基于可穿戴技术的青少年身体活动与睡眠研究——以某中学初一学生为例

张姗姗 赵一帆 于座堂 刘光军 沈晓靓 汤依 徐凯 戴剑松*

(1.南京师范大学附属中学仙林学校初中部 江苏南京 210000;2.南京体育学院江苏南京 210014)

随着现代科学技术的飞速发展，信息化、智能化的程度不断提高，人们的生活方式发生了巨大的变化，体力活动逐渐减少，日常活动强度大大降低，大量的静坐行为成为现代人类生活方式的主要特征之一。通过对发达国家资料的统计分析，发现个人生活习惯因素在慢性非传染病的病因中占60%。“生活方式病”已经成为危害人类身心健康的头号杀手［1］，其中处于青少年时期的初中生的日常活动情况也受到巨大影响，故应重新认识当代人的身体健康状况，这也成为摆在体育及教育工作者面前亟待解决的问题。

然而根据统计数据显示，全球有80%的青少年没有进行足够的身体活动［2］。Schmidt［3］在德国的报告评估显示，约有20%的青少年的身体活动量达到世卫组织的建议。近年来，党和政府对青少年体质健康问题高度关注，出台了大量相关文件以促进青少年体质健康的提升。2021年，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》（以下简称“双减”），从多角度综合治理，提升学生健康水平。世界卫生组织更是提出“世界上最好的运动是步行”，为使人人都能参与健身体育活动，实现全民强身健体的愿景，国家疾病预防控制局、中国疾病预防控制中心、全国爱卫会办公室提出了“健康一二一”行动。在青少年生长发育的关键阶段，充足且规律的体育运动会给儿童青少年带来许多健康益处。培养青少年体育锻炼行为习惯是一个循序渐进的过程，需要学校、家庭和社会三者相互配合，相辅相成，共同努力。

本文基于“可穿戴设备+华为Research 云平台”监测系统，调查南京市某中学的部分初一学生以步数、各强度身体活动情况为代表的身体活动行为现状，以期探索初中生身体活动、久坐行为及睡眠情况特征及其影响因素，为增加中学生身体活动，促进健康提供基础数据和参考依据。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究采用随机抽样的方法选取南京某中学初一年级114名在校学生为研究对象，其中男53名，女生61名，对其日常生活方式、身体活动情况进行了调查。

1.2 研究方法

1.2.1 实验法

本次调查的对象为南京某中学初一年级114 名学生，要求学生在日常生活过程中24 h（除充电及洗澡外）持续佩戴华为手环6，并由家长每日使用该项目的专用APP进行数据上传工作。本实验数据采集自2021年12 月7 日至2021 年12 月20 日，共14 天，涵盖2 个周末，基本可以代表学生日常作息模式。本研究要求学生身体健康，无明显生理缺陷和运动禁忌征，能正常进行日常身体活动，本人及其家长愿意配合参与本次调查。本研究在测试前已经获得南京体育学院伦理委员会的批准，测试前的准备工作严格按照相关研究程序有序进行，并向愿意参与本次调查的研究对象的监护人发放知情同意书，详细介绍本次调查内容和注意事项，在其监护人同意并签署知情同意书的情况下，将其纳入本研究调查样本。

1.2.2 数理统计法

手环通过蓝牙与华为手机相连接，用户在测试完毕后在手机上通过测试专用APP 上传数据，上传后的数据通过HUAWEI Research 云平台获取。数据包括：在注册APP时填写的身高体重信息；每天的步行数（采集时间间隔：1 min）；每日心率（采集时间间隔：5 s）；每天睡眠时间。数据统计分析采用统计分析软件SAS JMP Pro 17.0.0，数据使用平均值±标准差（xˉ±s）来表示，采用独立样本t检验分析不同性别、不同时段的各数据差异，显著性水平设为P＜0.01。

2 研究结果与分析

2.1 学生基本情况结果分析

学生的基本情况包括身高、体重和身体质量指数（Body Mass Index，BMI）。身体质量指数是国际公认进行超重肥胖筛查的基础指标，其计算公式为BMI=体重（kg）/身高2（m2）。为更贴近于本研究的测量对象年龄，身体质量指数参照《国家学生体质健康标准（2014版）》［4］。表1为初一学生的BMI标准。

表1 初一学生的BMI标准

参照《国家学生体质健康标准（2014版）》对本次测量人群进行统计，结果如表2 所示。绝大多数学生的体重都保持在正常水平内，达标率为71.93%。从不同性别来看，男生的平均身高、平均体重都高于女生的平均水平。男生BMI 的平均值高于女生，男生的超重肥胖率较高，超1/3 的男生存在超重肥胖现象，而女生超重肥胖的概率为16.4%，不及男生的一半。男生中少数人存在体重过轻的情况。学生身高水平与江苏省城市学生身高水平接近，体重水平和BMI 水平均高于全省水平。身高体重的发育情况基本符合这一阶段学生的实际情况，符合国内当前初一学生的平均生长发育水平。女生在青春期伊始，美的意识开始萌发，可能会出现注意饮食控制体重的情况，故超重肥胖率较低；而男生正处于青春发育期，在饮食上可能出现营养过剩的情况，导致超重肥胖率较高。影响青少年肥胖的因素众多，主要包括遗传、家庭环境、饮食、体育锻炼等因素。另外，不合理的膳食结构和饮食习惯以及静坐生活方式等因素促进了肥胖的发生。本次被测人群基本符合初一阶段学生的健康发育规律，但总体的超重及肥胖率偏高，具体原因仍有待进一步的深入研究。

表2 学生身体形态基本情况

2.2 身体活动情况

2.2.1 步行数总体情况及男女差异

如表3 所示，南京初一男生的平均步数为11 773步，女生为8 878 步，男生总体步数大于女生。无论是在周末还是上学日，男生活动量都多于女生，女生相比男生活动量较低。上海市9～17 岁的青少年步数的调查结果显示，男生每日平均步数为7 948 步，女生为7 048步，其步数明显高于上海市9～17岁年龄段的平均步数水平。男生和女生在周末的步数都明显少于上学日的步数，说明学校的体育课以及课间活动等行为切实有效地提高了学生身体活动水平，体育课的开展对促进身体活动有重要意义。Tudor-Locke［5］联合多国学者，以美国、澳大利亚和瑞典1 954名6～12岁儿童为研究对象得出结论，推荐女生步数每天应达到12 000步，男生应达到15 000步。如果按照这一标准，男生、女生在上学日和周末的步数均未达到，而女生实际的步行数更少，说明男女生都应该加强身体活动，尤其是女生。建议体育教师在课堂上进一步采取措施，提高女生参与体育活动的主动性和积极性，督促女生更好地执行体育课。同时，建议学校提醒家长，鼓励或带领孩子在双休日积极参加体育活动，努力提高学生在周末的身体活动水平，有效弥补学生在双休日活动量不足的问题。近年来，国家和社会持续关注青少年运动健康，出台了系列政策，特别是大课间和“双减”政策，学生运动锻炼和体质健康工作不断强化，学生身体活动水平已经得到了一定程度的改善，呈现良性增长的变化趋势。

表3 平日和周末日均步数情况

2.2.2 校内各身体活动时段的步行数情况

表4为四种时段下学生的步数及其占日均步数的比例情况。学生在学校内学习的时间为早上7：00至晚上18：00，其中多数时间学生处于静坐学习状态。学校开设的体育课、大课间活动是学校日常体育工作的核心，这些时间段也是青少年产生身体活动的重要来源。从表4可见，学校在大课间安排的跑操、跳绳等体育活动切实有效地提高了学生的运动量，对提高学生的身体活动水平具有很大贡献。该数据也进一步说明了女生活动量小于男生，结果具有统计学意义。

表4 校内各身体活动时段的步行数情况

2.2.3 体育课对当天步行数的影响

有无体育课当天步数差异情况如表5所示。无论是男生，还是女生，在上学日期间，有体育课的当天活动量大于没有体育课的当天活动量，且具有统计学差异。男生的步数均大于女生，具有统计学差异。本研究数据说明体育课切实提高了学生的身体活动量，学校体育在促进青少年身体活动方面具有不可替代的重要贡献。其他相关研究同样也表明了学校体育的重要性。海市中小学生体力活动不足及影响因素调查结果显示［6］，学校体育活动的举办频率与初中生身体活动参与之间存在正相关关系。国外的研究也表明［7］，学校良好的体育氛围及体育活动的安排会帮助学生更好地完成建议的身体活动量。

表5 有无体育课的当天步数差异情况

2.2.4 各强度运动时间情况

表6是学生不同强度活动情况。在本研究中，将心率100次/min以下定义为静坐行为，心率100～130次/min之间定义为低强度运动，心率130次/min以上定义为中高强度运动。按照世界卫生组织的建议，青少年每天至少参加60 min中高强度身体活动［8］。由表6可见，无论男生，还是女生，初一学生都存在中高强度运动不达标的情况，双休日尤其明显。此前的研究表明，无论是发达国家，还是发展中国家，能达到体力活动推荐量的青少年比例都需要进一步提高。中高强度身体活动时间是衡量身体活动水平的重要指标，Corder［9］的研究表明青少年平均中高强度运动时间为41 min，而本研究的结果表示，南京市初一学生的高强度运动情况未达到这一平均水平。身体活动不足往往伴随着静坐时间过长，二者叠加增加了青少年发生超重和肥胖的概率。学生在周末和上学日静坐少动时间都过高，上学期间多数处于室内静坐学习的状态，而周末则可能与视屏时间过长以及静坐状态下完成课余作业时间过长有关。由此，学校体育课的合理设置就更加重要。从性别上来看，男女生主要的差异在于学习日和周末的中高强度运动时长，男生的中高强度运动时长大于女生。多数研究都表明［10-11］，男性在青少年时期的身体活动水平明显高于女性。学校体育活动中，体育课的中高强度运动部分，女生达标情况通常不如男生，本研究证实了这一假设，如何破解女生运动强度不够，让女生更加积极主动地完成体育课的中高强度部分的问题，是对学校体育面临的重要挑战。

表6 学生身体活动各个强度时间情况

2.2.5 校内期间各种强度活动时长及其占比情况

表7为学生在校内生活期间几项主要活动中的静坐、低强度运动、中高强度运动的时长及占比情况，主要活动主要包括体育课、大课间、课间和午饭时段。体育课人均中高强度运动时长达到了18 min，占45.77%，是一天中的中高强度运动的重要来源，大课间的中高强度运动占比也相当可观，体育课和大课间相加提供了一天中70%以上的中高强度运动，有效促进了学生的运动量。学生在课间及午饭时存在一定量的中高强度及低强度自主活动时间，但静坐时长占比最长，建议学生多利用大课间、课间及午饭时间进一步提高自己的活动量和活动强度。

表7 在校期间各强度活动时长及其占比情况

2.2.6 不同性别在校期间各种强度活动时长情况

由表8 可以看出，男生在各个时段参加体育活动的积极性要高于女生，尤其在体育课上，女生在参与中高强度运动时有所懈怠，故低强度活动时长会略高于男生。在体育课实地调研期间也发现部分女生在参与强度较大的体育活动时会出现会较早放弃或未尽全力的情况。建议体育老师在体育课上要采取多种方式来调动女生参与运动的积极性。课间大多数学生仍然选择在教室里静坐，极少有人会在课间活动时心率达到130次/min以上。建议学校多鼓励学生课间走出教室，进行中低强度的运动。

表8 不同性别校内期间各种强度活动时长

2.3 睡眠情况

2.3.1 学习日及周末睡眠情况

学生睡眠时长情况见表9。经统计检验，男女生之间学习日和周末的全部睡眠时长没有差别，女生在周末深睡眠时长略大于男生。教育部规定［12］，根据不同年龄段学生身心发展特点，初中生每天睡眠时间应该达到9 h，然而本次调查显示，初中生平常上学日期间，无论是男生还是女生，睡眠时长都并不能满足9 h 时；双休日学生的睡眠基本达标。蔡业鹏［13］研究指出，初中生在上学期间睡眠不足率为64.38%，初中学段学生睡眠不足现象普遍。上学日睡眠时长不足还跟学业压力过大有关。

表9 不同性别平日和周末睡眠时长情况

2.3.2 身体活动量与睡眠时长的相关性

在本研究中，将一天的总步数大于12 000 步的情况定义为运动量充足，将总步数小于12 000 步的情况定义为运动量不足。对日常身体活动量与睡眠时长的关系做了联合调查，主要结果见表10。结果表明：充足的运动量有助于延长睡眠时长及提高睡眠质量，特别对于男生来说，数据具有统计学差异，说明充足运动量对于延长睡眠时长和提高睡眠质量均有帮助。

表10 身体活动量情况与睡眠时长的比较

3 结语

男生的超重肥胖问题较为严重，超重肥胖率达到了女生的两倍以上。学生日常步行数和中等以上强度身体活动时间仍有待提高。学生在校期间的体育课、大课间、课间和午饭往来食堂时段是身体活动的主要时间段，特别是体育课和大课间承担了大部分身体活动量，提供了70%以上的中高强度运动量。学生在上学日和周末都存在静坐时间较长的情况，达到了11 h。男生在总体步数及中高强度运动量上显著大于女生，女生更容易出现活动不足的情况。初中生在平常上学日期间睡眠时间普遍不足，与此同时，运动量较高时，当天的睡眠时长和质量有所改善。