学生体质水平与学业成绩关系的实证研究*

樊启学, 阳家鹏

(1.无锡城市职业技术学院，江苏 无锡 214153; 2.广州体院学院，广东 广州 5105002 )

人的体质是其一生健康的重要标志。通过体育锻炼来改善健康有着多方面的益处，例如可以有效预防心血管和代谢疾病，减少人的焦虑、沮丧等不良心理情绪。另外，大量的研究表明由于缺乏身体活动导致一系列的疾病如肥胖、心血管疾病、二型糖尿病、高血压等。体质水平下降也是导致死亡的风险因素。尽管通过身体活动改善体质健康有着如此多的好处以及缺乏身体活动有如此大的风险，但人们身体活动的机会似乎变得越来越少。特别是青少年儿童，他们本处于活泼好动的年龄阶段，但网络、电视、电子游戏、手机、各种学科补习把他们按在凳子上。家长们面对残酷的升学、就业等现实，要求孩子优先选择文化课程的学习似乎无可厚非。但是，忽视身体锻炼而一味追求文化成绩就一定能使学生获得高分吗？对这一问题的深究，以便找到一条更好的路径让家长、学生和教师正确处理好学习与身体的关系。

中小学生体质(Physical Fitness，也译为体适能)与学业关系的研究在国外进行的如火如荼，引起了体育工作者及相关机构如公共休闲、教育部门和健康研究部门的长期关注。Wittberget RA[1](2012)等人发现处于较高体质水平的学生与处于较低水平的学生相比较而言，前者的数学与英语成绩要高于后者。Dwyer T[2](1983)的研究样本546人，对实验组进行更多的体育锻炼的干预，而对照组进行更多的学习成绩的干预，在比较中发现，实验组有着更好的学业成绩。这一研究支持了在学校环境下增加学生体育锻炼的时间能有效影响学生的学业分数。Chomitz VR[3](2009)等人的研究报道了随着体质测试指标合格数量的增加，学生通过语文和数学测试的合格率也增加。2010年，美国疾病与控制中心对大量的关于身体活动或体质水平与学业成绩的关系研究进行了评估，得出结论认为体育课程和身体锻炼能帮助学生提高学业成绩并且不可能阻碍学生的学习进步[4]。

学生体质与学业关系的研究目前还没有取得一致性的结论。例如，Gunstad[5](2008)及其同事大样本的研究结果认为，孩子的体重指数(BMI)与认知功能没有联系。Coe[6](2006)等人的纵向研究结果认为：体育课对学生的学业成绩没有影响，可能是因为在这样的课程中身体活动的强度太小。Cottrell[7](2007)和Trudeau and Shephard[8](2010)研究结果认为，常见的生理或社会因素可能影响认知和学业成绩，而不是身体活动或肥胖本身。Sallis[9](1999)的研究发现训练对学生的阅读、语言和标准化的测试分数有积极的正向影响，但对数学没有影响。基于学生体质水平与学业成绩的关系仍处于模糊阶段，以及我国此类研究的匮乏，本研究通过对小学生体质水平的测量，收集学生标准化文化测试的成绩，来量化分析体质水平与学业成绩的关系，试图通过揭示体质水平与学业成绩的联系，使家庭、学校和社区认识到学生体质健康水平的重要性，进而改变学生活动不足的窘态与困境。

1 研究方法

1.1 测试对象

以无锡市5所小学一至五年级学生作为被试，其中一年级、二年级各五个班，三、四、五年级各四个班，共计889人，剔除残缺数据7人，共获有效样本量为882人，其中女生为378人，学生年龄在6～13岁之间。各年级学生基本情况如表1。

表1 学生基本情况统计一览

1.2 测试法

1.2.1 体质测试指标选取依据及测量

2014年7月教育部下发了新的《国家学生体质健康标准(2014年修订版)》(以下称《新标准》)，《新标准》从身体形态、身体机能和身体素质等方面综合评定学生的体质水平，是学生体质水平的个体评价标准[10]。本文以《新标准》为依据，选取《新标准》中所规定的各项指标来测量小学生的体质水平。

小学体质测试指标分成低、中、高三组(一、二年级为低年级组；三、四年级为中年级组；五、六年级为高年级组)，各组的测试项目相同。对测试成绩评分按年级分成六组，各组的评分标准不同。

测试时，教师尽可能按《体质测试指南》的要求进行操作。将学生的身高、体重换算成BMI(体重(kg)/身高(m2))，精确到0.1kg/m2。50m跑、50m×8往返跑的测试由体育教师完成，采用手动计时，精确到0.1s。1min跳绳由教师计时，三名学生同时数数取中间值，一、二年级跳绳数数由高年级学生帮助完成，精确到个位。坐位体前屈和1min仰卧起坐由教师讲解示范正确的技术动作及注意事项后进行测量。考虑到低年级组测试肺活量时，学生很容易换气、漏气等问题，存在操作层面上不可控因素，可能导致数据测试结果存在较大误差，因而本研究不考虑肺活量这一指标。

1.2.2 学业成绩测试

学业考试是由区教育局统一命题，考试科目为语文、数学和英语，各科成绩满分为100分。区教育局统一抽调各校教师进行集体阅卷，本研究用卷面分数作为学生的学业成绩指标。

1.3 数据分析

采用spss20.0软件对数据进行统计分析。依照《新标准》将学生体质测试的原始成绩换算成得分。该《标准》将不同年级、不同性别进行了区分，即每个年级有不同的评分标准、男女标准也不同。原始成绩转换过程中遇到有些数据在单项评分表中没有给出具体分数时，采用该数据临近前后分值的平均值来赋分。在数据的筛查过程中，有7名学生体质测试成绩缺失，直接将其剔除。学业成绩缺失的学生有12人，缺失的学业成绩用该班的平均成绩补上。

用“体质平均成绩”来代表学生的综合体质水平，即体质平均成绩=(各体质测试指标得分之和/测试指标之和)。本文以BMI、50m跑、坐位体前屈、1min跳绳、1min仰卧起坐、50m×8往返跑和体质平均成绩为自变量，以语文成绩、数学成绩、英语成绩和学业平均成绩(各科成绩之和/3)为因变量。BMI原始成绩转换成得分时，体重指数正常的为100分，BMI偏轻的为80分，超重的为80分，肥胖的为60分。

数据的描述性分析用均值±SD来表示。采用皮尔森(pearson)相关分析了体质测试指标得分与学业成绩的相关关系。体质测试得分对学业成绩的线性回归分析使用了两个不同的模型。模型1：采用单变量回归分析，将每个预测变量单独对学业成绩进行回归，探讨各个自变量对学业成绩的影响。模型2：采用多变量逐步回归，将预测变量同时放入模型中对学业成绩进行回归分析。

2 结果与分析

2.1 体质测试各指标得分与学业成绩的相关分析

表2表明，50m跑在成绩和得分上，男生均要优于女生且差异具有高度显著性(p<0.01)。但坐位体前屈方面，女生无论成绩与得分均好于男生，差异达到高度显著性。一分钟跳绳男女比较而言，成绩上女生要优于男生且差异具有高度显著性(p<0.01)，但在得分上没有差异(p=0.081>0.05)。在学业成绩上，女生成绩要高于男生，且差异具有高度的显著性。

表2 体质水平和学业成绩的描述性统计

注：**表示p≤0.01，差异具有非常显著性；*表示0.01

表3表明：体重指数得分、坐位体前屈得分、仰卧起坐得分与学业成绩没有相关性。50m×8往返跑得分与英语成绩具有相关性(p<0.05)，与语文、数学和平均成绩没有相关。50m跑得分与英语和学业平均成绩正相关(p<0.05)。一分钟跳绳与语文成绩、数学成绩、英语成绩和学业平均成绩都有相关性，且p<0.01。体质平均成绩与英语和学业平均成绩具有正相关性(p<0.05)。

表3 体质指标得分与学业成绩皮尔森相关

注：**表示p≤0.01，差异具有非常显著性；*表示0.01

2.2 学生体质水平对学业成绩的回归分析

回归分析结果如表4所示。模型1表明： 50m跑得分对语文成绩和数学成绩的回归系数没有达到显著性水平，对英语和学业平均成绩达到显著性水平，其标准化的回归系数分别为0.089、0.075，β为正值。一分钟跳绳得分对语文、数学、英语和平均成绩的回归系数都达到显著性水平，其β值分别为0.114、0.104、0.174、0.148，且β均为正值。50m×8得分对英语成绩的回归系数为0.157，达到显著性水平。体质平均成绩对英语和学业成绩的回归系数达到显著性水平。

在模型2中，采用逐步回归方法，结果显示：50m跑得分、体质平均成绩对学业成绩的回归系均没有达到显著性，而1分钟跳绳对各科学业成绩的回归系数达到高度的显著性(p<0.01)，其调整后的标准化回归系数分别为0.114、0.104、0.174、0.148。

表4 体质测试指标得分与学业成绩的回归分析

注： **表示p≤0.01，差异具有非常显著性；*表示0.01

2.3 讨论

2.3.1 跳绳与学业成绩关系

Jones, Squires[11]发现跳绳项目能预测最大吸氧量和提高心肺体适能。John A. Baker[12]的随机对照实验发现，实验组每天进行10min跳绳与对照组每天进行30min慢跑，经过六周后发现，实验组与对照组心肺体适能都同样得到提高，结论认为跳绳对心肺体适能提高的效率要高。上述研究认为通过跳绳练习能有效提高有氧能力，而大量的研究表明有氧能力与认知能力有着密切的关系。Chaddock L(2012)、Wittberg RA(2012)和Voss MW(2011)等人研究了有氧能力与认知水平的关系[13,14,15]。其研究结果揭示了有氧能力与认知能力和学业成绩正相关。

跳绳是对身体协调能力要求较高的项目。所谓协调运动能力，是肌肉和神经整合的能力，其包括了多元随意的复杂运动和身体不同部位相互作用的目标行为[16]。Luiz Henrique da Silva[17]等人研究了跳绳的动力学特征，认为跳绳看似简单的任务，但通过仔细分析发现执行跳绳这一任务是极其复杂的。跳绳运动能充分调动人体骨骼肌系统、神经系统、心肺系统和感觉系统，各个系统要统一协调、积极配合。最近一些研究指出协调运动与认知之间也可能存在关联[18,19]。Yu-Kai Chang[20]等人研究发现通过协调运动干预后，孩子在抑制性任务中表现出很好的准确性和更快的反应时。Luis Lopes[21]等人研究结果显示，协调能力好或正常的孩子其学业成绩要优于协调能力差的孩子。本研究与上述研究具有一致性，跳绳运动体现了学生心肺体适能和协调能力，学生跳绳成绩越好其学业成绩也越好。

2.3.2 50m跑、50m×8往返跑、仰卧起坐与学业成绩关系

50m跑和50m×8往返跑反映了学生的速度素质。Irene Esteban-Cornejo等人用4×10m的往返跑来测量学生的速度素质，结果显示速度素质与数学、语文和平均成绩均具有相关性[22]。而本研究中50m跑、50m×8往返跑只是与学业成绩具有相关性，本研究支持了Irene Esteban-Cornejo的研究结果。

仰卧起坐反映了学生的力量素质，以往的研究中力量素质与学业成绩关系模棱两可。Darla M. Castelli[23]等人的研究发现，两项力量素质(屈膝两头起与俯卧撑)与学业成绩没有相关性。同样，有研究者研究表明[24]，力量素质(手握力+立定跳远)与学业成绩没有相关性。而有几项横向研究报道了肌肉力量与学业成绩有关联。如Brandi M. Eveland-Sayers[24]的研究发现，仰卧起坐与数学成绩有积极的正相关，而与语文没有相关性。DuncanP.vanDusen[25]等人的研究结果认为，所有的体质测试指标包括力量素质(除了BMI)都与学业成绩具有显著性相关。本研究认为，仰卧起坐得分与学业成绩没有相关性。

2.3.3 BMI、坐位体前屈与学业成绩关系

坐位体前屈是对学生柔韧素质的反映，研究结果显示坐位体前屈得分与学生学业成绩没有相关性，可能是因为坐位体前屈的强度和量太小，对身体各个系统没有形成有效刺激，Coe[6]等人(2006)的研究认为，低强度的体育课不会对学业成绩形成影响。

BMI与认知能力或学业成绩的关系的研究目前没有形成一致性的结论，大多数文献认为BMI与学业成绩负相关，也有相当一部分研究认为没有相关系，我们的研究结果支持后者。Patricia H. Viera[26](2005)的研究指出肥胖与学业成绩没有关系。Datar A, Sturm R[27](2004)等人对11000名幼儿园的孩子入园时的学业成绩进行测量，一年学习结束后，对这些孩子的学业成绩再进行测量，校正入园时的学业成绩。研究发现，超重孩子的数学和阅读成绩比正常体重孩子的学业成绩要低，但作者在解释是否是肥胖因素导致这一结果时非常谨慎，认为没有必然的因果关系。Jennifer Caird[28](2014)等人的一项综述研究发现，29项研究结果是一致的。总体而言，有证据显示高体重孩子与低学业成绩有很弱的关系，肥胖孩子与正常孩子学业水平的差异很小，几乎一半的研究认为肥胖与低学业成绩的关系可能是因为家庭社会经济地位引起的。Jennifer Caird同样谨慎的认为，如果我们接受肥胖与学业成绩有负相关，我们仍怀疑是否是因为肥胖引起的社会因素影响了孩子的学业成绩。

2.3.4 体质水平与学业成绩关联的机制

(1)生理机制

体质水平与学业成绩的关联，可能存在生理的、心理的和社会等方面的机制来解释这种关系。Gao[6]研究显示，协调运动项目练习能激活小脑的活动，而小脑影响运动功能和注意力[29]，小脑的激活也影响工作记忆[30]、语言学习和记忆[31]。Budde[32](2008)等人的干预性研究认为协调运动能导致神经网络便利，这将激活大脑皮层，而大脑皮层是负责认知功能的。

身体活动也能增加脑源性神经营养因子的水平，进而促进神经元存活和分化。协调运动锻炼导致运动皮质内运动模型重组。这一系列的与身体活动有关的神经调整的改变可能支持认知能力的提高[33]。体质测试成绩的好坏可能很大程度上依赖于神经运动系统，神经运动系统能确保相关运动指令在肌肉与大脑之间快速顺畅联系，学业成绩与体质水平之间的关联可能是因为随着体质水平越高，其神经冲动传导速度越快。

(2)心理机制

Taras[34](2005)研究认为身体活动能增加大脑的血流量和提高激素水平(去甲肾上腺素和内啡肽)，从而减轻个体压力，改善情绪和运动后的镇静作用，身体活动可能诱导兴奋、降低厌烦，从而提高注意力。这些变化可能导致了学业成绩的提高。此外，身体活动能增强学生自我效能感和自尊感，有助于提高学生课堂行为和主观能动性。经常参与身体活动的孩子其体质水平要高，更重要的是他们可能在参与身体活动的过程中相互交流、合作等社会交互作用同样影响到孩子的认知水平。

Ames’[35](1992)认为，在身体活动任务方面取得较高成绩的学生可能也会利用相同的任务定向在认知、学业成绩方面去取得好成绩。根据Marzano[36]的观点，“如果学生有动机去学习给定课程的内容，他会在这个课程上取得好成绩，如果学生没有动机，他取得好的学业成绩可能性会被限制”。 学生进行体质测试时，学生的动机对学生体质测试成绩的影响很大，他可能或不可能全力以赴地尽他们最大努力去完成每一项测试，这会导致体质测试的结果不一样。同样，这种动机方面的任务定向也会在学业成绩的学习中表现出来，当学生认为取得好的成绩非常重要，那么在课堂上、课外学生就会努力学习，从而实现自己设置的学习目标。成就目标理论认为个体决定的成绩设置的目标具有一致性，即学生在体质测试和学业成绩方面会设置一样的成就目标，也会用同样的努力程度去实现目标。

3 结论

3.1 从体质水平与学业成绩的相关分析来看，大部分体质测试指标与学业成绩表现出正相关，没有任何指标与学业成绩呈现消极负相关。

3.2 跳绳运动对学业成绩最具有预测力，提示我们在小学开展协调性运动项目可能有助于学生学业成绩或认知能力提高。

3.3 体质高水平组的学业成绩显著优于体质低水平组。这提示我们，学校、家庭和社区应该多元协同为青少年儿童提供更多身体活动的机会，通过身体活动提高学生的体质水平不仅有利于学生的身心健康，还有可能促进学生学业成绩的提高。

本研究是一项横向研究，不能说明其两者之间有因果联系。但本研究为将来纵向探讨体质水平影响学业成绩打下了基础。建议将来可以运用体育活动对学生体质水平进行干预，从而进一步检验体质水平与学业成绩的因果关系。

参考文献：

[1] Wittberg RA, Northrup KL, Cottrell LA. Children’s aerobic fitness and academic achievement: A longitudinal examination of students during their fifth and seventh grade years[J]. Am J Public Health 2012,102(12):2303-2307

[2] Dwyer T, Coonan WE, Leitch DR, et al. An investigation of the effect of daily physical activity on the health of primary school syudent in South Australia[J]. Int J Epidemiol,1983,12(3):308-313

[3] Chomitz VR, Slining MM, McGowan RJ, Mitchell SE, Dawson GF, Hacker KA. Is there a relationship between physical fitness and academic achievement? Positive results from public school children in the northeastern United States[J]. The Journal of School Health, 2009,79(1):30-37

[4] Centers for Disease Control and Prevention. The association between school based physical activity, includin g physical education, and academic performance[J]. Atlanta, GA: U.S. Department of Health and Human Services;2010

[5] John Gunstada, Mary Beth Spitznagela, Robert H. Paulc. Body mass index and neuropsychological function in healthy children and adolescents[J]. Appetite, 2008,50(2-3):246-251

[6] Coe, D.P, Pivarnik, J.M, Womack, C.J, Reeves, M.J, Malina, R.M. Effect of physical education and activity levels on academic achievement in children[J]. Medecine and Science in Sports and Exercise, 2006,38(8):1515-1519

[7] Cottrell, L.A, Northrup, K, Wittberg, R. The extended relationship between child cardiovascular risks and academic performance measures[J]. Obesity, 2007,15(12):3170-3177

[8] Trudeau, F, Shephard, R.J. Relationships of physical activity to brain health and the academic performance of schoolchildren[J]. American Journal of Lifestyle Medicine,2010,4(2):138-150

[9] Sallis, J.F, McKenzie, T.L. Effects of health-related physical education on academic achievement: Project SPARK[J]. Research Quarterly for Exercise and Sport,1999,70(2):127-134

[10] 教育部.《国家学生体质健康标准(2014年修订版)》[EB/OL]. http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s5210/201103/116284.html

[11] Jones, D. M., Squires, C., & Rodahl, K. Effect of rope skipping on physical work capacity[J]. Research Qtuzrterly,1962,33:236-238

[12] John A. Baker. Comparison of rope skipping and jogging as methods of improving cardiovascular efficiency of college men[J]. The Research Quarterly, 1966,39(2)：240-243

[13] Chaddock L, Hillman CH, Pontifex MB, Johnson CR, Raine LB, Kramer AF. Childhood aerobic fitness predicts cognitive performance one year later[J]. J Sports Sci 2012;30:421-430

[14] Wittberg RA, Northrup KL, Cottrell LA. Children’s aerobic fitness and academic achievement: A longitudinal examination of students during their fifth and seventh grade years[J]. Am J Public Health 2012,102(12):2303-2307

[15] Voss MW, Chaddock L, Kim JS, Vanpatter M, Pontifex MB, Raine LB, et al. Aerobic fitness is associated with greater efficiency of the network underlying cognitive control in preadolescent children[J]. Neuroscience,2011，199:166-76

[16] Egan et al. Effects of experience on the coordination of internally and externally timed soccer kicks[J]. J Mot Behav,2007(39):423-432

[17] Luiz Henrique da Silva. Kinematic characteristics of motor patterns in rope skipping[J]. Rev Bras Cineantropom Desempenho Hum,2009,11(4):379-385

[18] Kwok TCY, Lam K, Wong P et al (2011) Effectiveness of coordination exercise in improving cognitive function in older adults: a prospective study[M]. Clin Interv Aging 6(2011):261

[19] Hotting K, Reich B, Holzschneider K et al (2012) Differential cognitive effects of cycling versus stretching/coordination training in middle-aged adults[J]. Health Psychol 31:145-155

[20] Yu-Kai Chang ? Yu-Jung Tsai. The impacts of coordinative exercise on executive function in kindergarten children: an ERP study[J]. Exp Brain Res,2013,225:187-196

[21] Luis Lopes. Associations between gross Motor Coordination and Academic Achievement in elementary school children[J]. Human Movement Science,2013,32:9-20

[22] Irene Esteban-Cornejo. Independent and Combined Influence of the Components of Physical Fitness on Academic Performance in Youth[J]. THE JOURNAL OF PEDIATRICS,165(2)：306-312

[23] Darla M. Castelli，Charles H. Hillman。Physical Fitness and Academic Achievement in Third- and Fifth-Grade Students[J]. Journal of Sport & Exercise Psychology, 2007(29)：239-252

[24] Brandi M. Eveland-Sayers, Richard S. Farley. Physical Fitness and Academic Achievement in Elementary School Children[J]. Journal of Physical Activity and Health,2009(6):99-104

[25] DuncanP.vanDusen. Associations of Physical Fitness and Academic Performance Among Schoolchildren[J]. Journal of School Health,2011, 81(12):733-740

[26] Patricia H. Viera. Relationships between Adolescent Body Mass Index (BMI) and Adolescent Stress to School Absenteeism, School Performance, and Academic Achievement[D]. Touro University International,2005

[27] Datar A, Sturm R, Magnabosco JL. Childhood overweight and academic performance: national study of kindergartners and first-graders[J]. Obes Res, 2004,12(1):58-68

[28] Jennifer Caird. Does being over weight impede academic attainment? A systematic review[J]. Health Education Journal,2014, Vol. 73(5) 497-521

[29] Gao, J. H, Parsons, L. M, Bower, J. M, Xiong, J, Li, J, & Fox, P. T. Cerebellum implicated in sensory acquisition and discrimination rather than motor control[J]. Science,1996,272(5261):545-547

[30] Klingberg, T, Kawashima, R, & Roland, P. E. Activation of multi-modal cortical areas underlies short-term memory[J]. European Journal of Neuroscience,1996,8:1965-1971

[31] Andreasen, N. C, O’Leary, D. S, Arndt, S, Cizadlo, T, Hurtig, R, Rezai, K, et al. Short-term and long-term verbal memory:A positron emission tomography study[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences USA,1995(92):5111-5115

[32] Budde, H, Voelcker-Rehage, C, Pietrabyk-Kendziorra, S, Ribeiro, P, & Tidow, G. Acute coordinative exercise improves attentional performance in adolescents[J]. Neuroscience Letters, 2008(441):219-223

[33] Adkins D, Boychuk J, Remple M, Kleim J. Motor training induces experience-specific patterns of plasticity across motor cortex and spinal cord[J]. J Appl Physiol 2006(101):1776-82

[34] Taras H, Duncan P, Luckenbill D, Robinson J, Wheeler L, Wooley S. Health, Mental Health and Safety Guidelines for Schools [Guideline 3-01]. 2004

[35] Ames. Classroom: Goals, structures, and student motivation[J]. Journal of Educational Psychology,1992,84:261-271

[36] Marzano. The Role of Physical Fitness in Academic Achievement[D]. Walden University,2010