計步器與初中體育課MVPA時間關(guān)系的探析

湯利軍，蔡 皓

1 研究目的

2016年10月，《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》發(fā)布。在健康中國的建設(shè)進程中，學校體育是不可或缺的重要環(huán)節(jié)。2015年8月，華東師范大學“青少年健康評價與運動干預”教育部重點實驗室主任季瀏帶領(lǐng)其科研團隊，在長期理論研究和實踐探索的基礎(chǔ)上提出了“中國健康體育課程模式”，2017年6月發(fā)布了《中國健康體育課程模式實施效果公報》，報告指出了中國健康體育課程模式的3個關(guān)鍵要點：運動負荷、體能練習和運動技能，即體育課必須要有適宜的運動負荷，倡導每節(jié)課的運動密度應該在75%左右，運動強度心率應在125～160次/分鐘；每節(jié)課要有10 min左右的體能練習；學生的運動技能學習應該是以活動和比賽為主，每節(jié)課這樣的學習時間應該保證在20 min左右[1]。體育教學評價是多方面的，“是否增加了學生課堂的體育運動時間是評價體育活動是否有效、最值得信任的數(shù)據(jù)之一，測定體育課堂的體育活動時間是評價體育教學質(zhì)量的重要因素之一”[2]。如何評價學生的體育活動時間？用什么工具評價學生的體育活動時間？一個有效體育活動的評價工具是關(guān)鍵?，F(xiàn)代電子計步器通常被認為是“有效、可信、可持續(xù)、簡便易行的”[3]。但計步器作為體育運動的評價工具與其他的評價工具一樣都會有其缺點，不能準確記錄活動模式信息，很難感應到那些不涉及明顯身體移動（如騎自行車）肌肉等長收縮或以上肢運動為主的運動等。由于不同計步器彈簧張力不同，對運動的敏感性差異很大，因此很難把采用不同計步器的研究進行比較。“但計步器是便宜實用的體力活動測量工具，是量化以步行運動方式占主導的體力活動的有效方法?！盵4]有研究表明，“學生在體育課上中到大強度運動（MVPA）的時間至少占課堂時間的50%，才可以達到最大的鍛煉效果?！盵5]計步器研究在美國已經(jīng)是一個成熟的研究領(lǐng)域，關(guān)于計步器測量學生運動時間的科學性與實用性也已經(jīng)被廣泛地認可。以下結(jié)合我國的實際情況，借鑒美國目前成熟的研究方法，運用計步器對初中學生在體育課中的活動時間和活動的步數(shù)進行測量，也就是說把計步器這種測量工具作為測試學生體育課中運動情況的監(jiān)控器。

2 研究對象和方法

2.1 研究對象

以江蘇、安徽、云南、四川、海南、遼寧、上海、新疆、山東、北京等10個省（區(qū)）市共34所學校的1 156名中學生為研究對象，其中城市學校23所，農(nóng)村學校11所（男生761名，女生395名。其中有少數(shù)民族男生62人，少數(shù)民族女生54人）。共測了121節(jié)體育課，每節(jié)課45 min，課堂主要內(nèi)容是籃球、乒乓球、足球和健美操。

2.2 測試器材

測試器材包括：（1）31臺Yamax計步器，型號為SW651，產(chǎn)地日本。這種計步器“已經(jīng)被證實在不同的環(huán)境下是有效的，可以測定和記錄學生的運動時間、運動總步數(shù)以及每分鐘步數(shù)”[6]。（2）2臺日本生產(chǎn)的索尼 SOFIT-TRV80。（3）ActiTrainer體動記錄儀。可提供心率信息，確定心率區(qū)間。配合專用胸帶及發(fā)射器，心率信息可以無線方式傳遞到ActiTrainer，并且和活動信息一同顯示。ActiTrainer配有OLED顯示屏，可實時顯示心率數(shù)據(jù)。（4）SOFIT（System for Observing Fitness Instruction）學生行為觀測系統(tǒng)。SOFIT觀測系統(tǒng)是在體育課堂教學中，通過提示音，觀察收集學生的活動水平、教師行為和課堂內(nèi)容，是一種綜合性的評價教學水平的工具，通過將觀察數(shù)據(jù)與已經(jīng)被驗證的標準相比較，評價體育教學課堂效果。（5）身高體重測試儀器，型號為TZCS-1，寬屏液晶顯示，落地式語音同步提示功能，同時測量顯示體重（kg）、身高（cm）兩項數(shù)值，測試數(shù)據(jù)將實時傳輸?shù)诫娔X中。

2.3 SOFIT觀測法

SOFIT已經(jīng)被很多研究驗證是有效的、可靠的體育課堂評價方法，可以為體育教師和研究者提供客觀、可靠的課堂分析數(shù)據(jù)。SOFIT包括3個部分：第一是學生的運動參與水平（student physical activity levels），包 括 躺 （lying down）、坐 （siting）、站 （standing）、走（walking）、劇烈運動（vigorous）。SOFIT 表格內(nèi)的編碼是，1=躺，2=坐，3=站，4=走，5=劇烈的運動。第二是課堂內(nèi)容（lesson context），主要指體育教師是如何傳遞體育教學內(nèi)容的，包括一般內(nèi)容、知識內(nèi)容、體育運動內(nèi)容。一般內(nèi)容是指學生沒有參與體育教育內(nèi)容的練習時間，包括過渡時間（例如更換場地、器材變更、教學組織等時間）、管理時間（例如點名、課堂要求等時間）、間歇時間（休息時間）。知識內(nèi)容是指與體育運動知識有關(guān)的內(nèi)容，教授過程中學生不參與活動。具體的內(nèi)容如體能知識、體育活動知識、運動戰(zhàn)術(shù)策略、技術(shù)要領(lǐng)、身體鍛煉的價值、受傷的處理等。體育運動內(nèi)容包括健身活動、技能練習、游戲和其他的自由活動。SOFIT表格內(nèi)的編碼是，M=管理，K=知識，F(xiàn)=健身活動 （包括體適能練習），S=技能練習，G=游戲，O=其他的自由活動。三是教師交互作用 （主要涉及體育活動和學生健康促進的指導）。此時SOFIT表格內(nèi)的編碼是，I=促進課內(nèi)學生進行身體活動、技能學習等，O=促進課外的學生進行的身體活動和健康練習，N=教師什么都沒做。

SOFIT評價系統(tǒng)觀察方法：（1）預先錄制好口令提示，10 s觀察，10 s記錄，交替進行，兩名觀察員一組，聽提示音進行觀察記錄。（2）確定目標學生。每堂體育課確定5名目標學生，編好順序，第五名學生作為備份。（3）觀察記錄從課堂開始記錄到課堂結(jié)束，聽預先錄制好的提示，對一個目標學生進行連續(xù)4 min的不間斷的觀察記錄（總時間為240 s，20 s一個間隔，包括10 s觀察，10 s記錄。12個時間間隔），4 min結(jié)束時，預先錄制的提示會告訴你進入下一個目標學生觀察，觀察結(jié)束繼續(xù)交替進行。（4）10 s的觀察結(jié)束要立即進行記錄，按照學生的參與水平、課堂內(nèi)容、教師的交互作用3個部分事先設(shè)計好的各部分內(nèi)容代號，立即填寫編碼，可以在相應的部分打“√”。

SOFIT行為觀測工具將 “學生運動一般的行為分為坐、拉伸、站立等等，將中等強度的行為分為走，大強度行為又分為急速跑、加速跳等等”[7]。

2.4 研究過程

所有的計步器在運用之前都被檢測準確無誤，測試走路或跳躍150下，測試分別以4.83 km/h和9.66 km/h兩種速度測試，計步器的步數(shù)誤差范圍在3%以內(nèi)的可以正常使用，否則將被調(diào)換。對每個學校3名體育老師進行SOFIT訓練，使其學會使用和收集數(shù)據(jù)，最終達到≥90%的準確率（隨便抽取一段用DV記錄的學生運動時間與步數(shù)，與SOFIT數(shù)據(jù)相比較），準確率達到了92.21%～94.53%，符合了內(nèi)部人員操作SOFIT的標準。

兩名體育教師負責上課之前對學生進行測量和檢查，一名教師負責記錄?！皩W生帶好安全帶以后，上課鈴開始，SOFIT的教師開始記錄，學生的計步器開始工作，體育課結(jié)束，摘除計步器，計步器工作結(jié)束。計步器的數(shù)據(jù)由教師保存，計步器保存的數(shù)據(jù)包括學生總的運動步數(shù)、總的時間、運動的時間以及平均步數(shù)?！盵8]兩臺攝像機全程對體育課上學生進行攝像記錄，覆蓋體育課的全部范圍，確保不出現(xiàn)死角。

研究過程中學生心率和活動強度水平由Acti-Trainer體動記錄儀監(jiān)控記錄。

2.5 分析數(shù)據(jù)

運用SPSS17.0進行數(shù)據(jù)處理，描述統(tǒng)計身高、體重、BMI和學生的運動時間、每分鐘步數(shù)。對于SW651記錄的數(shù)據(jù)和SOFIT記錄的數(shù)據(jù)用線性回歸進行檢驗。認真核對DV的步數(shù)、時間與計步器步數(shù)、時間以及SOFIT記錄的步數(shù)與時間數(shù)據(jù)之間的線性關(guān)系，準確率為92.87%～98.81%。產(chǎn)生以計步器為評價測量工具的預測模型方程，預測出學生體育課時間的50%完成MVPA的每分鐘步數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 受試者基本情況（見表1）

表1 受試學生年齡與人體測量平均值和標準差（±s）TableⅠ Age of the Subjects and the Mean and Standard Deviation of Anthropometric Measurements(±s)

表1 受試學生年齡與人體測量平均值和標準差（±s）TableⅠ Age of the Subjects and the Mean and Standard Deviation of Anthropometric Measurements(±s)

注：*表示 P≤0.01。

年齡/歲 身高/cm 體重/kg BMI男性別16.50±1.02 173.61±7.01 63.20±10.33 23.34±3.79女16.31±1.12 161.76±6.98 54.76±12.78 22.17±3.95年級初一 15.56±0.65 168.67±8.79 64.37±11.23 22.86±3.67初二 16.78±0.86* 170.16±9.01 69.22±10.78 23.68±4.12初三 17.16±0.85 173.63±9.23 70.76±12.21 24.97±5.54總計 16.56±1.03 169.87±9.21 67.44±12.89 23.56±3.99

3.2 計步器、SOFIT記錄的學生MVPA時間

研究結(jié)果顯示，計步器記錄的體育課的時間（從帶上計步器到計步器摘除）為（42.85±1.12）min。 學生在體育課的MVPA的步數(shù)是3 232步，每分鐘71.83步；學生達到MVPA時平均心率為149次/分鐘?；顒訒r間占總課時的比例為50.4%；體育活動時間22.66 min。男生在體育課中達到MVPA的時間比女生要多一些（見表2）。

表2 計步器記錄的學生體育活動情況（±s）TableⅡ Subjects′Physical Activities Recorded by the Pedometer(±s)

表2 計步器記錄的學生體育活動情況（±s）TableⅡ Subjects′Physical Activities Recorded by the Pedometer(±s)

注：%體育活動=體育課堂中學生MVPA時間與課堂總時間的比率；體育活動時間=體育課堂中達到MVPA的時間。

性別 步數(shù) 步數(shù)與分鐘 心率（次/分鐘） %體育活動 體育活動時間/min男3 236±190 71.92±4.21 155±3.12 51.6±0.07 23.31±2.62女3 226±216 71.71±5.24 140±3.65 48.8±0.08 21.78±2.59總計 3 232±198 71.83±6.11 149±3.33 50.4±0.07 22.66±2.59

SOFIT記錄課堂中學生MVPA運動的步數(shù)（M=3 239）與計步器記錄的步數(shù)（M=3 232）相差不大，學生達到MVPA時的平均心率為151次/分鐘（見表 3）。

表3 SOFIT記錄的學生體育活動信息（±s）Table Ⅲ Subjects′Physical Activity Information Recorded by SOFIT(±s)

表3 SOFIT記錄的學生體育活動信息（±s）Table Ⅲ Subjects′Physical Activity Information Recorded by SOFIT(±s)

性別 步數(shù) 步數(shù)與分鐘 心率（次/分鐘） %體育活動 體育活動時間/min男3 224±213 71.64±5.23 158±3.35 52.84±0.08 23.78±2.87女3 245±245 72.11±4.89 144±3.13 46.61±0.05 20.76±2.69總計 3 239±225 71.82±5.88 151±3.21 49.62±0.06 22.33±3.12

3.3 計步器記錄的MVPA步數(shù)與SOFIT記錄的MVPA步數(shù)相關(guān)性分析

研究結(jié)果顯示，線性回歸分析得出Pearson相關(guān)系數(shù)為0.867，雙側(cè)顯著性檢驗的概率P值是0.001，小于0.01，說明計步器步數(shù)與SOFIT記錄的步數(shù)呈顯著相關(guān) （見表4）。 方差分析得出，回歸均方為1.55E+07，剩余均方是4 460.140，F(xiàn)檢驗統(tǒng)計量的觀察值為3 484.547，相應的概率為 0.000，小于 0.05，可以認為計步器記錄學生的MVPA步數(shù)與SOFIT記錄的學生MVPA步數(shù)之間存在線性關(guān)系（詳見表4、表5）。

表4 計步器步數(shù)與SOFIT記錄步數(shù)的線性相關(guān)Table IV Linear Correlation Between Steps Recorded by Pedometer and SOFIT

表5 計步器步數(shù)與SOFIT記錄步數(shù)方差分析表（Anovab）Table V Anovabof Steps Recorded by Pedometer and SOFIT

3.5 計步器記錄的MVPA步頻與SOFIT記錄的MVPA步頻相關(guān)性分析

研究結(jié)果顯示，線性回歸分析得出Pearson相關(guān)系數(shù)為0.894，單側(cè)顯著性檢驗的概率P＜0.01，說明計步器步數(shù)與SOFIT記錄的步數(shù)之間有強烈的相關(guān)（見表 6）。

表6 計步器記錄MVPA步頻與SOFIT記錄MVPA步頻相關(guān)性Table VI Correlation between Stride Frequencies Recorded by Pedometer and SOFIT

方差分析得出，回歸均方為8310.174，剩余均方是1.803，F(xiàn)檢驗統(tǒng)計量的觀察值為4609.091，相應的概率為0.001，小于0.05，可以認為計步器記錄學生MVPA步頻與SOFIT記錄學生MVPA步頻之間存在線性關(guān)系（見表7）。

3.6 計步器學生的MVPA步頻與MVPA運動時間預測方程

由回歸預測散點圖的結(jié)果顯示，得出方程為Y=0.15911x+68.221，殘插圖顯示各點在水平帶狀區(qū)域分布均勻，R2=0.987，R=0.988，故此回歸方程自變量能很好地解釋因變量變異的程度（見圖1、表8）。方差分析結(jié)果可以認為計步器記錄學生MVPA步頻與學生MVPA時間存在線性關(guān)系（見表9）。

表7 方差分析（Anovab）Table VII Analysis of Variance(Anovab)

圖1 計步器記錄的學生MVPA步頻與MVPA運動時間散點圖Figure 1 Scatter Plots of Subjects′MVPA stride?Frequency and MVPA Time Recorded by Pedometer

表8 回歸統(tǒng)計Table VIII Regression Statistics

表9 方差分析Table IX Analysis of Variance

把體育課的50%時間22.5 min帶入計算得出Y=71.81。結(jié)論：初中45 min的體育課中，計步器記錄學生71.81步/分鐘是完成課堂時間50%的MVPA的分水嶺。

4 結(jié)論

4.1 初中體育課中，71.81步/分鐘是完成課堂時間50%的MVPA的分水嶺。

4.2 計步器作為測量工具，計步器測試的學生每分鐘步數(shù)與體育課堂中學生MVPA的時間占比存在強烈的線性關(guān)系（r≥0.92，P≤0.01）。計步器測試的每分鐘步數(shù)與MVPA的時間存在線性關(guān)系（r≥0.91，P≤0.01）。