基于第三方及Apriori算法的中学生体质健康关联分析

常凤 黄琨 张详 魏亚茹 赵文艳

摘 要： 目的 评价第三方体质健康测试工作，挖掘体质健康数据隐藏信息。方法 采用指定抽样法选取武汉市7所中学6043名学生为研究对象，使用独立样本t检验对比学校自测、第三方测试结果与参考值的差值，基于Apriori算法挖掘指标间关联。结果 第三方测试、学校自测结果与参考值做差后比较，发现：7所中学各年级体重、女生身高、初二～高二男生身高，各年级男生、初三女生肺活量，各年级立定跳远、引体向上、50m，初二、初三、高三仰卧起坐，初一～初三、高二～高三男生、初二～高三女生坐位体前屈，初一、初三～高三男生 1 000 m、初一、高一～高三女生800m，均具有統计学差异（P＜0.05），多数指标第三方测试结果与参考值更接近，且身高体重、肺活量、坐位体前屈、引体向上/仰卧起坐成绩高于国家均值，立定跳远、50m、 1 000 m/800m低于参考值。Apriori算法挖掘6条支持度＞10%的关联规则，均与肺活量有关，立定跳远与其它体质健康指标关联较弱。结论 武汉市7所中学生体质健康身体形态、身体机能、柔韧素质、上肢及躯干力量素质较好，下肢力量素质、速度素质、耐力素质较差，第三方数据更能真实反映学生体质健康水平。

关键词： Apriori；第三方测试；学校自测；体质健康

中图分类号：G804

文献标识码：A

文章编号：1008－2808（2023）02－0001－10

Abstract：  Objective evaluate the third partys physical fitness test，to mine the hidden information of physical fitness data. Methods 6043 students from 7 middle schools in Wuhan were selected as the research objects by designated sampling， independent sample t test was used to compare the difference between the schools self-test and the third-party test results and the reference value，and the correlation between indicators was mined based on Apriori algorithm. Results the third party and the schools self-measured results minused the reference value and compared， the reference value of the difference were found，Weight and girls heigh of all grades，and height of boys from junior grade two to senior grade two，

and vital capacities of boys in all grades and girls in junior grade three， and the standing long jump， pull-ups， 50 meters of all grades，and sit-ups of girls in junior grade two and three，senior grade three， sit forward of boys from junior grade one to three， senior grade two and three， girls from senior grade two to senior grade three， and 1000 meters of boys in junior grade one， from junior grade three to senior grade three，and 800 meters of girls in junior grade one，from senior grade one to senior grade three，there were statistically difference （P<0.05）， most of the third party test results were closed to the reference index. The results of height， weight， vital capacity， sitting forward， pull-up/sit-up were higher than the national average， and the standing long jump， 50m， 1000m / 800m were lower than the reference values. 6 association rules of more than 10% support were mined by apriori algorithm ， and they are related to vital capacity ， but the relevance of standing long jump and other physical fitness indicators are weak.Conclusion Middle school students physical fitness body shape， body function， flexibility quality， upper limb and trunk strength quality is good， lower limb strength quality， speed quality， endurance quality is poor in Wuhan ，the third party data can more truly reflect the physical fitness level of students.

Key words： Apriori;Third-party testing; School self-testing; Physical fitness

自2014年教育部印发《学生体质健康监测评价办法》《中小学校体育工作评估办法》《学校体育工作年度报告办法》三个文件的通知（教体艺〔2014〕3号）以来，第三方成为学生体质健康测试工作的重要组成力量  ［1］ 。据调查，目前广州市、武汉市、深圳市、北京市、东莞市、韶关市、合肥市、中山市、延安市，均已引入第三方参与学生体质健康工作。然而，有关第三方学生体质健康方面的研究较少，学者从第三方测试质量的理论分析  ［2］ 、提升第三方数据质量的法律规制  ［3］ 、评价路径  ［4］ 、第三方督查的独立性  ［5］ 、基于第三方测试的学生体质健康状况  ［6，7］ 等方面展开研究，但未见第三方与学校自测数据比较方面的研究。因此，研究从测试结果出发，以指定抽查的7所中学 6 043 名中学生为研究对象，并将国家体育总局2014年国民体质公报数据中13-18岁均值作为参考值  ［8］ ，统计学校自测与第三方测试数据的差异，比较学校自测与第三方测试数据的优劣。此外，利用大数据中的关联规则分析  ［9］ ，挖掘体质健康数据中隐藏的关系，为监测、评价第三方体质健康测试工作，提高体质健康测试工作质量，有的放矢地改善学生体质健康水平提供理论支撑。

1 研究对象与方法

1.1 实验对象

由武汉市江岸区教育局采取指定抽样的方法，选取7所中学 6 043 人为受试对象，其中初中生 4 065 人，高中生 1 978 人，男生 3 144 人，女生 2 899 人。

1.2 研究方法

中学生体质健康测试按照《国家学生体质健康标准》。2016年10月至11月期间，首先，学校体育教师使用本校仪器设备，型号规格各不相同，但均为教育部制定厂家的设备，利用体育课期间完成自测。间隔1个月后，第三方测试机构统一使用江苏领康电子科技发展有限公司的智能体质健康测试仪器再次测试上述指标。

1.3 数理分析

应用Epi Data 软件进行平行双录入。鉴于学生各项指标无法获得一个金标准作为参考，故将国家体育总局公布的2014年国民体质监测公报（2015年11月25日）中13-18岁学生的均值作为参考标准  ［8］ ，分别用学校自测结果和第三方测试结果与参考值做差值，使用SPSS22.0进行处理，统计描述采用（均数±标准误）来表示，不同处理组之间的比较使用獨立样本T-检验，报告Z值、P值。

1.4 Apriori关联规则

不同指标间关联分析时，均选择第三方测试数据。关联分析的设定：支持度≥10%，置信度 ≥70%， 前项的最大值定为5。数据根据参考值分别在不同年级，不同性别间进行标准化，将数据分为0，1两种，如果数值≥国家标准，定义为1合格，否则为0不合格；50m、800m/ 1 000 m的数据是如果数值≥国家标准，定义为0不合格，否则为1合格。

2 研究结果

2.1 第三方测试与学校自测体质健康对比

2.1.1 身体形态

各年级女生、初一、初三、高一～高三男生学校自测身高结果高于第三方测试，初一、初二男生两种方法测试结果及初三男生、初一女生第三方测试结果低于参考值，其他年级测试结果高于国家参考值，整体表现为第三方测试结果与国家均值拟合度较高（图1）。第三方测试结果、学校自测身高结果分别与参考值做差值后，进行独立样本t检验，初二～高二男生、初一～高三女生均具有统计学差异（P＜0.05），且第三方与标准值差值较小（表1）。说明，武汉市中学生身高水平中等，第三方测试结果与国家参考值更为接近。

各年级中学生第三方体重结果高于学校自测，初一、初二男生，初一～初三女生学校自测、初一第三方测试结果低于参考值，其他年级则高于参考值（图2）。第三方、学校自测体重结果与参考值做差值后比较，各年级均具有统计学差异（P＜0.05），且学校自测结果与标准值差值较小（表2）。说明，第三方体重测试结果普遍高于参考值，武汉市中学生体重超重现象较为严重。

结合两种方法的身高数据，鼓励身体形态指标由第三方机构完成。

2.1.2 身体机能  各年级男生第三方肺活量结果高于学校自测，初一～初三、高一、高三年级女生则学校自测结果高于第三方测试；初三、高一～高三男生，各年级女生学校自测结果，各年级第三方肺活量测试结果均高于参考值（图3）。可见，武汉市中学生身体机能较好。

第三方、学校自测肺活量分别与参考值做差值比较发现，初一～高三男生、初三女生具有统计学差异（P＜0.05），其他年级无统计学差异（P＞0.05）。

表现为学校自测及第三方测试结果均高于参考值，男生学校自测、女生第三方测试与参考值更为接近，且女生第三方与学校测试结果非常接近。说明，肺活量指标第三方及学校自测均可。

2.1.3 身体素质

（1）力量素质。各年级第三方立定跳远结果普遍低于学校自测，除初二女生学校自测立定跳远成绩略高于国家均值外，其余年级自测及第三方测试结果均低于参考值（图4）。说明，武汉市中学生立定跳远成绩较差。

立定跳远差值比较发现，各年级均具有统计学差异（P＜0.05）。表现为学校自测结果与参考值更接近，但第三方测试结果可能更接近中学生的真实水平。各年级男生第三方引体向上成绩高于学校自测，且两者均高于参考值。各年级学校自测仰卧起坐高于第三方测试，初二、高二、 高三第三方测试结果低于参考值，其余年级则高于国家均值（图5）。 说明，武汉市中学生上肢、腰腹部力量素质较好。

引体向上、仰卧起坐差值比较发现，初一～高三引体向上，初二、初三、高三仰卧起坐，具有统计学差异（P＜0.05），初一、高一、高二女生无统计学差异（P＞0.05）。表现为男生学校自测结果，女生第三方测试结果与参考值接近。可见，上肢力量素质测试学校自测和第三方测试均可，可能第三方更为真实。

（2）速度素质。各年级第三方50m测试结果均高于学校自测，且男生两种测试方法均高于参考值，而女生第三方测试结果高于参考值，学校自测低于参考值（图6）。说明，武汉市中学生速度素质较差。

50m结果差值比较显示，各年级均具有统计学差异（P＜0.05）。可见，学校自测结果与国家均值更接近，但第三方测试数据更能反映学生真实情况。

（3）柔韧素质。初一～初三、高一男生及初二、初三、高一女生学校自测坐位体前屈成绩低于第三方，高二、高三男生及初一、高二、高三女生则高于第三方；初一～初三男生、初二女生自测成绩，高三第三方测试成绩低于参考值，其余年级则均高于参考值（图7）。

综合可见，武汉市中学生柔韧素质整体表现较好。

坐位体前屈差值比较显示，初一～初三、高二～高三男生，初二～高三女生，均具有统计学差异（P＜0.05），仅高一男生、初一女生无统计学差异（P＞0.05）。表现为第三方测试结果高于学校自测结果，且两者均高于国家参考值，低年级男生第三方、高年级男生及各年级女生学校自测结果与参考值更为接近。可见，第三方坐位体前屈测试结果好于学校自测，更能反映学生柔韧素质。

（4）耐力素质。除初三男生、初二女生外，其他年级第三方 1 000m/ 800m测试结果均高于学校自测，高一～高三男生、初三及高一～高三女生学校自测结果低于国家均值，其余年级自测及第三方测试结果均高于参考值（图8）。说明，武汉市中学生耐力素质较差。

1 000m/800m差值比较发现，初一、初三～高三男生、初一、高一～高三女生，具有统计学差异（P＜0.05），初二男生，初二、初三女生无统计学差异（P＞0.05），且学校自测结果与参考值更接近，但第三方测试可能更接近真实耐力素质水平。

2.2 体质健康指标关联规则

Apriori关联发现，支持度排前6位的体质健康指标均与肺活量相关，5个与50m和体重有关，3个与 1 000m/ 800m、坐位体前屈、引体向上/仰卧起坐有关，而立定跳远指标未进入关联规则的前六（表3）。

图9显示，体质健康指标强关联：身高与体重；肺活量与身高、体重、坐位体前屈、引体向上/仰卧起坐；坐位体前屈与身高、体重、引体向上/仰卧起坐。

中度关联： 1 000m/ 800m与肺活量、50m、身高、体重、坐位体前屈、引体向上；50m与肺活量、引體向上/仰卧起坐、坐位体前屈；引体向上/仰卧起坐与身高、体重；弱关联：立定跳远与其余7项指标；50m与身高、体重。

3 分析与讨论

3.1 第三方测试与学校自测体质健康对比分析

武汉市7所中学生身高水平与2014年国家均值接近，但体重高于均值。说明，学生超重/肥胖现象严重。两种方法测试的身高、体重均高于报道  ［10，11］ 。第三方测试、学校自测、国家参考值间对比发现，第三方身高测试结果低于学校自测，第三方数据与国家均值接近，体重则高于学校自测，且学校测试结果与参考值更为接近。结合身高测试结果，研究认为第三方测试的体重应更能反映中学生真实结果。这与第三方机构使用同一型号身高体重测试仪，由固定人员进行测试，且每天测试后均进行身高体重测试仪的校正；而学校自测则各学校仪器设备规格不同、测试人员不同、绝大部分未进行校正，甚至部分学校使用不符合要求的弹簧秤，误差较大。因此，身体形态指标测试支持第三方。

身体机能方面，武汉市7所中学生肺活量普遍高于国家参考值。与文献比较发现，武汉市各年级男生、初中女生高于报道，而高中女生则低于布朗族  ［12］ 。说明，武汉市中学生身体机能状况较好。此外，第三方肺活量测试结果普遍高于学校自测，与第三方测试机构每班测试前详细讲解肺活量测试要求，指导每名学生深吸气后，缓慢匀速地将吸入的气体尽全力呼出，中间不能出现间断；当出现测试结果明显偏低时，第三方机构要求工作人员重复测试，若多次均明显偏低时，排到本班队尾，休息后再次测试，进而肺活量结果相对较高。因此，身体机能测试结果支持第三方测试。

下肢力量素质方面，武汉市7所中学生立定跳远成绩明显低于参考值和相关报道及1995年、2000、2021年武汉市成绩  ［13，14］ ，且学校自测结果高于第三方测试，但均低于标准值。说明，武汉市中学生下肢力量素质呈现下降趋势，较差。学校自测虽然与参考值更接近，但可能第三方才更能真实反映中学生下肢力量素质水平。因为第三方测试使用电子仪器设备，通过红外感应，自动记录立定跳远成绩至主机，而部分学校用粉笔在水泥地划线，或粘贴米尺，人工读数的方式记录立定跳远成绩，少部分学校用沙坑+米尺，部分学校用智能电子仪器测试，进而造成学校自测成绩系统误差、随机误差或粗大误差较大。因此，立定跳远鼓励通过第三方完成测试。

上肢力量及腰腹力量素质方面，武汉市7所中学生引体向上、仰卧起坐成绩高于参考值，男生引体向上较1995、2000年有所提升，女生仰卧起坐变化不大  ［13］ 。说明，武汉市中学生上肢及腰腹力量素质尚可。此外，第三方引体向上结果高于学校自测，而仰卧起坐则低于学校自测，呈现男生引体向上学校自测、女生仰卧起坐第三方测试更接近参考值的现象。结合实际认为，第三方测试时，由工作人员示范引体向上技术动作，并讲解技术要领，有利于引体向上成绩提升；第三方测试仰卧起坐时，则对动作要求更加严格，屈膝90度，双手十指交叉放于枕后，下躺时两肩胛必须着垫，按压部位控制在踝关节及以下，不允许上肢环抱小腿予以助力，进而使该指标成绩低于学校自测。另外，第三方进行仰卧起坐测试时，腰部佩戴计数器，辅助记录次数，避免学生谎报个数。可见，主观判断较高的引体向上和仰卧起坐项目，第三方成绩更真实有效。

柔韧素质方面，武汉市7所中学生坐位体前屈测试结果整体表现高于国家均值，初一至高一男生，高二、高三女生低于报道，其他年级高于报道数据  ［14］ 。另外，第三方测试结果高于学校自测，学校自测与国家参考值更接近。说明，第三方测试成绩相对较好，这与第三方测试前，工作人员带领学生统一进行4个8拍的全身各关节准备活动，然后再做身体素质测试，这样有利于坐位体前屈成绩的提升。因此，柔韧素质测试结果支持第三方测试。

速度及耐力素质方面，武汉市7所中学生50m、 1 000m/ 800m成绩整体表现为低于国家均值，较1995、2000年下降  ［15］ ，说明，武汉市中学生速度及耐力素质较差。第三方测试结果较学校自测更差，男生两种测试结果低于国家标准，女生学校自测略好于参考值。通过对测试过程的分析发现，第三方机构在进行上述指标测试时采用智能电子设备，从计时开始到红外线感应结束，自动生成测试结果，而学校自测均采取人工计时的方法，起点和终点各安排1人，终点时刻观察起点的发令再计时，容易造成计时器按键延迟，计时缩短，而第三方自动计时的时长则相对表现较长，导致成绩偏低。因此，第三方测试结果可能更接近真实情况。

3.2 体质健康指标关联分析

Apriori关联规则显示，身高与体重强关联，符合生理特征。肺活量与身高、体重、坐位体前屈、引体向上/仰卧起坐，坐位体前屈与身高、体重、引体向上/仰卧起坐强关联。原因为：（1）身材高大者，胸廓、肺发育较成熟，肺通气功能增强，则肺活量与身高体重关联。（2）坐位体前屈则与关节结构、年龄、性别、温度、遗传等因素高度相关，青少年生长发育的“向心规律”导致先发育下肢，后发育上肢，导致身高体重与坐位體前屈关联，坐位体前屈再与肺活量关联。（3）引体向上反映上肢、背部、腰腹力量素质，与年龄、体重相关，仰卧起坐与身高、体重、BMI等相关  ［16-17］ ，进而间接与肺活量、坐位体前屈关联。可见，中学生改善体质健康水平，应有的放矢地从身体机能练习着手。

1 000m/ 800m与肺活量、50m、身高、体重、坐位体前屈、引体向上，50m与肺活量、引体向上/仰卧起坐、坐位体前屈，引体向上/仰卧起坐与身高、体重则中度关联。原因可能为：（1） 1 000m/ 800m为耐力素质，其优劣取决于心肺功能、机体运输及利用氧的能力及能源物质储备，与BMI相关  ［18-19］ 。因此，与身高、体重、肺活量、坐位体前屈关联。（2）引体向上/仰卧起坐与身高体重、肺活量、坐位体前屈均关联，进而与 1 000m/ 800m相关。（3）50m与下肢长、肌肉力量、肌纤维类型、神经系统兴奋与抑制转换密切相关，故与引体向上/仰卧起坐反映肌肉力量素质的指标关联，而下肢长与身高、体重相关，身高体重又与肺活量、坐位体前屈相关。因此，50m与肺活量、坐位体前屈、 1 000m/ 800m关联。

立定跳远与其余7项指标，50m与身高、体重则弱关联。原因为：（1）立定跳远反映下肢肌肉力量素质，与体重指数、腰围身高比、腰臀比无相关性  ［20］ ，与引体向上正相关，身高腿长则起跳离地时重心的投影点至起跳线的水平距离大，但立定跳远成绩主要与准备、预摆、起跳、腾空、落地技术动作衔接熟练程度及运动学问题有关  ［21］ 。因此，立定跳远与肺活量、仰卧起坐、引体向上、50m等其他体质健康指标关联较弱，关键在于技术动作掌握程度。（2）50m速度素质敏感期为小学阶段，中学生的速度素质基本稳定，是耐力素质的关键发展期，故中学生50m与身体形态指标关联相对较弱。因此，在体育教学中，应重视立定跳远规范技术动作的传授，小学阶段加强速度素质练习。

4 结 论

武汉市7所中学生体质健康身体形态、身体机能、柔韧素质、上肢及躯干力量素质较好，下肢力量素质、速度素质、耐力素质较差，且身体机能指标与身体形态、身体素质关联密切，立定跳远则与其他体质健康指标关联度相对较低。身高、肺活量、坐位体前屈、引体向上第三方测试结果高于学校自测，而立定跳远、仰卧起坐、50m、 1 000m/ 800m低于学校自测，但更能真实反映中学生力量、速度、耐力素质水平。可见，第三方测试数据与学校自测相比较，更具接近实际情况，应积极鼓励第三方参与学生体质健康测试工作。

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