身体活动对儿童青少年学习表现影响的元分析

王积福，黄志剑，李焕玉



身体活动对儿童青少年学习表现影响的元分析

王积福1,2，黄志剑2，李焕玉1

运用元分析方法对国内外有关身体活动对儿童青少年学习表现影响的研究文献进行定量化综述分析。方法：以一定的纳入标准对相关数据库进行文献检索，纳入符合要求的文献24篇(样本总量为8 700名)，并采用CMA2.0元分析软件进行效果量分析与处理。元分析的结果显示：1)身体活动对儿童青少年学习表现具有中等程度的促进作用，平均效果量为0.44(介于0.2到0.8之间)，置信区间为(0.31，0.57)，属于中等效应，且不存在发表偏倚现象；2)调节效应分析表明：不同身体活动类型与不同年龄群体在身体活动与儿童青少年学习表现二者之间具有调节作用；3)高低效果量研究之间比较表明，儿童青少年每次参加身体活动的持续时间为60 min时，有利于改善儿童青少年的学习表现。最后，对研究结果进行了讨论，并对未来相关研究方向提出建议。

身体活动；学习表现；儿童青少年；元分析

身体活动是指由骨骼肌肉产生的需要消耗能量的任何身体动作，不应与“锻炼”混为一谈。锻炼是身体活动的一部分，涉及有计划、有组织、有目的且重复的动作，目的在于增进或维持身体素质的一个或多个方面。而身体活动包括锻炼以及涉及身体动作的其他活动，作为游戏、工作、家务和娱乐活动的一部分开展。儿童青少年作为青春期发展的关键阶段，每天参加至少60 min的身体活动有利于青少年健康益处的获得，例如，健康的骨骼与肌肉，以及能够提高肌肉力量和耐力，同时也能够减少发展成慢性疾病风险的因素，可以增加个体的自尊和降低压力与焦虑[1]。

虽然参与身体活动可以获得明显的心理、生理及身体健康益处，但学校却为了增加教学时间而缩短学生体育活动和休息的时间[2]。学校是儿童青少年参与身体活动的重要场所，但目前学校给儿童青少年在校期间分配时间去参与体育教学和其他身体活动的机会方面存在不断减少的趋势。许多学校经常会减少儿童青少年的体育课、休息及其他身体活动的时间，然后给儿童青少年更多的时间去学习数学、英语与技术，以便提高他们的学习成绩。与过去10年相比，现在的儿童在学校参与身体活动的时间变得越来越少了，以至于学校儿童青少年肥胖率成倍地增长[3]。

这一现象的出现，可能是因为不论在国内还是国外的教育实践者和父母中，都曾经或正在持有一种普遍的观点，即参加体育锻炼及其他身体活动会对儿童青少年的学业成绩产生不利的影响。这也是在校内外儿童青少年人群中身体活动水平不断降低的重要原因之一。

与大众普遍持有的观念相反，大部分研究结果发现儿童青少年的身体活动水平有助于显著地提高他们的学业成绩[4]，较少有研究结果发现身体活动对儿童青少年学业成绩的影响没有显著性效果，可见，增加身体活动对儿童学业结果没有不利的影响[5]。关于儿童青少年身体活动与其认知表现之间的关系，一些研究发现儿童花费在身体活动上的时间与其具有较高的认知表现和学业分数之间存在积极的联系[6]；然而，目前国内外学者关于儿童青少年身体活动与其学习表现之间的研究几乎都停留在方向性上的探讨，而关于影响程度的定量研究甚少。

关于儿童青少年身体活动与其学习认知表现之间存在哪些至关重要的调节变量，至今没有统一的观点。有研究发现儿童青少年身体健康水平在其身体活动与学习认知表现之间可能是一个很重要的调节变量[7]。身体健康水平与其他很多变量共同导致了儿童青少年身体活动与学习认知结果之间不一致的结果；因此，尽管学者证实儿童青少年身体活动水平与其认知表现之间具有积极的联系，但身体活动是否从真正意义上促进了儿童青少年的学习认知表现仍没得出一致的结论[8]，所以，不禁让人产生疑问：学校是否值得从课堂教学中拿出一部分时间用于儿童青少年参与身体活动？不同的身体活动项目之间对儿童青少年的学习表现是否具有不同的影响作用？这些问题都有待进一步深入研究。

基于以上问题，本研究运用元分析方法对近30年以来国内外发表的关于身体活动对儿童青少年学习表现影响的研究进行定量化综述分析，试图将已发现的研究结果进行量化综合分析，以便得出身体活动与儿童青少年学习表现之间的具体数量化关系(效果量)，为今后类似研究和体育教育实践活动提供科学的依据。

1 研究方法

1.1 元分析方法

元分析(Meta-analysis，MA)，其思想最早可追溯到17世纪法国数学家Blaise Pascal对“机遇”的研究，后被用于天文观测数据的比较与合并。1904年英国数学家及统计学家Karl Pearson在“血清接种预防肠热病的疗效”研究中，首次在医学界使用了后来被称Meta分析的方法。Glass于1976年首次提出元分析的概念，即以综合已有的发现为目的，对单个研究结果进行综合的统计学分析方法[9]。随后，Ellenberg则将元分析定义为：对具有共同研究目的且相互独立的多个研究结果给予定量与合并分析，探讨研究间的差异特征，综合评价研究结果[10]。总之，相对于传统的叙述性文献综述研究，元分析方法能够较为客观地同化并量化多个相互独立的实证性研究的效果量(effect size)，同时可排除各研究间的异质偏差。

1.2 文献的搜集与纳入

为增加元分析结果的可靠性与稳定性，本研究搜集了国内外不同文化背景的相关文献进行分析。首先，在中国期刊全文数据库、中国博士学位论文数据库、中国重要会议论文数据库、中国重要报纸全文数据库等数据库中，以头脑风暴法确定身体活动检索词为“身体活动、体育教学、体育锻炼、运动”，学习表现检索词为“学习成绩、学习行为、认知技能与学习态度”(两两组合，共12种)，检索1986年1月至2015年9月之间的相关文献，共检索出不重复相关文献38篇；其次，在Google Scholar、PsycINFO、PsycNET、PubMed、ScienceDirect、SPORTDiscus、EBSCO等数据库中，以身体活动“Physical activity、Physical education、Physical Exercise、Sports”，学习表现“Academic achievement、Academic behavior、Cognitive skills and Attitudes”为检索词(两两组合，共12种)，检索1986年1月至2015年9月之间的相关文献，共检索出不重复文献141篇。

元分析文献的纳入标准：1)研究必须考察身体活动与学习表现之间的关系，其中自变量为身体活动(体育锻炼、体育教学、运动等)，因变量为身体活动对儿童青少年学习表现影响的效果，例如，学习行为、学习成绩及认知技能与学习态度等。2)样本大小明确，且研究对象需为3～25岁的儿童青少年群体。3)研究中提供的身体活动与学习表现之间关系的数据需具备下列条件之一(以便求出效果量ES)：①实验组和对照组的样本量、均值与标准差；②统计量r、t或F值以及样本量；③显著性水平与样本量；④元分析文献中所搜集的数据不能重复，若2篇不同的文献数据一致，则只取文献质量高的那篇，而学位论文只取其公开发表论文中的数据。文献的排除标准：1)排除只研究静态生活方式与超重状态变量而不是身体活动的文献；2)排除研究学习表现与健康测试之间关系的文献；3)排除综述分析、元分析及未发表的文献。

采取上述纳入与排除标准，其中符合要求的中文文献有4篇，符合要求的英文文献有20篇，中英文文献共计24篇。

1.3 文献的编码

对选入的元分析文献进行特征编码。该研究特征主要是被试特征(如类型、性别及年龄)、样本量、出版类型及发表时间。24篇文献中有10篇以小学生为被试，12篇以中学生为被试，2篇以大学生为被试。纳入元分析的24篇文献中被试总人数为8 700名，有12篇文献报告了性别人数，其中男性1 165名，女性1 062名。其他研究未报告其被试的性别。24篇文献中报告的被试年龄在6～25岁。24篇文献中有9篇以身体活动为自变量，4篇以体育教学为自变量，8篇以体育锻炼为自变量，3篇以运动作为自变量。24篇文献中因变量主要包括学业成绩、学业效率、学习自我效能、胜任力、课堂行为及任务表现等。期刊类型中，13篇文献为SCI期刊，11篇文献为普通类型期刊。

1.4 效果量计算

Cohen建议，效果量介于0.2以下为小效应，效果量介于0.2～0.8为中等效应，而效果量在0.8以上为大效应[11]。合并效果量小，表明实验组与控制组差异小；效果量大，表明二者差异大。

1.5 异质性检验

此外，虽然Q值可以判断各研究间是否存在异质，但是无法判断其异质性的程度，故随后出现了I-squared，其中I-squared=[Q-(K-1)]/Q，这一指标可以弥补Q值的缺陷[13]。其中：当I-squared小于0.25时，为低度异质性；介于0.25～0.50时，为中度异质性；介于0.50～0.75时，为高度异质性；大于0.75时，各研究间不能直接进行合并。

1.6 研究工具

通过对各研究的查阅，利用Excel2007记录符合纳入标准的研究中的样本特征(数量、类型、性别等)、均值、标准差、t值及P值。其次，利用CMA2.0软件(该软件可以处理不同效应大小或处理效应的数据)求出各研究及合并研究的效果量及置信区间等数值。本元分析研究主要依据2种数据类型来求效果量：一是样本量、均值及标准差；二是样本量及t值或P值。

2 结果

2.1 身体活动与儿童青少年学习表现之间的效应值检验

众所周知，经常性的身体活动不仅能促进儿童青少年生理成分的变化，还可以进一步改善其心境状态。对24篇研究的相关数据进行元分析研究，结果见表1。该表呈现了每项研究的研究作者、刊物类型、样本量、自变量类型、Hedges’g、95%CI、P值(各研究中表示因变量受自变量的影响是否具有统计学意义的指标)及Q值。从表1中可以看到，24项研究中Hedges’g在0.07～1.08范围内变化。24项研究中有8项的P值大于0.05，其余16项均小于0.05，说明身体活动对儿童青少年的学习表现是具有影响的。24项研究的合并效果量(EffectSize)等于0.44，置信区间为(0.31,0.57)，P值为0.00。

表 1 身体活动与儿童青少年学习表现之间的元分析结果

注：*为在0.05水平上有显著差异，**为在0.01水平上有显著差异；“-”表示df=0，采用固定效应模型合并。下同。

2.2 异质性检验

为了考察24项研究是否来自同一整体，即各项研究之间是否同质，需对它们进行异质性检验(Q检验)。结果发现，24项研究中有4项研究的Q值大于临界值，即存在异质性问题，故采用随机效应模型进行合并；10项研究的Q值小于临界值，采用固定效应模型进行合并；10项研究的df等于0，因此不存在异质性问题。

24项研究进行合并效果量分析时，Q值等于215.89，df等于23，P等于0.00，I-squared为0.89>0.75，说明各研究间不能直接进行合并。然而，当研究间出现异质时，可以通过2种方式进行处理：其一是采取既考虑研究间又考虑研究内的随机效应模型进行合并；其二是采用去除极端值。当各研究间达到同质时再采用固定效应模型进行合并[38]，因此，去除一项大样本研究(样本量大于1 000)、3项大效果量研究(ES大于1.00)及一项低效果量研究(ES小于0.10)共5项研究后，发现其余19项研究合并后，总效果量等于0.36。它与去除极端值前的总ES(0.44)相比没有太大差异，都属于中等效应，且异质性检验Q值(固定效应模型)等于27.46(介于临界值左右)，而去除的这5项研究的样本类型均为中小学生，与其余19项研究的对象保持一致；因此，为了增加元分析结果的说服力，本研究将这24项研究放在一起采用随机效应模型进行合并，最后得到总ES为0.44，介于0.2～0.8，属于中等效应，说明身体活动对青少年个体的学习表现具有中等程度的促进作用。

2.3 发表偏倚分析

发表偏倚大说明纳入元分析的样本缺乏代表性，即缺乏研究阴性结果(结果不显著)的研究文献，主要是那些未发表的、阴性的及无结论的研究。由于样本缺乏代表性，故这些研究会影响元分析结果的可靠性，容易得到有偏差的结论[39]；因此，可以通过增加元分析样本的代表性来减少发表偏倚的程度，即纳入那些未发表的研究或者阴性结果的手稿等。此外，在检查发表偏倚方面，可以通过漏斗图或者失安全系数来看发表偏倚的程度。

CMA2.0在分析元分析结果时可生成漏斗图来检查元分析研究发表偏倚的程度，该漏斗图是以Hedges’g为横坐标，以SE为纵坐标，可依据各项研究在坐标轴上的分布情况来判断发表偏倚的程度。从本研究中24项研究在漏斗图中的分布情况来看，各研究围绕着点估计的真实值基本对称的散开，说明该研究结果基本不存在发表偏倚的问题。此外，还可以通过失安全系数(Nfs)判断发表偏倚的程度。失安全系数的计算公式：Nfs=(∑Zi/Za)2-K，其中Zi为各个研究所对应的标准偏差，Za为单侧检验的临界值(a=0.05/0.01)，K为研究的个数。Nfs的大小代表发表偏倚的程度，其值越大，说明发表偏倚的程度越小，即元分析的结果也就越可靠。当Nfs小于5K+10时，研究者需考虑纳入元分析的样本代表性问题，即元分析结果可能会受到发表偏倚的影响[40]。对本研究中24项研究的失安全系数进行计算，在显著性水平为0.05上，Nfs0.05=2 088.06，也就是说需要2 000多篇阴性相关研究文献的报告才能使本研究的结果发生逆转。可见，Nfs远远大于130，暗示元分析的结果受到发表偏倚的影响比较小。总之，身体活动对儿童青少年学习表现的影响作用为中等(ES=0.44)，且这一结果比较稳定。

2.4 不同身体活动类型对儿童青少年学习表现的影响效果

依据上述检索结果，发现24篇研究中的身体活动类型各有不同，主要分为身体活动、体育教学、体育锻炼及运动4种类型。对该4种类型分别进行合并效果量分析，结果见表2。可以看出，4种类型中：体育锻炼对儿童青少年学习表现影响的效果量最大，ES为0.54(介于0.2～0.8)，属于中等效应；体育教学对儿童青少年学习表现影响的效果量最小，ES=0.31(稍大于0.2)，属于中等偏小效应。说明儿童青少年在日常生活学习中，体育锻炼相对于体育教学而言，其对于儿童青少年学习表现的影响效果更大，促进作用更明显。最后，身体活动、体育教学与体育锻炼3种自变量类型的元分析结果的失安全系数均大于5K+10，说明各自的样本代表性都比较好。而运动类型的元分析结果失安全系数(9.76)小于5K+10，可能由于样本量太小或研究个数太少，而造成这一结果缺乏一定程度的说服力。

表 2 不同身体活动类型对儿童青少年学习表现影响的元分析

2.5 身体活动对不同年龄儿童青少年学习表现的影响效果

对24项研究进行整理发现受试者具有不同的类型，主要包括小学生、中学生及大学生3种类型。按照这3种类型对收集的数据进行整理并进行相应效果量分析，结果见表3。可以发现，3种群体中，身体活动对大学生群体学习表现的影响效果量最大，ES=0.80，介于中效应与大效应临界点；身体活动中学生群体学习表现的影响效果最小，ES=0.35(介于0.2～0.8)，属于中等效应。这说明相对于中学生群体，身体活动对大学生群体学习表现的影响更明显一些，作用更大一些。此外，失安全系数分析表明，3种群体的合并效果量结果非常稳定(即失安全系数均大于5K+10)。

2.6 高低效果量研究的比较分析结果

纳入元分析研究的24项研究中，其效果量大小各不相同，通过对比最高效果量的研究与最低效果量的研究二者之间的差异，分析身体活动对儿童青少年学习表现影响的效果量差异的原因。为研究者进一步通过身体活动改善儿童青少年学习表现而提供相关依据。

从表4可以看出，Martin等[29]研究的效果量最小(ES=0.066)，Ahamed等[21]研究的效果量最大(ES=1.081)。通过对比分析，可以发现二者主要的差异表现在被试群体以及身体活动的时间，从2项研究的对照比较可以推测出每次进行约60 min的身体活动练习(包括跳跃、跳舞与抗阻力练习)，有利于改善青少年的学习表现，且对他们的学习自信心的改善效果也会更好一些。

表 3 身体活动对不同年龄儿童青少年学习表现影响的元分析

表 4 高低效果量研究比较结果

3 讨论

元分析结果显示，24项研究中身体活动对儿童青少年学习表现影响的总效果量为0.44，依据Cohen[11]建议的效果量评定标准，0.44介于0.20～0.80，属于中等效应，说明参加身体活动在很大程度上有助于改善儿童青少年的学习表现，这与国内一些家长乃至教育者的“常识”相违背，值得引起对儿童青少年身体活动作用的关注和反思：身体活动在提高儿童青少年体质健康水平，降低肥胖等慢性疾病发生率等方面具有作用之外，并不必须以降低学生的学业表现为代价。相反，适宜水平的身体活动参与，还有助于提高儿童青少年学生的学业表现。也就是说，身体活动参与和儿童青少年学生的学业成绩并不相互对立，而是相辅相承，相得益彰的。

在4种身体活动类型中，身体活动、体育教学、体育锻炼及运动都会对儿童青少年的学习表现产生促进作用(0.31，0.54)，但是身体活动与体育锻炼对儿童青少年学习表现的促进作用较大，体育教学的促进作用较小。Dwyer等[41]通过2年的追踪干预发现，那些经常参与日常身体活动项目的学生具有较好的算术与阅读成绩。也有研究发现参加课外活动的学生比没有参加的学生表现出对自己、同伴、老师、父母及家庭作业更为积极的态度[42]。关于身体活动促进个体学习表现的内在原因，有关身体活动认知效应的研究发现一些锻炼类型可能会改善脑功能[43]。Waterman认为学生在参与身体活动的过程中可以不断地认识自我，进一步提高自己的认知与社会技能，从而对学习表现产生间接地积极影响[44]。也就是说，可能是由于身体活动自身极大程度上改善了学习表现。诸多研究表明体育锻炼在儿童学习过程中具有一定程度的积极作用，Budde等[16]采用每次15 min的协调性体育锻炼干预13～16岁的青少年，结果发现通过体育锻炼可以改善儿童青少年的注意表现能力。Leggett等[30]通过让儿童进行自我督察的体育锻炼，结果发现锻炼有助于提高其计算精准性与自我效能感。关于体育教学的促进作用，Williams等[26]研究发现体育教学干预对9～12年级学生学习知识表现有一定程度的积极促进作用。

此外，身体活动对3种群体的学习表现均具有一定程度的促进作用(0.35～0.80)，但是身体活动对大学生群体学习表现的促进作用更大一些，而对中学生群体学习表现的促进作用要小一些。研究发现，大学生的认知发展趋于成熟，在体育活动过程中具有较高的自我效能感[26]。自我效能感的提高，可以改善自己的自信心水平，或许能够进一步改善他们的学习表现。另一方面，本研究纳入的以大学生为被试的研究只有2篇，今后还需要有更多相似类型的实证研究才能得出更为准确的结论。

最后，通过对纳入文献的发表偏倚的分析，本元分析研究结果的样本代表性比较全面，即来自具有广泛代表性的样本，说明元分析结果比较可靠。也就是说，身体活动对儿童青少年群体的学习表现具有一定程度的改善与促进作用，但对这一结果进行推广时，需考虑其他诸多中介因素的影响。

4 结论

对身体活动与儿童青少年学习表现的元分析表明：1)身体活动与儿童青少年学习表现的平均效果量为0.44，属于中等效应，即儿童青少年参与日常的身体活动对其学习行为表现有中等程度的促进作用。2)4种身体活动类型中，体育锻炼对儿童青少年学习表现的促进作用较大，体育教学的促进作用较小。3)高低效果量之间的比较表明儿童每次进行约60 min左右的身体活动练习(包括跳跃、跳舞与抗阻力练习)，有利于改善青少年的学习表现。最后，发表偏倚分析表明元分析结果很稳定，不存在偏倚现象。

基于上述研究，在未来类似研究过程中，我们应注意以下几点：1)元分析研究需要尽量收集全前人的研究，而未发表过的论文及未报告的阴性结果研究等难以进行收集，故在这一方面有待进一步提高；2)本研究中只分析了身体活动类型及被试群体中介因素，未来的研究可以考虑身体活动时间及活动强度等调节变量；3)关于身体活动对成年人及老年人的学习表现影响的研究较少，今后可以关注这一群体的研究；4)未来可增加电生理学的技术与方法来进一步研究身体活动对于个体学习表现的内部作用机制。

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Effects of Physical Activity on Academic Performance of Children and Adolescents:A Meta-analysis

WANG Jifu1,2,HUANG Zhijian2,LI Huanyu1

Objective:The effects of physical activity on academic performance of children and adolescents were analyzed quantitatively by the meta-analysis.Methods:Twenty-four literatures (the total sample were 8700) met the included criteria were selected from major databases,and using the software of CMA 2.0 to analysis and process effect sizes.The results of meta-analysis showed that 1) To some extent,children’s and adolescents’ physical activity had a positive effect on their academic performance,the average effect size was 0.44 which was between 0.2 and 0.8,and the confidence interval was 0.31 to 0.57 which was a medium effect,and there is no publication bias.2) The analysis of the adjusting effect showed that different types of physical activity and different groups had a regulatory role between children’s and adolescents’ physical activity and academic performance.3) The comparison of the effect size between high and low showed that when the duration of physical activity that children and adolescents joined was sixty minutes,which would help to improve children’s and adolescents’ academic performance.Finally,studies’ results were discussed and a few suggestions of future research directions were proposed.

physical activity;academic performance;children and adolescents;meta-analysis

2016-03-25

王积福(1988—)，男，河南信阳人，博士生，助教，研究方向为体育运动心理学。

简介：黄志剑(1972—)，男，湖南新田人，博士，教授，研究方向为体育运动心理学。

1.长江大学体育学院，湖北 荆州 434023；2.武汉体育学院，武汉 430079

1.Institute of Physical Education,Yangtze University,Jingzhou,Hubei 434023,China;2.Wuhan Sports University,Wuhan,Hubei 430079,China.

G 804.8

1009-783X(2016)06-0560-06

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