儿童有氧耐力素质对基本数学能力的影响——注意力的中介作用

邱玲玲

(河南大学体育学院，河南 开封 475001)

1 前言

2014年国民体质监测结果显示，我国中小学学生身体素质继2010年出现上升拐点后继续呈现稳定趋势，与此同时，学生身体形态发育水平(包括身高、体重和胸围等)也在持续升高[1]。然而，随着社会经济的快速发展和生活水平的提高，儿童青少年静坐少动的生活方式越来越普遍。调查表明，全球范围内共有81%的儿童青少年达不到日常活动推荐量，运动缺乏症的普遍存在已经成为导致儿童青少年群体身心健康水平下降、诱发肥胖和代谢综合征等多种慢性疾病的重要因素[2]，可见，目前我国学生体质状况仍令人担忧。儿童青少年低身体素质水平不仅可能会导致较差的健康状况，还可能导致较差的认知健康[3]。国内外研究表明，越来越多研究表明，儿童有氧耐力素质与学业成绩呈显著相关[3,4]。注意力作为人类最基本的认知能力，通过影响儿童关注、控制乃至思维的表现等认知能力[5]，进而影响学业成绩[6]。数学成绩与儿童其他学业表现密切相关[7]，是儿童学业成绩水平的重要指标。另一方面，以往研究表明，有氧能力与认知功能呈正相关，尤其是注意组成部分[8,9]。因此，提出假设：H1：儿童有氧耐力素质对其基本数学能力具有预测作用；H2：儿童有氧耐力素质对其注意力具有预测作用；H3:儿童注意力在儿童有氧耐力水平和基本数学能力之间具有中介作用。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

以学龄儿童有氧耐力水平、注意力水平、基本数学能力及其之间的关系为研究对象。

2.2 测试指标及方法

2.2.1 20米往返跑

通过20米往返跑(20-mSRT)评估学龄儿童有氧耐力水平。被试在相隔20米的两条线之间进行由慢到快的往返跑，跑步节奏由受过专业培训的测试人员根据20米节奏跑录音带控制，当听到测试人员“跑”的发令后开始向对面跑，到达后停止，等待下一声“跑”发令。初始跑速为 8.5 km/h，每过 1 min 节奏加快一级(stage)，速度增加 0.5 km/h，其中第 1、2、3、4、5……各级(stage)对应的跑距分别是 7×20 米、8×20 米、8×20 米、8×20 米、9×20 米……[10]。受试者跑步频率不断加快，经反复鼓励，受试者连续2次不能在规定时间内按要求踏上或踏过端线，或感到确实无法坚持运动时停止测试。以跑单程 20 米一次记录为 1 lap，跑 20 米往返一次记录成绩为 2 laps，以此类推记录最终成绩，运动终止时完成的最大速度为最后跑速(running speed at the final completed stage of the 20-m SRT)，按以下公式计算 ：MAS=8.5+0.5×运动终止时达到的最高级别(stage max)[11]。

2.2.2 注意力测验

采用的《注意力测验》是由殷恒婵(2003年)[12]依据国内外现有的众多注意力测验以及国内学者普遍认同的注意力的操作定义和对注意力现象的看法所编制的。该测验包含了注意力的广度(选四圈测验)、注意的稳定性(视觉追踪测验)、注意的分配(图形辨别测验)和注意的转移(加减法测验)4个品质。该《注意力测验》在小学生中得到了很好的应用，总量表的内部一致性系数α为 0.728，注意力测验具有良好的信度[13]。在4个测验中都记录被试的总答题正确反应数。

2.2.3 中国小学生基本数学能力测试量表

采用的《中国小学生基本数学能力测试量表》是由我国学者李丽、吴汉荣等人[14]经过翻译和修订后得到的。该两量表将数学基本能力分为数字运算领域、逻辑思维与空间-视觉功能领域两个维度，用来评定儿童的数学概念、逻辑思维、运算速度及准确性、数字规律识别和空间思维及视觉追踪能力。量表共 11个分测验，记录每个分测验的正确数及总成绩。

2.3 统计学分析

运用 EXCEL 2010、SPSS 22.0 对数据进行录入及相关分析、回归分析等，运用 MPLUS 7.11 对数据进行中介作用分析及相关检验。

3 结果

3.1 学生有氧耐力、注意力及数学能力的相关分析

相关分析发现(见表1)，除有氧耐力与注意分配、注意稳定，注意分配与注意广度、注意稳定、注意转移、逻辑领域(数学逻辑思维与空间-视觉功能领域，下同)，以及逻辑领域与注意广度外，有氧耐力与注意力、数学能力及其各维度均呈不同程度的显著正相关。

表1 有氧耐力与注意力、数学能力及其各维度的相关分析

注：“*”表示P<0.05；“**”表示P<0.01；20-m SRT反映有氧耐力水平；运算领域指基本数学能力中的数学运算领域，逻辑领域指基本数学能力中的逻辑思维与空间-视觉功能领域，下同。

3.2 学生有氧耐力对注意力、数学能力及其各维度的回归分析

以有氧耐力为预测变量，对注意力、数学能力及其各维度做回归分析，结果发现(见表2)有氧耐力可显著正向预测注意力(β=0.419)和数学能力(β=0.326)，主要表现在注意广度(β=0.266)、注意转移(β=0.389)、运算领域(β=0.344)和逻辑领域(β=0.247)方面。

表2 有氧耐力对注意力、数学能力及其各维度的回归分析

3.3 学生注意力在有氧耐力与数学能力之间的中介作用分析

3.3.1 学生有氧耐力、注意力与数学能力之间的回归分析

根据各个变量的不同维度，对变量的中介效应检验前首先进行变量间的回归分析。当学生数学能力为结果变量时，中介模型2和3的回归分析具有统计学意义(中介变量路径系数显著，见表3)，分别为有氧耐力、注意转移与数学能力的中介模型和有氧耐力、注意力与数学能力的中介模型。由结果可进行下一步中介效应的Bootstrap检验分析。

表3 学生有氧耐力、注意力与数学能力之间的回归分析

当学生数学运算领域为结果变量时，中介模型2和3的回归分析具有统计学意义(中介变量路径系数显著，见表4)，分别为有氧耐力、注意转移与数学运算领域的中介模型和有氧耐力、注意力与数学运算领域的中介模型。由结果可进行下一步中介效应的Bootstrap检验分析。

当学生数学逻辑领域为结果变量时，中介模型2和3的回归分析具有统计学意义(中介变量路径系数显著，见表5)，分别为有氧耐力、注意转移与数学逻辑领域的中介模型和有氧耐力、注意力与数学逻辑领域的中介模型。由结果可进行下一步中介效应的Bootstrap检验分析。

表4 学生有氧耐力、注意力与数学运算领域之间的回归分析

表5 学生有氧耐力、注意力与数学逻辑领域之间的回归分析

3.3.2 学生注意力在有氧耐力与数学能力的中介作用检验分析

3.3.2.1 学生有氧耐力、注意转移与数学运算领域的中介效应分析

表6 对学生有氧耐力、注意转移与数学运算能力中介效应检验的Bootstrap分析

对有氧耐力、注意转移与运算领域进行Bootstrap中介效应检验发现(见表6)，间接效应的置信区间显著(0.310,2.516)，总效应、直接效应的置信区间均显著，说明注意转移在有氧耐力与数学运算领域具有部分中介效应。

3.3.2.2 学生有氧耐力、注意转移与数学逻辑领域的中介效应分析

对有氧耐力、注意转移与逻辑领域进行Bootstrap中介效应检验发现(见表7)，间接效应的置信区间显著(0.452,3.310)，总效应显著，直接效应不显著(区间包含0)，说明注意转移在有氧耐力与数学逻辑领域具有完全中介效应。

表7 对学生有氧耐力、注意转移与数学逻辑能力中介效应检验的Bootstrap分析

3.3.2.3 学生有氧耐力、注意转移与数学能力的中介效应分析

对有氧耐力、注意转移与数学能力进行Bootstrap中介效应检验发现(见表8)，间接效应的置信区间显著(0.937,5.256)，总效应、直接效应的置信区间均显著，说明注意转移在有氧耐力与数学能力具有部分中介效应。

表8 对学生有氧耐力、注意转移与数学能力中介效应检验的Bootstrap分析

3.3.2.4 学生有氧耐力、注意力与数学运算能力的中介效应分析

表9 对学生有氧耐力、注意力与数学运算能力中介效应检验的Bootstrap分析

对有氧耐力、注意力与运算领域进行Bootstrap中介效应检验发现(见表9)，间接效应的置信区间显著(0.728,2.932)，总效应、直接效应的置信区间均显著，说明注意力在有氧耐力与数学运算领域具有部分中介效应。

3.3.2.5 学生有氧耐力、注意力与数学逻辑领域的中介效应分析

表10 对学生有氧耐力、注意力与数学逻辑能力中介效应检验的Bootstrap分析

对有氧耐力、注意力与逻辑领域进行Bootstrap中介效应检验发现(见表10)，间接效应的置信区间显著(0.818,3.799)，总效应显著，直接效应不显著(区间包含0)，说明注意力在有氧耐力与数学逻辑领域具有完全中介效应。

3.3.2.6 学生有氧耐力、注意力与数学能力的中介效应分析

表11 对学生有氧耐力、注意力与数学能力中介效应检验的Bootstrap分析

对有氧耐力、注意力与数学能力进行Bootstrap中介效应检验发现(见表11)，间接效应的置信区间显著(1.778,6.486)，总效应、直接效应的置信区间均显著，说明注意力在有氧耐力与数学能力上具有部分中介效应。

4 讨论

我们假设并测验了身体素质与基本数学能力之间的因果关系，及注意力的中介作用。我们发现，儿童较好的有氧耐力与较高的注意力水平有关，而这又与较好的基本数学能力有关。以往研究表明，儿童有氧适能水平与数学成绩呈正相关[15]，注意力水平与学业成绩有关[16]，且有氧适能与认知功能呈显著正相关，尤其是注意组成部分。与以往研究一致的是，学龄儿童较好的有氧适能和注意力水平与较高的基本数学能力有关。

然而，有氧耐力水平与学龄儿童数学能力的内部作用机制尚不清楚。本研究将注意力作为中介变量引入到有氧耐力与基本数学能力的关系中，构建学龄儿童有氧适能、注意力和基本数学能力的结构方程模型。结果发现，注意广度、注意转移和注意力在儿童有氧耐力与数学成绩之间均起一定的中介作用。也就是说，儿童有氧耐力水平越高，其注意力水平也越高，从而促进数学能力的提高。研究发现，通过运动诱发的生长因子和脑功能、突出可塑性、神经形成和脑结构、血管生成，以及遗传学和胚胎学的变化，有助于整个生命期认知的发展[17]。由此可见，有氧适能可通过注意力的间接作用，对儿童基本数学能力产生积极影响，而这有助于促进学业成绩的提高。

当然，这项研究存在几个局限性。首先，我们的研究是一项横断面研究，因此，我们不能确定有氧适能、注意力和基本数学能力之间的时间或因果关系。其次，序列中介模型需要大样本量来检测间接效应[18]。然而，我们研究中的样本量较小。最后，认知功能的其它组成部分也可能在其间有着重要作用。但是，我们的结果仍有助于人们对儿童学业成绩多种影响因素的认识。

5 总结

总而言之，我们发现，儿童有氧耐力水平与注意力、数学成绩及其各维度呈现不同程度的显著正相关；有氧耐力可显著正向预测注意力(β=0.419)、数学能力(β=0.326)、注意广度(β=0.266)、注意转移(β=0.389)、运算领域(β=0.344)和逻辑领域；通过中介效应Bootstrap检验程序发现：注意转移和注意力(间接效应效果量分别为：0.334、0.472)在有氧耐力水平和数学运算领域之间存在部分中介作用；注意转移和注意力(间接效应效果量分别为：0.347、0.476)在有氧耐力水平和数学逻辑领域存在完全中介作用；注意转移和注意力(间接效应效果量分别为：0.340、0.398)在有氧耐力水平和数学能力之间存在部分中介作用。