校園足球對促進青少年體育素養形成的研究
——以天津市中小學為例

孫玉金

1 引言

體育素養指人類在生命過程中獲得利于全人生存發展的運動要素的綜合，包括體育意識、體育知識、體育行為、體育技能、體質水平等[1]。青少年的體育素養，是社會文明進步的重要標志，是一個國家綜合國力的體現。提高青少年體育素養是“功在當代，利在千秋”的偉大工程，全社會都應當關注，學校體育更加責無旁貸，學校范圍內青少年的體育學習及體質健康狀況等可反映其的體育素養[2-3]，可以說學校體育在培養青少年體育素養方面有著不可替代的作用。而校園足球作為國家發展戰略，被作為重點工作全面推進，是當下我國各中小學學校體育重點工作。因此探尋校園足球與青少年體育素養的相關性顯得十分重要。去趨勢互相關分析法(Detrended Cross-correlation Analysis，簡稱 DCCA)是對去趨勢波動分析法(Detrended fluctuation analysis，簡稱DFA)的一個拓展和延伸，主要用于對兩組非平穩時間序列之間的相關性進行分析[4]，校園足球技能與青少年體育素養均是一個積累性指標，各自的提升不可一蹴而就，本文擬運用層次分析法(Analytic Hierarchy Process，簡稱 AHP)和 DCCA 去趨勢互相關分析法，探究校園足球與青少年體育素養的相關性，以便為中小學依托校園足球，加強為青少年體育素養的培養提供參考依據。

2 青少年體育素養影響因素重要度評價

2.1 層次分析結構模型構建

青少年體育素養由青少年的體育知識、體育意識、體育行為、體質水平、體育技能、體育品德、體育個性等要素組成，是青少年在遺傳先天性因素的基礎之上通過后天的社會因素、環境以及運動能力等綜合形成的一種青少年運動素質[5-7]。學校體育是當下我國提高青少年體育素養的重要路徑。學校體育具有基礎性、普及性和系統性的特征，目前我國中小學各年級段學校體育的組織形式主要有以下五個方面：(1)學校體育教學：主要以體育課的形式開展；(2)課外體育活動：由學校為單位組織或者各個班級學生自行組織開展，活動的主要目的是進行體育鍛煉；(3)各種比賽運動隊訓練和體育比賽：如班級比賽、校級比賽、選拔賽及地區性或全國性的體育比賽等；(4)早操和課間操活動；(5)制定科學的作息時間和保健措施[8-10]。由此，研究學校體育對青少年體育素養影響因素重要度的大小問題就是分析一個多目標、非結構化的決策問題，符合AHP法的適用條件。圖1為運用AHP方法對文獻及收集到的數據整理所得的青少年體育素養層次結構模型。

圖1 青少年體育素養層次結構模型Graph 1 Hierarchical structure model of youth sports literacy

2.2 各層次判斷矩陣構建

對體育知識A1、體育意識A2、體育行為A3、體育水平A4、體育技能A5、體育品德A6、體育個性A7、1千米B1、八百米 B2、立定跳遠 B3、跳高 B4、跳繩B5、仰臥起坐 B6、籃球 B7、校園足球 B8、排球B9、早操和課間操B10、科學的作息時間和保健措施B11等屬性按照1-9標度法進行重要性賦值，進而構造出層次模型中的判斷矩陣。

圖2 青少年體育素養層次結構模型判斷矩陣Graph 2 Judgment matrix of hierarchical structure model of adolescent sports literacy

2.3 層次排序及一致性檢驗

通過求解判斷矩陣來進行一致性檢驗和計算權向量，其中各判斷矩陣一致性系數CR的計算公式如下：

通常認為，當CR＜0.1時判斷矩陣的一致性是可以接受的，各判斷矩陣的最大特征根及一致性指標如下表1所示。

表1 各判斷矩陣最大特征根及一致性指標Table 1 Maximumeigenroot and consistency index of judgment matrix

(1)各判斷矩陣Y、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7的 CR 值分別為 1.12e-16、0.0674、0.0754、0.0729、0.0897、0.0977、0.0714、0.0728 均小于 0.1，各判斷矩陣的一致性是可以接受的；

(2)判斷矩陣Y的權重向量：Y*=[0.1429，0.1429，0.1429，0.1429，0.1429 0.1429，0.1429] ， 體育知識、體育意識、體育行為、體育水平、體育技能、體育品德、體育個性對青少年體育素養的權重相同，均為0.1429；

表2 評價指標層總排序結果Table 2 Total ranking results of evaluation index level

3 校園足球技能與青少年體育素養的相關性DCCA分析

一般而言，校園足球技能主要從學生對足球的球感、運球能力、踢球、身體素質和參加足球比賽的能力等方面來綜合評價學生[11]，本研究有關學生足球技能的數據也主要以這幾方面為主，并選用了2016年試用的《學生足球運動技能等級評定標準》，采用分層隨機抽樣的方法在天津市中小學校園足球特色學校、開展校園足球學校及未開展校園足球的學校的2 000名學生中進行了測試，收回有效數據1 500份，各測試項及占比如表3所示：

表3 校園足球測試項及比例Table 3 Campus football test items and proportion

體質健康數據則主要依據學生體質健康的評價指標，采集學生形體、身體機能以及身體素質等方面的數據。本研究選用2016年修訂的《國家學生體質健康標準》測試數據，各測試項及占比如表4所示：項和為：

表4 青少年體育素養測試項及比例Table 4 Test items and proportions of adolescent sports literacy

(1)把校園足球技能等級序列值與體質健康序列值依次劃分成N-n段可重疊的數值段，每一個數據段內含有n+1個數據，每一個數據段的數據始于i結束于i+n[12]。

(2)運用最小二乘法對數據段內的n+1個數據進行擬合，即得到校園足球技能等級序列值與體i+n)。

(3)利用計算各數據段內殘差序列協方差的方法消除數據段的局部趨勢，具體的計算公式如下：

對計算所得的所有協方差求均值并開方，獲得標準去趨勢波動函數DFA、DCCA耦合波動函數，具體的計算公式如下：

如果校園足球技能等級序列值與體質健康序列值在某一時間尺度n上存在某種相互作用，則耦合冪律關系：

在上述分析結果的基礎上，持續在不同的時間尺度上重復上面的計算，則可以得出動函數參量)d。在上述計算過程中標度指數d不是一個恒定的數值，會隨著時間尺度n的改變發生變化或者是由于數據收集時背景趨勢場的影響，往往在不同的時間尺度上會出現不同的標度指數，從而會出現折點。本研究選取迭代完全完成后的自相似參量d為記錄值進行研究。

d反應了兩個非平穩性序列之間相關性的特征，本研究中反應了校園足球技能等級序列值與體質健康序列值間的冪律互相關水平。如果計算值d＞0.5，說明本研究所選取的兩組序列值之間以冪律形式存在著正相關關系，且這種關系在一定時間尺度上長期存在，這也說明如果某一個序列在某個時間尺度上存在一個增長(減小)趨勢，則由于兩個序列之間相互作用的長期持續性，使另一組序列在隨后的時間上也存在增長(減小)的趨勢；若計算值d=0.5時，則表明本研究所選取的兩組序列值之間不存在互相關性，即序列之間的關系是隨機的；若計算值d＜0.5，則表明兩個序列之間存在長期負相關作用，具體情況與d＞0.5時相反[13]。

圖3 校園足球技能等級序列值非平穩性檢驗示意Graph 3 Schematic chart of non-stationarity test for the serial value of campus football skill level

4 校園足球技能與青少年體育素養相關性分析

通過對青少年體育素養形成因素的重要度進行評價，得出校園足球對培養青少年的體育素養即體育知識、體育意識、體育行為、體育水平、體育技能、體育品德、體育個性的等方面重要性均較大，據此本文運用《學生足球運動技能等級評定標準》測試數據和可反映青少年體育素養狀況的《國家學生體質健康標準》測試數據，對校園足球與青少年體育素養的相關性展開定量研究。

4.1 數據標準化

由于學生足球運動技能等級評定標準的數據與國家學生體質健康標準的數據具有不同的量綱，在分析時如果采用原始指標值，就會突出數值較高的指標在研究過程中的影響，削弱數值較低指標的作用，因此，本研究對原始數據的序列值進行標準化。

4.2 非平穩性檢驗

在數據收集過程中，會出現所收集到數據的高相關度僅僅是因為二者同時隨著時間有向上或者向下的變動趨勢，它們之間并沒有真正的聯系。這會導致數據中趨勢項、季節項無法消除，進而影響數據進行殘差分析的結果。為了分析校園足球技能序列值與體質健康序列值沒有隨機趨勢或者確定趨勢，避免在后續計算中出現“偽回歸”現象，影響結果分析，本文采用時間序列趨勢圖的方法判斷校園足球技能數據與體質健康數據的非平穩性。

圖4 體質健康序列值非平穩性檢驗示意Graph 4 Schematic diagram of non-stationarity test of physical health sequence value

如圖3、圖4所示，校園足球技能的等級序列值及學生體質健康的序列值均表現出非平穩性，即所收集到的數據是有效的，可以被用作數據分析。

4.3 校園足球技能與體育素養DCCA去趨勢分析—相關性分析

通過對學生足球運動技能等級序列值與國家學生體質健康標準序列值進行相關性分析得出如表5所示的結果。

由校園足球技能與體質健康自相似參量結果分析可知：五年級男生、五年級女生、六年級女生、七年級男生、七年級女生、八年級男生、八年級女生、九年級男生、九年級女生以及高一女生的校園足球技能與體質健康自相似參量結果d＞0.5，呈現出時間序列的長程正相關性，說明校園足球技能的表現與學生體育素養呈現出正相關的表現；六年級男生以及高一男生校園足球技能與體質健康自相似參量結果d＜0.5呈現出時間序列的長程負相關性，說明當下校園足球技能的表現與學生體育素養呈現出負相關的表現。

表5 校園足球技能與體質健康自相似參量結果Table 5 Self-similarity parameter result of school football skills and physical health

4.4 校園足球技能與體育素養matlab路徑銜接—原因分析

2次輸入校園足球技能序列以及六年級、七年級學生體質健康序列值，得出如圖5所示的校園足球培養路徑1示意圖：

圖5 校園足球培養路徑1相關性示意Graph 5 Relevance schematic diagram of training path 1 of campus football

4次輸入校園足球技能序列以及六年級、七年級、九年級以及高一學生體質健康序列值，得出如圖6所示的校園足球培養路徑2示意圖，表6為校園足球技能與體質健康自相似參量結果。

表7 校園足球技能與學生體質健康冪律互相關水平計算結果Table 7 Calculating results of power law correlation level between school football skills and students'physical health

圖6 校園足球培養路徑2相關性示意Graph 6 Relevance schematic diagram of training path 2 of campus football

表6 校園足球技能與體質健康自相似參量結果Table 6 Self-similarity parameter result of school football skills and physical health

路徑銜接計算結果顯示，男生與女生校園足球技能與體質健康自相似參量結果的平均值較大，說明校園足球銜接路徑2為優選路徑，即在建立小學、初中、高中的校園足球培養路徑銜接后，男生、女生的自相似參量均表現為正相關，說明在升學銜接過程中，校園足球的開展可能存在脫節的現象。

4.5 校園足球技能與體育素養冪律互相關水平分析

根據路徑銜接的分析結果，本研究依據冪律互相關分析制定出具體培養路徑，即由校園足球技能與體育素養冪律互相關水平計算結果以及校園足球技能與學生體育素養的相關性確定校園足球開展的具體培養路徑，結果如表7所示。

續表5

通過表5分析得出五年級學生與校園足球技能一級、六年級學生與校園足球技能二級、七年級學生與校園足球技能三級、九年級學生與校園足球四級、高一年級學生與校園足球五級之間的相關性水平即FDCCA(s)值較高。

5 結論

通過層次分析結構模型構建、各層次判斷矩陣構建、層次排序及一致性檢驗對青少年體育素養影響因素的重要度進行分析。結果顯示，校園足球對培養青少年的體育知識、體育意識、體育行為、體育水平、體育技能、體育品德、體育個性的權重分別為0.276、0.2807、0.2748、0.3184、0.2695、0.2733、0.2736，指標層組合權重中校園足球權重最大，為0.281，說明校園足球對促進青少年體育素養各維度形成的影響比較大。通過數據標準化、非平穩性檢驗驗證數據的有效性，對校園足球技能與學生體質健康之間的相關性進行分析。結果顯示，五年級學生達到校園足球技能一級指標、六年級學生達到校園足球技能二級指標、七年級學生達到校園足球技能三級指標、九年級學生達到校園足球四級指標、高一年級學生達到校園足球五級指標，說明校園足球能夠促進青少年體育素養培養目標的實現。