PDF 國立臺北護理健康大學運動保健系碩士在職專班 碩士論文
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(2) 摘要 目的：本研究參考 d2-test 原則而發展中文化之田字注意力測驗，探討國小 新式健身操對國小一年級學童注意力之影響。方法：將國小一年級學童分為新 式健身操組與控制組，每組 58 人，共 116 人。於第一、二週各選一次靜態課程 後進行「田字注意力測驗」前測，第三、四週各選一次體育課，實驗組進行 6 分鐘的新式健身操活動，控制組進行 6 分鐘的靜態活動，每次活動結束後立即 進行後測。分析二組之注意力前後測分數是否有差異，並比較注意力後測分數 是否有差異。統計顯著水準皆設定為 α ＝ .05。結果：1. 就實驗組注意力前後 測平均分數來觀察：以 2 (組別) ×2 (前後測) 混合設計二因子變異數分析發現， 後測分數優於前測 (p < .001)。2. 實驗組與控制組注意力平均分數之比較：以 獨立樣本 t 檢定與無母數檢定法之 Mann-Whitney 檢定比較二組前測分數，發現 不具同質性 (p < .05)，故將前測分數視為一個共變項，以獨立樣本單因子單共 變量共變數分析，比較二組的後測分數，二組後測分數無顯著差異 (p > .05)。 結論：1. 運用 d2-test 原則所發展之田字注意力測驗有檢驗一年級學童選擇性注 意力的應用價值。2. 國小一年級學童在單次新式健身操活動後，注意力表現顯 著提升。3. 急性之單次運動在提升一年級學童注意力的效果方面，與靜態課程 之效果相去無幾。. 關鍵字：d2-test、田字注意力測驗、選擇性注意力、急性運動. i.
(3) ABSTRACT Purpose: The researcher-designed Tien-character attention test that applying the d2-test principles was used to investigate the effect of the elementary school gymnastics on the attention of the 1st- grade elementary school students. Method: One hundred and sixteen 1st-grade elementary school students were randomly divided into the acute gymnastics (experimental) group, and inactive (control) group. In weeks 1 and 2 (pre-test), the Tien-character attention test was applied after a regular school lesson. In weeks 3 and 4 (post-test), the same test was applied after 6-minutes gymnastics and inactive activities , respectively. Results: The 2 (groups) by 2 (times) mixed-designed two-way ANOVA was used to test the attention scores among groups and between the measured times. It was found that the experimental group had significantly higher scores in the post-test than in the pre-test (p < .05). Since the pre-test scores of experimental group were significantly higher than that of control group significantly via the independent groups t-test and Mann-Whitney test (p < .05),, one-way ANCOVA with pre-test scores as as a covariant was performed to compare the adjusted means of the post-test scores between groups. It showed no differences in the post-test measures (p > .05). Conclusion: 1) the Tien-character attention test was useful to measure the selective attention; 2) the attention of the 1st- grade elementary school students was improved significantly after the elementary school gymnastics ; and 3) the attention level of the acute gymnastics group was worse than that of the inactive group. Keywords: d2-test, Tien-character attention test, selective attention, acute exercise. ii.
(4) 目次 中文摘要......................................................................................................................... i 英文摘要........................................................................................................................ii 目次...............................................................................................................................iii 表次................................................................................................................................ v 圖次............................................................................................................................... vi 第一章. 緒論........................................................................................................ 1. 第一節. 研究背景............................................................................................ 1. 第二節. 研究問題與假說................................................................................ 3. 第三節. 研究限制............................................................................................ 4. 第四節. 名詞解釋............................................................................................ 4. 第二章. 理論基礎與相關文獻探討.................................................................... 5. 第一節. 執行功能與注意力之相關文獻探討................................................ 5. 第二節. d2-test 之相關文獻探討 .................................................................. 13. 第三節. 急性運動促進執行功能與注意力之相關文獻探討...................... 21. 第四節. 國小新式健身操之相關文獻探討.................................................. 30. 第三章. 研究方法.............................................................................................. 39. 第一節. 實驗參加者...................................................................................... 39. 第二節. 研究工具.......................................................................................... 39. 第三節. 研究流程.......................................................................................... 42. 第四節. 資料處理與統計分析...................................................................... 51. 第四章. 結果與討論.......................................................................................... 52. 第一節. 基本資料分析.................................................................................. 52. 第二節. 新式健身操對學童注意力表現影響之分析.................................. 53 iii.
(5) 第三節 第五章. 討論.................................................................................................. 57 結論與建議.......................................................................................... 61. 第一節. 結論.................................................................................................. 61. 第二節. 建議.................................................................................................. 61. 參考文獻...................................................................................................................... 63 中文部分 .......................................................................................................... 63 英文部分 .......................................................................................................... 65 附錄 1. 新式健身操(國小一至三年級)之分解動作與步驟 .................................... 75. 附錄 2. 田字注意力測驗四字版 (第一次預試) ...................................................... 84. 附錄 3. 田字注意力測驗四字版 (第二次預試) ...................................................... 85. 附錄 4. 田字注意力測驗 (說明頁) .......................................................................... 86. 附錄 5. 田字注意力測驗 (正式測驗頁) ................................................................ 87. 附錄 6. 田字注意力測驗 (練習頁) .......................................................................... 88. 附錄 7. 田字注意力測驗指導語............................................................................... 89. iv.
(6) 表次 表 2-1 新式健身操對學童體適能與心理特質影響之研究 ..................................... 34 表 3-1 田字注意力測驗各次預試結果之敘述性統計摘要表 ................................. 44 表 3-2 田字注意力測驗第一次預試之相關係數摘要表 ......................................... 45 表 3-3 田字注意力測驗第二次預試之相關係數摘要表 ......................................... 46 表 3-4 田字注意力測驗第三次預試之相關係數摘要表 ......................................... 47 表 4-1 實驗參與者田字注意力測驗各項得分之敘述性統計結果摘要表 ............. 52 表 4-2 田字注意力測驗主要依變項混合設計二因子變異數分析摘要表 ............. 53 表 4-3 田字注意力測驗主要依變項前測之獨立樣本 t 檢定摘要表 ....................... 54 表 4-4 田字注意力測驗主要依變項前測之 Mann–Whitney 檢定摘要表 ............... 55 表 4-5 田字注意力測驗主要依變項前測分數組內迴歸係數同質性檢定摘要表 .. 56 表 4-6 田字注意力測驗主要依變項共變數分析摘要表 ......................................... 56. v.
(7) 圖次 圖 2-1 以注意力控制為中心的執行功能模型 ................................................... 9 圖 2-2 d2 測驗的紀錄紙（recording sheet）示例 .......................................... 17 圖 3-1 實驗流程圖 ............................................................................................. 50. vi.
(8) 第一章. 緒論. 本研究目的旨在使用研究者依 d2-test 之原則所編製的田字注意力測驗，以 國小新式健身操活動為探討因子，透過觀察其對國小低年級學童執行功能之影 響，來發展與應用此注意力測驗。本章共分為四節，第一節研究背景；第二節 研究問題與假說；第三節研究限制；第四節名詞解釋。. 第一節 研究背景 教師在思考如何提升學生的學習效果時，「運動」或許是個簡單有效的方 法，近來，運動科學家與神經科學家開始將研究焦點放在身體活動對學習效果 的正面效應 (Hillman, Kamijo, & Scudder, 2011; Rasberry et al., 2011)，認為身體 活動有可能促進兒童的認知及學業表現。 大腦可塑性的概念在神經科學界漸漸受到重視，神經科學家發現身體活動 能引發一連串促使腦細胞彼此聯繫的生物變化，換句話說，運動創造一個新穎 的環境，可以調節失衡的系統、強化正常的系統，刺激大腦認知功能升級 (謝 維玲，2010)，而兒童的大腦尚未完全發育成熟，可塑性高，用運動來提升認知. 功能的效果比年輕的成人或老年人更好 (Sibley & Etnier, 2003; Smith et al., 2010)。但是，隨著兒童身體活動量不足 (Eaton et al., 2010)，不活動的生活型 態成為生活常態，體適能下降，有可能影響兒童在認知或學業上的表現 (王駿 濠等，2012；張育愷、林珈余，2010；廖智千、黃崇儒、洪聰敏，2011)。 小學的環境與設施提供改善學童身體活動量的良好條件 (Donnelly & Lambourne, 2011)，但諸多課程與活動競爭校園中有限的時間資源，短時間的單 次運動，也就是急性運動 (acute exercise)，能增加身體活動量，且可能提升學 生注意力 (Drollette, Shishido, Pontifex, & Hillman, 2012)，並改善學業成績. 1.
(9) (Davis et al., 2011; Hillman et al., 2009)，此種以短暫時間所進行的活動或許是改 善學生身體活動與認知的解決方案。為促進學生的體適能，教育部聘請專家編 製國小新式健身操教材－「Safe Out 運動身體好」 (教育部體育署，2015)，以 節奏明快的歌曲，加上活潑的動作組合，進行身體大肌肉活動，同時訓練協調 性與平衡感 (席家玉，1998)，一次循環僅需 6 分鐘，是目前國小廣泛推行的急 性運動，雖有某些相關研究，但是其中聚焦於以新式健身操提升認知功能的研 究，僅限於與記憶相關的研究範疇 (江東軒，2011)。 近年來，為了探知有氧運動對兒童大腦健康與認知正面相關性，有許多不 同方法，例如測量任務表現 (反應時間、回答正確率；Hillman 等，2006)、大 腦功能 (事件相關電位；Pontifex 等，2011) 與大腦結構 (核磁共振造影； Chaddock 等，2010a,b) 等 (Tomporowski, McCullick, Pendleton, & Pesce, 2015)， 這些測量方式都有其學術價值。要用何種方式來檢驗變項，應依實際狀況加以 衡量。 d2-test (Brickenkamp & Zillmer, 1998) 是選擇性注意力 (selective attention) 的計時紙筆測驗，測量處理速度、規則遵守和表現品質，可以用以評估注意力 表現與認知彈性 (cognitive flexibility)，時常運用於教育心理學與神經心理學領 域 (Moore & Malinowski, 2009)，是研究者認為能達成上述目標的測驗，若能依 據 d2-test 的原則，發展適合臺灣兒童使用的注意力測驗，其分數可做為本研究 的依變項。 本研究主要在發展一個適於在校園使用，簡易可行有效的認知功能測驗， 用以檢驗國小新式健身操對認知功能的影響，此測驗亦可應用在其他教學活動 成效評估的研究，提供實用、有參考價值的評估方法。. 2.
(10) 第二節 研究問題與假說 一、. 研究目的. 1.. 發展中文化之d2-test。. 2.. 探討新式健身操對國小一年級學童注意力之影響。. 二、 1.. 研究假說 國小一年級學童在單次新式健身操活動後，注意力表現之後測優於前 測。. 2.. 國小一年級學童在單次新式健身操活動後之注意力表現優於靜態活動 後學童之注意力表現。. 3.
(11) 第三節 研究限制 一、本研究並無比較兒童之經濟狀況、家長教育背景、兒童之飲食狀況、運動習 慣及生活型態等。且本研究之對象僅為臺北市北投區某國小之一年級學童， 研究結論不可過度推論。 二、本研究所指的運動型態，僅限於國小1~3年級新式健身操，並不探討其他運 動。 三、本研究僅探討國小1~3年級新式健身操對研究者自編注意力測驗—田字注意 力測驗所影響的結果，無法推論到其他認知功能的結果。. 第四節 名詞解釋 一、新式健康操 教育部於九十四年推出第二代新式健身操，本研究採用其中的九年一貫第 一階段國小 1~3 年級「新式健身操教材－Safe Out 運動身體好」，做為身體活 動介入內容，單次活動只需花費 6 分鐘。 二、認知功能： 認知功能的定義廣泛，其中注意力與專注力 (attention and concentration) 是認知功能中關於計畫與問題解決表現的基礎。也是本研究所指涉的認知功 能。 三、田字注意力測驗： 根據d2-test的原則，由研究者自行發展的注意力測驗。. 4.
(12) 第二章. 理論基礎與相關文獻探討. 本章從認知功能的內涵出發，思考適合本研究的認知功能測驗應具備的要素， 再進一步探討急性運動對兒童認知功能之影響。共分為四小節，第一節執行功能 與注意力之相關文獻探討；第二節d2-test之相關文獻探討；第三節急性運動促進 執行功能與注意力之相關文獻探討；第四節國小新式健身操之相關文獻探討。. 第一節 執行功能與注意力之相關文獻探討 在 國 際 神 經 心 理 學 學 會 的 神 經 心 理 學 字 典 (The INS Dictionary of Neuropsychology; Loring, 2015) 中，「認知」 (cognition) 被定義為連結注意、 知覺、思考、學習與記憶的心理歷程 (the mental processes associated with attention, perception, thinking, learning, and memory)。此定義相當淺顯而完整的 描繪出認知概念的輪廓，能使一般人了解認知的概念，但是在認知神經科學領 域的研究中，卻不適合用來當成操作型定義，因此，在臨床應用上，選擇以另 一個與認知同義的名詞－「執行功能」 ( executive function, EF) 來加以操作 (Koziol, Budding, & Chidekel, 2012)。 研究證據顯示， (Chang, Labban, Gapin, & Etnier, 2012; Lambourne & Tomporowski, 2010)，急性運動有益於認知功能，特別是以行為控制概念為核心 基礎的認知歷程，也就是透過個體的認知能力，對外在刺激加以過濾、詮釋， 再轉化為知識、引發行動的過程，在「認」與「知」的彼此連結中，個體得以 整合在生活中所面對的大量訊息，將認知的資源用來處理最重要的部分，進而 做出合宜的反應來適應環境的變化；這些認知歷程，也就是「執行功能」，在 兒童適應行為、智力、學業成就上扮演重要角色 (Tomporowski, McCullick,. 5.
(13) Pendleton, & Pesce, 2015)。其發展的歷程始於兒童時期 (Rueda et al., 2004)，是 個體發展適應行為的關鍵 (Best, Miller, & Jones, 2009)。 一、 執行功能的內涵 執行功能 (executive function)，又稱執行控制 (executive control) 或認知控 制 (cognitive control)，屬於由上到下的認知歷程，當個體必須集中注意力去面對 新的改變或抵抗誘惑時，執行功能就會派上用場 (Diamond, 2013)，它是種目標 導向的功能，由大腦的前額葉皮質迴路所調節，是一系列高層次、複雜的認知歷 程，連結不同的心智操作項目，例如工作記憶、反應抑制、注意、認知彈性、視 覺處理等後設認知技巧，可以控制、整合、組織和維持其他認知能力 (Boden & Giaschi, 2007; Miyake et al., 2000)。 「執行功能」是許多執行功能次要素的總稱 (umbrella term)，因為對執行功 能的本質與機轉尚未完全瞭解，所以未能有被學者普遍接受的定義 (Suchy, 2009)，學者僅對其定義為高階認知或後設認知技巧有共識，對於執行功能的次 要素則有分歧的看法 (Anderson, 2002; Diamond, 2013; Miyake et al., 2000; Suchy, 2009)，要為執行功能下定義，必須考慮不同的環境脈絡、時空背景、使用需求， 讓研究或臨床應用選擇評估工具與方法時能有所依據 (Suchy, 2009)。。 例如，Miyake等 (2000) 對許多執行功能測驗做驗證性因素分析，認為執行 功能共有三個次要素 (component)：轉換 (shifting)、更新 (updating)、和抑制 (inhibition)： 1.. 轉換：要求個體脫離無關任務的操作，並參與另一個相關任務的操作情境。. 2.. 更新：資訊的更新與監控，與工作記憶緊密相關。. 3.. 抑制：刻意去壓抑佔上風的反應 ( prepotent responses)。 Diamond (2013) 延續演繹Miyake等 (2000) 的觀點，認為執行功能的核心次 6.
(14) 要素 (core EFs) 如下： 1.. 抑制 (inhibition)：控制自身的注意力、行為、想法甚至情緒，以忽略強 烈的內在傾向或外在誘惑；包含反應抑制與干擾控制，前者指能抗拒誘 惑與衝動行為的發生，後者指選擇性注意力與認知抑制。. 2.. 工作記憶 (working memory)：能夠運作已經不在感知範圍，但已默記在 腦中的訊息，包含由內容區分的二種型態—語言的工作記憶與非語言 (視覺空間) 的工作記憶。例如，使用訊息解決問題、由某一件事物聯 想到另一事物。工作記憶的概念在許多方面與注意力相似，專心地默記 資訊幾秒鐘，就表示集中注意力在這些資訊幾秒鐘，二者也同樣於前額 頂葉系統運作，使個體能集中注意特定資訊，排除不相干訊息的干擾。 因此工作記憶與選擇性注意力是相互支持的執行功能次要素。. 3.. 認知彈性 (cognitive flexibility)：改變對問題的觀點或做法，對新的需求、 規則或優先事項做出彈性調整。包含創造性的思考、從不同角度觀察事 物及快速且有彈性地適應變化的環境。認知彈性的測驗常以字母、數字、 方向、顏色或形狀的改變做為工作轉換典範 (task-switching paradigms) 的刺激來源。. 這些次要素的成分看似獨立卻也彼此相關 (Miyake et. al., 2000)，但是上述 說法只有靜態的分類，未能進一步說明各個次要素之間相互運作的動態模式。 二、 以注意力控制為中心的執行功能模型 1990年代 (Della Sala et al.,1998; Shallice, 1988)，執行功能原本被定義為單一 的中央處理架構，負責執行多元模式的處理歷程和高階的認知技巧，但是 Anderson (2002) 認為執行功能的概念應該是一種整合性的控制系統，因而提出 以注意力控制為中心的執行功能模型 (圖2-1)，，以進一步說明各個次要素之間 7.
(15) 相互運作的動態模式。他將執行功能分成四大向度 (domains)：注意力控制 ( attentional control)、訊息處理 (information processing)、認知彈性 (cognitive flexibility) 與 目 標 設 定 (goal setting) ， 各 向 度 相 互 整 合 運 作 ， 使 執 行 控 制 (executive control) 成為可能。特別要提出的是注意力控制的歷程會影響其他三種 執行功能，他認為注意力控制的範疇包含選擇參與特定刺激的容量、抑制佔上風 的反應、維持注意力的能力，另外還有使計畫得依正確順序執行、錯誤得以辯正、 目標得以達成的自我節制與自我監控。這四個向度雖然分別由大腦不同的區域所 控制，但是在完成特定的工作任務所經歷的認知歷程中，卻是以整合所有向度功 能的方式進行操作，因此，在概念上，可以看作一個完整的控制系統。 當我們觀察圖2-1中各個向度的關係時，隨著箭頭的方向所指，執行功能的 定義不再是純粹靜態的分門別類，而是在不同向度之間流動、相互影響的動態模 式，其中，自注意力控制向度出發的箭頭都是單向的，其他向度則是以雙向箭頭 相互連接，這表示注意力控制能力的高低，會影響其他三個向度的表現，因此他 認為選擇性注意力、自我調節、自我監測、抑制能力，對執行功能整體的表現格 外重要。. 8.
(16) 認知彈性 分散性注意力 工作記憶 概念轉換 依回饋修正行為. 目標設定 起始 概念推論 計畫 策略的組織. 注意力控制 選擇性注意力 自我調節 自我監測 抑制. 訊息處理 效能 流暢度 處理速度. 圖 2-1 以注意力控制為中心的執行功能模型 (Anderson, 2002, 頁 73). 三、 選擇性注意力 選擇性注意力 (selective or focused attention) 指神經功能 (neural function) 的選擇性偏移，讓我們可於眾多外在刺激裡集中注意力去找出特定刺激，同時抑 制對其他刺激的注意力，如此可有助於特定資訊的處理歷程；是種由上而下的、 目標驅使的歷程，與執行功能有關，屬於執行功能次要素－抑制的範疇，又稱注 意力控制 (attentional control)、注意力抑制 (attentional inhibition) 及執行注意力 (executive attention) (Diamond, 2013; Posner & Boies, 1971)。 注意力系統幫助執行功能產生由上而下的控制 (Petersen & Posner, 2012)，執 行目標導向行為，監控與處理接收到的訊息，屬於較高階的認知功能，神經生理 反應區域包括中線額葉/前扣帶皮層 (midline frontal/anterior cingulate cortex)。選. 9.
(17) 擇性注意力的表現，可透過目標偵測 (target detection) 來觀察。 四、 目標偵測是選擇性注意力的主要歷程 因為目標偵測時，相關腦區的活化程度比起沒有目標的情境、沒有衝突的 試作、以及要判斷正確訊號的試作，那些有目標的試作、有衝突的試作、以及 要判斷錯誤訊號的試作等所產生的腦區活動比較大，所以，目標偵測時所呈現 的腦部活動與選擇性注意力有關 (Petersen & Posner, 2012)。跟聽覺比起來，視 覺是所有知覺中最被高度開發的，因此最有可能從中得到重要的心理資訊 (Vision is the most highly developed sense and therefore the most likely to yield information of psychological importance) (Broadbent, 1958)，所以大多數選擇性注 意力測驗的「目標偵測」屬於視覺搜尋作業，需要搜尋數字、字母或圖案，要 求速度與正確性 (Goldhammer, Moosbrugger, & Schweizer, 2007)。為了達到上 述目標，除了設計相似的目標物與干擾物，最好也能符合受試者的智力發展程 度，並能引起他們的興趣，此外題數要達到足以測出速度的一定數量。 例如旁側干擾抑制作業 (Eriksen flanker task) ( Eriksen & Eriksen, 1974) 常 用來評估抑制控制，許多事件相關電位的研究會以之為工具，觀察相關腦區的激 活程度，判斷注意力資源的多寡與分配狀態 (Chang, Tsai, Chen, & Hung, 2013; Drollette, Shishido, Pontifex, & Hillman, 2012)，受試者要找出位於正中間的目標物， 通常是一個箭頭，在此同時，必須忽略旁側箭頭之干擾，儘可能做出快速且正確 的回應，目前多以數位化設備進行，當目標物指向右邊，按下右邊的按鈕，反之 亦然。內容包含120個隨機的試作 (trail)，每個試驗會排列出5個箭頭，一個試作 出現200毫秒，搭配固定的刺激間隔 (1500毫秒)，刺激由黑色背景上7.62公分高 的白色箭頭所組成，試作性質可分為同質性 (例，<<<<<或>>>>>>) 與異質性(例， <<><<或>><>>) 二類，各60回，耗時約6.5分鐘( Pontifex & Hillman, 2007)。 10.
(18) 認知評估系統 (CAS, Cognitive Assessment System) 則是奠基於智力PASS理 論 (the PASS theory of intelligence) 所發展出的多元評估工具，適用5歲到17歲， 認為資訊處理歷程包含了三層認知系統和四種認知過程，分別是計畫 (Plan)、注 意 (Attention)、同時處理—序列處理(Simultaneous-Successive)。計畫意味著行動 計畫的公式化、選擇、調整；注意包括認知資源的分配；同時處理—序列處理總 合認知歷程中用以獲得、儲存、提取資訊的部分。認知評鑑系統可分別測量智力 PASS理論中不同面向的能力，其中計畫是最高層次的系統，但是注意系統是整 個系統的基礎 (Keith, Kranzler, & Flanagan, 2001; Naglieri & Das, 1997)，因為如 果沒有足夠的注意與喚醒程度，就無法進行後續的認知歷程。注意力至少分二方 面—集中性注意力與選擇性注意力，在認知評估系統 (CAS) 的「注意力」量表 中，要求受試者專注選擇特定的刺激物，避免受干擾刺激物影響而分心，例如在 「接收性注意」 (receptive attention) 子測驗，要在許多干擾物中選出成對的圖案 或字母，第一頁的目標物是相同字母 (例，BB而非Bb)，第二頁則是同名字母 (例， Bb而非Ab) 來測試注意力 (Naglieri, Rojahn, & Matto, 2007; Puhan, Das, & Naglieri, 2005)，或是像子測驗「數字偵探」（Number Detection），受試者的目 標物是要找出用空心字體印刷的數字1、2、3，干擾物則是諸多印刷字體或數字 的變化 (Naglieri, et al., 2007)。 小結 關於認知功能的定義，由廣泛的定義，到能夠在實務上操作的定義，都有其 存在的意義與價值。應依據本研究所需，選擇適合的認知功能定義，進一步設計 研究介入的內容，找到適合評估該研究結果的認知測驗。執行功能是兒童學業成 就的重要指標，在傘狀的執行功能概念架構下，注意力是重要的基石，以注意力 為起點，開展認知歷程的運作，因此，注意力相關研究在認知神經科學研究中占 11.
(19) 有一席特殊的地位。外在知覺訊息量遠超過人類大腦可以負荷的範圍，注意力的 關鍵作用在篩選重要訊息，進而讓這些重要訊息做更進一步的處理。為了讓注意 力能篩選訊息，表示注意力必定能與許多其他認知能力相互合作，甚至能與重要 外在訊息互動同時設定特定的標準來篩選訊息 (徐慈妤等，2013)，執行功能的 測驗雖然有許多種，注意力常是影響測驗表現優劣的重要成分，也是本研究的依 變項。 下一節將介紹在德國使用最廣泛的注意力測驗：d2-test，雖然此測驗主要在 評估選擇性注意力，但是透過與其他執行功能測驗的建構效度研究，發現d2-test 也能推估出執行功能其他面向的能力高低。. 12.
(20) 第二節 d2-test 之相關文獻探討 許多評估執行功能的神經心理學測驗，常常無法反應真實生活的表現，例如 一對一的測驗方式、將分心因子干擾程度降到最低的環境設施 (Anderson, 2002)， 近來也盛行以數位化、電腦化的方式施行，但是可能讓兒童因為感到新奇有趣， 反而提高表現，無法忠實呈現出結果。另外，考量教師面對的是一大群的學生， 經濟、時間的資源均有限，若想評估運動對兒童注意力的影響，勢必沒有能力負 擔並使用昂貴的設備，也沒有時間進行一對一的評估，因此，本研究嘗試發展出 一種費用經濟、時間經濟、而且簡單易操作的認知功能測驗，以進行相關研究驗 證。在德國使用最廣泛的注意力測驗：d2-test，就有可能達成上述目標，雖然此 測驗主要在評估選擇性注意力，但是透過與其他執行功能測驗的建構效度研究， 發現 d2-test 也能推估出執行功能其他面向的能力高低 (Brickenkamp & Zillmer, 1998)。關於 Brickenkamp 與 Zillmer (1998) 所引介的 d2-test，匯整其重要內容 如下。 一、 d2-test 的歷史發展與內容介紹 d2-test 是一種計時的刪塗測驗，透過區辨相似的視覺刺激物，解讀認知過 程中處理速度、規則遵守、表現品質，以測量選擇性注意力的表現。d2-test 名 稱的由來是因為要求受試者要找出上下共附隨二條直線的字母 d，並刪塗之。 d2-test 的起源地在德國，一開始發展此測驗的目的是用來評估汽車駕駛的 專注力與知覺速度，形式上屬於刪塗測驗 (cancellation test)，測試視覺與知覺 的速度。後來廣泛應用於諸多領域，例如臨床心理學、教育心理學、神經心理 學、心理計量學與藥理學等領域。. 13.
(21) 基於想要改善當時其他刪塗測驗缺點的動機，因此在發展 d2-test 時有以下 考量： 1.. 有簡易的指導語範例，指導語要簡單、容易理解。. 2.. 受試者不需有大量練習即可施測。. 3.. 同時適合個別施測與團體施測。. 4.. 測驗由相同的段落 (segments) 組成，使受試者能控制速度，並使施測 者能監測測驗表現的歷程。. 5.. 應建立測驗的客觀標準，例如信效度。. 6.. 考慮測驗時間、測驗材料、評分過程的經濟性。. 7.. 建立大量的常模數據。. 本測驗歷經多次修訂，從 1962 年德國第一版開始，到 1994 年已經發展到 第九版，甚至 1998 年發展了美國的第一版。是德國使用最廣泛的注意力測驗。 （一）適用年齡：自 9 到 60 歲。 （二）施測方式 團體或個別施測皆可。指導語結束後，依主試者指示，每隔 20 秒就停止書 寫目前所在那一行的題目，並移至下一行繼續書寫。 （三）測驗內容架構 d2-test 將「注意力與專注」 (attention and concentration) 定義為一種表現 取向、持續且聚焦在選擇刺激物的行為，此一歷程的核心概念，就是在許多刺 激物中，選擇性導向特定相關物時的注意力容量，及快速且正確地做出分析的 能力。依據此一定義，所以 d2-test 的前提假設為注意力表現與外在視覺刺激物 有關，良好的注意力表現來自於個體具備足夠的動機與控制能力，因此，d2-test. 14.
(22) 的測驗結果可以觀察受試者行為的三種要素：動機、注意力控制和行為的穩定 性。 1.. 刺激物數量：由 658 個視覺刺激物組成，再平均分成 14 行，各行有 47 個視覺刺激物。目標物 (relevant items) 與干擾物 (irrelevant items) 的比率約 1:1.2。. 2.. 視覺刺激物形式：在英文字母 d 和 p 的上方或下方，分別加上一至二 條直線，上下合計一到四條。目標物是字母 d，並且上下合計必須要 有二條直線，這也是 d2-test 名稱的由來。干擾物為附隨上下合計一、 三、四條直線的 d，或有一至四條直線附隨的 p (見圖 2-2)。. 因為 Brickenkamp 與 Zillmer (1998) 參考 Toulouse 與 Piéron (1911) 的法文 資料中指出，在刪塗測驗中，以新穎、未知的刺激物取代常見字母時，測驗的 結果不盡理想，所以原始的 d2-test 選擇以慣用的字母或符號呈現目標物與干擾 物。從批改好 d2-test 的紀錄紙 (圖 2-2) 上，可以看到 d、p 符號的變化，另外 要說明的是，受試者以斜線畫記目標物，批改者以橢圓形標記漏畫目標物的錯 誤 (E1)，以長方形標記誤畫干擾物的錯誤 (E2)。 （四）分數計算 由不同的分數計算方式，觀察 d2-test 歷程中不同的面向。 1.. TN (total number of items processed，處理總數) ，代表掃瞄過的項目 (item) 總數，包含目標物與干擾物。可以觀察注意力分配 (選擇性與 持續性)、處理速度與動機。. 2.. E (errors，E1+E2，錯誤總數)，為漏劃目標物與誤劃干擾物之所有錯 誤的總數，可觀察正確度、工作品質、粗心程度。錯誤的類型又可二 分為漏畫目標物 (errors of omission, E1)，與誤畫干擾物 (errors of 15.
(23) commission, E2) 之錯誤，E1 較容易出現，對注意力控制、規則遵守、 視覺掃瞄的正確度與表現品質較敏感；E2 較少出現，與抑制控制、規 則遵守、視覺掃瞄的正確度、粗心、認知彈性較有關係。 3.. E% (percentage of errors，錯誤比率)，為處理總數範圍內的錯誤比率， 計算方式是 Σ (E1+E2) / TN100%。. 4.. TN-E (正確總數)，屬整體表現量化指標，代表處理總數減去錯誤總數， 測的是注意力、抑制控制以及速度與正確率的關係，也用以評估測驗 的整體表現。不過，TN-E 屬於比較偏向於量化的指標，當遇到受試 者掃瞄數目很多，但卻遺漏、跳過許多目標物 (Skipping-Syndrome, S-Syndrome) 的狀況時，用 TN-E 的分數來評估整體表現，會有過度 高估整體表現的可能。. 5.. CP (concentration performance，專注表現) 為正確畫記之目標物數量減 去 誤 畫 之 干 擾 物 (E2) 數 量 ， 避 免 因 為 受 試 者 粗 略 的 表 面 掃 瞄 (superficial scanning) 而造成測驗表現的過度評估，是速度與正確度間 相互協調程度的指標。跟 TN-E 一樣都是評估測驗整體表現的指標， 但屬較偏向表現品質的指標。當有受試者出現 S-Syndrome 時，整體表 現的分數除了 TN-E 外，亦可以用 CP 來取代或納入考慮。. 6.. FR (fluctuateon rate，波動比率) 是處理數目最多的一行與最少的一行 兩者數量的差異，由處理速度高低之間的波動，觀察注意力的穩定程 度，FR 得分很高，或許可解讀為動機的薄弱。. 以上各分數數值高低所代表的意義不同，TN、TN-E、CP 數值高表示正面 意義，數值低表示負面意義；E1、E2、E、E%、FR 則相反之，數值低， 表正面意義，數值高，表負面意義。. 16.
(24) 圖 2-2 d2 測驗的紀錄紙（recording sheet）示例(Brickenkamp & Zillmer 1998, 頁 14) 二、 d2-test 與其他執行功能次要素的關連 d2-test 以美國 506 名大學生 (mean = 20.7 years, SD = 3.1) 為對象 (as cited in Brickenkamp & Zillmer, 1998)，與許多神經心理學領域的認知測驗進行建構 效度 (construct validity) 的檢驗，包含路徑描繪測驗 (Trail Making Test A and B)、符號數字模組測驗 (Symbol Digit Modalities Test)、Stroop 叫色作業 ( Stroop. 17.
(25) Color Word Test)。結果發現，TN-E 與 CP 在測量整體注意力 (complex attention) 時，有高度相關 (r = .94)，TN-E 和 CP 與符號數字模組測驗 (r = .47)、Stroop 叫色作業 (r = .34)有顯著相關，路徑描繪測驗也與 CP 有顯著相關 (Trail Making Test A, r = .33; Trail Making Test B, r = .36)。符號數字模組測驗主要是在評估整 體掃瞄 (complex scanning)、視覺追蹤和持續性注意力；Stroop 叫色作業，藉由 顏色與文字意義的衝突，測量專注力與分心程度；路徑描繪測驗評估複雜視覺 掃瞄和認知彈性。經探索性因素分析的結果，共抽取出二個共同因素，採用斜 交轉軸(oblique)之最大概似法，二個因素層面的解釋變異量為 62%。這二個因 素層面包括選擇性注意力與認知彈性，彼此有顯著相關 (r = .40)，因此可推論 d2-test 的測驗表現與神經心理能力 (neuropsychological ability) 相關，除了選擇 性注意力，亦可評估認知彈性的表現。 另一個以 40 名注意力不足過動症兒童 (mean = 10 years, SD = 1.7) 為對象 (as cited in Brickenkamp & Zillmer, 1998)，檢驗 d2-test 與其他執行功能測驗 (倫 敦塔、電腦迷宮、控制性口頭字詞聯想測驗) 的交互相關性，這些測驗的表現 皆包含了輸出的效率與速度。由 TN-E 和執行計畫次數(r = -.45)、口語流暢度 (r = -.45)、迷宮錯誤次數(r = -.37)的相關性，可推論 d2-test 亦可檢驗輸出效率 與速度。 56 個美國學童(mean=10.1 years, SD=1.7) (as cited in Brickenkamp & Zillmer, 1998) 同時進行 d2-test 與倫敦塔測驗，發現兩者的得分有顯著相關，因此可合 理推論執行功能中注意力與計畫兩者的相關性，而注意力分配是計畫、問題解 決表現的基礎。. 18.
(26) 三、 d2-test 的優點 d2-test 是對使用者友善度高的測驗。列舉其優點如下 (Brickenkamp & Zillmer, 1998)： 1.. 信度 (r > .70)、效度俱佳。. 2.. 時間的經濟性：包含指導語在內，每次施測時間只需 8 分鐘。. 3.. 費用的經濟性：只需紙筆和碼表。. 4.. 評分過程的經濟性。. 5.. 不受文化、語言背景的限制。. 6.. 使用領域廣泛，與測量「執行功能」的神經心理學測驗有高度相關。. 四、 應用 d2-test 的相關研究 （一）臺灣地區 利用 d2-test 做為注意力測驗的工具，例如研究以自選之喜愛音樂做為認知 功能訓練，對 18 名精神分裂症患者之注意力及記憶力的影響 (蔡佩倫、李亭慧、 陳玫菁、黃鈺婷，2013)，以 d2-test 檢驗患者在不同情境下的注意力表現，研 究者分析了處理總數 (TN)、錯誤總數 (E)、正確總數 (TN-E) 的數值，效果量 分析顯示，處於喜愛音樂情境之患者 d2-test 有正向效果的趨勢。類似研究還有 針對 20 位腦外傷患者，以聽覺口語學習測驗和 d2-test 檢驗兩種不同情境中口 語記憶和注意力的表現 (高琪鈞，2014)，這兩個研究都認為聆聽喜愛音樂能誘 發正向情緒、提升注意力，可能改善記憶表現，可見注意力的重要性。 （二）中國大陸地區 比較體育 (N = 71) 和非體育專業 (N = 55) 大學生的選擇性注意力 (朱昭 紅、李靖，2012)，比較兩組速度上的得分，包括處理總數 (TN)、專注表現 (CP)；. 19.
(27) 還有答題準確性的得分比較，包括漏畫目標物比率 (E1/TN %)、誤畫干擾物比 率 (E2/TN %)，認為 d2-test 對運動訓練後選擇性注意力的評估具有代表性。另 有研究以 7~10 歲的小學生為對象，以 d2-test 中注意抑制參數 (誤畫干擾物錯 誤數：E2，與錯誤比率：E%) 進行性別差異分析 (方凤等，2011)。 不論是臺灣或大陸，雖然都是使用中文的地區，但是使用 d2-test 時，仍是 採用英文版本，在字母 d、p 上下加直線作變化。 （三）歐美地區 d2-test 的使用則較為廣泛，例如加拿大的 Ma, Le Mare 與 Gurd (2015) 採用 d2-test 為評估工具，探究 4 分鐘高強度間歇運動 (活動名為 FUNtervals) 對執 行功能次要素之一—選擇性注意力的影響。實驗參與者為 88 名 9-11 歲的兒童 (三~五年級)，實驗設計採相依樣本重複量測交叉設計 (within-subject repeated crossover design)，比較每個學生在無 FUNtervals 活動日與 FUNtervals 日的選擇 性注意力表現。名為 FUNtervals 的 4 分鐘高強度間歇運動鼓勵學生盡力以快速 度完成大動作範圍、全身性的運動，例如深蹲、開合跳、原地跳躍與原地跑步 等，每做 20 秒的運動，休息 10 秒鐘，重複 8 次。實驗流程：第一週，讓學生 熟悉 d2-test 與 FUNtervals 的活動；第二週和第三週在每次 FUNtervals 活動或 靜態課程後，進行 d2-test 的測驗，分析處理總數 (TN)、錯誤總數 (E)、漏畫目 標物錯誤數 (E1)、誤畫干擾物錯誤數 (E2)、錯誤比率 (E%)、正確總數 (TN-E)、 專注表現 (CP) 的數值，比較結果發現 FUNtervals 活動後，學生 d2-test 的錯誤 比率減少。 英國的 Moore 與 Malinowski (2009) 比較至少參與正念靜坐課程 6 週以上 的正念靜坐者 (N = 25，20-40 歲) 與無正念靜坐者的覺察程度、認知彈性與注 意力之間的關聯性，使用 d2-test 和叫色測驗用來測量集中性、持續性與指向性. 20.
(28) 注意力，以及抑制干擾訊息的能力，也稱為認知彈性，結論認為正念靜坐能改 善注意力與認知彈性。分析處理總數 (TN)、錯誤總數 (E)、漏劃目標物錯誤數 (E1)、誤劃干擾物錯誤數 (E2)、正確總數 (TN-E)、專注表現 (CP) 的數值，研 究中結合 TN 與 TN-E 來觀察處理速度與正確率，以判定注意力的表現；並發 現覺察程度與 d2-test 中 TN 與 TN-E 的相關 (分別是 r = .51，r = .62) 比叫色作 業的 TNP (處理總數，r = .33)為高。 小結 應用 d2-test 的相關研究，皆使用英文版 d2-test，目前尚無研究應用依照 d2-test 原則所發展之中文化 d2-test。想採用 d2-test 對臺灣兒童施測，仍有因語 言文字不同、文化背景不同，而使其不易施行之處，雖然測驗規則不難，但是 因為使用學生不熟悉的英文字母，較易干擾兒童做此測驗，若能參考 d2-test 的 編製原則，運用中文的相似字，做為目標物與干擾物，加上有趣的故事引導， 便能發展出適合臺灣兒童使用的注意力測驗，其分數即可做為本研究的依變項。 探討應用 d2-test 原則發展注意力測驗當作研究結果施測工具之可能性後，急性 運動與認知功能兩者之間的關聯，將於下一節討論。. 第三節 急性運動促進執行功能與注意力之相關文獻探討 動 物 實 驗 顯 示 ， 有 氧 運 動 能 增 加 腦 源 性 神 經 滋 養 因 子 (brain-derived neurotrophic factor, BDNF)，增加微血管供應給大腦皮質的血流量，增加多巴胺 受體密度及刺激新的突觸與神經元生長，使得學習表現更加優異 (Dishman et al., 2006)。透過這些細胞、分子與神經化學的生理機轉研究，為有氧運動對人類認 知功能有正面影響，提供了合理的理論背景，進而可以推測運動介入能夠改善成 人的知覺、認知和動作歷程 (Colcombe & Kramer, 2003)。 21.
(29) 從發展性的觀點來看，人類的認知與動作之間有著相當的關聯性，因為動作 的品質關係到生存，人類的動作發展影響著認知功能，Koziol、Budding與Chidekel (2012) 認為大腦的發展，與其說是為了認知功能的發展，不如說是為了行動的 控制。所以他們假設執行功能的本質是行為的控制，將執行功能置於個體在環境 中知—想—動持續進行交互作用的模式下。透過感覺—動作預測機轉 (sensorimotor prediction mechanisms) 的「即時 (on line)」(動作技巧的獲得) 與「非 即時 (off line)」(刺激思想的預演) 模式運作，讓執行功能獲得良好發展。 有類似看法的是Tomporowski, Lambourne與Okumura (2011)，大腦在進化過 程中，不斷學習去組織與控制動作，隨著認知對外顯行為的控制能力提高，有時， 個體會為了求生存，抑制自己長期偏愛的行為來符應環境需求；取代面對環境事 件時純粹本能和未經思考的回應，個體開始展現保留行動的能力，以目標導向的 思維，思考啟動行為之後的利益；行為抑制被視為認知功能的基石，具備可塑性。 Tomporowski, Lambourne與Okumura (2011) 進行歷史性的文獻回顧時，認為 幾乎沒有證據支持兒童「因為運動而提高喚醒程度，以致干擾教室行為與學習」 的觀點，運動反而有可能促進兒童的認知及學業表現 (Hillman, Kamijo, & Scudder, 2011; Rasberry et al., 2011) 。 短 時 間 的 單 次 運 動 (single bouts of exercise)，也就是急性運動 (acute exercise)能解決校園內時間不足的問題，也有 可能能提升學生的注意力與學業成就 (Drollette, Shishido, Pontifex, & Hillman, 2012; Hillman et al., 2009; Hillman, Kamijo, & Scudder, 2011)。 急性運動是組合身體部位相互協調的動作，使個體接受短暫或一次性造成心 跳、呼吸、內分泌或體溫等生理上改變的全身運動 (Tomporowski, 2003)，累積 多次急性運動，也能達到長期運動的效果，不論急性或長期運動都對大腦健康與 認知功能有益 (Tomporowski, Davis, Miller, & Naglieri, 2008; Tsai et al., 2014)。只. 22.
(30) 是急性運動相關研究測量心理表現的時間點多在單次運動進行中或單次運動後 馬 上 接 續 測 量 (Kesaniemi et al., 2001; Lambourne & Tomporowski, 2010; Tomporowski, 2003)；長期運動則將焦點放在多次的運動後對參與者認知表現的 效應 (Kesaniemi et al., 2001)。 急性運動對認知效應的研究，在學者開始控制研究變項後，研究結果才漸 趨於一致，包含控制心理測驗的性質－採取複雜決定作業 (complex decisional task)、運動強度與持續時間、運動技巧的複雜程度 (Brisswalter, Collardeau, & René, 2002)。急性運動的研究設計中對認知表現結果的調節因子大致包含單次 運動持續時間 (training-session duration)、運動型態、認知作業的選擇、測量的 時間點等 (Lambourne & Tomporowski, 2010)。 以下列出急性運動與認知功能關聯性之相關研究。 一、 不同急性運動特徵對認知表現的影響 (一)急性運動的強度 (intensity) 關於運動強度的研究發現，達到中等費力以上強度的急性運動，較能有效改 善認知功能。年輕成年人進行較高強度急性運動時，在認知表現上，如注意力資 源分配、認知準備歷程，效能較高(Tsai et al., 2014)。青春期前的兒童進行高強度 的急性運動，不論是一次20分鐘或40分鐘，都能提高數學成績、認知能力 (Castelli, Hillman, Hirsch, & Drollette, 2011; Davis et al., 2011)。進行20分鐘達最大心跳率 60%的中等強度有氧運動，例如走路，可以改善學童注意力的認知控制與學業表 現 (Hillman et al., 2009)，Hillman等 (2009) 以20名平均年齡約10歲的前青春期兒 童為介入對象，進行強度為最大估計心跳率60%，每次20分鐘的跑步機運動，結 果認為中等費力的急性運動如走路，可以加大事件相關電位的P3成分振幅，而P3. 23.
(31) 振幅一向被認為與有助於 (工作) 記憶更新的注意力分配控制有關，因此推測急 性運動可以改善認知控制中的注意力層面，進一步提高學業成就 (Hillman et al., 2009)。 (二) 急性運動的單次持續時間 (duration) 考慮在校時間的短暫與忙碌，急性運動的劑量-反應 (dose- response) 關係也 成為研究設計的重點，所謂的運動劑量，指的是單次持續時間的長短 (duration)。 區分不同長度的急性運動單次持續時間對認知功能影響的研究，例如Davis等 (2011) 在持續13週，每週5次的運動課程中，將兒童分為低運動劑量組 (20分鐘/ 次)、高運動劑量組 (40分鐘/次)，進行間歇性的高強度動作，發現高低運動劑量 組皆提升認知與學業成就表現，肯定累積多次急性運動能達到長期運動對提升認 知功能的效果。 有關單次運動持續時間方面，檢驗 10 分鐘以內單次急性運動對改善兒童認 知功能立即效果的研究，結論並不一致。Maeda 與 Randall (2003) 針對小學二 年級學生，以 5 分鐘的中等費力運動 (例如，跑步) 介入，每次活動後皆以一 分鐘數學測驗來檢驗數學流暢度，結果數學流暢度有小幅提升。Mahar 等 (2006) 進行 10 分鐘的身體活動，每次活動前後進行評估，觀察三、四年級學生是否能 專注於學習的材料與內容之專注時間 (time on task, TOT)，發現學生的專注時間 平均增加 8%，其中最不專心學生專注行為時間增加幅度達到 20%。Grieco, Jowers 與 Bartholomew (2009) 在教室裡進行 10-15 分鐘的中等費力活動式課程， 觀察小學生之後的專注行為，發現比起傳統靜態課程，專注行為的時間有小幅 增加，對身體質量指數 (BMI) 較高的學生影響更明顯。此外，Kubesch 等 (2009) 比較 13 到 14 歲學童在 30 分鐘與 5 分鐘有氧運動後，工作記憶、認知彈性、注 意力抑制和行為傾向的改變，發現 30 分鐘的有氧運動可改善學生的執行性注意 24.
(32) 力 (executive attention)，但 5 分鐘的有氧運動前後則無明顯差異。Howie, Schatz 與 Pate (2015) 以 10 分鐘坐式課程為基準，分別與 5、10、20 分鐘的教室內身 體活動做比較，觀察不同單次運動時間與執行功能、學業成就的關聯，發現僅 10 分鐘教室課間運動能適度改善國小學生的數學分數，5 分鐘和 20 分鐘運動則 無此效果。 (三)急性運動的型態 (type) 以運動型態而言，兒童急性運動的研究除了以急性有氧運動型態作為介入方 式 (Castelli et al., 2011 ;Davis et al., 2011;Maeda & Randall, 2003; Hillman et al., 2009)，還有組合多個身體部位相互協調動作的急性協調運動。透過運動提高兒 童動作協調性，藉以提高認知能力的研究，成為新興的研究焦點 (van der Fels et al., 2014)。 過去相關研究 (Will, Galani, Kelche, & Rosenzweig, 2004; Wolf et al., 2006) 證明豐富化與充滿挑戰的環境會影響動物神經發展與認知功能，而複雜程度不同 的作業 (task)，對大腦功能有不同的影響，例如以小動物為研究對象時，Black, Isaacs, Anderson, Alcantara與Greenough (1990) 將老鼠分成技巧性運動組 (如攀 登技巧)、強迫跑步組 (在跑步機上從事每分鐘10公尺的速度，每日一小時)、自 發性跑步組 (讓老鼠自行跑滾輪) 及不活動控制組，結果發現，技巧性運動組的 老鼠小腦內產生新的神經連接，浦金氏細胞 (Purkinje cell) 的突觸數量顯著地大 於其它三組，跑步組的老鼠不管是強迫運動組與自發性運動組，則是增加大腦的 血流量，腦的微血管數量皆明顯大於其它組別。因此，Black (1990) 等人認為可 以透過執行技巧性活動增加老鼠大腦神經突觸數量，來產生無法獲得血管新生的 補償效應 (compensatory angiogenesis)。 關於兒童動作技巧與認知相關性的研究，發現當任務是有挑戰性的、嶄新的、 25.
(33) 需要快速反應與專注力時，會同時活化前額葉皮層、小腦、基底核 (Desmond, Gabrieli, Wagner, Ginier, & Glover, 1997; Diamond, 2000)。動作技巧 (motor skills) 被定義是「為精通某特定作業，使用已學會的整合動作順序，來產生流暢、有效 的行動」(Motor skills are defined as learned sequences of movements that are combined to produce a smooth, efficient action in order to master a particular task.) (Davis, Pitchford, & Limback, 2011)。可分類為 (van der Fels et al., 2014)： 1.. 粗動作技巧 (gross motor skills)：例如跳躍、衝刺、走路，訓練肌力、 敏捷度、柔軟度、平衡度等基本身體能力。. 2.. 精細動作技巧 (fine motor skills)：要求動作的精確度、整合能力。. 3.. 兩側身體協調 (bilateral body coordination)：包含身體各部位的協調，尤 其是手和腳的兩側動作協調。. 4.. 限時動作 (time performance in movements)：在時間限制下，能做出所 要求的動作數量，並再分成重複動作與序列動作；重複動作針對簡單的 動作，要求次數，所以愈快愈好，序列動作則是針對較複雜動作的組合， 輪流將各組合動作依序做出來，亦要求速度與次數。. 5.. 物體操控技巧 (object control)：例如球類技巧。. van der Fels 等 (2014) 的後設分析認為，精細動作技巧、兩側身體協調、限 時動作表現與認知技巧有較高的相關性，平衡性、敏捷性、肌力訓練的關聯性則 相對較低。在兩側身體協調動作中，隨節奏進行的協調性動作 (coordination of movement in rhythm)，與認知技巧的關連性又更高，在限時動作表現方面，序列 性的動作與認知技巧的相關性，也高於重複性的動作。因此建議訓練複雜動作技 巧的課程，能同時促進青春期前兒童動作與較高階認知技巧的發展，例如精細動 作技巧、隨節奏律動、序列性動作等複雜的動作技巧應包含於動作介入計畫，以. 26.
(34) 改善認知技巧。 研究急性協調運動對選擇性注意力影響的研究並不多，但少數文獻如 Budde, Voelcker-Rehage, Pietraßyk-Kendziorra, Ribeiro 與 Tidow (2008) 認為由 於掌管動作的小腦與掌管注意力的額葉皮層之間有神經元相互連結，因此協調性 運動或許能導致調節注意力腦區的前激活 (pre-activation)，他們比較10分鐘兩側 協調性運動和10分鐘不特別強調協調性的一般體育課對高中生注意力的影響，用 d2-test 來測量注意力表現。前測之後一週進行後測，發現二組 d2-test 成績皆有 顯著提升，其中10分鐘兩側協調性運動組的改善幅度又更大，因此強調協調性動 作技巧的訓練，比起一般體育課，更能改善高中生的認知功能。不過，關於單次 短時間的急性協調運動介入是否能立即提升兒童認知功能，這一點仍是未知的。 二、 急性運動所促進的認知表現種類 (一) 運動改善認知層面的執行功能 運動可以改善認知能力，其中最明顯的效果出現在執行功能的部分 (Colcombe & Kramer, 2003; Hillman, Kamijo, & Scudder, 2011;Hillman, Kramer, Belopolsky,& Smith, 2006；Kramer et al., 1999; Tomporowski, Lambourne, & Okumura, 2011)。針對之前有氧運動改善神經認知功能研究結果的歧異，Kramer 等 (1999) 提出選擇性促進假說 (selective improvement hypothesis)，認為有氧運 動選擇性的改善了大腦額葉與前額葉區域掌管的執行控制相關腦區，此研究特意 選擇三種需要執行控制功能，被認為與大腦額葉或前額葉區域活動有關的認知測 驗，如作業轉換 (task switching)、反應相容性 (response compatibility)、停止 (stopping)，招募124名60至75歲成年人，分成有氧運動組、無氧運動組，發現有 氧運動組的執行功能，例如計畫、排序、抑制及工作記憶等，產生所謂選擇性的. 27.
(35) 改善。 Colcombe與Kramer (2003) 以後設分析 (meta-analysis) 的方式，繼續檢驗有 氧運動訓練提升執行功能的選擇性促進假說，他們針對1966到2001年身體活動介 入的研究進行後設分析，檢驗有氧運動是否能活化健康久坐老人的認知功能，關 於有氧運動究竟影響哪一類的認知功能，以四種不同的選擇性促進假說為研究之 理論基礎：速度假說 (speed hypothesis)、視覺空間假說 (visuospatial hypothesis)、 控制歷程假說 (controlled processing hypothesis)、執行控制假說 (executive control hypothesis)。依此架構將認知測驗分成四種心理歷程的型式：執行功能 (排序、 反應抑制、計畫和工作記憶)、控制歷程 (反應順序的自動化)、視覺空間歷程 (包 括知覺的學習)、加速歷程 (對簡單反應時間的要求)，結論中肯定體適能訓練能 促進認知功能，但卻是有選擇性的，最明顯的效益發生於執行控制的歷程，即執 行功能的部分，例如Eriksen flanker task，需要受試者在判斷中心點的視覺線索 (central target stimulus item) 時，同時抑制干擾物 (conflicting or irrelevant cues) 的影響；此外，研究結論也認為未來的研究應該進一步對認知表現結果的調節因 子做系統性的檢驗：包括運動訓練的期間長短 (program duration)、介入型態 (type)、每次運動的時間長短 (training-session duration)。 既然有氧健身運動能夠選擇性的改善老年人的執行功能表現並且增加前額 葉皮質的活動 (Colcombe &Kramer, 2003; Colcombe, Kramer, McAuley, Erickson, & Scalf, 2004; Kramer et al., 1999)；兒童的認知與神經正值發育期，其認知對身 體 活 動 的 敏 感 度 應 該 比 老 年 人 更 高 (Diamond, 2000; Hillman, Erickson, & Kramer,2008; Kolb & Whishaw, 1998)。Tomporowski、Davis、Miller與Naglieri (2008) 將選擇性促進假說延伸解釋到兒童身上，從兒童大腦發育，及特定腦區與認知測 驗關聯性的觀點，認為由於兒童時期前額葉皮層網絡的快速精緻化與軸突髓鞘的. 28.
(36) 大量增加，透過運動可以有效影響神經發育的諸多因子，例如產生神經滋養因子、 突觸新生、血管新生等，而提出關於兒童的執行功能假說 (executive function hypothesis)，認為身體活動對兒童認知和神經元活動的影響力很大，尤其是由大 腦前額葉控制的執行功能，在運動之中，得到極大比例的效益。所以對學齡前兒 童大腦健康與認知的研究也聚焦於認知控制 (cognitive control)，也就是執行功能 (executive function) 的改善。 (二) 急性運動改善抑制與注意力 Tomporowski (2003) 採後設分析的研究方法，評估急性運動對成人認知表現 的效益，以「訊息處理理論」 (information-processing theory) 解釋結果。「訊息 處理理論」連結執行功能與動作行為，假設行為是經歷三個互不重疊的連續階段， 從環境萃取資訊後的結果，第一階段是刺激-辨別階段 (stimulus-identification stage)，轉化感官事件並賦予意義；第二階段是反應-選擇階段 (response-selection stage) ， 特 徵 是 依 環 境 條 件 決 定 用 哪 一 種 反 應 ； 第 三 階 段 是 反 應 - 編 序 (response-programming) 階 段 ， 為 動 作 準 備 好 運 動 系 統 (motor system) 。 Tomporowski解釋後設分析後的結果，認為運動能改善回應速度、正確度，提高 問題解決、目標導向行為的歷程，尤其是包含反應抑制 (執行功能次要素之一) 的工作。Livesey、Keen、Rouse與White (2006) 同樣以訊息處理理論為基礎，研 究5 - 6歲兒童動作技能與反應抑制的關聯，發現動作表現愈佳，外向性行為愈少， 認為反應抑制的能力或許會影響動作控制的表現，與Tomporowski (2003) 的看法 一致。 急性運動所造成選擇性誘發的認知控制 (cognitive control) 的改變，在抑制 控制與注意力，而非工作記憶 (Drollette, Shishido, Pontifex, & Hillman, 2012)。不 過，抑制控制與注意力能輔助工作記憶的功能 (Diamond, 2013)，進一步來說， 29.
(37) 急性運動或許有助於維持認知表現，尤其是注意力層面，可能因此有益於學業成 績 (Drollette et al., 2012)。 小結 兒童執行功能的發展，被視為是心理歷程與社會行為的基石，當兒童無法有 效地計畫、更新工作記憶、轉換心理狀態，以及抑制衝動行為，就不容易在教室 內維持專心行為並有良好的學習成就；此外，控制或抑制反應的能力，代表兒童 透過思想與行動來自我評價的潛能 (Tomporowski, Lambourne, & Okumura, 2011)。換言之，雖然執行功能為兒童灌注學習的能量，但是如果少了控制或抑 制反應的能力，執行功能就無法得到充分發揮。 本節討論急性運動對認知功能的影響，尤其是兒童大腦具有高度可塑性，急 性運動可以提供一個簡單有效的方法來促進兒童的認知功能。下一節要探討在臺 灣各小學普遍推行的急性運動－國小新式健身操。. 第四節 國小新式健身操之相關文獻探討 民國八十六年版的第一代健身操是教育部為加強體能教育宣導，依據「提升 國民體能方案」，委託臺北市立大學前身－臺北市立體育學院編製設計了「挑戰 130」等四組適用於中小學生的健身操教材，希望能協助學生養成每日規律的運 動習慣，促進身心健康 (席家玉，1998)。且以學生生長發展為基礎，配合音樂 節奏，活潑又輕快，易引起學童興趣，從「挑戰130」的名稱，顧名思義，做完 健身操後，可望提高學生的心跳率達每分鐘130下。教育部自民國八十七年開始 在全國中小學積極推行第一代健身操，並且發送教學錄影帶到各校 (嚴子三， 1998)，方便師生依照影片學習標準動作。 其中，國小新式健身操分為 (一) 低年級：剪刀、石頭、布；(二) 中、高年. 30.
(38) 級：GO！GO！跑、跳、碰。教材內容乃依據兒童在生活中的動作及傳統遊戲所 編製設計，區分為暖身活動、主要活動、緩和活動三大部分。教材特色分述如下 (席家玉，1998)： 1.. 將節奏明快的歌曲，配上活潑有力的律動組合，以增加學童參與的興 趣。. 2.. 以兒童生長發育的過程為基礎，編製身體大肌肉活動的內容，來提升體 適能。. 3.. 重視兒童身體的協調性、平衡感，加強日常生活的適應能力。. 4.. 動作設計新穎有趣，配合口白，展現兒童天真活潑的本質。. 5.. 增加團體互動動作，建立兒童之群己關係，養成互助合作態度。. 6.. 融合民謠歌曲、繞口令，趣味童謠，期盼養成兒童珍愛鄉土之情懷。. 第一代新式健身操動作分三部份：暖身活動、主要活動、緩和活動，分析低 年級與中、高年級的動作，僅主要活動的節數與動作稍有差異，其餘相同。動作 簡要介紹如下 (席家玉，1998)： 一、暖身活動 第一節：雙手互繞 (配合口白－一二三，三二一，一二三四五六七)。 第二節：擺手點腳 (配合口白－我們是快樂的好兒童)。 第三節：左右伸展 (配合口白－身體好，精神好，愛清潔，有禮貌)。 第四節：拍手上舉 (配合口白－人人見了都喜愛)。 第五節：反覆。 二、主要活動 以活潑輕快的童謠組曲連貫全部的主要活動。低年級的主要活動共11小節， 中高年級共9小節，雖然中高年級節數較少，但難度較高，更能訓練協調性. 31.
(39) 與平衡感。 三、緩和活動 第一節：踏步放鬆。 第二節：關節放鬆 (一) 第三節：關節放鬆 (二)。 第四節：調整呼吸。 第五節：結束運動。 嚴子三 (1998) 從動作分析的觀點，分析第一代健身操，認為其運動模式， 符合體適能的運動三階段型態安排，含括暖身運動、主運動及緩和運動，且依照 漸進的原則，由低衝擊的暖身運動，到能訓練心肺適能、高衝擊的主運動，以最 後的緩和運動來伸展關節與肌肉。另外，動作也用使用到的大肌肉群，上肢運動 用到棘上肌、三角肌、闊背肌、大胸肌、肱二頭肌、肱三頭肌、斜方肌、肩胛肌、 菱形肌等20個主要肌肉群，共400拍；下肢運動用到臀大肌、腓腸肌、比目魚肌、 股四頭肌等30個主要肌肉群，共366拍；軀幹運動用到斜方肌、肩胛肌、菱形肌、 三角肌、腰方肌、內腹斜肌、外腹斜肌等15個主要肌肉群，共112拍。從上下肢 體累積的總拍數顯示，上下肢體的動作居多，兩者拍數大致相等，且約略為軀幹 動作拍數的3.5~4倍，可知新式健身操的動作範圍涵蓋全身，簡單的動作中求變 化，是均衡且協調性高的體操，此外，在快節奏時之上下彈跳動作，屬於高衝擊 之有氧運動，能發展學生的肌肉組織與心肺適能。 在第一代健身操實施多年後，教育部再度委託專家學者編製完成第二代健康 操 (教育部九十四年度健身操教材)，於九十三年八月正式推廣到全國中小學， 運用活潑動感的肢體動作，配合音樂與口白，營造輕鬆的氣氛，讓學生能夠提升 體能，增進基本運動能力。. 32.
(40) 第二代國小新式健身操教材，依學生年齡分類，包含 (一) 國小一~三年級 組：九年一貫第一階段Safe Out 運動身體好； (二) 國小四~六年級組：九年一 貫第二階段Safe out 運動身體好 (與一~三年級組的健身操同音樂但不同動作)； 並成立教學網站，提供新式健身操教學影片與音樂檔的下載服務 (教育部體育署， 2015) 。每年舉辦校內、縣市及全國性的比賽，由此可見教育部對於「新式健身 操」的重視與落實。本研究依研究對象之年齡，採用「國小一~三年級組：九年 一貫第一階段Safe Out 運動身體好」 (以下簡稱新式健身操) 教材，關於其分解 動作與步驟，參見附錄1。 新式健身操的設計，主要是為了增進學童的體適能，因此，相關研究也多以 此為主，僅少數研究針對新式健身操對心理特質的影響。研究者整理近年來國內 以新式健身操為介入方法的研究，表列如下 (表2-1)。相關研究可大致分類為： 1.. 以肥胖兒童為對象，探討新式健身操對身體組成、體適能的影響 (林秋霞， 2001；曾慶貴，2008；鍾曉雲，2002)。. 2.. 比較新式健身操與其他運動對提升心肺耐力之研究 (吳重貴，2002)。. 3.. 比較不同循環次數的新式健身操對體適能影響之研究 (陳俊池，2006)。. 4.. 比較不同訓練頻率之新式健身操活動對學童體適能影響 (沈建國，2001；董 芸，2006；賴德聲，2004)。. 5.. 關於對認知層面影響的研究，僅有針對記憶的範疇 (江東軒，2011)。. 33.
(41) 表2-1 新式健身操對學童體適能與心理特質影響之研究 作者 （年代）. 研究對象. 研究方法. 研究結果. 沈建國. 台南市海佃 實驗組依訓練頻率分為一 1. 能增進學童的健康體適. (2001). 國小五年級 週實施三次組、一週實施. 能，特別是柔軟度、瞬. 三個班級， 五次組，控制組一組，共. 發力、腹肌耐力、及心. 男生 54 人， 實 施 九 週 ， 每 次 兩 個 循. 肺耐力。. 女生 58 人， 環。以教育部頒佈的健康 2. 每週三天和每週五天的 共115人。. 體適能測驗分析結果。. 訓練頻率效果沒有差 別。. 林秋霞. 高年級肥胖 分實驗組、對照組兩組， 1. 肥胖學童的身體組成、. (2001). 學童（重高 共實施八週，每週五天、. 柔軟度、肌耐力及心肺. 指數評定為 每次二循環之新式健身操. 功能皆具有顯著提昇的. 過胖），共 教學活動，以教育部的健. 效果。. 計40位。. 康體適能測驗及身體自我 2. 對自己身體外觀、身體 概念量表分析結果。. 鍾曉雲. 能力有正面的看法。. 國小高年級 分實驗組、對照組兩組， 以有氧新式健身操為主要. （2002） 肥胖學童. 實驗組每週五次，每次五 運動處方的訓練活動，會. 重高指數評 十分鐘，共十二週新式健 改 善 肥 胖 學 童 的 身 體 組 定男、女肥 身操訓練，運動強度介於 成，並擁有較佳的健康體 胖學童共 40 65-75﹪HRmax。以身體組 適能及血脂肪組成要素。 名. 成、健康體適能(不含立定 跳遠) 及抽血分析結果。. 34.
(42) 表2-1 新式健身操對學童體適能與心理特質影響之研究 (續) 作者 （年代） 吳重貴. 研究對象. 研究方法. 研究結果. 國中女生共 實 驗 組 分 為 12 分 鐘 跑 走 1. 三組實驗組（包含新式. （2002） 64人。. 組、跳繩運動組及新式健. 健身操組）在心肺耐力. 身操組三組，運動強度達. 上明顯優於控制組，且. 脈搏數每分鐘130±5次以. 訓練後明顯要比訓練前. 上，為期十週，每週三天、. 好。. 每次30分鐘。以八百公尺 2. 12分鐘跑走對促進心肺 跑走測驗為心肺功能之檢. 耐力最有效。. 測效標。 林大鈞. 高雄縣永安 實驗組實施十二週，每週 明顯提升學童的體適能，. （2004） 鄉永安國小 三天的新式健身操活動， 尤其是在立定跳遠、一分 五年級男、 每次約15分鐘。以教育部 鐘屈膝仰臥起坐、800公尺 女學童共 60 所頒佈的健康體適能測驗 跑走等方面。 名. 分析結果。. 賴德聲. 台北縣板橋 實驗組三組（訓練頻率1 實驗組學童之體適能都有. (2004). 市新埔國民 次/週、2次/週、3次/週）， 明顯進步，尤其是每週訓 小學五年級 控制組一組。每次運動時 練頻率三次的實驗組一分 四個班級， 間為15分鐘，共十六週。 鐘屈膝仰臥起坐、八百公 男童 61 人， 以教育部所頒佈的健康體 尺跑走有顯著進步。 女童 64 人共 適能測驗分析結果 125人。. 35.
(43) 表 2-1 新式健身操對學童體適能與心理特質影響之研究 (續) 作者 （年代） 陳俊池. 研究對象. 研究方法. 研究結果. 臺中市和平 依每次循環次數分為三個 1. 對健康體適能（除了肌. （2006） 國小六年級 實驗組（1個循環/次、2個 學童四個班 循環/次、3個循環/次）和. 力及肌耐力外）有顯著 幫助。. 級，合計133 控制組，為期十二週，每 2. 每次應進行二個循環以 人。. 董芸. 台北市健康. （2006） 國小二年級. 週三次，運動強度為每分. 上，其中以每次進行三. 鐘心跳數130次以上。. 個循環之成效最佳。. 依訓練頻率分為二個實驗. 1. 男童每週三至五次新，. 組（一週三次、一週五次）. 對瞬發力具顯著效益，. 六個班級，. 和一個控制組，利用課間. 而每週五次新式健身. 共199名學. 活動時間，實施八週之第. 操，能明顯增強柔軟度. 生. 二代新式健身操活動。. 及肌耐力。 2. 女童每週至少三次，能 顯著提昇肌耐力、柔軟 度及瞬發力。. 王貴英. 屏東市和平. 一個實驗組與一個控制. 1. 除 身 體 組 成 外 ， 柔 軟. （2007） 國小五年級. 組，實驗組接受為期十二. 度、瞬發力、肌耐力及. 學童男、女. 週、每週三次、每次兩個. 心肺耐力有顯著進步。. 各28名。. 循環的第二代新式健身操. 2. 瞬發力、肌耐力及心肺. 訓練；對照組維持正常作. 耐力與未接受訓練的學. 息不做任何訓練。. 童達到顯著的差異。. 36.
(44) 表 2-1 新式健身操對學童體適能與心理特質影響之研究 (續) 作者 （年代） 曾慶貴. 研究對象. 研究方法. 共138名，平 參與者依體型分成過輕、. 研究結果 修正式新式健身操雖不能. （2008） 均年齡10.94. 正常和過重三組，各體型. 改善國小學童身體組成，. 歲，平均身. 再分實驗組、控制組各23. 但對其他健康體適能，三. 高143.15公. 名，實驗組接受每週3次， 種體型均有提昇的效果。. 分，平均體. 每次23分鐘，共10週的修. 重38.49公斤. 正式新式健身操訓練。. 江東軒. 36 名國小. 實驗組與控制組各18名，. 1. 單次健身操運動只對長. (2011). 中高年級學. 實驗組每日進行30分鐘，. 期記憶有增進效果。. 童. 的新式健身操，共6週，以 2. 6週健身操運動對國小 聽覺語文學習測驗測量長. 學童短期與長期記憶力. 期記憶力與短期記憶力。. 都有增進的效果。. 洪彰鴻、 整合分析 12 以統合分析軟體MIX 1.7. 3. 新式健身操訓練對於國. 陳文慶、 論文 ， 包含 分析加權平均差、Cohen’s. 小學童之瞬發力、心肺. 977 位 受 試 d 效果值、Cochran’s Q 異. 耐力達中等之提升效. 蘇榮基. （2013） 者，其中609 質性檢定、Egger’s出版偏. 果。. 位 為 實 驗 差檢定，畫出漏斗圖及森. 4. 心肺耐力之效果值優於. 組 ， 368 位 林圖。並據異質性檢定決. 瞬發力，且女生之效果. 為對照組。. 值比男生明確。. 定使用隨機效果模型或固 定效果模型。. 資料來源：研究者整理. 37.
(45) 小結 總結以上相關研究，多是探討新式健身操提升體適能之效用，但是其中聚焦 於以新式健身操提升認知功能的研究，僅限於與記憶相關的研究範疇，對其他執 行功能次要素的影響，尚待研究釐清。. 本章小結 綜上所述，透過急性運動提升兒童執行功能後立即效果的相關研究，運動型 態為急性協調運動之研究較少；單次運動持續時間在10分鐘以內的研究，結論尚 未一致。而新式健身操是兼具有氧與協調性運動特質的急性運動，是否有提升學 童執行功能之效益，值得探究。. 38.
(46) 第三章. 研究方法. 本研究旨在瞭解單次國小新式健身操，是否對國小低年級學童執行控制的注 意力層面造成影響，本研究以教育部94年度九年一貫國民教育第一階段「一~三 年級健身操教材Safe Out 運動身體好」(簡稱新式健身操) 活動介入，實驗組每 次進行一個循環的新式健身操，另設控制組。本章分為四節，第一節實驗參加者； 第二節研究工具；第三節研究流程；第四節資料處理與統計分析。. 第一節 實驗參加者 本實驗參加者為一百零四學年度臺北市某國小一年級甲、乙、丙、丁四班之 學生，合計116位為研究對象，總計男生61人，女生55人。實驗組與控制組各有 58人，其中實驗組男生31人，女生27人，控制組男生30人，女生28人。實際年齡 在6歲6個月至7歲6個月之間。一年級新生報到後皆以電腦進行隨機分班，此可視 為本研究抽樣方法為隨機取樣。而由於本研究的依變項為以視覺刺激物組成的田 字注意力測驗分數，所以身體健康排除條件為接受視障生資源服務的學生。. 第二節 研究工具 除了準備教育部健身操教材影片、碼表、無橡皮擦頭的鉛筆之外，本研究之 主要工具為田字注意力測驗。 田字注意力測驗 (附錄4、5、6、7) 是透過視覺搜尋目標物，觀察選擇性注 意力表現的的紙筆測驗。以d2-test原則為測驗編製的基礎，包含： 1.. 受試者不需有大量練習即可施測。. 2.. 同時適合個別施測與團體施測。. 3.. 測驗形式由相同的段落 (segments) 組成。. 39.
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