社会经济地位、体力活动、工作记忆与数学成绩的关系：基于体适能水平的中介作用分析

本文深入探讨了青少年时期社会经济地位（SES）、体力活动（PA）、体适能（PF）、工作记忆（WM）与数学成绩之间的复杂关系。研究通过结构方程模型（SEM）证实，虽然SES对PA和数学成绩无直接关联，但父母（尤其是母亲）教育水平能显著影响PA参与和数学成绩。工作记忆是数学成绩的重要预测因子。更重要的是，研究揭示体力活动通过提升体适能（包括心肺耐力、肌肉力量与灵敏性），进而对工作记忆产生积极影响，体适能在两者间扮演了部分中介角色。这为理解体力活动如何通过生理适应途径促进青少年认知与学业发展提供了关键证据。

　　

引言

执行功能是一组高阶认知过程，包括抑制、认知灵活性和工作记忆（WM），它们构成了有效学习所必需的认知基础，并与学业成绩密切相关。其中，工作记忆是学术表现和认知发展的关键决定因素，对于数学等需要多步骤运算、符号操作和问题解决的学科尤为重要。近年来，体力活动（PA）对认知功能和大脑结构的积极影响日益受到关注。规律的体力活动已被证明可以支持白质和灰质的完整性，增加突触可塑性，并增强与执行功能相关脑区的功能。体适能（PF）的组成部分，如心肺适能和灵敏性，与注意力、处理速度和工作记忆表现呈正相关。

然而，体力活动与认知的关系是一个复杂的系统，受到年龄、PA水平、评估的认知领域以及社会经济地位（SES）等多种环境和个人因素的交互影响。父母教育水平是影响儿童体力活动习惯和学业成绩的重要决定因素。特别是数学成绩，与父母教育水平以及家庭环境中提供的认知支持密切相关。本研究假设，体适能是体力活动影响高阶认知过程的生物适应途径，是连接行为性体力活动与工作记忆之间的生理中介。青春期是身体和认知快速发展的关键阶段，因此在此年龄段探讨体力活动、体适能、工作记忆与数学成绩之间的关系具有重要的科学价值。

本研究旨在通过结构方程模型（SEM），检验体适能作为体力活动与工作记忆之间生理中介的理论模型，以探讨社会经济地位背景下，体力活动、工作记忆和数学成绩之间的关系。

材料与方法

本研究采用横断面设计，纳入了来自土耳其伊斯坦布尔五所中学的310名九年级学生（平均年龄15岁）。采用比例分层抽样法以确保样本的代表性。社会经济地位（SES）通过一个综合指数进行评估，该指数包含父母教育、职业、收入和家庭特征。体力活动（PA）水平使用国际体力活动问卷短版（IPAQ-SF）进行评估。体适能（PF）采用ALPHA测试组合进行测量，包括20米往返跑（评估心肺适能）、握力测试和立定跳远（评估肌肉力量）以及4×10米往返跑（评估灵敏性）。工作记忆（WM）通过基于n-back任务的Brain Workshop软件进行测量。数学成绩则采用2024年土耳其高中过渡考试（LGS）的数学测试结果。

数据分析使用SPSS 28.0进行描述性统计，并使用SmartPLS 4.1.0.5软件通过偏最小二乘法结构方程模型（PLS-SEM）进行假设检验和结构建模。在模型中，体适能被建模为一个形成性潜在构念，其子成分作为观测变量纳入。体力活动、工作记忆、数学成绩、SES和父母教育水平则作为观测变量进行分析。采用Bootstrap法（5000次重抽样）检验体适能在体力活动与工作记忆之间的中介效应。

结果

描述性统计显示，参与者的体力活动、体适能、工作记忆和数学成绩均存在一定的变异性。测量模型评估显示，所有形成性指标的外在方差膨胀因子（VIF）值均低于阈值，表明不存在多重共线性问题。模型拟合指数（如SRMR、NFI等）均在可接受范围内，表明模型拟合良好。

结构模型1的结果显示：

1. 1.
   社会经济地位（SES）对体力活动水平和数学成绩均无显著直接影响。
2. 2.
   母亲教育水平对体力活动水平有显著正向影响，而父亲教育水平的影响不显著。
3. 3.
   母亲教育水平和父亲教育水平均对数学成绩有显著正向影响。
4. 4.
   工作记忆对数学成绩有非常显著的正向预测作用。

结构模型2在引入体适能作为中介变量后结果显示：

1. 1.
   体力活动对工作记忆有显著的直接正向影响。
2. 2.
   体力活动对体适能有显著的正向影响。
3. 3.
   体适能对工作记忆有显著的正向影响。
4. 4.
   体适能在体力活动与工作记忆的关系中起部分中介作用，但中介效应较弱（方差解释比例VAF=0.21）。

模型的解释力（R²）显示，预测变量共同解释了体适能52%的方差、工作记忆48%的方差以及数学成绩45%的方差，表明模型具有中等到较高的预测能力。

讨论

1. 1.
   社会经济地位与体力活动：本研究发现SES对体力活动无显著影响，这与部分研究一致，表明体力活动可能更受环境、文化因素、社会支持和个人偏好的影响，而非单纯的经济资源。
2. 2.
   父母教育与体力活动：母亲教育水平能显著促进青少年的体力活动参与，这可能与母亲在安排子女日常活动和休闲时间中扮演更积极的角色有关，体现了教育相关的认知和支持行为的影响。
3. 3.
   社会经济地位与学业成绩：SES对数学成绩无直接关联，这可能意味着在控制了父母教育、认知能力（如工作记忆）和学校环境等因素后，广义的SES影响被削弱。数学成绩可能更直接地受到认知特征、教学质量以及家庭认知环境的影响。
4. 4.
   体力活动与工作记忆：体力活动对工作记忆的积极影响与先前研究一致，可能通过增加脑血流量、促进神经营养因子（如BDNF）表达、增强突触可塑性等神经生理机制，以及提升认知储备来实现。
5. 5.
   体力活动与体适能：体力活动对体适能（包括心肺适能、肌肉力量和灵敏性）有直接的积极影响，这符合运动生理学的基本原理，即规律的身体刺激引发相应的生理适应。
6. 6.
   体适能与工作记忆：体适能与工作记忆表现显著相关。更高的体适能水平，特别是心肺适能，可能通过改善大脑氧合、葡萄糖代谢和神经效率，为前额叶皮层和海马体等与工作记忆相关的脑区提供更好的支持。
7. 7.
   工作记忆与数学成绩：工作记忆是数学成绩的强大预测因子，这凸显了其在处理多步骤数学问题、暂时存储信息和进行心理操作中的核心作用。
8. 8.
   体适能的中介作用：体适能部分中介了体力活动与工作记忆的关系，但中介效应较弱。这表明体力活动对工作记忆的影响存在直接路径和通过体适能改善的间接路径，但直接作用占主导。体适能可能是连接行为（体力活动）与认知（工作记忆）的生理通路之一，而非唯一或主要机制。

结论

本研究表明，在青少年群体中，工作记忆是数学成绩的重要关联因素，规律的体力活动不仅与更好的体适能相关，也与更优的工作记忆表现相联系。体适能在体力活动影响工作记忆的过程中扮演了部分中介角色，尽管其效应量有限。这些发现提示，在学校环境中促进规律的体力活动并发展青少年的体适能，可能对支持其认知功能和学业表现具有积极意义。然而，由于横断面设计的限制，无法推断因果关系。未来需要纵向和实验研究来进一步阐明这些变量间的因果机制，并考虑更多潜在的影响因素（如睡眠、营养、动机等），以制定更有效的教育与健康促进策略。