體育素養對小學生體質水平的影響機制

李一祎　李恩琦

摘 要：目的：探討體育素養對小學生體質水平的影響機制，并確定影響體質水平的重要因素。方法：從山東省16市的32所小學中抽取2 380人進行體質測試以及體育素養問卷調查，通過軟件GeNIe2.3構建了基于體育素養的體質水平影響因素貝葉斯網絡模型，對影響體質水平的關鍵因素及相關關系展開分析。結果：貝葉斯網絡模型結果顯示，一周內中高強度活動的時間是影響體質水平的最重要因素，其次為喜歡/不喜歡運動的原因；影響體質水平的致因鏈可以歸納為動機與信心→知識與理解→日常行為→體質水平。綜合顯著性分析發現，小學生中高強度活動參與行為與體質水平呈正相關，與之相比久坐行為與體質水平無明顯相關關系；結論：青少年體育素養教育的起始點應為興趣培養與動機驅動，而非現有研究認為的以知識學習為起點。同時，提升小學生體質健康的首要方式應為提高中高強度活動時間。

關鍵詞：貝葉斯網絡；小學生；體育素養；體質水平；中高強度活動時間

中圖分類號：G804.49文獻標識碼：A文章編號：1009-9840（2023）03-0066-07

Influence Mechanism of Physical Literacy on Elementary Students' Physique Level： Based on Bayesian Network Model Analysis

LI Yiyi1， LI Enqi2

（1.College of P.E.， QingdaoHengxing University of Science and Technology， Qingdao 266000， Shandong， China; 2. Student Physical Health Promotion Center， Shandong Sport University， Jinan 250000， Shandong， China）

Abstract：Objective： To explore the influence mechanism of physical literacy on elementary students' physical fitness level and determine the important factors influencing physical fitness level. Methods： 2380 students from 32 primary schools in 16 cities of Shandong province were selected for physical fitness test and physical literacy questionnaire survey. The software GeNIe2.3 was used to construct the Bayesian network model of influencing factors of physical fitness level based on physical literacy， and the key factors influencing physical fitness level and their correlation were analyzed. Results： The results of Bayesian network model showed that the time of high intensity activity in a week was the most important factor affecting physical fitness level， followed by the reasons for liking/disliking sports. The causative chain affecting physical fitness level can be summarized as motivation and confidence → knowledge and understanding → daily behavior → physical fitness level. Comprehensive significance analysis showed that high intensity activity participation behavior was positively correlated with physical fitness level， while sedentary behavior was not significantly correlated with physical fitness level. Conclusion： The starting point of adolescent physical literacy education should be interest cultivation and motivation rather than knowledge learning. At the same time， the primary way to improve pupils' physical health should increase the time of medium and high intensity activities.

Key words：Bayesian network; primary school students; physical literacy; physical fitness level; medium and high intensity activity time

體育素養是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，包括動機與信心、知識與理解、日常行為與體質水平［1］。當前研究認為，良好的體育素養才是一個人養成健康的生活方式和終身運動習慣的原因，具備良好體育素養的青少年會積極參加身體活動且具備良好的身心素質。近年來國家政策中，提升學生的體育素養已被列為學校體育工作的重要目標之一［2］，但學術界少有體育素養對學生體質影響的研究。因此，在當前中國青少年體質水平不斷下降的嚴峻態勢下，體育素養對學生體質的影響機制有待進一步探究。

近年來國內關于體育素養的研究有了長足的發展，除了對國外測評體系的修訂應用外［3-4］，劉陽等人構建的中國兒童青少年體育素養測評體系（CAEPL）［5］，為我國體育素養理論與實踐發展提供了強有力的參考。國內也有學者關于體育素養的各維度關系展開討論，例如，馮古首認為體育素養的教育過程首先是學習體育知識，只有掌握良好的體育知識，才能具備體育參與的意識，然后在意識的驅動下產生體育需要，從而參加體育運動，最終形成良好的體育行為［6］；朱亞成認為青少年體育素養各個要素之間相互影響、相互作用，共同服務于青少年體育實踐［7］。

基于此，本研究希望找尋一種數理統計方法，科學解釋體育素養各要素間關系。貝葉斯網絡這一數據挖掘方法具有直觀主義和可理解性強的優點，可以用于復雜關系的分析［8］。因此，希望利用貝葉斯網絡這一數據挖掘方法，在青少年體育素養“實踐性研究”的基礎上，進一步跨越到“解釋性研究”，從數據的角度解釋證明體育素養各維度間的相互關系，探究體育素養對體質水平的影響機制。與以往研究相比，本研究創新之處在于：（1）嘗試將貝葉斯網絡這一數據挖掘方法應用于本研究，為后續學者提供經驗參考和思路啟發；（2）對山東省小學生全面的體育素養調查，豐富了數據庫，為青少年體育素養測評的進一步研究提供實證依據；（3）從數據出發，更加科學地闡明體育素養各維度間的因果關系，揭示影響體質水平的重要因素，為青少年體育教育指明方向。

1 研究對象與方法

1.1 研究數據

加拿大體育素養測評體系（CAPL-2）是目前為止最為完整的體育素養測評工具，并且在澳大利亞、肯尼亞等國家或地區已經展開應用，取得的效果符合預期。國內已有邵鵬飛、滿進前等學者對該體系進行翻譯并嘗試使用，經檢驗該測評工具可以用來對我國小學生進行體育素養評價。因此本研究將使用加拿大體育素養測評問卷（CAPL-2中文翻譯版）以及《國家學生體質健康標準（2014年修訂）》對山東省小學生進行體育素養測評。

本研究調查對象從山東省選取，山東作為教育大省，對于青少年的體育素養的研究將對全國各省具有借鑒意義。為確保調查樣本全面性，依據分層整群抽樣原則，從山東省16市中每市隨機抽取1區1縣，每區（縣）抽取一所小學，每所學校隨機抽取五年級兩個教學班，有效樣本不少于70人（男女各35人）。32所小學共計抽取2 380人（男1 195人，女1 185人），受試者均身體健康且無任何運動功能障礙。研究人員在測試開展前向學校、受試者及其家長詳細介紹了研究的目的和意義，并且受試者與家長均簽署了知情同意書。本研究最終回收問卷2 380份，回收率100%，有效問卷2 007份，問卷有效率84.3%。2 007名調查樣本基本情況如下：男生998人（49.7%），女生1 009人（50.2%），按地區分布情況為城市1 085人（54.1%），鄉村922人（45.9%）。

本研究選擇五年級學生作為調查對象，一方面是因為小學五六年級是生長發育關鍵期，也是青春發育前期，是行為習慣養成窗口期，在此時期具有良好的體育素養將受益終身。另一方面，CAPL體育素養測評體系是針對8～12歲的兒童。在中國，這相當于小學四年級到六年級的學生。這個年齡的孩子完全有能力自己完成各種測試，因此本研究選擇五年級學生作為代表進行測試。

1.2 研究變量

因變量：體質水平。《國家學生體質健康標準（2014年修訂）》（五-六年級）測試項目包含BMI、肺活量、坐位體前屈、跳繩、仰臥起坐、50米×8折返跑、50米跑7個項目。評分依據《標準》規定，其中跳繩有20分附加分，總分90.0分及以上為優秀，80.0～89.9 分為良好，60.0～79.9 分為及格，59.9 分及以下為不及格。

自變量：自變量來自于加拿大體育素養測評問卷（CAPL-2），包括體育素養四個維度中除體質水平外的三個維度，分別為日常行為、知識與理解、動機與信心。這三個維度又下設17個測量指標，每個指標均有詳細的評分規則（如表1）。

1.3 研究方法

貝葉斯網絡模型及應用近年來在各領域都取得了廣泛的應用和顯著的成果，例如，在醫學診斷、生命信息、財務風險分析等領域，并逐漸融入到人工智能、數據挖掘等領域的主流模型中，處理不確定性問題［9］。近年來，國內在分類、預測和故障診斷等領域取得了許多積極進展。張耀輝［10］使用貝葉斯模型解決了信用評估問題，即根據借款人的類型，將借款人分為能夠按期償還本息的信用“好”客戶和違約的“壞”客戶，進而預測未來借款人的違約風險，為消費信貸決策提供科學依據；何洋［11］對醫院放射性設備的風險進行了評估研究，調查放射性設備風險影響因素的重要程度和風險可能性，利用貝葉斯網絡建模分析軟件GeNIe2.1構建了完整的醫院放射性設備風險評估模型，通過逆向推理和強度分析，總結醫院放射性設備診療中最危險的風險因素，并提出相應的安全管理建議。類似的研究還有很多，例如，唐蕾［12］對電子銀行風險管理關鍵影響因素進行了探究；鐘女娟等建立了反映藥味、藥性和藥效之間直接和間接關系的貝葉斯網絡模型；鄭國平［13］構建了地方政府績效評估貝葉斯網絡模型。

綜上所述，貝葉斯網絡是一個有效地解決不確定性關系的數據挖掘方法，在預測、故障診斷等領域已經有了較為成熟的應用。但是到目前為止尚未發現貝葉斯網絡在體育領域的應用，筆者從這些研究中受到啟發，可以利用貝葉斯網絡來解決體育素養研究目前遇到的問題。

貝葉斯網絡又稱信度網絡［14］，是目前針對不確定的知識進行表達和推理最有效的理論模型之一。貝葉斯網絡定義如下：B=〈G，θ〉，因此，一個貝葉斯網絡的兩個主要部分，貝葉斯網絡結構和網絡參數，分別對應問題領域的定性描述和定量描述。貝葉斯網絡結構表示變量間概率依賴關系的有向無環圖（DAG），其中每個節點表示隨機變量，節點的邊表示變量間的直接依賴關系；貝葉斯網絡參數即每個節點屬性所對應的條件概率表（CPT）。通過這兩部分的有效結合，貝葉斯網絡具有直觀主義和可理解性強的優點，可以用于復雜關系的分析。貝葉斯網絡可以直觀地表示為一個復雜的指定因果關系圖，其中每個節點表示變量或事件，節點之間的弧線表示變量或事件之間的概率依賴性。

貝葉斯網絡推理是在貝葉斯網絡模型建立后，利用貝葉斯網絡的條件概率表計算其他所有節點的條件概率［11］。它主要有以下三種推理：（1）正向推理。根據已知的原因節點，依據貝葉斯網絡中有向線段的方向推斷出結果節點的信息，即利用先驗概率計算后果概率分布的推理模型；（2）逆向推理。與正向推理相反，逆向推理是在假定會發生后果事件的情況下，利用節點之間的關系推斷出其他節點相對于有向線段的概率分布，并向后推斷，適用于風險和故障診斷；（3）解釋推理。為解釋一個事件的原因相關性，分析節點變量之間的相互影響關系和影響強度。

在本研究中，將日常行為、知識與理解、動機與信心三個維度作為“因”，體質水平作為“果”，以此構建基于體育素養的體質水平影響因素貝葉斯網絡，來探究影響青少年體質水平的重要因素，以及導致優秀體質水平的致因鏈。

2 研究結果

2.1 貝葉斯網絡模型的建立

本研究應用GeNIe2.3軟件，采用專家知識和機器學習相結合的方式來進行結構學習，構建體育素養中體質水平影響因素的貝葉斯網絡拓撲結構（如圖1）。該模型展示出影響體質水平的各因素網絡結構以及每個節點的條件概率表。

2.2 貝葉斯網絡的概率推理分析

2.2.1 逆向推理—影響體質水平的重要因素

將目標節點“體質水平”的參數設置成“State4”的概率100%。則可以顯示出體質水平等級為優秀時，各節點概率的變化，推理結果如圖所示2。

對比圖1和圖2可以發現，當身體素質水平很好時，各指標的概率發生變化。總體而言，大多數指標處于良好水平的概率都有不同程度的增加，處于差水平的概率都有不同程度的減少，而一些指標的概率沒有變化。為了更明顯地比較出哪個指標對體質水平的影響較大，將體質水平不及格（State1）的概率設置成100%，運行結果如圖3所示。

比較圖2和圖3，當體質水平從優秀下降為不及格時，對每個指標變化進行分析可以清楚地發現，下降幅度最大的是一周內參與中高強度活動天數（B3），下降了9%，說明一周內參與中高強度活動天數是對體質水平影響最大的因素。同理分析可得，依次重要的影響因素是久坐時間（B2）、每日進行身體活動要求的時間（C2）、與同齡人相比，對體育活動的熱愛程度（D1）、體力活動內部動機（D4）等。

分析其原因，很顯然參與中高強度活動對體質水平有最直接的促進作用，其次久坐時間和平均每日活動量也對體質水平有很大的影響。小學生對體育活動的熱愛程度和內部動機是參與體力活動的驅動力，具有強大的內部動機是參與體育活動的重要因素。另外，小學生對每日進行身體活動要求的時間和面對電子屏幕的上限時間的認知會影響小學生對日常行為的自我制約；與同齡人相比，對自身運動水平的評價這一指標之所以重要是青少年自尊心的體現，這一時期青少年非常在乎同齡人的看法；同時也是自我效能感的體現，在與同齡人的對比中獲得成就感，進而激發運動的熱情。

2.2.2 影響強度分析—影響體質水平的致因鏈

影響強度分析是解釋某一結果的因果關系，分析節點變量之間的相互作用，判斷影響因素的影響強度，確定需要注意的關鍵因素。

在GeNIe2.3中節點間有向線段的寬度可以表示兩個節點之間影響程度的強弱，若幾個節點由較寬的線段連接組成一條致因鏈并指向目標節點，則說明這條致因鏈對體質水平促進的影響較大，如圖4所示。

從圖4中可以看出，當體質水平為優秀時，出現五條指向目標節點影響強度較大的致因鏈，例如，喜歡/不喜歡運動的原因（D3）→每日進行身體活動要求的時間（C2）→一周內參與中高強度活動天數（B3）→體質水平；喜歡/不喜歡運動的原因（D3）→體力活動內部動機（D4）→一周內參與中高強度活動天數（B3）→體質水平。

分析致因鏈可以發現，喜歡/不喜歡運動的原因基本上為致因鏈的起點，說明興趣才是最好的老師，青少年的運動參與主要源于興趣驅動。一周內參與中高強度活動天數（B3）是與體質水平直接相連的指標，說明中高強度活動才是影響體質水平的最主要因素。另外，面對電子屏幕的上限時間的認知會影響久坐時間，但是并不會接著影響體質水平。整體來看，致因鏈可以歸納為動機與信心→知識與理解→日常行為→體質水平。體育參與的動機與信心是致因鏈的起始點，而并非現有研究所認為的以知識學習為起點。具備積極的體育參與動機與才是導致積極日常行為的主要原因，讓青少年喜歡體育活動并樂于參與是提高小學生體質水平的根本途徑。

逆向分析和影響強度分析均指出對體質水平影響較大的因素，且結果具有相似之處。例如，喜歡/不喜歡運動的原因、體力活動內部動機是重要的影響因素；一周內參與中高強度活動天數是影響體質水平的直接原因。為進一步驗證貝葉斯網絡的結果，如表2所示，分析不同體質水平日常行為、動機信心分布可以發現，體質水平良好/優秀組平均每日活動時間以及一周內參與中高強度活動天數均顯著高于不及格/及格組（32.84vs30.72 min/day，P=0.014）（4.42vs3.88 day，P=0.000）；體質水平良好/優秀組久坐行為和動機與信心均略高于不及格/及格組，其中良好/優秀組對體育活動的熱愛程度以及對自身運動水平的評價顯著高于不及格/及格組（0.78vs0.73，P=0.000）（0.76vs0.70，P=0.000）。說明體質水平良好/優秀的學生花費了更多的時間參與體力活動，對自身運動水平有著較高的評價，也更熱愛體育活動。該結果印證了于冉［15］的研究結論，即青少年的體育參與動機與體質水平呈顯著正相關。

另外，由表2可以發現，體質水平良好/優秀組與不及格/及格組的久坐時間不具有顯著性差異，但是中高強度活動時間具有顯著性差異，說明中高強度活動時間比久坐時間對學生體質影響更大。在以往的研究中，普遍證明了青少年久坐行為與超重肥胖之間的正相關性［16-17］，即久坐時間越長，超重肥胖發生率越高［18］；同時學生久坐行為與體質水平呈顯著負相關，即久坐行為越高體質水平越低。趙勝的研究認為久坐行為與體質水平之間的關系并不是獨立存在的，身體活動對兩者間關系的影響不可忽視，久坐行為、身體活動與體質水平三者之間的關聯性需要更進一步的研究［19］。

在本研究中，中高強度活動時間作為最重要的日常行為活動變量，為進一步驗證中高強度活動時間與久坐行為對體質水平的影響，如表3所示將不同行為分為4個組合。久坐時間初始級和進階級定義為“低久坐”，完成級和成就級定義為“高久坐”，一周內參與中高強度活動天數0～3天定義為“低活動天數”，4～7天定義為“高活動天數”。因此，組合1：高久坐/高活動天數；組合2：低久坐/高活動天數；組合3：高久坐/低活動天數；組合4：低久坐/低活動天數。

分析表3可以發現，組合1體質水平得分最高（79.2±10.7），其次是組合2（79.0±10.7）；組合3和組合4體質水平平均分遠低于組合1、組合2。組合1、組合2的共同點是高活動天數，組合3和組合4的共同點是低活動天數。由此可以發現，無論久坐行為高低，較高的中高強度活動參與行為會導致優秀的體質水平。也就是說，青少年中高強度活動參與行為與體質水平呈正相關，與之相比，久坐行為與體質水平無明顯相關關系。

綜合貝葉斯網絡概率推理分析與顯著性檢驗分析，本研究發現小學生中高強度活動參與行為與體質水平呈顯著正相關，與之相比，久坐行為與體質水平無明顯相關關系。目前兒童青少年的主要久坐行為模式是家庭作業與屏幕時間［20］，在當今世界信息化趨勢下，小學生的生活學習娛樂都離不開電子設備，大幅度減少屏幕時間較為困難。并且，有證據表明中高強度體育活動（MVPA）與年輕人的健康呈正相關，與總的久坐時間無關。只有當久坐時間取代了中高強度體育活動時，久坐時間才會對健康產生負面影響［21］。當前山東省小學生的現狀是久坐時間并沒有取代參與中高強度活動時間，體質水平良好/優秀的學生與不及格/及格的學生久坐時間不具有顯著性差異。但是，參與中高強度活動時間具有顯著性差異，同樣的久坐時間下，積極參與中高強度活動會導致優秀的體質水平。因此，應將關注點放在中高強度活動參與上，提高小學生中高強度活動時間。

3 結論與建議

3.1 結 論

通過貝葉斯網絡模型，科學指出了影響小學生體質水平的關鍵因素，按其重要性排序依次為：一周內中高強度活動的時間；久坐時間；每日進行身體活動要求的時間；與同齡人相比，對體育活動的熱愛程度；體力活動內部動機；平均每日活動時間；面對電子屏幕的上限時間；與同齡人相比，對自身運動水平的評價。通過貝葉斯網絡的影響強度分析，出現五條對體質水平影響較大的致因鏈，例如喜歡/不喜歡運動的原因（D3）→每日進行身體活動要求的時間（C2）→一周內參與中高強度活動天數（B3）→體質水平。整體來看，致因鏈可以歸納為動機與信心→知識與理解→日常行為→體質水平。因此，動機與信心是體質水平致因鏈的起始點，應將青少年體育教育的著力點放在興趣培養與動機驅動上，體育素養培養的起點應是興趣培養。

綜合貝葉斯網絡概率推理分析與顯著性檢驗分析，發現小學生中高強度活動參與行為與體質水平呈顯著正相關，與之相比，久坐行為與體質水平無明顯相關關系。本研究進一步發展了趙勝的推測，久坐行為與體質水平之間的關系并不是獨立存在的，身體活動對體質水平的影響更大。積極參與中高強度活動會導致優秀的體質水平，因此，應將青少年體育教育著力點放在中高強度活動參與上，提高小學生中高強度活動時間。

3.2 建 議

本研究嘗試將貝葉斯網絡這一數據挖掘方法應用于體育學科，取得了良好的應用效果，闡明了體育素養各維度間的因果關系，揭示了影響體質水平的重要因素，因此未來可以在體育學科更多領域加以應用。

受測試條件限制，本研究僅對山東省五年級學生進行體育素養測評，建議進一步擴大樣本量，增加對四年級和六年級的測評，從而更加客觀地反映真實情況；另外，本研究為橫斷面研究，僅對調查對象進行了一個學年的體育素養測評，未來的研究需要建立更多的縱向研究，對調查對象的體育素養水平進行長期追蹤與監測，綜合判斷體育素養和體質水平變化情況，從而進一步豐富發展本研究觀點。[HJ1.4mm]

參考文獻：

［1］陳思同，劉陽，唐炎，等.對我國體育素養概念的理解—基于對Physical Literacy的解讀［J］.體育科學，2017，37（6）：41-51.

［2］國務院辦公廳.關于強化學校體育促進學生身心健康全面發展的意見［EB/OL］.（2016-05-06）［2020-10-08］.http：//www.gov.cn/zhengce/content/2016-05/06/content_5070778.htm.

［3］邵朋飛.加拿大中小學生體育素養測評工具CAPL的修訂研究［D］.上海：華東師范大學，2017.

［4］滿進前.小學高年級學生體育素養測評體系研究［D］.南京：南京師范大學，2017.

［5］劉陽，陳思同，唐炎，等.中國兒童青少年體育素養測評體系的產生背景、構建應用及未來發展［J］.上海體育學院學報，2021，45（3）：19-26.

［6］馮古首，王勇慧.體育素養教育模式研究［J］.山西師大體育學院學報，1999（2）：24-26.

［7］朱亞成，季瀏.關于提升我國青少年體育素養研究的文獻綜述［J］.浙江體育科學，2020，42（1）：81-88.

［8］鐘女娟，宋詠梅，劉更生，等.中藥經驗要素貝葉斯網絡模型構建及應用［J］.山東大學學報（醫學版），2012，50（2）：157-160，164.

［9］胡春玲.貝葉斯網絡研究綜述［J］.合肥學院學報（自然科學版），2013，23（1）：33-40.

［10］張耀輝.基于貝葉斯網絡理論的個人信用評價模型研究［D］.蚌埠：安徽財經大學，2016.

［11］何洋. 基于貝葉斯網絡的醫院放射性設備風險評估研究［D］.衡陽：南華大學，2018.

［12］唐蕾.電子銀行風險管理關鍵影響因素及其實證研究［D］.武漢：武漢大學，2013.

［13］鄭國平.基于貝葉斯網絡的地方政府績效評估的研究［D］.廈門：廈門大學，2009.

［14］唐雨.基于貝葉斯網絡的精益生產要素對企業績效影響分析［D］.華南理工大學，2018.

［15］于冉.初中生體育參與動機與體質健康水平的相關研究［D］.北京：首都體育學院，2017.

［16］BAI Y，CHEN S，LAURSON K R，et al.The associations of youth physical activity and screen time with fatness and fitness： the 2012 nhanes national youth fitness survey［J］.Plos One，2016，11（1）：e0148038.

［17］XUE H，TIAN G，DUAN R，et al.Sedentary behavior is independently related to fat mass among children and adolescents in south China［J］. Nutrients，2016，8（11）：667.

［18］程蘭，李欽，宋逸，等.中國 9-11 歲小學生體育鍛煉、靜態行為和超重與肥胖的關系［J］.北京大學學報，2016，48（3）：436-41.

［19］趙勝.上海市中小學生久坐行為與身體質量指數和體質的關系研究［D］.上海：上海體育學院，2019.

［20］ESTEBAN-CORNEJO I，MARTINEZ-GOMEZ D，Sallis J F，et al.Objectively measured and self-reported leisure-time sedentary behavior and academic performance in youth：the up & down study［J］.Preventive Medicine，2015（77）：106-11.

［21］JUDICE P B，SILVA A M，BERRIA J，et al.Sedentary patterns，physical activity and health-related physical fitness in youth：a cross-sectional study［J］.International Journal of Behavioral Nutrition & Physical Activity，2017，14（1）：25.

收稿日期：2022-05-18

基金項目：山東省社會科學規劃研究項目（編號：18CTYJ13）。

作者簡介：李一祎（1997- ），女，河南新鄉人，碩士，助教，研究方向為啦啦操、學生體質健康促進。

通訊作者：李恩琦（1972- ），男，山東濟南人，教授，研究方向為啦啦操、體操、學生體質健康促進。