Die Effekte des Sporttreibens auf die kognitive Leistungsfähigkeit im schulischen Kontext

214 Pages·2010·5.38 MB·German

Die Effekte des Sporttreibens auf die kognitive
Leistungsfähigkeit im schulischen Kontext

Inaugural-Dissertation
zur
Erlangung der Doktorwürde
der Wirtschafts- und Verhaltenswissenschaftlichen Fakultät
der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i. Br.

vorgelegt von Katharina Alexandra Moser
aus Freiburg i. Br.

April 2010
Erster Gutachter: Prof. Dr. Reinhard Fuchs
Institut für Sport und Sportwissenschaft
Zweite Gutachterin: Prof. Dr. Petra Gieß-Stüber
Institut für Sport und Sportwissenschaft
Dekan: Prof. Dr. Dieter K. Tscheulin
Tag der Disputation: 14. Juli 2010
Meinen Eltern
Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ............................................................................................................................8

2 Allgemeine Auswirkungen körperlicher Aktivität .....................................................10
2.1 Überblick über die Situation in der Schule ..........................................................10
2.2 Die Rolle des Schulsports im Schulalltag ............................................................12
2.3 Physische Auswirkungen körperlicher Aktivität .................................................15
2.4 Psychische Auswirkungen körperlicher Aktivität ...............................................17
2.4.1 Sport und seelische Gesundheit bzw. Wohlbefinden..............................18
2.4.2 Sport und Angst ........................................................................................21
2.4.3 Sport und Stress ........................................................................................23
2.4.4 Sport und Depression ................................................................................24
2.5 Physiologie der Wirkweisen körperlicher Aktivität auf die Psyche
am Beispiel depressiver Erkrankungen ................................................................27
2.6 Zusammenfassung .................................................................................................32

3 Der Zusammenhang von Sport und kognitiver Leistungsfähigkeit .......................35
3.1 Begriffsbestimmung kognitive Leistungsfähigkeit .............................................35
3.2 Auswirkungen körperlicher Aktivität auf die kognitive Leistungs-
fähigkeit bei Erwachsenen ....................................................................................36
3.2.1 Geschichtliche Entwicklung .....................................................................37
3.2.2 Auswirkungen akuter körperlicher Aktivität bei Erwachsenen .............38
3.2.3 Auswirkungen chronischer körperlicher Aktivität bei
Erwachsenen ..............................................................................................42
3.2.4 Zusammenfassung .....................................................................................46
3.3 Der Zusammenhang von körperlicher Aktivität und kognitiver
Leistungsfähigkeit bei Kindern ............................................................................48
3.3.1 Auswirkungen chronischer körperlicher Aktivität bei Kindern .............48
3.3.1.1 Sport und Intelligenz.....................................................................50
3.3.1.2 Sport und kognitive Leistungsfähigkeit.......................................50
3.3.1.3 Sport und Schulleistung (experimentelle Studien) .....................52
3.3.1.4 Sport und Schulleistung (Korrelationsstudien) ...........................54
3.3.2 Auswirkungen akuter körperlicher Aktivität bei Kindern ......................56
3.3.2.1 Die umgekehrte-U-Hypothese .....................................................56
3.3.2.2 Studien zur umgekehrten-U-Hypothese bei Erwachsenen .........58
3.3.2.3 Studien zur umgekehrten-U-Hypothese bei Kindern .................59
3.3.2.4 Studien zu verschiedenen Bereichen kognitiver
Leistungsfähigkeit.........................................................................60
3.3.3 Zusammenfassung .....................................................................................62

3.4 Der Zusammenhang von körperlicher Aktivität und Auftreten von
kognitiven Störungen und Demenz bei älteren Menschen .................................66
Inhaltsverzeichnis

3.5 Physiologische Hindergründe des Zusammenhangs von körperlicher Aktivität
und kognitiver Leistungsfähigkeit ........................................................................68
3.5.1 Auswirkungen körperlicher Aktivität auf die Durchblutung
des Gehirns ................................................................................................68
3.5.2 Auswirkungen körperlicher Aktivität auf Lern- und
Gedächtnisleistungen: Neurogenese ........................................................69
3.5.3 Auswirkungen körperlicher Aktivität auf exekutive
Kontrollfunktionen ....................................................................................74
3.5.4 Zusammenfassung .....................................................................................76
3.6 Zusammenfassung des Zusammenhangs von Sport und
kognitiver Leistungsfähigkeit ...............................................................................77

4 Eigene Untersuchung: Fragestellung und Methodik .................................................79
4.1 Fragestellungen der eigenen Untersuchung .........................................................79
4.2 Vorgehen und Untersuchungsdesign ....................................................................84
4.2.1 Unterrichtsphase ........................................................................................84
4.2.2 Messung der kognitiven Leistungsfähigkeit............................................86
4.3 Merkmale der Stichprobe ......................................................................................87
4.3.1 Die ausgewählte Untersuchungsschule....................................................88
4.3.2 Soziodemographie der Stichprobe ...........................................................90
4.3.3 Das Notensystem am Deutsch-Französischen Gymnasium ...................92
4.3.4 Kognitive Ermüdung .................................................................................92
4.4 Messinstrumente ....................................................................................................93
4.4.1 Fragebogen zu allgemeinen Angaben der Person ...................................94
4.4.2 PANAS-Stimmungsbarometer .................................................................94
4.4.3 d2-Aufmerksamkeits- und Belastungstest ...............................................96
4.4.4 Fragebogen zur Sportaktivität ..................................................................97
4.4.5 Zahlen-Verbindungs-Test .........................................................................99
4.4.6 Frankfurter Aufmerksamkeits-Inventar ................................................ 100
4.5 Psychologische Merkmale ................................................................................. 103
4.5.1 PANAS-Stimmungsbarometer .............................................................. 103
4.5.2 d2-Aufmerksamkeits- und Belastungstest ............................................ 103
4.5.3 Fragebogen zur Sportaktivität ............................................................... 106
4.5.4 Zahlen-Verbindungs-Test (ZVT) .......................................................... 107
4.5.5 Frankfurter Aufmerksamkeits-Inventar (FAIR) ................................... 109
4.5.6 Dropoutanalyse und Umgang mit fehlenden Daten ............................. 110
4.6 Psychometrische Kennwerte der Messinstrumente .......................................... 110
4.6.1 Objektivität ............................................................................................. 111
4.6.2 Reliabilität und Validität ........................................................................ 111
4.6.2.1 PANAS-Stimmungsbarometer .................................................. 112
4.6.2.2 d2-Aufmerksamkeits- und Belastungstest ................................ 114
4.6.2.3 Zahlen-Verbindungs-Test (ZVT) .............................................. 115
4.6.2.4 Frankfurter Aufmerksamkeits-Inventar (FAIR) ...................... 117
Inhaltsverzeichnis

4.6.2.5 Zusammenhänge der drei kognitiven Tests
(d2, ZVT, FAIR) ........................................................................ 119
4.6.3 Unhabhängigkeit der Konzentrationsleistung vom Geschlecht .......... 120
4.6.4 Zusammenhang zwischen Konzentrationsleistung und Alter ............. 120
4.6.4.1 Zusammenhänge der Ergebnisse der kognitiven Tests
mit dem Alter der Probanden .................................................... 121
4.6.4.2 Vergleich der Testergebnisse in den Klassenstufen 6 bis 9 .... 121
4.6.4.3 Vergleich der Testergebnisse zwischen den
Untersuchungsgruppen .............................................................. 123

5 Eigene Untersuchung: Ergebnisse.............................................................................. 127
5.1 Unterschiede in der kognitiven Leistungsfähigkeit zwischen den Gruppen .. 128
5.1.1 Konzentrationsleistungsfähigkeit nach dem d2-Test: KL-Wert .......... 129
5.1.2 Konzentrationsleistungsfähigkeit nach dem ZVT: S-Wert.................. 130
5.1.3 Konzentrationsleistungsfähigkeit nach dem FAIR: K-Wert ............... 131
5.1.4 Vergleich der Konzentrationsleistungsfähigkeit zu Beginn,
in der Mitte und am Ende der Erhebungsphase .................................... 133
5.1.5 Konzentrationsleistungsverlauf der einzelnen Probanden
innerhalb der drei Messungen ............................................................... 135
5.1.6 Zusammenhänge der Ergebnisse der drei kognitiven Tests ................ 137
5.1.7 Zusammenfassung .................................................................................. 137
5.2 Effekt der momentanen Stimmungslage auf die
Konzentrationsleistungsfähigkeit ....................................................................... 138
5.3 Effekte des habituellen Sporttreibens................................................................. 139
5.3.1 Moderatoreffekte des habituellen Sporttreibens auf die
akute kognitive Leistungsfähigkeit ...................................................... 140
5.3.2 Effekt des habituellen Sporttreibens auf die generelle
kognitive Leistungsfähigkeit ................................................................. 143
5.3.3 Zusammenfassung .................................................................................. 144
5.4 Moderatoreffekt des schulischen Leistungsstandes auf die akute
kognitive Leistungsfähigkeit .............................................................................. 144
5.4.1 Zusammenhang des Jahresendnotenschnitts mit den
Ergebnissen der kognitiven Tests .......................................................... 145
5.4.2 Einteilung der Probanden nach Jahresendnotenschnitt ........................ 145
5.4.3 Vergleich der Testergebnisse in den Schulleistungsgruppen .............. 146
5.4.4 Zusammenfassung .................................................................................. 148
5.5 Vergleich französischer und deutscher Schulklassen ....................................... 148

6 Zusammenfassung und Diskussion ............................................................................ 152
6.1 Überblick über die aktuelle Forschungslage zum Effekt
körperlicher Aktivität auf die kognitive Leistungsfähigkeit ........................... 153
6.2 Fragestellungen und Methodik der eigenen Untersuchung ............................. 156
6.3 Zusammenfassung der Ergebnisse der eigenen Untersuchung ....................... 157
Inhaltsverzeichnis

6.3.1 Vergleiche der Untersuchungsgruppen ................................................. 158
6.3.2 Effekte der Stimmungslage ................................................................... 161
6.3.3 Effekte des habituellen Sporttreibens ................................................... 162
6.3.4 Effekte des schulischen Leistungsstands .............................................. 165
6.3.5 Vergleich französischer und deutscher Schulklassen .......................... 165
6.3.6 Effekte des Alters bzw. der Klassenstufe ............................................. 167
6.3.7 Zusammenfassung der Ergebnisse ........................................................ 168
6.4 Gesamtfazit und Ausblick .................................................................................. 169

Literatur ..................................................................................................................................... 172

Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................. 193

Tabellenverzeichnis................................................................................................................... 194

Anhang ........................................................................................................................................ 194

Danksagung ................................................................................................................................ 214
1. Kapitel Einleitung

1 Einleitung

Dass körperliche Aktivität viele positive physische Auswirkungen hat, ist mittlerweile unum-
stritten (für aktuelle Übersichtsarbeiten siehe: Baumann, 2004; Fuchs, 2007; Hänsel, 2007;
Samitz & Baron, 2002, Warburton, Nicole & Bredin 2006). Darüber hinaus wurde körperliche
sportliche Aktivität mit positiven Auswirkungen auf die Psyche in Zusammenhang gebracht
(Arent, Landers & Etnier, 2000; Babyak et al., 2000; Craft & Landers, 1998; Fuchs, 2003;
Landers & Arent, 2001; Neumann & Frasch, 2005; Puetz, O’Connor & Dishman, 2006; Reed
& Ones, 2006). In bisherigen Studien konnte gezeigt werden, dass körperliche Aktivität die
Stimmung hebt, das Wohlbefinden verbessert und sogar psychische Krankheiten wie bei-
spielsweise Depression lindern kann (Blumenthal et al., 2000; Brosse, Sheets, Lett & Blumen-
thal, 2002; Neumann et al., 2005). Ein dritter Einflussbereich körperlicher Aktivität ist aller-
dings bislang noch wenig erforscht. Der Einfluss regelmäßiger chronischer bzw. akuter kör-
perlicher Aktivität auf die kognitive Leistungsfähigkeit ist in der Literatur noch umstritten
(für Übersichtsarbeiten: Etnier et al., 1997; Tomporowski & Ellis, 1986; Tomporowski, 2003;
Weingarten, 1973). Doch sprechen physiologische Hintergründe für einen positiven Zusam-
menhang: Studien an Tieren und neuerdings auch an Menschen haben gezeigt, dass körperli-
che Aktivität das Neuronenwachstum im Gehirn anregt (Berchtold, Kesslak, Pike, Adlard &
Cotman 2001; Black, Issac, Anderson, Alcantara & Greenough 1990; Broocks et al., 1998;
Cotman & Berchtold, 2002; Cotmann & Engesser-Cesar, 2002; Hollmann & Hettinger, 2000;
Hollmann & Löllgen, 2002; Isaacs, Anderson, Alcantara, Black & Greenough, 1992; Russo-
Neustadt, Beard, Huang & Cotman 2000). Daher liegt die Vermutung nahe, dass körperliche
Aktivität die kognitive Leistungsfähigkeit nicht nur durch die entspannende Wirkung des
Sporttreibens verbessert, sondern auch durch physiologische Auswirkungen auf neuronaler
Ebene. Mehrere Studien konnten einen positiven Zusammenhang zwischen körperlicher Akti-
vität und kognitiver Leistungsfähigkeit feststellen (Colcombe et al., 2006; Etnier et al., 1997;
Tomporowski, 2003; Yaffe, Barnes, Nevitt, Lui & Covinsky, 2001). Die meisten dieser Studi-
en bezogen sich jedoch auf ältere Menschen (Colcombe et al., 2006; Yaffe et al, 2001). Es
konnte gezeigt werden, dass Sporttreiben in der Jugend das Risiko von Alzheimer im Alter
senkt (Friedland et al., 2001), aber auch, dass Sporttreiben im Alter das Nachlassen der Denk-
fähigkeit besonders bei Demenz aufschieben kann (Abbott et al., 2004; Larson et al., 2006;
Laurin, Verreaul, Lindsay, MacPherson & Rockwood, 2001). Der Einfluss von Sport auf die
kognitive Leistungsfähigkeit bei Jugendlichen wurde noch kaum untersucht. Gerade aber in
Anbetracht der neuen Bildungspolitik bezüglich des achtjährigen Gymnasiums mit der da-
durch zwangsläufig höheren Stoffdichte einerseits und der Kürzung im Sportunterricht ande-
rerseits (Engels, 2001), ist es von höchster Brisanz, die Wirkung von körperlicher Aktivität
auf die kognitive Leistungsfähigkeit bei Schülern1 zu untersuchen.

In den Kollegien an deutschen Schulen herrscht häufig die Meinung, dass man wenn möglich
keine Klassenarbeit direkt nach dem Sportunterricht schreiben sollte, da die Schüler nach dem

1 In vorliegender Arbeit wird das Wort „Schüler“ für einen besseren Lesefluss stellvertretend für „Schülerinnen
und Schüler“ verwendet (ebenso: „Gymnasiasten“ für „Gymnasiastinnen und Gymnasiasten“, „Zehntklässler“
für „Zehntklässlerinnen und Zehntklässler“, etc.).
8
1. Kapitel Einleitung

Sportunterricht unruhig und aufgedreht seien und sich schlechter konzentrieren könnten. Auf-
gabe der vorliegenden Untersuchung ist es nun, dieses Vorurteil zu beleuchten. Bestätigt sich
diese Meinung oder kann sogar das Gegenteil der Fall sein: Können sich Schüler nach dem
Sportunterricht eventuell besser konzentrieren als nach dem Unterricht in einem anderen
Fach? In der Literatur finden sich hierzu widersprüchliche Meinungen (Caterino & Polack,
1994; McNaughten & Gabbard, 1993; Raviv & Low, 1990). Unter Anderem könnte dies da-
ran liegen, dass meist Schüler unterschiedlichen Alters (meist jüngere Schüler) untersucht
wurden. Daher wäre es interessant zu wissen, wie sich sportliche Aktivität bei älteren Schü-
lern auswirkt, da besonders im Gymnasium der Leistungsdruck zugenommen hat. Zudem
fehlt es an neueren Feldstudien im schulischen Kontext.

Daher wurde in der vorliegenden Arbeit die Wirkung eines aeroben Ausdauertrainings inner-
halb einer 45-minütigen Sportstunde auf die kognitive Leistungsfähigkeit der Schüler in der
darauffolgenden Schulstunde untersucht. Diese Ergebnisse wurden verglichen mit denen von
Schülern, die statt Sportunterricht Mathematik- bzw. keinen Unterricht (in Form von einer
beaufsichtigten Freistunde mit Selbstbeschäftigung oder speziellem beaufsichtigten Kunstun-
terricht in wenig kognitiv aktiver Form) hatten. Es soll hinterfragt werden, ob Schulsport der
Konzentrationsleistung der Schüler eher hinderlich ist oder ob Schulsport der Konzentrations-
leistung der Schüler förderlich ist und somit einen Ausgleich im stressigen Schulalltag bieten
könnte.

Kapitel 2 der hier vorliegenden Untersuchung behandelt die allgemeinen Auswirkungen kör-
perlicher Aktivität. Nach einem kurzen Überblick über die Situation in der Schule (2.1) und
über die Rolle des Schulsports (2.2), werden die physischen (2.3) und psychischen (2.4) Aus-
wirkungen körperlicher Aktivität besprochen. Im Anschluss wird auf die physiologischen
Wirkweisen körperlicher Aktivität eingegangen (2.5). Kapitel 3 diskutiert den Zusammen-
hang von Sport und kognitiver Leistungsfähigkeit. Hierbei wird zwischen Auswirkungen bei
Erwachsenen (3.2), bei Kindern (3.3) und bei älteren Menschen (3.4) unterschieden. Auch in
diesem Kapitel werden die physiologischen Hintergründe genauer erläutert (3.5). Kapitel 4
bespricht die Methodik der vorliegenden Untersuchung mit Fragestellung (4.1), Vorgehen und
Untersuchungsdesign (4.2), Stichprobe (4.3) und Messinstrumenten (4.4) mit ihren psycholo-
gischen (4.5) und psychometrischen Merkmalen (4.6). In Kapitel 5 werden die Ergebnisse der
Untersuchung vorgestellt. Das anschließende Kapitel 6 liefert eine Zusammenfassung vorlie-
gender Arbeit und eine Diskussion der Ergebnisse.

9
2. Kapitel Allgemeine Auswirkungen körperlicher Aktivität
2 Allgemeine Auswirkungen körperlicher Aktivität

Das Kapitel 2 (und im Spezifischen auch Kapitel 3) betrachtet die theoretischen Grundlagen
vorliegender Studie. Hier werden die allgemeinen Auswirkungen körperlicher Aktivität erläu-
tert. Es sollen die Effekte des Sporttreibens auf die kognitive Leistungsfähigkeit im schuli-
schen Kontext untersucht werden. Daher wird in Kapitel 2.1 zuerst ein Überblick über die
Situation in der Schule gegeben. Kapitel 2.2 beleuchtet die Rolle des Schulsports im Schulall-
tag. Im Anschluss werden die physischen (Kapitel 2.3) und psychischen (Kapitel 2.4) Aus-
wirkungen körperlicher2 Aktivität betrachtet. Hauptaugenmerk vorliegender Arbeit ist der
Zusammenhang von körperlicher Aktivität und kognitive Leistungsfähigkeit. Daher geben
Kapitel 2.3 und 2.4 nur einen kurzen Überblick auf die schon weit gefestigten Ansichten der
positiven Auswirkungen auf den Körper (2.3) und auf die Forschungslage der positiven Aus-
wirkungen auf die Psyche (2.4). Die physiologischen Hintergründe werden in Kapitel 2.5 dar-
gelegt. Der Zusammenhang zwischen körperlicher Aktivität und kognitive Leistungsfähigkeit
wird in Kapitel 3 betrachtet.

2.1 Überblick über die Situation in der Schule

In den letzten Jahren kam es zu einer deutschlandweiten Schulreform, die nach und nach in
den einzelnen Bundesländern umgesetzt wird. Ausgelöst wurde dieser Wandel durch das
schlechte Abschneiden deutscher Schüler im PISA-Test. Eine der wichtigsten Veränderungen
ist die Kürzung des Gymnasiums von neun Jahren (G9) auf acht Jahre (G8). Durch den Weg-
fall eines Schuljahres kommt es zwangsläufig zu einer Erhöhung der Stoffdichte in den ein-
zelnen Klassen, verbunden mit höherem Stress für die Schüler und einem größeren Risiko an
Überforderung. Gerade in diesem Kontext nimmt die Rolle des Schulsports an Bedeutung zu.
Es stellt sich die Frage, inwieweit der Schulsport diesem erhöhten Stress entgegenwirken
kann und sogar das Lernen erleichtern kann. Vorliegende Arbeit untersucht die Effekte des
Sporttreibens auf die kognitive Leistungsfähigkeit im schulischen Kontext. Die Untersu-
chungsschule ist ein Gymnasium. Daher beschränkt sich dieses Kapitel auf die schulische
Situation an Gymnasien, im Besonderen an Gymnasien in Baden-Württemberg. Diese schuli-
sche Situation hat sich aufgrund einer breit angelegten Schulreform grundlegend verändert.
Damit einher geht auch eine Veränderung der Bedeutung des Schulsports. Der PISA-Test
(Deutsches PISA-Konsortium, 2001) bezüglich des internationalen Schulvergleichs hat viele
Politiker beunruhigt. Deutsche Schüler haben im Vergleich zu anderen Ländern überraschend
schlecht abgeschnitten. Die deutschen Bildungspolitiker sahen sich dadurch zum Handeln
gezwungen und führten eine umgreifende Schulreform ein. Nach Aussage von Kultusministe-
rin Schavan befinden wir uns in der „tiefgreifendsten Bildungsreform in Baden-Württemberg
seit Jahrzehnten“ (Regierungserklärung vom 27. März 2003, vgl. Ruep, 2003, S. 6). In Baden-
Württemberg, wie auch in vielen anderen Bundesländern, wurde der Bildungsplan reformiert
(Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg, 2004). Neben dem bisher
vermittelten Stoff steht nun zudem ein sogenanntes Methodenkurrikulum im Vordergrund,

2 Hierbei ist „körperliche sportliche Aktivität“ gemeint.
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