的影响可知（见表4），两组样本在对运动疲劳程度的主观感知上无明显差异，而竞争组则在内在动机上表现出了显著更高的兴趣/享受水平（P＜0.01）。

表4 实验前后NRS疼痛评分的配对t检验

4.4 自我效能与依从度

由配对t检验可得，对照组在参与实验后的自我效能评分显著降低，而竞争组与合作组的评分则显著升高，分值变化（实验前—实验后）如图3所示。

图3 实验前后自我效能评分的变化

通过对竞争与合作两组样本自我效能评分的前后差值进行进一步的方差分析，还发现两组在对自我效能的改变程度上具有显著差异，合作组中自我效能取得了更为明显的提升（见表5）。

表5 竞争组与对照组主观疲劳与内部动机评分的方差分析

在依从度上，合作组中的所有样本都完成了实验最后阶段的5 min“自由锻炼”，竞争组中坚持完成这一过程的样本比例为87.5%，而对照组中这一比例仅为50%。卡方分析可得，不同组对于“自由锻炼”环节的依从性均呈现出显著差异 （chi=6.568，P=0.037<0.05），而在合作组与竞争组之间，这差异并不显著（P=0.302＞0.05）（见表6）。

表6 竞争组与对照组自我效能评分差值的方差分析

五、讨论与结论

在使用产品的过程中，竞争组与合作组样本的收缩期峰值血流速度与舒张期平均血流速度均显著加快，且与参与传统踝泵运动的样本相比，血液流速的变化程度并不存在显著差异。Luckit系统达成传统踝泵运动所能带来的锻炼效果，促进血液流动，降低住院场景下久卧/久坐行为中潜在的疾病发生风险。

在疼痛水平上，无论是竞争性还是合作性的运动游戏，都没有增加被试者的主观疼痛感知水平。对比对照组中数字疼痛评分显著增加的现象，这可能是因为传统锻炼中单一且重复的动作很容易变得枯燥乏味，在一定程度上强化老年用户对于负面感受的感知，而运动游戏产品中所提供的视听触等多感官刺激和成就、新奇等积极情绪体验则可以在一定程度上转移老年用户对痛苦感觉的注意力。

在主观疲劳程度上，竞争组的评分略高于合作组，但差异并不明显。这与此前研究中“竞争性运动游戏可以增加玩家的体力消耗”保持了一致。竞争组与合作组在运动量上的不明显差异可能也是两者在促进血液流动（提高PSV与MDV）的效果上无显著差异的原因之一。

本研究提出了一种技术如何支持健康行为的内在动机和自我能效，以促进身体活动的态度，进一步支持身体活动的方法（见图4）。

图4 技术支持健康行为的内在动机和自我能效的过程

5.1 自我效能

运动游戏使老年用户的自我效能改善，传统运动则使自我效能显著降低。成功经验一般被认为可以增强自我效能[7]，而Luckit系统所提供的竞争与合作游戏任务都为“成功”感受的获得提供了更多的契机。对比传统康复训练运动，独自运动的形式和单一枯燥的内容往往无法使用户难以产生坚持的动力，以至无法达成预期锻炼效果，产生对个人能力的质疑。

用户在使用合作模式下运动游戏的过程中获得了相较于竞争模式更为明显的差异。这可以通过STAINO等[27]的观点解释：合作性游戏提供了需要共同实现的目标，并在团队凝聚力的作用下为用户带来了社会支持和自我效能的增加，而自我效能感的提升还可以进一步促进用户坚持锻炼行为。自我效能还通常被视作预测运动依从性的有效指标[28]，这可能也是造成实验中合作组依从性略高于竞争组（差异不显著）的原因之一。

5.2 结果期望

与现实生活相关（怀旧元素）或具有教育意义的主题更能吸引老年用户的兴趣。Luckit系统选择老年人熟悉或能够满足怀旧情感倾向的元素，借助叙事等手段在游戏内容与用户生活间建立联系，确定合适的主题。

在实验过程中，尽管两个运动游戏组样本的内在动机水平均高于实验组，但竞争组的评分更高，且显著高于合作组。Luckit系统中的《乒乓风云》采用了比较合理的难度设置，一是在由计算机生成的“虚拟对手用户”的设计中考虑到了老年用户的身体活动能力，设置了与之相匹配的能力水平；二是游戏的难度随时间逐渐提升，持续的时间受用户身体活动的表现影响，这在一定程度上平衡了能力限制与挑战感之间的关系。KAPLAN等指出，这种基于用户技能的难度调整机制可以在系统设计中避免用户产生厌倦或沮丧的心理感受，创造更佳的使用体验。BALDWIN等人对动态难度调整机制（mDDA）的研究中，避免内部动机降低的现象，使得竞争机制更加充分发挥了其创造乐趣、促进发动机的作用。