Correlation between daily exercise load and physical fitness among primary school students
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摘要:
目的 了解小学生学习日运动负荷与体质的关系，为制定校内体育运动计划以及改善小学生体质健康管理提供依据。 方法 采用分层整群抽样法，于2023年5—6月分层随机选取北京市某小学6个班级共223名学生为研究对象，采用Polar Verity Sense心率臂带对学生学习日运动负荷进行监测，计算学习日中到高强度身体活动(MVPA)时间、学习日训练冲量(TRIMP)值，并根据体质测试内容进行体质等级评定。采用χ2检验和单因素Logistic回归分析法分析日运动负荷与体质评定等级之间的相关性，应用多因素有序Logistic回归分析探索体质评定等级的相关因素。 结果 小学生学习日MVPA平均时间为(21.65±17.48)min；学习日TRIMP值为(361.47±124.81)；小学生在室外课、零点体育、大课间和体育课后课间的MVPA时间分别为(8.86±8.56，9.41±10.47，1.97±3.12，2.46±2.57)min；在室外课、零点体育、大课间和体育课后课间的TRIMP值分别为(68.89±20.84，72.83±30.27，51.68±18.23，19.99±5.78)。单因素分析结果显示，不同性别、年级、体质量指数(BMI)的小学生体质评定等级构成差异均有统计学意义(χ2值分别为7.13，19.04，32.98，P值均 < 0.05)；学习日MVPA时间、室外课TRIMP值、零点体育TRIMP值、大课间TRIMP值和体育课后课间TRIMP值与体质评定等级关联均有统计学意义(OR值分别为1.07，1.05，1.02，1.03，1.11，P值均＜0.05)。多因素有序Logistic回归分析结果显示，小学生年级(低年级：OR=9.24，中年级：OR=7.81)、BMI(不正常：OR=0.21)、学习日MVPA时间(OR=1.06)、室外课TRIMP值(OR=1.05)与体质评定等级间相关性均有统计学意义(P值均＜0.05)。 结论 不同年级、BMI、校内日运动负荷和室外课运动负荷与小学生体质之间存在正相关。应制定适合小学生的校内体育运动计划，增加学习日运动强度和时间，促进小学生体质健康管理。 Abstract:Objective To understand the relationship between daily exercise load and physical fitness of primary school students, so as to provide relevant theoretical basis for the development of on-campus physical education plans and the improvement of procedural physical health management for elementary school students. Methods A total of 223 students from 6 classes in a primary school in Beijing were selected by a stratified random cluster sampling method from May to June 2023. The daily exercise load of the students was monitored by Polar Verity Sense heart rate armband. The duration of moderate-to-vigorous physical activity (MVPA) and daily Training Impulse (TRIMP) value were calculated, and the related indexes of daily exercise load were analyzed. Chi-square test and univariate Logistic regression analysis were used to analyze the correlation between daily exercise load and physical fitness assessment levels, and multi-factor ordinal Logistic regression analysis was used to explore the influencing factors of physical fitness assessment levels. Results The average time spent in MVPA was (21.65±17.48) min. The TRIMP value was (361.47±124.81). The time spent in MVPA of primary school students in outdoor class, zero point sports, recess and after-class PE were (8.86±8.56, 9.41±10.47, 1.97±3.12, 2.46±2.57) min, respectively. TRIMP values were (68.89±20.84, 72.83±30.27, 51.68±18.23, 19.99±5.78) in outdoor class, zero point sports, recess and after-class PE, respectively. The results of univariate analysis showed that there were statistically significant differences in physical fitness levels among students with different genders, grades, and BMI (χ2=7.13, 19.04, 32.98, P < 0.05). The duration of daily MVPA, along with TRIMP value during outdoor class, zero point sports, recess, and after PE class were all statistically significant with physical fitness levels (OR=1.07, 1.05, 1.02, 1.03, 1.11, P < 0.05). The results of multi-factor ordinal Logistic regression analysis showed that the primary school grade (lower grade: OR=9.24, middle grade: OR=7.81), BMI (abnormal: OR=0.21), duration of daily MVPA in school (OR=1.06), and TRIMP value during outdoor class (OR=1.05) were statistically significant with physical fitness levels (P < 0.05). Conclusions There is a positive correlation between physical fitness and different grades, BMI, daily exercise load, and outdoor exercise load. Increasing daily exercise load can improve students' physical health. It is suggested to tailor the school sports program to suit primary school students, increase both the intensity and duration of school daily sports, and promote procedural physical health management for elementary school students. -
Key words:
- Motor activity /
- Body burden /
- Body constitution /
- Regression analysis /
- Students
1) 利益冲突声明 所有作者声明无利益冲突。 -
学校作为组织化程度最高的体育活动场所，能有效提高儿童青少年身体活动水平、促进体质健康发展，有助于体育运动兴趣的培养[1]。根据世界卫生组织和《中国儿童青少年身体活动指南》的建议，推荐儿童青少年达成“每日1 h中高强度身体活动(moderate to vigorous physical activity, MVPA)”，以满足每日运动强度和运动量的需求[2-3]，保证身心健康发展。2022年6月，北京市教育委员会发布《北京市义务教育体育与健康过程性考核管理办法》，提出各中小学校要组织力量认真分析国家学生体质健康测试和学生日运动负荷监测数据，以切实增强学生体质、提高健康素养[4]。
体质是在遗传和获得性基础上表现出来的生理与心理多方面综合的相对稳定特征[5]，与中小学生体育运动和MVPA时间有密切联系[6-7]。体质健康是指理想的体质状态，是人整体健康的基础和重要的组成部分[8]。研究发现，体质量指数(body mass index, BMI)对于儿童青少年身体素质有很好的预测作用[9]，并且每日体育锻炼时间超过1 h的学生体质健康测试合格率更高[10-11]。本文旨在探究小学生学习日运动负荷与体质评定等级的相关性，为制定校内体育运动计划以及改善小学生的体质健康管理提供理论依据。
1. 对象与方法
1.1 对象
于2023年5—6月，采用分层随机整群抽样法抽取北京市某小学，将学校年级分为低、中、高三部分，低年级为一年级，中年级为三年级，高年级为五年级。确定分层后从低、中、高年级各采用随机抽签方法抽取2个班级，共计抽取6个班级223名学生为研究对象，其中男生118名，女生105名；低年级学生76名，中年级73名，高年级74名。本研究经北京师范大学体育与运动学院伦理审核(批号：TY202306)，所有学生及家长均自愿签署知情同意书。
1.2 方法
1.2.1 运动负荷数据采集
纳入本研究的小学生入校后于教室集中佩戴Polar Verity Sense心率臂带，主要采集体育课、零点体育、大课间和体育课后课间的心率数据，并告知在监测期间不可摘下或移动臂带。若在佩戴期间有任何不适随时告知教师和实验人员，及时进行相关检查与处理。所有小学生均在当日离校前集中取下设备。期间不对校内体育活动进行额外要求，只告知按照个人日常习惯进行安排。
1.2.2 运动强度划分
使用最大心率百分比(%HRmax)的方法划分运动强度。其中，最大心率预测公式采用Tanaka[12]提出的“HRmax = 208－0.7×年龄(岁)”，根据公式计算出对应的HRmax后，用“运动时心率/HRmax ×100% ”得到相应运动强度。在运动强度划分方面，根据实验对象特点，结合Polar Verity Sense心率臂带的运动强度区间＜50% HRmax为一般活动(NA)，50%~＜60% HRmax为很小强度运动(VLPA)，60%~＜70% HRmax为小强度运动(LPA)，70%~＜80% HRmax为中强度运动(MPA)，80%~＜90% HRmax为大强度运动(VPA)，90%~100% HRmax为极限强度运动(VVPA)，70%~100% HRmax为中到高强度身体活动(MVPA)。
1.2.3 TRIMP值计算
TRIMP是基于心率对运动负荷进行准确度量的指标，将运动强度和运动时间进行综合计算，量化学生在不同运动内容中的运动负荷，具有可靠性高、适用性强的特点。本研究中使用Edwards’s TL方法计算学生学习日和各活动时段的TRIMP值[13]。根据%HRmax区间确定权重因子，50%~＜60% HRmax权重因子为1，60%~＜70% HRmax权重因子为2，70%~＜80% HRmax权重因子为3，80%~＜90% HRmax权重因子为4，90%~100% HRmax权重因子为5；各区间TRIMP =权重因子×区间训练时间，再利用各区间TRIMP值相加得到结果值[13]。
1.2.4 体质评定等级
根据学生学年总分进行不同体质评定等级分组，小学生体质测试内容包括身高、体重、BMI、肺活量、50 m跑、坐位体前屈、1 min跳绳、1 min仰卧起坐、50 m×8往返跑。每个项目总分为100分，综合成绩为各个项目按权重累加后的平均分，体质评定等级包括优秀(≥90分)、良好(80~89.9分)、及格(60~79.9分)和不及格(＜60分)[14]；低年级男生和女生BMI正常区间分别为13.5~18.1，13.3~17.3 kg/m2；中年级男生13.9~19.4 kg/m2，女生13.6~18.6 kg/m2；高年级男生14.4~21.4 kg/m2；女生13.8~20.5 kg/m2[14]。BMI以低体重、超重和肥胖为不合格。
1.2.5 零点体育
零点体育是一种新型体育教学改革活动，是在每日第一节课前为学生安排合理、可选择的体育锻炼活动，运动负荷强度介于室内课和室外课之间，目的在于提高学生每日校内身体活动强度和量。经研究证明“零点体育”活动的开展可以提高小学生身体活动量，并且对学生当日文化课学习也有促进作用[15]。
1.3 统计学方法
将采集的心率数据使用Excel 2019和SPSS 26.0软件进行处理，计量资料用(x±s)描述，计数资料用例数描述。选取性别(女=1，男=2)、年级(高年级=1，中年级=2，低年级=3)、BMI(正常=1，不正常=2)、体育课时间(第1节=1，第2节=2，第3节=3，第5节=4)、学习日MVPA时间和不同时段TRIMP值(均为连续型变量)作为自变量，国家学生体质健康测试中的体质评定等级(及格=1，良好=2，优秀=3)作为因变量进行χ2检验和单因素Logistic回归分析；将体质评定等级单因素分析中有统计学意义的变量采用多因素有序Logistic回归模型进行分析。以P < 0.05为有统计学意义。
2. 结果
2.1 小学生日运动负荷基本特征
小学生学习日MVPA平均时间为(21.65±17.48) min；学习日平均TRIMP值为(361.47±124.81)。小学生室外课、零点体育、大课间和体育课后课间的MVPA平均时间分别为(8.86±8.56)(9.41±10.47)(1.97±3.12)(2.46±2.57)min，TRIMP值分别为(68.89±20.84)(72.83±30.27)(51.68±18.23)(19.99±5.78)。
2.2 小学生体质评定等级的单因素分析
不同性别、年级、BMI的小学生体质评定等级构成差异均有统计学意义(P值均 < 0.05)，但不同体育课时间的小学生体质评定等级差异无统计学意义(P>0.05)。见表 1。
表 1 不同组别小学生体质评定等级构成比较Table 1. Comparison of the composition of physical fitness assessment level of primary school students in different groups组别 选项 人数 及格 良好 优秀 χ2值 P值 性别 男 118 10(8.47) 56(47.46) 52(44.07) 7.13 0.03 女 105 3(2.86) 39(37.14) 63(60.00) 年级 低 76 1(1.32) 21(27.63) 54(71.05) 19.04 ＜0.01 中 73 5(6.85) 37(50.68) 31(42.47) 高 74 7(9.46) 37(50.00) 30(40.54) BMI 不正常 40 9(22.50) 22(55.00) 9(22.50) 32.98 ＜0.01 正常 183 4(2.19) 73(39.89) 106(57.92) 体育课时间 第1节 50 2(4.00) 20(40.00) 28(56.00) 8.13 0.23 第2节 61 5(8.20) 30(49.18) 26(42.62) 第3节 51 4(7.84) 25(49.02) 22(43.14) 第5节 61 2(3.28) 20(32.79) 39(63.93) 注：()内数字为构成比/%。 单因素Logistic回归分析结果显示，学习日MVPA时间，室外课、零点体育、大课间和体育课后课间TRIMP值与体质评定等级关联均有统计学意义[OR值(95%CI)分别为1.07(1.04~1.09)，1.05(1.03~1.06)，1.02(1.01~1.03)，1.03(1.02~1.05)，1.11(1.05~1.16)，P值均＜0.05]。
2.3 小学生体质评定等级的多因素分析
多因素有序Logistic回归分析结果显示，小学生年级、BMI、学习日MVPA时间、室外课TRIMP值与体质评定等级间关联有统计学意义(P值均 < 0.05)。见表 2。
表 2 小学生体质评定等级的多因素有序Logistic回归分析(n=223)Table 2. Multivariate Logistic regression analysis of primary school students' physical fitness assessment level(n=223)自变量 选项 β值 标准误 Wald χ2值 P值 OR值(95%CI) 性别 男 -0.50 0.34 2.17 0.14 0.61(0.32~1.18) 年级 低 2.22 0.49 20.52 ＜0.01 9.24(3.53~24.14) 中 2.06 0.52 15.55 ＜0.01 7.81(2.81~21.69) BMI 不正常 -1.58 0.42 14.03 ＜0.01 0.21(0.09~0.47) 学习日MVPA时间 0.05 0.02 10.22 < 0.01 1.06(1.02~1.09) TRIMP值 室外课 0.04 0.02 8.85 < 0.01 1.05(1.02~1.08) 零点体育 -0.01 0.01 0.45 0.50 1.00(0.98~1.01) 大课间 0.01 0.01 0.84 0.36 1.01(0.99~1.03) 体育课后课间 -0.04 0.04 0.91 0.34 0.96(0.89~1.04) 3. 讨论
运动负荷是指人做练习时所承受的生理负荷，包括运动强度和运动量两个方面，在锻炼时只有适宜运动负荷才能收到较好的效果[16]，有助于预防儿童青少年肥胖、近视的发生，以及对学业成绩产生积极影响[17]。2009年，世界卫生组织已经将缺乏身体活动确定为全球导致慢性疾病发生的风险因素之一[4]。校内适宜运动负荷是保证学生体质健康的重要因素，缺乏运动强度和运动量是造成学生体质健康水平下降的主要原因之一[18]。针对此问题，《中国人群身体活动指南(2021)》提出，6~18岁儿童青少年应该每天进行至少1 h MVPA的身体活动，且鼓励以户外活动为主，并且要减少静态行为和视屏时间[19]。《“健康中国2030”规划纲要》要求制定实施青少年体育活动促进计划，培养青少年的体育锻炼爱好，确保学生校内每天体育活动时间不少于1 h[20]。为了使小学生体质健康得到良好改善，需要厘清学生学习日运动负荷的影响因素以及相关性，如教师、学生自身、学校环境、体育设施和家庭环境等，针对不同学生学习日运动负荷情况设计个性化的干预措施，以提高小学生的体育活动兴趣和效率。
本研究结果中从日运动负荷特征来看，小学生学习日MVPA平均时间为(21.65±17.48)min，日TRIMP值为(361.47±124.81)；小学生在零点体育的MVPA时间最长、TRIMP值最大，室外课其次，室外课和零点体育是促进小学生进行MVPA的主要时段。但与先前研究不同[15]，本研究中零点体育的负荷高于室外课，可能是由于室外课教学内容差异或学生对室外课和零点体育的兴趣差异导致的。大课间与体育课后课间的MVPA时间分别为(1.97±3.12)(2.46±2.51)min，大课间中MVPA时间虽短但TRIMP值相对更高，是由于大课间学生的VLPA和LPA更多产生的结果。由于小学生生理和心理发展的差异，不同性别和年级的学生在运动技能、心肺耐力和肌肉力量等方面存在差异，进而可能导致其运动参与减少以及日运动负荷降低。从单因素分析结果来看，除体育课时间外，性别、年级、BMI、日MVPA时间、室外课TRIMP值、零点体育TRIMP值、大课间TRIMP值和体育课后课间TRIMP值与体质评定等级关联均有统计学意义。有研究发现，性别、年级、BMI、校内运动参与与体质间存在相关关系[21]。本研究中Logistic回归分析显示，小学生年级、BMI、学习日MVPA时间、室外课TRIMP值与体质评定等级间关联存在统计学意义，但性别方面的差异并无统计学意义。对于学习日运动负荷，包括家庭、学校、社会和个人层面因素都能够使小学生学习日运动负荷强度和负荷量产生差异[22-23]。其中，学校层面应当是干预学生进行运动的关键点[24]，包括优化体育教学内容和教学方法、开展学生体质健康教育、健康干预以及建立体质监测的反馈机制等[25]。
综上所述，小学生学习日运动负荷与体质评定等级间存在正相关。需重视学生校内的每日运动情况，针对不同情况学生，制定适合小学生的校内运动计划，增加学习日运动强度和运动量，促进小学生过程性的体质健康管理。
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表 1 不同组别小学生体质评定等级构成比较
Table 1. Comparison of the composition of physical fitness assessment level of primary school students in different groups
组别 选项 人数 及格 良好 优秀 χ2值 P值 性别 男 118 10(8.47) 56(47.46) 52(44.07) 7.13 0.03 女 105 3(2.86) 39(37.14) 63(60.00) 年级 低 76 1(1.32) 21(27.63) 54(71.05) 19.04 ＜0.01 中 73 5(6.85) 37(50.68) 31(42.47) 高 74 7(9.46) 37(50.00) 30(40.54) BMI 不正常 40 9(22.50) 22(55.00) 9(22.50) 32.98 ＜0.01 正常 183 4(2.19) 73(39.89) 106(57.92) 体育课时间 第1节 50 2(4.00) 20(40.00) 28(56.00) 8.13 0.23 第2节 61 5(8.20) 30(49.18) 26(42.62) 第3节 51 4(7.84) 25(49.02) 22(43.14) 第5节 61 2(3.28) 20(32.79) 39(63.93) 注：()内数字为构成比/%。 
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表 2 小学生体质评定等级的多因素有序Logistic回归分析(n=223)
Table 2. Multivariate Logistic regression analysis of primary school students' physical fitness assessment level(n=223)
自变量 选项 β值 标准误 Wald χ2值 P值 OR值(95%CI) 性别 男 -0.50 0.34 2.17 0.14 0.61(0.32~1.18) 年级 低 2.22 0.49 20.52 ＜0.01 9.24(3.53~24.14) 中 2.06 0.52 15.55 ＜0.01 7.81(2.81~21.69) BMI 不正常 -1.58 0.42 14.03 ＜0.01 0.21(0.09~0.47) 学习日MVPA时间 0.05 0.02 10.22 < 0.01 1.06(1.02~1.09) TRIMP值 室外课 0.04 0.02 8.85 < 0.01 1.05(1.02~1.08) 零点体育 -0.01 0.01 0.45 0.50 1.00(0.98~1.01) 大课间 0.01 0.01 0.84 0.36 1.01(0.99~1.03) 体育课后课间 -0.04 0.04 0.91 0.34 0.96(0.89~1.04)
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