青少年体育锻炼与学业表现：基于CEPS数据的再检验

花楷，刘晓宇，张全红，隆丽珊

青少年体育锻炼与学业表现：基于CEPS数据的再检验

花楷1*，刘晓宇1，张全红2，隆丽珊1

1.武汉体育学院，湖北 武汉 430079；2.湖北经济学院，湖北 武汉 430205

以中国教育追踪调查数据为样本，实证检验了青少年体育锻炼对学业表现的影响效应与作用机制。研究发现：体育锻炼对青少年的客观考试成绩有积极而显著的影响，对自我成绩评价没有影响。该影响效应具有异质性，即体育锻炼对女生考试成绩的促进作用大于男生，对农村学生的促进作用大于城市学生。机制分析表明，体质健康和认知是体育锻炼影响学业成绩的中介变量，即体育锻炼不仅能够显著降低被访学生自评身材肥胖的概率，提高自评身体健康的概率，而且能够显著提高学生的认知水平，从而提升学业成绩。

体育锻炼；学业表现；体教融合

2020年4月27日，中央全面深化改革委员会第十三次会议审议通过的《关于深化体教融合促进青少年健康发展的意见》明确指出，要树立健康第一的教育理念，推动青少年文化学习和体育锻炼协调发展。

有关青少年体育锻炼与学业表现关系问题的研究起源于20世纪60年代的唤醒理论（arousal theory）。该理论认为，执行某项任务的表现与唤醒水平之间呈倒U型关系，即在到达最优唤醒水平之前，唤醒水平越高表现越好，而到达最优唤醒水平之后，则唤醒水平越高表现越差（温煦，2015）。有研究据此理论推测，体育锻炼会导致学生过度兴奋，从而影响课堂表现并最终影响学业成绩，但实验结果却相反，运动后学生们的数学测试成绩不降反升（Gabbard et al.， 1979），体育锻炼有助于青少年提高创新力和缩短反映时间（Hinkle et al.， 1993； Zervas et al.，1991）。也有部分研究支持唤醒理论，发现过度体育锻炼（2 h骑车运动）后的认知测试成绩会有所下降（Grego et al.，2005）。

那么，体育锻炼如何影响青少年学业成绩？除了直接的影响机制外，近年来学者们普遍认为，体育锻炼可以通过一个或多个中介变量来影响学业表现。首先被学者们关注的中介变量是体质健康因素。有研究发现，青少年的学业成绩与心肺耐力、体脂率有关（叶浩生，2011），青少年智商可能与肥胖程度呈负相关（Yu et al.，2010），体力活动可以影响有氧耐力进而影响青少年的数学成绩（Lambouren et al.， 2013）等。认知能力也是被学者广泛关注的中介变量，但对于运动促进认知能力的机制尚待进一步研究（黄涛等，2006；Chaddock-Heyman et al.，2014；Clark et al.， 2009）。此外，有研究发现自我效能和自尊心等心理因素（Dishman et al.，2010；Tomporowski et al.， 2011）、课堂上的行为表现（Ma et al.，2014；Mahar et al.，2006）、认知能力（黄涛等，2006；Chaddock-Heyman et al.，2014；Clark et al.， 2009）等也是体育锻炼影响学业成绩的中介变量。还有学者从睡眠质量（张伟霞等，2016）、执行功能（温煦等，2018）、自我效能（赵格睿等，2019）等方面研究了体育锻炼对青少年学业表现的作用机制。

从影响效果看，在控制混杂因素后，有研究发现青少年的体育锻炼和学业成绩之间存在正相关关系（Dwyer et al.，2001；Field et al.，2001；Lindner et al.，2002；Nelson et al.，2006）。但是，也有研究发现青少年的体育锻炼与学业成绩不相关甚至负相关（Tremblay et al.，2000；Yu et al.，2006）。国内的实证研究起步较晚，主要成果集中在2010年以后（陈爱国等，2011；傅建等，2018；李凌姝等，2016；温煦等，2018；张伟霞等，2016）。从样本范围看，方黎明（2020）利用全国大样本数据（China Education Panel Survey，CEPS）采用倾向匹配得分法（Propensity Score Matching，PSM）评估了青少年体育锻炼对认知能力和学业成绩的影响，发现体育锻炼改善了低收入家庭青少年的认知能力和学业成绩，但对高收入家庭的影响不显著。

由于样本选择不同、分析方法不同、指标设置不同等原因，关于体育锻炼与学业表现的关系并没有得到一致的结论。另外，国外的研究结果并不完全适用于我国，因此有必要对我国样本开展实证研究。基于此，本研究目的在于利用CEPS，实证分析青少年体育锻炼与学业表现的相互关系，并揭示两者之间的作用机制。

1 方法、数据和变量

1.1　分析方法

参照方超等（2019）、方黎明（2020）等的研究方法，本文的分析模型为：

1.2　数据来源

本研究采用CEPS数据来开展实证分析。该调查由中国人民大学中国调查与数据中心（National Survey Research Center，NSRC）实施，2013年7月开始了第一期的调查工作，在我国的28个县级单位采用多层次多阶段抽样方法抽取了112所学校的438个班级约2万名初中生学生作为调查样本（包括学生、家长、教师和校领导）。本研究采用的是2013—2014年基线调查和2014—2015年追踪调查的2期数据。CEPS包含了学生考试成绩、体育锻炼以及家庭、学校性质等可能影响考试成绩的众多变量。在排除未成功追访学生样本和删除核心变量缺失的样本后，共得到8 892个有效样本。

1.3　变量说明

本研究的被解释变量为学业表现，研究采用2个指标来分别衡量：1）客观指标，即考试成绩。CEPS提供了学生的语文、数学、英语3科目的期中考试原始成绩和标准化成绩，由于不同学校试卷不同，绝对成绩不具有可比性，标准化成绩能够确保成绩量化的客观性（孙志军等，2009），因此本研究选取标准化成绩（平均分为50分、标准差为10分）作为考试成绩的指标。2）主观指标，将学生（九年级）问卷中的C12，即“你目前的成绩在班里处于？”的自我测评结果作为被解释变量，该问题下设有“不好”“中下”“中等”“中上”以及“很好”5个选项，本研究将中等及中等以下定义为学习成绩较差，中等以上则为成绩较好，此时的学生成绩也相应转换为一个二值选择项。

核心解释变量为体育锻炼时间。CEPS调查了中学生每周参加体育锻炼的天数以及每天锻炼的时间，但没有包含体育锻炼的强度信息，本研究按简单平均方法计算被访者平均每天锻炼时间/min作为体育锻炼指标。为了消除异常值，当天体育锻炼时间超过3 h的设置为3 h。另外，为降低该变量的波动幅度，在数据处理上对其取自然对数，从而构造一个接近正太分布的连续变量。

本研究参照温煦（2015）、温煦等（2018）、李凌姝等（2016）、方超等（2019）的研究，将控制变量设置为以下5个。

1）父母受教育水平。父母的受教育水平直接影响其对于教育和学业表现的认知，继而影响其对于子女开展学习的态度。本研究将父母的受教育程度转化成受教育年限，并取父母中受教育年限更长的一方的数据来代表父母的受教育年限（小学6年、初中3年、高中3年、大学4年，研究生及以上3年），从而形成一个0～19的连续变量。

2）家庭经济状况。一般认为，经济状况更好的家庭可以为子女提供更好的学习环境和条件。据此可以推断，在其他条件相同的情况下，经济条件越好的家庭，其子女学业表现越好。CEPS没有具体的家庭经济收入调查数据，本研究采用CEPS家长问卷中“您家里现在的经济条件如何？”一题来测量家庭经济状况，从而构成了一个取值为1～5的连续变量，分别表示非常困难、比较困难、中等、比较富裕和很富裕，数值越大，经济条件越好。

3）学校性质。不同性质的学校，由于管理方式和要求存在差异，师资队伍水平和课程体系设置等方面也存在差异，从而使学生的学业表现不一。本研究将学校类型划分为3种，即“1=公立学校，2=民办公助/普通民办学校，3=民办打工子弟学校”。

4）学校区位。城区中心的学校，因为其相对较好的师资力量，学生的整体学业表现也优于非城区中心的学校。相反，越是偏远的学校，可能由于学习氛围差、学生之间学习竞争不够激烈等原因导致整体学业表现较差。CEPS问卷专门调查了学校所在的地区类型。本研究对其进行重新编码为“1=农村，2=市/县城区以外的镇，3=市/县区的城乡结合部，4=市/县城的边缘城区，5=市/县城的中心城区”，进而构造成一个取值为1～5的连续变量。

5）学业压力。研究表明，学业压力是影响学业表现的重要因素之一。因此，本研究参照胡鹏辉等（2019）的方法，以中学生每天课外活动时间中用于与学业相关事宜的时间来衡量学生的学业压力。CEPS问卷专门调查了周一至周五期间，学生每天用在完成学校老师布置的作业、家长或补习班布置的作业时间，以及上课外辅导班（与课业有关）的时间。本研究将次序级的答案按照取中间值的方式变成数量化的取值，并将三者取值相加，构成一个反映中学生每天课外学习时间的连续变量。

结合CEPS数据指标，本研究进行的机制分析中包含2个中介变量。1）体质健康，由于CEPS问卷中没有BMI等反映身体素质的客观指标，本研究根据现有可得知信息选择主观指标即身体健康意识，采用“你现在的整体健康情况如何？”来度量，下设5个选项：很不好、不太好、一般、比较好、很好。将前3项归并为“0=不健康”，后2项归并为“1=健康”，构造了一个反映自评健康状况的二分变量。2）认知水平，CEPS问卷通过测试题目来检测学生的逻辑思维和问题解决能力，以此反映其认知水平，认知得分均值为0，平均分值以上为正，平均分值以下为负（表1）。

表1　变量定义和描述性统计结果

2 计量结果与分析

2.1　基本分析结果

按照式（1），首先利用Stata 15.0计量软件开展基准回归，对考试成绩的估计采用OLS方法，对自评考试等级的估计采用Probit方法（表2）。

从全样本估计结果看，体育锻炼对考试成绩显著正相关，其估计系数显示，体育锻炼时间每增加1%，考试成绩提高0.136分，相当于样本成绩均值的0.28%（0.136/49.212）。但是，体育锻炼虽然与自评成绩等级正相关，即体育锻炼时间每增加1%，自评成绩好的概率会增加0.031，但其系数并不显著。这2个估计系数显示，体育锻炼虽然对学生关于成绩好坏的主观评价并没有显著影响，但与客观考试成绩却显著正相关。

其他控制变量对学业表现的估计结果与以往大部分研究类似。父母受教育水平越高，小孩的学习成绩和自评成绩越高，估计系数显示，父母教育年限每提高1年，小孩的考试成绩会提高1.213分，自评成绩好的概率会增加0.042。但是，家庭经济状况无论对孩子的考试成绩还是自评成绩均未见显著的影响。学校的性质对学生的学业表现有显著影响，公立学校学生的考试成绩比非公立学校（民办公助、普通民办学校、民办打工子弟学校）高3.226分，相当于平均成绩的6.6%，自评成绩好的概率也高出0.032。从学校区位看，城（镇）学校学生的考试成绩和自评成绩均比农村学校好。适当的学业压力有助于学业表现，课外补习时间每提高1个单位，考试成绩提高1.216分，自评成绩好的概率提高0.026。

表2　体育锻炼与学业表现：基准回归

注：***、**、*分别表示1%、5%和10%统计水平上显著；括号内数据为标准误；下同。

2.2　异质性分析

本研究按学生性别和户籍来分类，进一步考察体育锻炼影响学业的效果异质性问题。由于总体上体育锻炼对学生自评成绩等级未见显著影响，因此仅以考试成绩作为因变量来分析异质性问题。

首先，从性别角度，体育锻炼无论对男生还是女生都有正向影响，且在1%的水平上显著（表3）。但是，体育锻炼对女生考试成绩的促进作用明显大于男生，原因可能在于女生的体育锻炼时间平均低于男生，因此女生增加体育锻炼的边际作用高于男生。国内虽然有对于体育锻炼与青少年学业表现之间的关系进行的研究（温煦等，2018；张伟霞等，2016），但都是以总样本为对象，没有分性别分析。国外开展性别对比分析的研究发现，体育锻炼对女性学业表现的促进作用更大。Shephard等（1996）通过对加拿大546个1～6年级小学生的实验研究发现，参加体育锻炼对学业成绩有显著促进作用，且女生的学业成绩比男生提高得更为明显。Carlson等（2008）通过对5 316个美国小学和幼儿园学生的问卷调查结果也表明，女生的体育锻炼时间与学业成绩正相关。其次，从户籍指标角度，体育锻炼效果的异质性比较明显，体育锻炼对城市学生和农村学生学业表现的正向作用均在1%的水平上显著，但差别较大。

3 体育锻炼与学业表现的作用机制分析

近年有研究发现，体育锻炼能改善体质健康，从而提高学业成绩。Castelli等（2007）通过对美国青少年的一项实验发现，阅读成绩、数学成绩与有氧耐力正相关，与体质量水平负相关。温煦等（2018）对国内966名初一学生进行为期2年的追踪研究发现，有氧耐力水平低的学生其学业成绩更差，体质量水平超标等不良体质也同样引起学业成绩下降。由此可以推断，如果体育锻炼能够提高青少年体质，那么体质健康就是体育锻炼影响学业表现的机制之一。

表3　体育锻炼与学业表现：异质性分析

认知水平无疑对学业成绩有重要影响，那么体育锻炼对学生的认知水平影响如何？对于这一问题，学术界并没有得到一致的结论。Corder（1966）和Ismail（1967）分别采用Wechsler儿童智力量表（Wechsler Intelligence Scale for Children，WISC）Vineland Otis测试发现，体育锻炼干预对青少年智商没有影响。但Brown（1977）采用Stanford-Bine测试发现，力量训练能够提高智残青少年的智商水平。可见，由于采用的测试方法和体育锻炼方式的不同，体育锻炼对认知的影响并不确定，其作用机制也有待进一步检验。

鉴于此，本研究拟从体质健康和认知水平2个角度检验体育锻炼对于学业成绩的作用机制。为了进一步检验体育锻炼是否通过体质健康和认知水平对青少年学业成绩产生了影响，本研究参照Mackinnon等（2000）的研究构建以下中介效应模型进行分析：

表4　中介效应估计结果

模型3中，体育锻炼、体质健康对青少年考试成绩的估计系数均通过了1%的显著性水平检验，并且体育锻炼的估计系数（0.092）小于模型1中估计系数（0.112），说明体质健康具有部分中介效应的作用，体育锻炼通过体质健康来影响学业表现的作用机制在本研究得到了印证。

从模型5也可以看出，认知水平也在体育锻炼对考试成绩的作用机制中发挥了部分中介效应的作用。在其他条件相同的情况下，体育锻炼会促进青少年认知水平的提高，从而提高考试成绩。但是，由于数据的限制，尚无法进一步检验体育锻炼是如何影响认知水平。有研究认为，体育锻炼通过影响大脑区域的神经递质、激素、神经生长因子等，促进学生记忆功能的发展，进而影响智力水平的生物学机制（温煦，2015）。这些作用机制和中介机制还有待深入研究。

4 结论与不足

4.1　结论

1）体育锻炼能显著促进客观考试成绩，但不能提高青少年的主观自评等级。

2）体育锻炼对学业表现的促进作用具有异质性，即体育锻炼对女生和农村学生的学业促进作用要分别高于男生和城市学生。

3）体质健康和认知是体育锻炼影响学业成绩的中介变量，即体育锻炼不仅能够显著降低被访学生自评身材肥胖的概率，提高自评身体健康的概率，而且能够显著提高学生的认知水平，从而提升学业成绩。

4.2　不足

指标选择上不够完备。体育锻炼以每天平均锻炼时间来衡量，忽略了锻炼方式和强度；学业表现以语数外综合成绩来代表，没有分析体育锻炼对不同科目的成绩是否产生不同影响。

陈爱国，殷恒婵，王君，等，2011.短时中等强度有氧运动改善儿童执行功能的磁共振成像研究［J］.体育科学，31（10）：35-40.

方超，黄斌，2019.非认知能力、家庭教育期望与子女学业成绩：基于CEPS追踪数据的经验分析［J］.全球教育展望，48（1）：55-70.

方黎明，2020.体育锻炼对青少年认知能力和学业成绩的影响［J］.体育科学，40（4）：35-41.

傅建，刘思良，2018.不同时间中-大强度体育锻炼对于初中生学习自控力及学业成绩影响的实验研究［J］.体育与科学，39（1）：114-120.

胡鹏辉，余富强，2019.中学生体育锻炼影响因素研究：基于CEPS（2014—2015）数据的多层模型［J］.体育科学，39（1）：76-84.

黄涛，徐波，杨毅飞，等，2006.BDNF介质运动对脑高级功能-学习记忆能力的促进作用［J］.体育科学，26（9）：82-85.

李凌姝，季浏，2016.体育锻炼对于学生学业成绩影响的研究进展［J］.北京体育大学学报，39（9）：82-39.

孙志军，刘泽云，孙百才，2009.家庭、学校与儿童的学习成绩：基于甘肃省农村地区的研究［J］.北京师范大学学报（社会科学版），54（9）：103-115.

温煦，2015.体育锻炼对青少年认知能力和学业表现的影响：研究的历史、现状与未来［J］.体育科学，35（3）：73-82.

温煦，张莹，周鲁，等，2018.体质健康对青少年学业成绩影响及其作用机制：来自纵向研究的证据［J］.北京体育大学学报，41（7）：70-76.

叶浩生，2011.西方心理学中的具身认知研究思潮［J］.华中师范大学学报（人文社会科学版），50（4）：153-160.

张伟霞，焦盈莹，徐霞，等，2016.高中生体育锻炼对学业成绩的影响：睡眠质量的中介作用［J］，北京体育大学学报，23（6）：135-140.

赵格睿，鞠冬，马力，2019.体育运动量对高一学生自我效能、学业情绪及学习成绩的影响研究［J］.教育科学研究，20（7）：61-65.

BROWN B J， 1977. The effect of an isometric strength program on the intellectual and social development of trainable retarded males［J］. Am Correct Ther J， 31（2）：44-48.

CARLSON S A， JANET E， FULTON S M， et al.， 2008. Physical education and academic achievement in elementary school： Data from early childhood longitudinal study［J］. Am J Public Health， 98（4）：721-727.

CASTELLI D M， HILLMAN C H， BUCK S M，2007. Physical fitness and academic achievement in third-and fifth grade students［J］. J Sport Exerc Psychol， 29（2）：239-252.

CHADDOCK-HEYMAN L， HILLMAN C H， COHEN N J， et al.， 2014. The importance of physical activity and aerobic fitness for cognitive control and memory in childen［J］. Monogr Soc Res Child Dev， 79（4）：25-50.

CLARK P J， BRZEZINSK A W J， PUCHALSKI E K， et al.， 2009. Functional analysis of neurovascular adaptations to exercise in the dentate gyrus of young adult mice associated with cognitive gain［J］. Hippocampus， 19（10）：937-950.

CORDER W O， 1966. Effects of physical education on the intellectual， physical， and social development of educable mentally retarded boys［J］. Except Child， 32（6）：357-364.

DISHMAN R K， DUNN A L， SALLIS J F， et al.， 2010. Social-cognitive correlates of physical acativity in a multi-ethnic cohort of middle-school girls： Two-year prospective study［J］. Pediatr Psychol， 35（2）：188-198.

DWYER T， SALLIS J F， BLIZZARD L， et al.， 2001. Relation of academic performance to physical and fitness in children［J］. Pediatr Exerc Sci， 13（3）：155-169.

FIELD T， DIEGO M， SANDERS C E， 2001. Exercise is positively related to adolescents relationships and academics［J］. Adolescence， 141（36）：105-110.

GABBARD C， BARTON J， 1979. Effects of physical activity on mathematical computation among young children［J］. J Psychol， 103（3）：287-288.

GREGO F， VALLTER J M， COLLARDEAU M， et al.， 2005. Influence of exercise duration and hydration status on cognitive function during prolonged cycling exercise［J］. Int J Sports Med， 26（1）：27-38.

HINKL J S， TUCKMAN B W， SAMPSON J P， 1993. The psychology， physiology， and the creativity of middle school aerobic exercise［J］. Elementary School Guidance Counseling， 28（2）：133-145.

ISMAIL A H， 1967. The effects of a well-organized physical education programme on intellectual performance［J］. Res Phys Educ， 1（1）：31-38.

LAMBOUREN K， HANSEN D M， SZABO A N， et al.， 2013. Indirect and direct relations between aerobic fitness， physical activity， and academic achievement in elementary school students［J］. Ment Health Phys Act， 6（3）：165-171.

LINDNER K J， 2002. The physical activity participation-academic performance revisited： Perceived and actual performance and the effect of banding（academic tracking）［J］. Pediatri Exerc Sci， 14 （2）：225-238.

MACKINNON D P， KRULL J L， LOCKWOOD C M， 2000. Equivalence of the media， confounding and suppression effect［J］. Prev Sci， 1（4）：173-181.

MA J K， MARE L L， GURD B J， 2014. Classroom-based high-intensity interval activity improves off-task behavior in primary school students［J］. Appl Phys Nutr Metab， 39（12）：1332-1337.

MAHAR M T， MURPHY S K， BOWE D A， et al.， 2006. Effects of a classroom-based program on physical activity and on-task behavior［J］. Med Sci Sport Exer， 38（12）：2086-2094.

NELSON M C， GORDON-LARSEN P， 2006. Physical activity and sedentary behavior patterns are associated with selected adolescent health risk behavior［J］. Pediatrics， 117（4）：1281-1290.

TOMPOROWSKI P D， LAMBOURNE K， OKUMURA M S， 2011. Physical activity intervention and children’s mental function： An introduction and overview［J］. Prev Med， 52（Suppl 1）：S3-S9.

TREMBLAY M S， INMAN J W， WILLMS J D， 2000. The relationship between physical acativity， self-esteem and academic achievement in 12-year-old children［J］. Pediatr Exerc Sci， 12（3）： 312-324.

YU C C W， CHAN S， CHENG F， et al.， 2006. Are physical activity and academic performance compatible? Academic achievement conduct， physical activity and self-esteem in Hong Kong Chinese primary school children［J］. Educ Stud， 32（4）：331-341.

YU Z B， HAN S P， CAO X G， et al.， 2010. Intelligence in relation to obesity： A systematic review and meta-analysis［J］. Obes Rev， 11（9）：656-670.

ZERVAS Y， DANIS A， KLISSOURAS V， et al.， 1991. Influence of physical exertion on mental performance with reference to training ［J］. Percpt Mot Skills， 72（3）：1215-1221.

Influence of Physical Exercise on Academic Performance in Teenagers：Evidence from CEPS Surveys

HUA Kai1*，LIU Xiaoyu1，ZHANG Quanhong2，LONG Lishan1

1.Wuhan Sports University, Wuhan 430079, China;2.Hubei University of Economics, Wuhan 430205, China.

The study of the relationship between physical exercise and academic performance can provide important reference for improving coordinated development of academic study and personnel training. Based on China Education Panel Survey data, this study tests the causal relationship between physical exercise and academic performance. It is found that physical exercise has a positive and significant effect on teenagers' objective test scores, but has no effect on their self-evaluation. This effect is heterogeneous, that is to say, the promotion effect of female students is greater than that of male students, and that of rural students is greater than that of urban students. The mechanism analysis shows that physical health and intelligence are the intermediary variables of physical exercise affecting academic performance, that is to say, physical exercise can not only significantly reduce the probability of students' self-rated obesity, improve the probability of self-rated health, but also significantly improve the cognitive level of students, so as to improve academic performance.

1002-9826（2022）08-0103-06

10.16470/j.csst.2021001

霍英东教育基金会高等院校青年教师基金项目（171093）；湖北省楚天学者计划项目（2020）；武汉体育学院中青年科研团队项目（21KT19）

通信作者简介：花楷（1983-），男，教授，博士，主要研究方向为足球教学与训练、体育产业，E-mail：95216294@qq.com。

G806

A

（2020-09-09；修订日期：2022-07-06； 编辑：尹航）