体育锻炼对青少年学业成绩的影响：效应及特征

李文烨 姚继军 王维昊 周世科

摘   要：体育锻炼对青少年的学业成绩具有积极影响，以2020年江苏省义务教育质量监测中的15万份小学生问卷为样本，采用泛精确匹配加权回归计算体育锻炼的效应大小，采用Shapley值分解技术比较体育锻炼和作业时长、课外补习的贡献率大小，采用分位数回归技术分析体育锻炼对不同类型学生学业成绩的影响。研究发现，体育锻炼对学生学业成绩的提高具有“高效”价值，贡献率高于单纯的学业投资，对于“学困生”有更好的促进效应，并且能够缓和小学生家庭背景造成的不利影响。基于此，政策层面应当继续坚持减负的大方向；学校管理者应当为学生的“校外1小时”创造条件；家长应当转变“重文轻武”的养育观念；教师可考虑以体育锻炼作为教育干预措施来改善学生的学习。

关键词：体育锻炼；学业成绩；体教融合；教育公平；高效价值

近年来，“双减”政策的有效实施使得青少年有了更多的时间和精力从事课外体育锻炼，信息技术的革新也为我国体育产业注入了新的推动力。但受应试教育和分数主义的影响，家长及学校管理者仍旧存在“重文轻武”观念，对体育锻炼持怀疑态度。尤其是受中高考“指挥棒”效应影响，不少家长担心学生增加体育锻炼有可能“挤占”学习时间，从而影响考试成绩。因此，本研究将基于最新的省域大规模教育质量监测数据，对江苏省的小学抽样数据进行分析，分析体育锻炼之于学业成绩的“高效”价值，为提高教育教学质量、促进学生全面发展提供科学证据。

一、文献回顾

步入21世纪，随着测量技术的升级，许多国家的研究都显示，良好的心肺功能、体适能水平、充足的体育锻炼时间或频次的确有助于学生学业成绩的提升。12 近几年国内也有研究者采用较为严谨的实证分析技术来探究体育锻炼对学生学业成绩的影响。殷恒婵的准实验研究发现，体育锻炼可促进学生的学业表现，且持续时间越长，效果越明显。1 方黎明采用倾向得分匹配法，发现体育锻炼不仅可以提升青少年的学业成绩，还能有效提升经济弱势家庭学生的学业成绩。2 此类结果也在方超等人的研究中得到验证，研究显示，体育锻炼能够缩小高低分位学生的差异，具有不可忽略的公平价值。3 总之，体育锻炼对于学生学业成绩的提高是有效的。

然而，在时间分配理论下，个体是在有限的时间和金钱中做出投资决策以实现最大化效用的。4 具体到本研究中，这一理论暗示体育锻炼和其他类型的行为存在着可能的“相互挤压”的关系。例如，课外补习是大多数家庭会选择的一项学业投资行为，陈华帅等人的研究发现，家庭的课外补习费用挤压了家庭在医疗保障方面的支出。5 而在时间上，个体用于体育锻炼的时间也被课外补习时长挤压，学生的运动达标概率显著下降；6 除此之外，作业时间也挤压了学生用于体育锻炼的时间。7 这就带来了一个相对重要的问题，即实践层面家长和教师更加关心的“谁更高效”。综上，既往研究论证了体育锻炼的“有效”，但并没有论证其“高效”。本研究将基于大规模测评数据来进一步回答“相较于诸如做作业、参加课外补习之类的纯学业投资，体育锻炼是否更加高效？”这一问题。

二、研究设计

1.数据来源

本研究采用2020年度江苏省义务教育质量监测数据。该项目采用两阶段分层抽样，调查涉及小学生的家庭背景、校内主观感受、日常生活习惯等维度。经过数据清洗，共计收集156657份有效问卷。

2.研究方法

（1）变量的设定

①核心解释变量

学生的体育锻炼情况是本研究的核心解释变量。在本轮学生问卷调查中，学生需要回答“一般来说，你一天中用于体育活动的时间大约是多少？”这一问题，本研究将体育锻炼处理为一个二分变量——以1小时为划分标准，将日均体育锻炼时长超过1小时的学生定义为进行体育锻炼的学生，而未能达到1小时的，则不被认为在从事体育锻炼。8

学生的作业时间和课外补习时间是本研究用于与体育锻炼进行对比的核心解释变量，两者具有明显的学业投资属性，理论上与体育锻炼形成“相互挤压”的关系。在学生问卷中，学生需要对自己每周课外补习的时间和每天的作业时间进行回答，具体的赋值情况见表1。

②核心被解释变量

学生的文化课学业成绩是本研究的核心解释变量。对参与本次测试的小学学生在语文、数学、英语三门课进行了测试。学生成绩为语数英三门总分，江苏省均分为515.37分。本次测试采用标准化测试的形式，所有学生作答的题目均一致，可以直接进行横向比较。

③控制变量

控制变量则基于教育生产函数纳入相关变量，以控制可能存在的影响。家庭层面的变量主要是经济资本、文化资本、社会资本构成的家庭背景，学校层面的影响则通过后文所述的固定效应来控制。考虑到同一学校中并非所有学生的到校时间和放学时间都相同，纳入“上午到校时间”和“下午放学时间”控制在校时长产生的影响。除此以外，学生的性别、寄宿情况、独生子女身份作为人口学背景变量纳入模型，具体的变量介绍见表1。

（2）模型的构建

学生个人层面的变量由寄宿情况、性别情况、独生子女身份构成，设定为Studenti。家庭层面的变量由经济资本、文化资本、社会资本构成，设定为Familyi。学校层面的变量由学生的上午到校时间和下午放学时间构成，设定为Schooli。学生的体育锻炼作为核心解释变量纳入回归模型，设定为[Exercisei]，为了比较体育锻炼的贡献率，引入由作业时间和课外补习构成的学业投资变量，设定为Learningi，添加体育锻炼与家庭背景的交互项检验可能存在的调节效应，设定为[Exercisei?Familyi]，若回归系数显著为负，则说明存在“相互挤压”的作用，证明体育锻炼可作为调节教育公平的手段。此外，由于本研究涉及两千多所学校，因而增加学校固定效应，使每所学校的固有特征被控制，从而可以更好地评估体育锻炼对学生成绩的影响。具体的模型，见公式（1）。

[Academici=β0+β1Exercisei+β2Learningi+β3Studenti+β4Family+β5Schooli+β6Exercisei?Familyi+εi] （1）

（3）技术方法

①泛精确匹配加权回归

基于匹配技术的回归是当下基于调查数据进行准实验研究的一种常用方式，泛精确匹配技术由Iacus等人提出1，该匹配技术基于对照组和实验组之间的不平衡状态进行匹配，研究者可以依据反映不平衡状态的L1值寻找最佳实验区间，筛选相对平衡的样本，并在数据分析中添加［Cem_weight］权重进行更深层次的分析。相较于传统的倾向得分匹配，该方法提高了分析的精度，目前已经在教育研究领域得到了一定程度的运用。23 其模型见式（2）。

[Academici=β0+β1Exercisei+β2Learningi+β3Studenti+β4Family+β5Schooli+β6Exercisei?Familyi+εicem_weights] （2）

其中，L1值的计算公式如下：泛精确匹配的原理在于将特征变量进行分层，按照处理组和对照组在这些层级中的占比情况进行匹配配对。J表示用于匹配的特征变量的区间数量，j表示具体的层级（如某变量为1—5，则分为5层，J=5，对应j的区间为［1，5］，n1j和n0j分别表示处理组和对照组在具体的层级（j）上的个数情况，wj则为对应层级生成的权重。

[L1=j=1Jwjn1jn1-wjn0jn0j=1Jwj]

②Shapley值分解

本研究借助Shapley值分解技术来检验体育锻炼可能具有的“高效”价值。该技术通过有效分解线性模型和非线性模型的R?来计算模型中的变量贡献率。研究者可以通过比较各个自变量对因变量变化差异的贡献率，来估算自变量的相对重要性。456 倘若体育锻炼对于学生学业成绩的影响至关重要，那么其对学生学业成绩R?的贡献率将会明显高于其他变量。本研究将会基于该技术对比体育锻炼、作业时间、课外补习之间的贡献率大小，从而判断体育锻炼之于学生学业成绩是否“高效”。

③分位数回归

分位数回归技术常常用来检验样本中存在的异质性问题7，在大规模的抽样样本中，样本可能来自不同的群体，但被以均值层面的系数所代表。借助分位数回归技术将样本区分为多个分位点，可评估体育锻炼对不同成绩水平学生的影响，这有助于探讨在不同成绩层面上，体育锻炼的“高效”是否持续，以及其变化特征如何。此类技术也在教育研究中被用于检验核心自变量是否存在“马太效应”8，即“强者越强，弱者越弱”；如果核心自变量对分位较低样本有更高的边际效应，则说明对“学困生”来说，体育锻炼的“高效”更加明显。本研究基于学生的学业成绩选取了五个分位点（P），分别为0.1、0.25、0.5、0.75、0.9，具体见公式（3）。

[QP（Academici）=bP0+bP1Exercisei+bP2Learningi+bP3Studenti+bP4Family+bP5Schooli+ei] （3）

3.研究步骤

综上，本研究首先对样本进行多元回归以及泛精确匹配加权回归，计算体育锻炼的相关系数和显著性，验证体育锻炼具有的“有效”价值，并检验体育锻炼可能具有的公平价值。随后，采用Shapley值分解技术，分解模型的R?，计算体育锻炼的贡献率，并将其与作业时间、课外补习两类学业投资的贡献率进行对比，证明体育锻炼可能存在的“高效”价值。最后，对样本进行分位数回归，进一步探讨这种“高效”价值在不同水平样本上的情况，也探讨其在减弱“马太效应”上的公平价值。

三、研究结果

1.体育锻炼对学业成绩的影响

本研究首先采用泛精确匹配技术来剥离样本自选择偏误造成的误差，计算出体育锻炼的“净效应”。泛精确匹配技术允许研究者根据自身对每个变量的理解划定相对应的分层情况，随后根据对照组和实验组在特征变量上的分层情况输出L1值。该值越大，说明样本的不平衡性越高。对样本的匹配采用K2K算法，该算法会在每个特征变量的分层区间中通过随机筛选的方式得到相同数量的实验组和对照组。

随后，以学生的学业成绩为因变量，分别基于未匹配的样本和匹配后加权的样本构建回归模型比较匹配结果，并添加家庭背景三个变量与体育锻炼的交互项，检验可能的调节效应，具体结果见表2。

回归结果显示，体育锻炼可以显著地正向预测学生的学业成绩，基准回归系数为13.72，显著性水平均达到了0.01水平。加权回归系数分别12.37，有一定的下降，说明样本自选择偏误问题得到了有效的控制，当学生参加体育锻炼的时长达到1小时及以上后，小学生的学业成绩将会提高12.37分，这一增值是非常可观的。学业投资方面，作业时间和课外补习这两类具有明显的学业投资性质的变量，也能够正向显著预测学生的学业成绩。加权回归结果显示，小学生在作业时间上多投入一个单位，学业成绩将会上升2.80分；在课外补习上多投入一个单位，学业成绩将会上升2.99分。

2.体育锻炼对家庭背景影响的调节效应

既往研究中被证明和体育锻炼具有高关联的家庭背景中的经济资本和文化资本，在本研究中也显著正向预测学生的学业成绩。学生在先赋因素上的差异也可能造成公平问题1，而体育锻炼似乎可以缓解此类资本不足带来的影响。

在回归模型中添加体育锻炼与经济资本、文化资本、社会资本的交互项，以检验是否存在“相互替代”或者“相互促进”的效应。具体结果见表3中的模型3、4、5，三个模型中的交互项回归系数均为负数，且在0.01水平显著，说明体育锻炼与家庭背景存在“相互替代”的效应，即学生将更多的时间投入体育锻炼，可以缓和家庭背景带来的先天不足，参与体育锻炼对于家庭背景处于劣势的学生的促进作用，要显著高于家庭背景具有优势的学生。

3.体育锻炼与学业投资的贡献率对比

采用Shapley值分解技术推算三个核心自变量的贡献率，变量的贡献率越大，其相对重要性也越大。为了节省计算成本，本研究对变量进行了必要的分组，主要对关键的体育锻炼、作业时间、课外补习、家庭背景变量进行Shapley值呈现，整个R?被分解为了家庭背景（0.032）、作业时间（0.002）、课外补习（0.017）、体育锻炼变量（0.075）、其他变量（0.105）五个部分。

从各变量的贡献率来看，体育锻炼具有明显的“高效”价值。体育锻炼在小学阶段之于学生学业成绩的促进效应十分明显，贡献率达到了13.72%，大于作业时间（0.88%）和课外补习（7.20%）两类学业投资变量的总和。这说明对于小学生来说，将课余时间投入体育锻炼看似“挤压”了上补习班、做作业的时间，但并未影响其学业成绩，反而有可能为其带来更高的学业成绩增值，体育锻炼有大于作业时间和课外辅导的相对重要性。

4.体育锻炼对“学困生”和“学优生”学业成绩的不同影响

本研究将学生按照学业成绩的不同分位进行五层分类，十分位数（前10%）的学生被定义为“学优生”，九十分位数（后10%）的学生被定义为“学困生”。除此以外，二十五分位数（前25%）、七十五分位数（后25%）以及五十分位数（50%）的学生也被纳入讨论中。

一般而言，学生能力之间的差异如果不断被拉大，强者愈强，弱者愈弱，那么就存在“马太效应”，有违公平。由表3的分位数回归结果可得，体育锻炼减弱了“马太效应”，体育锻炼对学生学业成绩的影响由低到高呈现“逐步下降”的趋势，回归系数落入［8.53，18.63］的区间。随着学生学业成绩的不断提高，体育锻炼的边际效应将越来越小，这说明样本的异质性的确存在，而体育锻炼对于“学困生”的成绩提升来说最明显。需要注意的是，这一数据结果不能被直接理解为“体育锻炼对学困生更有效”，因为学优生可能存在“天花板效应”，成绩靠前的学生本就上升空间有限，体育锻炼的边际效应对于学优生也就更低，两者的回归系数无法直接进行比较。

为实现可比性，将回归系数处理为效应量，实现同一量纲上的比较，既分析体育锻炼的“高效”价值是否在不同水平层次的学生中均存在，也分析可能存在的对“马太效应”的减弱。采用标准化回归系数作为效应量1，比较体育锻炼对两类学生成绩的促进程度而非直接的分数增值。对于“学困生”，体育锻炼的标准化回归系数为0.306，对于“学优生”，标准化回归系数为0.253，均大于作业时间和课外补习的标准化回归系数（两者的标准化系数在不同水平层次均低于0.1）。上述结果说明，体育锻炼达到了1个小时，给“学困生”带来的促进程度更加明显，具有减弱“马太效应”的公平价值，且促进程度仍然高于单纯的学业投资，具有稳定的“高效”价值。

四、结果讨论

1.体育锻炼具有 “高效”价值

本研究的结果既说明保证适度的体育锻炼时长对成绩有效，还说明相较于学业投资，其可能是更“高效”的。体育锻炼的直接价值在于其对身心健康的促进上，而这些往往都是取得学业成功的前提。1此外，体育锻炼作为一种积极的生活方式，还可能带来其他益处，如增进同伴关系、促进非认知能力提高等，这些因素也是学业成功的重要组成部分。2 本研究并非强调体育锻炼“越多越好”，而是强调适度锻炼的价值，结果可被解读为，有适度体育锻炼习惯的学生，往往可以更有效率地提高成绩。

2.充足的体育锻炼有时“胜过”单纯的学业投资

本研究的结果证明，有限的时间优先分配给体育锻炼，对于小学生来说或许是更“高效”的。在贡献率的对比中，体育锻炼贡献率极高，这说明在小学，相较于课外辅导和写作业，体育锻炼这样的健康投资有更强的相对重要性。因此，先确保体育锻炼时间，可能比直接投入于写作业和课外补习更合理，毕竟健康对学习效率的长期影响显而易见。不可否认，当学生把时间、精力投入题海战术、课外补习中时，他们会在学业成绩上获得一些回报，但这类“投入—产出”可能是短期的，长远来看，未必是“高效”的。34

3.体育锻炼的“高效”价值存在于不同水平的学生当中

本研究的分位数回归结果，既说明体育锻炼可以缩小“学困生”与“学优生”之间的差距，这和前人的研究结果是一致的5，也说明体育锻炼的“高效”价值稳定存在于不同水平的学生当中。“学困生”要比“学优生”更加需要身体活动来感知外部世界，塑造自我的认知，从而提升学业成绩。作为课堂教学中的弱势群体，他们可能有较高的畏难情绪或存在认知误区6，诸如体育锻炼这样的身体活动反倒有可能帮助他们形成基础性的认知结构，从而进一步了解外部环境。7 尤其是，本研究的结果提醒家长，“学困生”也需要优先保持适度的体育锻炼，而不是盲目地把时间优先投入知识学习中，挤压掉他们用于课外放松的时间，反让孩子降低了体育锻炼的“高效”价值。

五、研究建议

1.坚持减负增效，追求高效与公平

宏观政策上应当继续坚持“减负增效”的方向，进一步降低学生的学业压力。各市一级教育行政部门可根据当地的学情，发布明确的体育锻炼时间和方式建议报告，利用权威平台宣传体教融合的有效证据，在本地学业质量监测数据中定期监测学生的体育锻炼情况，并将学生的体育锻炼情况纳入各级学校的评估评价当中，监督学校在职责履行上的情况。

2.提供软硬条件，帮助政策落地

学校管理者可适当改革学业负担制度，调整作息安排和课程安排，给予学生更多的课余时间；也可以在“在校时长不变”的情况下，给予学生更多的活动课、体育课时间，减轻学生的在校学业负担，让学生利用体育锻炼来调节学业压力。硬件设施上，校内体育场所和设备可定期向学生或社团开放，引导学生课后自己组织体育活动。

3.转变养育观念，营造体育氛围

家长应当走出“重文轻武”的误区，不要片面看待体育锻炼，而要将体育锻炼看作子女成长过程中一个必须具备的技能或是必须发展的能力。无论家庭背景如何，家长都可以以自身为榜样，引导孩子形成体育锻炼兴趣，养成健康的体育锻炼习惯，并能认识体育锻炼之于其人生发展的价值。

4.根据学生情况，个性化干预措施

教师可以将体育锻炼视为一种教育干预措施，针对学生的学习情况，另辟蹊径，从非认知角度进行教学干预。可在班级层面形成体育锻炼氛围，以班级趣味运动会、课外体育社团参与、每周锻炼打卡为方式，拉近与学生的距离，增加与学生的交流机会，在体育活动中完成教学和德育目标。

The Influence of Physical Exercise on Academic Achievements of

Adolescents：Effects and Characteristics

LI Wenye1，YAO Jijun2，WANG Weihao3，ZHOU Shike4

（1. Institute of Education， Nanjing University， Nanjing Jiangsu， 210093; 2. College of Educational Science， Nanjing Normal University， Nanjing Jiangsu， 210024; 3. Department of Education Management， East China Normal University， Shanghai， 200062; 4. Jiangsu Institute of Education Sciences， Nanjing Jiangsu， 210013）

Abstract： Physical exercise has a positive impact on adolescentsacademic performance. Using a sample of 150，000 elementary school student questionnaires from the compulsory education quality monitoring of Jiangsu Province in 2020，  this study calculated the effect size of physical exercise by using pan-precise exact matching weighted regression， compared the contribution rates of physical exercise with homework duration and extracurricular tutoring by using Shapley value decomposition technology， and analyzed the impact of physical exercise on academic performance of different types of students by using quantile regression. The study has found that physical exercise has a “high efficiency”value in improving studentsacademic performance with a higher contribution rate than purely academic investment. It also has a particularly beneficial effect on “struggling students”and can mitigate the adverse impacts of family background on primary school students. Based on this， it is recommended that the policy should continue to adhere to the general direction of reducing academic burdens; school administrators should create conditions for students to have one hour of physical exercise outside school; parents should shift their focus from an emphasis on academic study only while neglecting physical education; and teachers may consider using physical exercise as an educational intervention to improve student learning.

Key words： physical exercise，academic performance，integration of physical education and academics，educational equity，high-efficiency value