體育鍛煉對青少年學業成績的影響：效應及特征

李文燁 姚繼軍 王維昊 周世科

摘? ?要：體育鍛煉對青少年的學業成績具有積極影響，以2020年江蘇省義務教育質量監測中的15萬份小學生問卷為樣本，采用泛精確匹配加權回歸計算體育鍛煉的效應大小，采用Shapley值分解技術比較體育鍛煉和作業時長、課外補習的貢獻率大小，采用分位數回歸技術分析體育鍛煉對不同類型學生學業成績的影響。研究發現，體育鍛煉對學生學業成績的提高具有“高效”價值，貢獻率高于單純的學業投資，對于“學困生”有更好的促進效應，并且能夠緩和小學生家庭背景造成的不利影響。基于此，政策層面應當繼續堅持減負的大方向；學校管理者應當為學生的“校外1小時”創造條件；家長應當轉變“重文輕武”的養育觀念；教師可考慮以體育鍛煉作為教育干預措施來改善學生的學習。

關鍵詞：體育鍛煉；學業成績；體教融合；教育公平；高效價值

近年來，“雙減”政策的有效實施使得青少年有了更多的時間和精力從事課外體育鍛煉，信息技術的革新也為我國體育產業注入了新的推動力。但受應試教育和分數主義的影響，家長及學校管理者仍舊存在“重文輕武”觀念，對體育鍛煉持懷疑態度。尤其是受中高考“指揮棒”效應影響，不少家長擔心學生增加體育鍛煉有可能“擠占”學習時間，從而影響考試成績。因此，本研究將基于最新的省域大規模教育質量監測數據，對江蘇省的小學抽樣數據進行分析，分析體育鍛煉之于學業成績的“高效”價值，為提高教育教學質量、促進學生全面發展提供科學證據。

一、文獻回顧

步入21世紀，隨著測量技術的升級，許多國家的研究都顯示，良好的心肺功能、體適能水平、充足的體育鍛煉時間或頻次的確有助于學生學業成績的提升。12 近幾年國內也有研究者采用較為嚴謹的實證分析技術來探究體育鍛煉對學生學業成績的影響。殷恒嬋的準實驗研究發現，體育鍛煉可促進學生的學業表現，且持續時間越長，效果越明顯。1 方黎明采用傾向得分匹配法，發現體育鍛煉不僅可以提升青少年的學業成績，還能有效提升經濟弱勢家庭學生的學業成績。2 此類結果也在方超等人的研究中得到驗證，研究顯示，體育鍛煉能夠縮小高低分位學生的差異，具有不可忽略的公平價值。3 總之，體育鍛煉對于學生學業成績的提高是有效的。

然而，在時間分配理論下，個體是在有限的時間和金錢中做出投資決策以實現最大化效用的。4 具體到本研究中，這一理論暗示體育鍛煉和其他類型的行為存在著可能的“相互擠壓”的關系。例如，課外補習是大多數家庭會選擇的一項學業投資行為，陳華帥等人的研究發現，家庭的課外補習費用擠壓了家庭在醫療保障方面的支出。5 而在時間上，個體用于體育鍛煉的時間也被課外補習時長擠壓，學生的運動達標概率顯著下降；6 除此之外，作業時間也擠壓了學生用于體育鍛煉的時間。7 這就帶來了一個相對重要的問題，即實踐層面家長和教師更加關心的“誰更高效”。綜上，既往研究論證了體育鍛煉的“有效”，但并沒有論證其“高效”。本研究將基于大規模測評數據來進一步回答“相較于諸如做作業、參加課外補習之類的純學業投資，體育鍛煉是否更加高效？”這一問題。

二、研究設計

1.數據來源

本研究采用2020年度江蘇省義務教育質量監測數據。該項目采用兩階段分層抽樣，調查涉及小學生的家庭背景、校內主觀感受、日常生活習慣等維度。經過數據清洗，共計收集156657份有效問卷。

2.研究方法

（1）變量的設定

①核心解釋變量

學生的體育鍛煉情況是本研究的核心解釋變量。在本輪學生問卷調查中，學生需要回答“一般來說，你一天中用于體育活動的時間大約是多少？”這一問題，本研究將體育鍛煉處理為一個二分變量——以1小時為劃分標準，將日均體育鍛煉時長超過1小時的學生定義為進行體育鍛煉的學生，而未能達到1小時的，則不被認為在從事體育鍛煉。8

學生的作業時間和課外補習時間是本研究用于與體育鍛煉進行對比的核心解釋變量，兩者具有明顯的學業投資屬性，理論上與體育鍛煉形成“相互擠壓”的關系。在學生問卷中，學生需要對自己每周課外補習的時間和每天的作業時間進行回答，具體的賦值情況見表1。

②核心被解釋變量

學生的文化課學業成績是本研究的核心解釋變量。對參與本次測試的小學學生在語文、數學、英語三門課進行了測試。學生成績為語數英三門總分，江蘇省均分為515.37分。本次測試采用標準化測試的形式，所有學生作答的題目均一致，可以直接進行橫向比較。

③控制變量

控制變量則基于教育生產函數納入相關變量，以控制可能存在的影響。家庭層面的變量主要是經濟資本、文化資本、社會資本構成的家庭背景，學校層面的影響則通過后文所述的固定效應來控制。考慮到同一學校中并非所有學生的到校時間和放學時間都相同，納入“上午到校時間”和“下午放學時間”控制在校時長產生的影響。除此以外，學生的性別、寄宿情況、獨生子女身份作為人口學背景變量納入模型，具體的變量介紹見表1。

（2）模型的構建

學生個人層面的變量由寄宿情況、性別情況、獨生子女身份構成，設定為Studenti。家庭層面的變量由經濟資本、文化資本、社會資本構成，設定為Familyi。學校層面的變量由學生的上午到校時間和下午放學時間構成，設定為Schooli。學生的體育鍛煉作為核心解釋變量納入回歸模型，設定為[Exercisei]，為了比較體育鍛煉的貢獻率，引入由作業時間和課外補習構成的學業投資變量，設定為Learningi，添加體育鍛煉與家庭背景的交互項檢驗可能存在的調節效應，設定為[Exercisei?Familyi]，若回歸系數顯著為負，則說明存在“相互擠壓”的作用，證明體育鍛煉可作為調節教育公平的手段。此外，由于本研究涉及兩千多所學校，因而增加學校固定效應，使每所學校的固有特征被控制，從而可以更好地評估體育鍛煉對學生成績的影響。具體的模型，見公式（1）。

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

（3）技術方法

①泛精確匹配加權回歸

基于匹配技術的回歸是當下基于調查數據進行準實驗研究的一種常用方式，泛精確匹配技術由Iacus等人提出1，該匹配技術基于對照組和實驗組之間的不平衡狀態進行匹配，研究者可以依據反映不平衡狀態的L1值尋找最佳實驗區間，篩選相對平衡的樣本，并在數據分析中添加［Cem_weight］權重進行更深層次的分析。相較于傳統的傾向得分匹配，該方法提高了分析的精度，目前已經在教育研究領域得到了一定程度的運用。23 其模型見式（2）。

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

其中，L1值的計算公式如下：泛精確匹配的原理在于將特征變量進行分層，按照處理組和對照組在這些層級中的占比情況進行匹配配對。J表示用于匹配的特征變量的區間數量，j表示具體的層級（如某變量為1—5，則分為5層，J=5，對應j的區間為［1，5］，n1j和n0j分別表示處理組和對照組在具體的層級（j）上的個數情況，wj則為對應層級生成的權重。

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

②Shapley值分解

本研究借助Shapley值分解技術來檢驗體育鍛煉可能具有的“高效”價值。該技術通過有效分解線性模型和非線性模型的R?來計算模型中的變量貢獻率。研究者可以通過比較各個自變量對因變量變化差異的貢獻率，來估算自變量的相對重要性。456 倘若體育鍛煉對于學生學業成績的影響至關重要，那么其對學生學業成績R?的貢獻率將會明顯高于其他變量。本研究將會基于該技術對比體育鍛煉、作業時間、課外補習之間的貢獻率大小，從而判斷體育鍛煉之于學生學業成績是否“高效”。

③分位數回歸

分位數回歸技術常常用來檢驗樣本中存在的異質性問題7，在大規模的抽樣樣本中，樣本可能來自不同的群體，但被以均值層面的系數所代表。借助分位數回歸技術將樣本區分為多個分位點，可評估體育鍛煉對不同成績水平學生的影響，這有助于探討在不同成績層面上，體育鍛煉的“高效”是否持續，以及其變化特征如何。此類技術也在教育研究中被用于檢驗核心自變量是否存在“馬太效應”8，即“強者越強，弱者越弱”；如果核心自變量對分位較低樣本有更高的邊際效應，則說明對“學困生”來說，體育鍛煉的“高效”更加明顯。本研究基于學生的學業成績選取了五個分位點（P），分別為0.1、0.25、0.5、0.75、0.9，具體見公式（3）。

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

3.研究步驟

綜上，本研究首先對樣本進行多元回歸以及泛精確匹配加權回歸，計算體育鍛煉的相關系數和顯著性，驗證體育鍛煉具有的“有效”價值，并檢驗體育鍛煉可能具有的公平價值。隨后，采用Shapley值分解技術，分解模型的R?，計算體育鍛煉的貢獻率，并將其與作業時間、課外補習兩類學業投資的貢獻率進行對比，證明體育鍛煉可能存在的“高效”價值。最后，對樣本進行分位數回歸，進一步探討這種“高效”價值在不同水平樣本上的情況，也探討其在減弱“馬太效應”上的公平價值。

三、研究結果

1.體育鍛煉對學業成績的影響

本研究首先采用泛精確匹配技術來剝離樣本自選擇偏誤造成的誤差，計算出體育鍛煉的“凈效應”。泛精確匹配技術允許研究者根據自身對每個變量的理解劃定相對應的分層情況，隨后根據對照組和實驗組在特征變量上的分層情況輸出L1值。該值越大，說明樣本的不平衡性越高。對樣本的匹配采用K2K算法，該算法會在每個特征變量的分層區間中通過隨機篩選的方式得到相同數量的實驗組和對照組。

隨后，以學生的學業成績為因變量，分別基于未匹配的樣本和匹配后加權的樣本構建回歸模型比較匹配結果，并添加家庭背景三個變量與體育鍛煉的交互項，檢驗可能的調節效應，具體結果見表2。

回歸結果顯示，體育鍛煉可以顯著地正向預測學生的學業成績，基準回歸系數為13.72，顯著性水平均達到了0.01水平。加權回歸系數分別12.37，有一定的下降，說明樣本自選擇偏誤問題得到了有效的控制，當學生參加體育鍛煉的時長達到1小時及以上后，小學生的學業成績將會提高12.37分，這一增值是非常可觀的。學業投資方面，作業時間和課外補習這兩類具有明顯的學業投資性質的變量，也能夠正向顯著預測學生的學業成績。加權回歸結果顯示，小學生在作業時間上多投入一個單位，學業成績將會上升2.80分；在課外補習上多投入一個單位，學業成績將會上升2.99分。

2.體育鍛煉對家庭背景影響的調節效應

既往研究中被證明和體育鍛煉具有高關聯的家庭背景中的經濟資本和文化資本，在本研究中也顯著正向預測學生的學業成績。學生在先賦因素上的差異也可能造成公平問題1，而體育鍛煉似乎可以緩解此類資本不足帶來的影響。

在回歸模型中添加體育鍛煉與經濟資本、文化資本、社會資本的交互項，以檢驗是否存在“相互替代”或者“相互促進”的效應。具體結果見表3中的模型3、4、5，三個模型中的交互項回歸系數均為負數，且在0.01水平顯著，說明體育鍛煉與家庭背景存在“相互替代”的效應，即學生將更多的時間投入體育鍛煉，可以緩和家庭背景帶來的先天不足，參與體育鍛煉對于家庭背景處于劣勢的學生的促進作用，要顯著高于家庭背景具有優勢的學生。

3.體育鍛煉與學業投資的貢獻率對比

采用Shapley值分解技術推算三個核心自變量的貢獻率，變量的貢獻率越大，其相對重要性也越大。為了節省計算成本，本研究對變量進行了必要的分組，主要對關鍵的體育鍛煉、作業時間、課外補習、家庭背景變量進行Shapley值呈現，整個R?被分解為了家庭背景（0.032）、作業時間（0.002）、課外補習（0.017）、體育鍛煉變量（0.075）、其他變量（0.105）五個部分。

從各變量的貢獻率來看，體育鍛煉具有明顯的“高效”價值。體育鍛煉在小學階段之于學生學業成績的促進效應十分明顯，貢獻率達到了13.72%，大于作業時間（0.88%）和課外補習（7.20%）兩類學業投資變量的總和。這說明對于小學生來說，將課余時間投入體育鍛煉看似“擠壓”了上補習班、做作業的時間，但并未影響其學業成績，反而有可能為其帶來更高的學業成績增值，體育鍛煉有大于作業時間和課外輔導的相對重要性。

4.體育鍛煉對“學困生”和“學優生”學業成績的不同影響

本研究將學生按照學業成績的不同分位進行五層分類，十分位數（前10%）的學生被定義為“學優生”，九十分位數（后10%）的學生被定義為“學困生”。除此以外，二十五分位數（前25%）、七十五分位數（后25%）以及五十分位數（50%）的學生也被納入討論中。

一般而言，學生能力之間的差異如果不斷被拉大，強者愈強，弱者愈弱，那么就存在“馬太效應”，有違公平。由表3的分位數回歸結果可得，體育鍛煉減弱了“馬太效應”，體育鍛煉對學生學業成績的影響由低到高呈現“逐步下降”的趨勢，回歸系數落入［8.53，18.63］的區間。隨著學生學業成績的不斷提高，體育鍛煉的邊際效應將越來越小，這說明樣本的異質性的確存在，而體育鍛煉對于“學困生”的成績提升來說最明顯。需要注意的是，這一數據結果不能被直接理解為“體育鍛煉對學困生更有效”，因為學優生可能存在“天花板效應”，成績靠前的學生本就上升空間有限，體育鍛煉的邊際效應對于學優生也就更低，兩者的回歸系數無法直接進行比較。

為實現可比性，將回歸系數處理為效應量，實現同一量綱上的比較，既分析體育鍛煉的“高效”價值是否在不同水平層次的學生中均存在，也分析可能存在的對“馬太效應”的減弱。采用標準化回歸系數作為效應量1，比較體育鍛煉對兩類學生成績的促進程度而非直接的分數增值。對于“學困生”，體育鍛煉的標準化回歸系數為0.306，對于“學優生”，標準化回歸系數為0.253，均大于作業時間和課外補習的標準化回歸系數（兩者的標準化系數在不同水平層次均低于0.1）。上述結果說明，體育鍛煉達到了1個小時，給“學困生”帶來的促進程度更加明顯，具有減弱“馬太效應”的公平價值，且促進程度仍然高于單純的學業投資，具有穩定的“高效”價值。

四、結果討論

1.體育鍛煉具有 “高效”價值

本研究的結果既說明保證適度的體育鍛煉時長對成績有效，還說明相較于學業投資，其可能是更“高效”的。體育鍛煉的直接價值在于其對身心健康的促進上，而這些往往都是取得學業成功的前提。1此外，體育鍛煉作為一種積極的生活方式，還可能帶來其他益處，如增進同伴關系、促進非認知能力提高等，這些因素也是學業成功的重要組成部分。2 本研究并非強調體育鍛煉“越多越好”，而是強調適度鍛煉的價值，結果可被解讀為，有適度體育鍛煉習慣的學生，往往可以更有效率地提高成績。

2.充足的體育鍛煉有時“勝過”單純的學業投資

本研究的結果證明，有限的時間優先分配給體育鍛煉，對于小學生來說或許是更“高效”的。在貢獻率的對比中，體育鍛煉貢獻率極高，這說明在小學，相較于課外輔導和寫作業，體育鍛煉這樣的健康投資有更強的相對重要性。因此，先確保體育鍛煉時間，可能比直接投入于寫作業和課外補習更合理，畢竟健康對學習效率的長期影響顯而易見。不可否認，當學生把時間、精力投入題海戰術、課外補習中時，他們會在學業成績上獲得一些回報，但這類“投入—產出”可能是短期的，長遠來看，未必是“高效”的。34

3.體育鍛煉的“高效”價值存在于不同水平的學生當中

本研究的分位數回歸結果，既說明體育鍛煉可以縮小“學困生”與“學優生”之間的差距，這和前人的研究結果是一致的5，也說明體育鍛煉的“高效”價值穩定存在于不同水平的學生當中。“學困生”要比“學優生”更加需要身體活動來感知外部世界，塑造自我的認知，從而提升學業成績。作為課堂教學中的弱勢群體，他們可能有較高的畏難情緒或存在認知誤區6，諸如體育鍛煉這樣的身體活動反倒有可能幫助他們形成基礎性的認知結構，從而進一步了解外部環境。7 尤其是，本研究的結果提醒家長，“學困生”也需要優先保持適度的體育鍛煉，而不是盲目地把時間優先投入知識學習中，擠壓掉他們用于課外放松的時間，反讓孩子降低了體育鍛煉的“高效”價值。

五、研究建議

1.堅持減負增效，追求高效與公平

宏觀政策上應當繼續堅持“減負增效”的方向，進一步降低學生的學業壓力。各市一級教育行政部門可根據當地的學情，發布明確的體育鍛煉時間和方式建議報告，利用權威平臺宣傳體教融合的有效證據，在本地學業質量監測數據中定期監測學生的體育鍛煉情況，并將學生的體育鍛煉情況納入各級學校的評估評價當中，監督學校在職責履行上的情況。

2.提供軟硬條件，幫助政策落地

學校管理者可適當改革學業負擔制度，調整作息安排和課程安排，給予學生更多的課余時間；也可以在“在校時長不變”的情況下，給予學生更多的活動課、體育課時間，減輕學生的在校學業負擔，讓學生利用體育鍛煉來調節學業壓力。硬件設施上，校內體育場所和設備可定期向學生或社團開放，引導學生課后自己組織體育活動。

3.轉變養育觀念，營造體育氛圍

家長應當走出“重文輕武”的誤區，不要片面看待體育鍛煉，而要將體育鍛煉看作子女成長過程中一個必須具備的技能或是必須發展的能力。無論家庭背景如何，家長都可以以自身為榜樣，引導孩子形成體育鍛煉興趣，養成健康的體育鍛煉習慣，并能認識體育鍛煉之于其人生發展的價值。

4.根據學生情況，個性化干預措施

教師可以將體育鍛煉視為一種教育干預措施，針對學生的學習情況，另辟蹊徑，從非認知角度進行教學干預。可在班級層面形成體育鍛煉氛圍，以班級趣味運動會、課外體育社團參與、每周鍛煉打卡為方式，拉近與學生的距離，增加與學生的交流機會，在體育活動中完成教學和德育目標。

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