体育锻炼能够促进青少年的认知能力发展吗？——基于中国教育追踪调查数据的实证研究

doi:10.16382/j.cnki.1000-5560.2021.03.008

摘要/Abstract

摘要：

本文利用中国教育追踪调查数据（2014—2015），采用普通最小二乘法、分位数回归以及倾向得分匹配法，实证检验了体育锻炼对青少年认知能力的影响，结果发现：（1）利用普通最小二乘法测得经常参与体育锻炼的青少年在认知能力测试上比不经常参与的青少年高出0.149个标准分，当控制前期能力后，青少年参加体育锻炼的时间每上升1个单位值，能将认知能力提高0.049个标准分；（2）利用分位数回归发现参加体育锻炼对认知能力处于中位数上的青少年具有最强的促进作用，体育锻炼的异质性特征突出表现为“倒V”型曲线，而利用无条件分位数回归发现经常参与体育锻炼能够缩小低–高分位点上认知能力的组内差异；（3）利用Probit模型发现学校作业并非青少年参与体育锻炼的决定因素，看电视、玩网络游戏等课余活动的时间则对青少年参与体育锻炼构成了挤出关系，文化资本、人力资本以及教育期望与青少年的体育运动参与率呈正相关；（4）利用倾向得分匹配法发现体育锻炼影响认知能力的平均处理效应落入[0.095，0.117]的取值区间，而忽视选择性偏差将会高估体育锻炼的净效应。

关键词: 体育锻炼, 认知能力, 青少年, 倾向得分匹配

Abstract:

Based on the data of CEPS (2014—2015), this paper empirically tested the impact of physical exercise on adolescents’ cognitive ability using OLS, QR and PSM. It is found that, first, according to OLS, the cognitive ability of adolescents who often participate in physical exercise is 0.149 higher than that of adolescents who do not often participate in physical exercise. When the pre-ability is controlled, the cognitive ability can be improved by 0.049 for every unit increase in the time that teenagers take part in physical exercise. Second, physical exercise has the strongest promoting effect on adolescents whose cognitive ability is in the middle, while the heterogeneity of physical exercise is characterized by “inverted V-shaped” curve by using the method of QR. Regular physical exercise could reduce the intra-group differences in cognitive ability at low and high scores by using the method of UQR. Third, school work is not the decisive factor for teenagers to participate in physical exercise, while watching TV, playing online games and other extracurricular activities constitute an extrusion relationship for teenagers to participate in physical exercise. Cultural capital, human capital and educational expectation are positively correlated with teenagers’ participation rate in physical exercise by using model Probit. Finally, the influence of physical exercise on cognitive ability and its average processing effect fall into the value range of [0.095, 0.117], while ignoring the selective deviation will result in high net effect of physical exercise by using PSM.

Key words: physical exercise, cognitive ability, teenagers, propensity score matching

方超, 黄斌. 体育锻炼能够促进青少年的认知能力发展吗？——基于中国教育追踪调查数据的实证研究[J]. 华东师范大学学报(教育科学版), 2021, 39(3): 84-98.

Chao Fang, Bin Huang. Can Physical Exercise Promote the Development of Teenagers’ Cognitive Ability? An Empirical Study Based on CEPS[J]. Journal of East China Normal University(Educational Sciences), 2021, 39(3): 84-98.

图/表 11

表 1

所涉变量的统计描述"

变量名	变量定义	处理组（N=4468）		控制组（N=3027）		双T
变量名	变量定义	均值	标准差	均值	标准差	双T
认知能力	2015年认知能力测试的标准化得分	0.469	0.011	0.210	0.014	?14.365^***
基期能力	2014学年认知能力测试的标准化得分	0.157	0.013	?0.028	0.015	?9.515^***
体育锻炼时间	每周参加体育锻炼时间平均值的对数	3.141	0.011	2.168	0.015	?54.455^***
完成作业时间	较短（2小时以下）=1；较长（2小时以上）=0	0.511	0.007	0.581	0.009	6.038^***
上网和看电视时间	较短（1小时以下）=1；较长（1小时以上）=0	0.664	0.007	0.640	0.008	?2.181
对健康的感知	不好（很不好、不好、一般）=1；好（比较好、很好）=0	0.328	0.007	0.379	0.009	4.660^***
对身材肥胖的感知	有些瘦（很瘦、有点瘦、不胖不瘦）=1；有点胖（有点胖、很胖）=0	0.623	0.007	0.623	0.009	0.028
对学业压力的感知	无压力（毫无压力、有点压力、一般）=1；有压力（较大、很大）=0	0.723	0.007	0.667	0.008	?5.365^***
健康教育课	小学时上过=1；未上过=0	0.694	0.007	0.600	0.009	?8.617^***
家庭经济条件	较差（非常和比较困难）=1；较好（中等、比较富裕、很富裕）=0	0.123	0.005	0.186	0.007	7.668^***
文化资本	藏书量较少（很少、较少、一般）=1；较多（比较多、很多）=0	0.590	0.007	0.723	0.008	12.202^***
母亲受教育程度	教育层级定序变量	4.166	0.031	3.673	0.033	?10.820^***
父亲受教育程度	教育层级定序变量	4.527	0.031	4.026	0.033	?10.948^***
教育期望	教育层级定序变量	7.033	0.022	6.723	0.029	?8.579^***
性别	男生=1；女生=0	0.492	0.007	0.537	0.009	3.943^***
年龄	2015–出生年份	14.5	0.010	14.6	0.013	4.908^***
BMI	体重/身高²	19.4	0.058	19.1	0.065	?2.495
民族	汉族=1；少数民族=0	0.924	0.004	0.908	0.005	?2.574
户籍	农业户口=1；非农户口（非农、居民户口）=0	0.487	0.007	0.582	0.009	8.316^***
独生子女	独生子女=1；非独生子女=0	0.494	0.007	0.396	0.009	?8.537^***

表 1

表 2

表 3

图 1

表 4

表 5

图 2

表 6

表 7

表 8

表 9

参考文献 0

	陈爱国, 颜军, 赵峰. (2013). 体育与国民素质提升: 来自脑科学的新证据. 华东师范大学学报(教育科学版), (2), 63- 68.
	陈爱国, 殷恒婵, 王君等. (2011). 短时中等强度有氧运动改善儿童执行功能的磁共振呈像研究. 体育科学, (10), 35- 40. doi: 10.3969/j.issn.1000-677X.2011.10.004
	方超, 黄斌. (2019a). 非认知能力、家庭教育期望与子代学业成绩——基于CEPS追踪数据的经验分析. 全球教育展望, (1), 55- 70. doi: 10.3969/j.issn.1009-9670.2019.01.004
	方超, 黄斌. (2019b). 在职培训与学历教育, 孰能促进城镇劳动力的个体增收?——基于中国家庭收入调查的准实验研究. 宏观质量研究, (1), 120- 130.
	方超, 王顾学, 黄斌. (2019c). 信息技术能促进学生认知能力发展吗?——基于教育增值测量的净效应估计. 开放教育研究, (4), 100- 110.
	方黎明. (2020). 体育锻炼对青少年认知能力和学业成绩的影响. 体育科学, (4), 35- 41.
	胡鹏辉, 余富强. (2019). 中学生体育锻炼影响因素研究——基于CEPS(2014—2015)数据的多层模型. 体育科学, (1), 76- 84.
	黄斌, 方超, 汪栋. (2017). 教育研究中的因果关系推断——相关方法原理与实例应用. 华东师范大学学报(教育科学版), (4), 1- 14+134.
	宋逸, 张蕊, 杨土保等. (2012). 2010年全国中小学生体育锻炼行为现状及原因分析. 北京大学学报(医学版), (3), 347- 354.
	温煦. (2015). 体育锻炼对青少年认知能力和学业表现的影响: 研究的历史、现状与未来. 体育科学, (3), 73- 82. doi: 10.3969/j.issn.1000-677X.2015.03.010
	杨守建. (2020). “想说爱你不容易”: 青少年体育运动参与的状况与问题——基于全国10省(市)的调查分析. 中国青年研究, (7), 5- 13+61.
	殷恒婵, 陈爱国, 马铮等. (2014). 两种运动干预方案对小学生执行功能影响的追踪研究. 体育科学, (3), 24- 28+75. doi: 10.3969/j.issn.1000-677X.2014.03.003
	章建成, 张绍礼, 罗炯等. (2012). 中国青少年课外体育锻炼现状及影响因素分析. 体育科学, (11), 3- 18. doi: 10.3969/j.issn.1000-677X.2012.11.001
	郑磊, 祁翔, 候玉娜. (2018). 家庭对子女教育的代际影响效应: 理论、方法与证据. 社会发展研究, (3), 177- 202+245-246.
	朱平芳, 邸俊鹏. (2017). 无条件分位数处理效应方法及其应用. 数量经济技术经济研究, (2), 139- 155.
	Abadie, A., Imbens, G. (2006). Large sample properties of matching estimators for average treatment effect. Econometrica, 74 (1), 235- 267. doi: 10.1111/j.1468-0262.2006.00655.x
	Castelli, D.M., Centeio, E.E., HWANG, J., et al. (2014). The history of physical activity and academic performance research: Informing the future. Monogr Soc Res Child Dev, 79 (4), 119- 148. doi: 10.1111/mono.12133
	Chaddock-Heyman, L., Erickson, K.I., Voss M.W., et al. (2013). The effects of physical activity on functional MRI activation associated with cognitive control in children: A randomized controlled intervention. Front Hum Neurosci, 21 (7), 72.
	Chang, Y.K., Tsai, C.L., Hung, T.M., et al. (2011). Effects of acute exercise on executive function: A study with a Tower of London Task. J. Sport Exe Psychol, 33 (6), 847- 865. doi: 10.1123/jsep.33.6.847
	Dwyer, T., Sallis, J.F., Blizzard, L., et al. (2001). Relation of academic performance to physical activity and fitness in children. Pediatri Exe Sci, 13 (3), 155- 169.
	Field, T., Diego, M., Sanders, C.E. (2001). Exercise is positively related to adolescents’ relationships and academics. Adolescence, 141 (36), 105- 110.
	Gabbard, C., Barton, J. (1979). Effects of physical activity on mathematical computation among young children. J Psychol, 103 (3), 287- 288.
	Hillman, C.H., Erickson, K.I., Kramer, A.F. (2008). Be smart, exercise your heart: Exercise effect on brain and cognition. Nat Rev Neurosci, 91 (1), 58- 65.
	Hillman, C.H., Pontifex, M.B., Raine, L.B. et al. (2009). The effect of acute treadmill walking on cognitive control and academic achievement in preadolescent children. Neurosci, 159 (3), 1044- 1054. doi: 10.1016/j.neuroscience.2009.01.057
	Hinkle, J.S., Tuckman, B.W., Sampson, J.P. (1993). The psychology, physiology, and the creativity of middle school aerobic exercise. Elementary School Guidance Counseling, 28 (2), 133- 145.
	Howie, E.K., Pate, R.R.. (2012). Physical activity and academic achievement in children: A historical perspective. J Sports Health Sci, 1 (3), 160- 169. doi: 10.1016/j.jshs.2012.09.003
	Koenker, R. & Bassett, G. (1978). Regression quantiles. Econometrica, 46 (1), 33- 50. doi: 10.2307/1913643
	Mcnaughten, D., Gabbard, C. (1993). Physical exertion and the immediate mental performance of sixth-grade children. Percept Mot Skills, 77 (3), 66- 81.
	Rosenbaum, P.R., Rubin, D.B. (1985). Constructing a control group using multivariate matched sampling methods that incorporate the propensity score. American Statistician, 24 (4), 521- 544.
	Tomporowski, P.D., Davis, C.L., Naglieri, J.A. (2008). Exercise and children’s intelligence, cognition, and academic achievement. Edu Psychol Rev, 20 (2), 111- 131. doi: 10.1007/s10648-007-9057-0
	Tomporowski, P.D., Lambourne, K., Okumura, M.S. (2011). Physical activity interventions and children’s mental function: An introduction and overview. Prev Med, 52 (Sup), S3- S9.
	Tuckman, B.W., Hinkle, J.S. (1986). An experimental study of the physical and psychological effects of aerobic exercise on school-children. Health Psychol, 5 (3), 197- 207. doi: 10.1037/0278-6133.5.3.197
	Zervas, Y., Danis, A., Klissouras, V., et al. (1991). Influence of physical exertion on mental performance with reference to training. Percept Mot Skills, 72 (3), 1215- 1221.

变量	方程（1）	方程（2）	方程（3）
基期能力	—	—	0.385^***（0.019）
是否经常参加体育锻炼	0.149^***（0.027）	—	—
体育锻炼时间	—	0.073^***（0.014）	0.049^***（0.012）
完成作业时间	?0.126^***（0.026）	?0.119^***（0.026）	?0.098^***（0.021）
上网和看电视时间	0.212^***（0.024）	0.218^***（0.024）	0.161^***（0.022）
对健康的感知	0.023（0.020）	0.036^*（0.020）	0.020（0.018）
对身材肥胖的感知	?0.052^***（0.019）	?0.051^***（0.019）	?0.023（0.017）
对学业压力的感知	0.088^***（0.019）	0.091^***（0.020）	0.056^***（0.017）
健康教育课	?0.047^*（0.024）	?0.045^*（0.023）	?0.019（0.021）
家庭经济条件	?0.172^***（0.036）	?0.172^***（0.038）	?0.116^***（0.034）
文化资本	?0.138^***（0.022）	?0.140^***（0.022）	?0.091***（0.021）
母亲受教育程度	0.018^***（0.007）	0.018^***（0.007）	0.011^**（0.005）
父亲受教育程度	0.027^***（0.007）	0.027^***（0.007）	0.017^***（0.006）
教育期望	0.104^***（0.007）	0.103^***（0.007）	0.068^***（0.006）
个体特征	YES	YES	YES
固定效应	YES	YES	YES
常数项	1.932^***（0.289）	1.858^***（0.291）	1.397^***（0.256）
R²	0.2111	0.2096	0.3566

变量	$ \tau =0.1 $	$ \tau =0.25 $	$ \tau =0.5 $	$ \tau =0.75 $	$ \tau =0.95 $
基期能力	0.570^***（0.018）	0.507^***（0.015）	0.377^***（0.011）	0.288^***（0.012）	0.184^***（0.017）
体育锻炼时间	0.027^*（0.015）	0.039^***（0.011）	0.057^***（0.010）	0.039^***（0.011）	0.027^*（0.016）
完成作业时间	?0.120^***）（0.030）	?0.082^***（0.019）	?0.090^***（0.020）	?0.067^***（0.017）	?0.073^***（0.024）
上网和看电视时间	0.175^***（0.033）	0.176^***（0.020）	0.151^***（0.020）	0.117^***（0.020）	0.099^***（0.024）
对健康的感知	?0.034（0.035）	0.023（0.021）	0.022（0.016）	0.030（0.019）	0.013（0.025）
对身材肥胖的感知	?0.056^*（0.029）	?0.003（0.025）	?0.027（0.019）	?0.021（0.023）	?0.032（0.034）
对学业压力的感知	0.049（0.034）	0.062^***（0.022）	0.040^**（0.020）	0.093^***（0.020）	0.069^**（0.028）
家庭特征	YES	YES	YES	YES	YES
个体特征	YES	YES	YES	YES	YES
常数项	1.019^**（0.434）	0.714^***（0.278）	1.379^***（0.229）	1.834^***（0.242）	1.943^***（0.297）
Pseudo R²	0.2695	0.2572	0.1945	0.1539	0.1398

变量	$ \tau =0.1 $	$ \tau =0.25 $	$ \tau =0.5 $	$ \tau =0.75 $	$ \tau =0.95 $
基期能力	0.531^***（0.030）	0.582^***（0.027）	0.328^***（0.013）	0.241^***（0.013）	0.255^***（0.024）
体育锻炼时间	0.098^***（0.023）	0.094^***（0.019）	0.040^***（0.010）	0.018^**（0.009）	0.0003（0.014）
完成作业时间	?0.184^***（0.035）	?0.155^***（0.034）	?0.084^***（0.018）	?0.058^***（0.017）	?0.017（0.030）
上网和看电视时间	0.171^***（0.039）	0.283^***（0.037）	0.160^***（0.020）	0.119^***（0.017）	0.075^***（0.027）
对健康的感知	0.004（0.036）	0.003（0.033）	0.017（0.019）	0.031^*（0.018）	0.081^***（0.030）
对身材肥胖的感知	?0.083^**（0.039）	?0.046（0.035）	?0.010（0.020）	0.003（0.019）	0.034（0.031）
对学业压力的感知	?0.010（0.040）	0.080^**（0.036）	0.057^***（0.019）	0.084^***（0.019）	0.10^***（0.028）
家庭特征	YES	YES	YES	YES	YES
个体特征	YES	YES	YES	YES	YES
常数项	0.262（0.495）	1.735^***（0.406）	1.336^***（0.224）	1.505^***（0.196）	1.512^***（0.301）
Pseudo R²	0.1530	0.2309	0.2365	0.1610	0.0669

变量	系数	Z值	平均边际效应	Z值
基期能力	0.034（0.022）	1.54	0.009（0.006）	1.54
体育锻炼时间	1.045（0.032）^***	32.99	0.295（0.006）^***	53.17
完成作业时间	?0.056（0.034）	?1.62	?0.016（0.010）^*	?1.68
上网和看电视时间	0.050（0.036）	1.38	0.015（0.010）	1.51
对健康的感知	0.010（0.036）^***	2.75	0.289（0.010）^***	2.80
对身材肥胖的感知	0.059（0.038）	1.55	0.016（0.011）	1.48
对学业压力的感知	0.066（0.038）^*	1.76	0.020（0.011）^*	1.84
健康教育课	0.102（0.036）^***	2.85	0.028（0.010）^***	2.79
家庭经济条件	?0.115（0.049）^**	?2.32	?0.034（0.014）^**	?2.42
文化资本	?0.068（0.040）^*	?1.71	?0.020（0.011）^*	?1.82
母亲受教育程度	0.008（0.012）	0.63	0.002（0.003）	0.67
父亲受教育程度	0.010（0.012）	0.75	0.003（0.003）	0.81
教育期望	0.009（0.012）	0.78	0.003（0.003	1.05
性别	?0.320（0.036）^***	?9.00	?0.090（0.010）^***	?9.11
年龄	0.006（0.026）	0.023	0.0002（0.007）	0.04
BMI	0.009（0.005）^*	1.86	0.003（0.001）^*	1.83
户籍	0.035（0.040）	0.88	0.009（0.011）	0.85
民族	0.10（0.063）	1.58	0.029（0.018）	1.65
独生子女	?0.005（0.038）	?0.14	?0.001（0.011）	?0.011
常数项	?3.032（0.433）^***	?7.00	—	—
对数似然值	?3710.387		—	—
Pseudo R²	0.2661		—	—

样本	Pseudo R2	LR chi2	p>chi2	MeanBias	MedBias	B	R	Var
匹配前	0.034	360.29	0.000	15.1	15.7	44.5^*	1.02	83
最近邻匹配	0.001	17.56	0.485	1.9	1.7	8.9	1.01	33
近邻匹配	0.000	5.78	0.997	0.9	1.0	5.1	0.93	17
半径匹配	0.000	1.59	1.000	0.5	0.4	2.7	1.03	17
核匹配	0.000	3.92	1.000	1.1	0.9	4.2	1.15	17
马氏匹配	0.007	87.53	0.000	4.1	3.7	19.7	1.32	83