基于主成分分析的體能鍛煉對學生體能素質的影響研究

劉 濤

(安徽中醫藥大學 體育健康學院，安徽 合肥 230012)

學生體質健康問題是各校體育工作最困擾的問題，如何在體育訓練中更好地促進學生的體能素質，提高體質健康水平是各校體育教學不可回避的問題[1]。通過對體育運動的發展狀況和體能鍛煉對學生體質健康的影響及對策研究，了解體能鍛煉對學生體質的具體影響，為構建適合我國學校特點和可行性的體能鍛煉內容框架體系提供理論參考，對促進體能鍛煉在我國校園中的普及和發展，豐富校園文化生活具有重要意義[2]。據研究，生活方式對學生體質健康具有直接影響，包括身體活動、飲食習慣、作息習慣和電子產品等[3]。其中，身體活動方式的選擇對學生柔韌性、肌肉力量、耐力等素質水平的改變有積極作用[4]。目前，關于體能鍛煉對學生體質健康的影響研究，一般為單一化的專項素質鍛煉方法研究[5]。比如，梁興悅等人通過聚組訓練方式減少動作間的疲勞積累，從而提升學生力量素質[6]。鄭治靈利用分期力量訓練方式提供體育特長生的耐力素質[7]。然而，單一化的體育素質提升方式不一定利于學生健康。陳慶果等人發現專門性拉伸練習提升柔韌素質與運動損傷風險呈“U”型關系[8]。本文以100名在校學生為研究對象，分成實驗組(綜合性鍛煉)和對照組(專項鍛煉)，通過統計學分析方法(描述統計、獨立樣本t檢驗和主成分分析等)對鍛煉前后學生的體能素質進行分析，為全面提高學生體質健康水平提供新思路。

一、研究對象與方法

1.研究對象

選取某小學學段高年級(5、6年級)在校學生100人(男、女各50人)，研究對象年齡段10～12歲，平均年齡為11.30±0.82歲，平均身高為133.64±3.73cm，平均體重為31.10±1.69kg。具體實驗人數情況為實驗組樣本量為50人(25男、25女)，對照組樣本量為50人(25男、25女)。參與測試的研究對象均為自愿參加，身體健康無異常。

2.研究方法

(1)文獻資料法

通過借閱圖書館電子資料收集相關數據資源，以“體能素質”“體能鍛煉”“體質健康”等為關鍵詞在中國知網數據庫查詢相關文獻資料，充分了解與體能測試、鍛煉相關的知識，為建立實驗方法和方案提供理論基礎。

(2)實驗法

①實驗步驟

隨機抽取男生和女生各50人作為實驗對象，將其分為實驗組、對照組，進行為期3個月的實驗。在鍛煉第1周對100名學生進行《國家學生體質健康標準》測試，獲得每個學生每一項指標的數據，再對實驗組外加3個月的體能鍛煉，其練習時間為每天35分鐘。

②體能鍛煉方案

實驗班：開始部分(10min)：動態熱身操，跟著音樂伴奏做熱身操，共4×8節。基本部分(20min)：每一次體能環的變動時間為1分鐘。首先，把體能環放在身體前方，前后一米六、左右兩米間隔的兩豎排，兩腳自然站立，身體重心降低在兩腳之間。一分鐘一個組合(個人體能)，每個組合包括前前后后、進進出出、蝎子擺尾、半蹲、上步吸腿、立臥撐跳。其次，小組長收起五個體能環擺成直線，第一個體能環離第二個體能環兩米，第二到第五個緊密相連擺放，五個人一排。最后，依次進行到第二個體能環，起身跑過第一個體能環可再折返回來。組合體能，一分鐘兩組，組合內容包括：爬行，四肢同時觸地支撐，雙手支撐與第五個體能環一側開始，雙手交替依次爬過每一個體能環，雙腳隨之交替前行，始終保持轉胯。依次進行到第二個體能環，起身跑過第一個體能環可再折返回來。俯臥橫向行：以俯臥撐姿式起始，雙手置于同一個體能環內，左手與右手前交叉，落入下一個體能環內，雙腳順勢跟進，與前行節奏保持一致，依次進行到第二個體能環，起身跑過第一個體能環可再折返回來。單腳跳、后蹬跑、雙腳跳、開合跳，一二兩排共十人一組，兩排的組長把體能環弄成一個圓，人也圍成一個圓。一分鐘一個組合，組合內容包括：跑、一外一內、單腿平衡。放松部分(5min)：靜態拉伸。

對照班：采用傳統的專項體測項目進行訓練，訓練時長為35min，包括50×8米折返跑訓練(10min)、仰臥起坐專項訓練(5min)、繞100米大圈勻速散步(25min)。

③測試指標

測試指標選取《國家學生體質健康標準(2014修訂)》中的指標：身體形態(身高、體重)、身體機能(肺活量)、速度素質(50米跑)、柔韌性素質(坐位體前屈)、核心力量素質(仰臥起坐)、耐力素質(50×8米折返跑)、靈敏素質(跳繩)和協調能力(外加單腿平衡)項目。測試的方法依照《國家學生體質健康標準(2014修訂)》進行。

(3)數理統計法

利用Excel 2007將實驗前后的數據結果進行整理和歸納，采用描述統計、獨立樣本t檢驗和主成分分析等統計方法分析各個測試指標的結果，最后運用Origin 8.0采用圖形和表格方式直觀簡明地反映數據的基本特征。

二、結果與分析

1.實驗前后數據分析

根據表1數據表明，實驗組身高鍛煉前測數據M±SD=130.36±9.242相比鍛煉后測數據132.32±9.277，t=10.347，p<0.01，存在差異非常顯著；對照組身高鍛煉前測數據136.92±10.348相比鍛煉后測數據137.77±10.510，t=3.367，p=0.001<0.01，同樣存在差異非常顯著，且身高增幅實驗組比對照組大。實驗組體重鍛煉前測數據28.51±6.796相比鍛煉后測數據29.94±6.443，t=7.140，p<0.01，存在差異非常顯著；對照組體重鍛煉前測數據33.68±8.927相比鍛煉后測數據34.25±8.854，t=2.036，p=0.047<0.05，同樣存在差異顯著，說明通過實驗期間實驗組和對照組體重都有顯著增長，實驗組比對照組的增幅更快，且體重增幅實驗組比對照組大，通過實驗組和對照組的對比說明在進行體能鍛煉的情況下體重增幅速度更快，屬于有益影響。實驗組肺活量指數鍛煉前為1458.36±762.971相比鍛煉后測數據1824.92±667.411，t=7.117，p<0.01，存在差異非常顯著。對照組肺活量指數鍛煉前測數據1577.82±479.039相比鍛煉后測數據1688.54±477.293，t=6.050，p<0.01，同樣存在差異非常顯著，且肺活量指數增幅實驗組比對照組大，說明體能鍛煉促進心肺功能加強，使血液循環加快，新陳代謝加強，屬于體能鍛煉對人的有益影響。通過測試坐位體前屈發現實驗組柔韌素質鍛煉前測數據7.38±4.131相比鍛煉后測數據8.66±3.392，t=7.673，p<0.01，存在差異非常顯著；對照組柔韌素質鍛煉前測數據8.00±8.53相比鍛煉后測數據8.53±5.089，t=3.005，p=0.04<0.05，同樣存在差異顯著；且坐位體前屈增幅實驗組(8.66-7.38=1.28)比對照組(8.53-8=0.53)快。跳繩數量為柔韌素質測試項目的指標，實驗組跳繩鍛煉前測數據102.98±32.058相比鍛煉后測數據117.56±30.757，t=12.129，p<0.01，存在差異非常顯著；對照組跳繩鍛煉前測數據111.04±36.557相比鍛煉后測數據114.46±35.075，t=2.056，p=0.045<0.05，同樣存在差異顯著。從數據中分析實驗組和對照組變化的情況來看，對照組前后測數據提升的空間不大，跳繩除了能提高協調性以外，也提高了靈敏性、耐力等。實驗組在進行體能鍛煉的同時，還配合幾種跳繩動作技能的學習，而跳繩實驗組提升幅度很大，具有提高協調靈敏性跟動作技術掌握多重作用，說明體能鍛煉能使協調性和靈敏性更快地提高。

表1 實驗前后數據的比較

通過測試50×8m的速度檢驗耐力素質，如表1所示，實驗組50×8m鍛煉前測數據2.27±0.299相比鍛煉后測數據2.23±0.298，t=-6.331，p<0.05，存在差異非常顯著；對照組50×8m鍛煉前測數據2.20±0.323相比鍛煉后測數據2.10±0.306，t=-3.161，p=0.005<0.05，同時存在差異非常顯著，且50×8m增幅對比，實驗組比對照組大。通過測試50m速度素質項目發現，實驗組50m鍛煉前測數據10.48±1.068相比鍛煉后測數據10.38±1.012，t=-7.660，p<0.05，存在差異非常顯著；對照組50m鍛煉前測數據9.87±0.894相比鍛煉后測數據9.71±0.902，t=-2.029，p=0.04<0.05同樣存在差異顯著，且50m增幅實驗組比對照組快。實驗數據分析表明，整體來看速度素質上升相對緩慢，對照組在自然生長方面基本都沒有什么提高，雖然實驗組在體能鍛煉下有促進速度素質的提高，但是提高的幅度也不大。通過測試單腿平衡項目，發現實驗組單腿平衡鍛煉前測數據10.33±4.134相比鍛煉后測數據18.11±5.887，t=20.940，p<0.01，存在差異非常顯著；對照組單腿平衡鍛煉前測數據9.82±3.932相比鍛煉后測數據12.72±3.826，t=19.134，p<0.01同樣存在差異非常顯著，且單腿平衡增幅實驗組比對照組大，實驗說明體能鍛煉能促進平衡性發展。通過測試仰臥起坐力量素質項目，表明實驗組仰臥起坐鍛煉前測數據23.07±10.321相比鍛煉后測數據26.47±9.370，t=9.220，p<0.01，存在差異非常顯著；對照組單足站立鍛煉前測數據9.82±3.932相比鍛煉后測數據24.61±25.59，t=3.304，p=0.02<0.05同樣存在差異顯著，且仰臥起坐增幅實驗組比對照組大，實驗說明經過3個月的體能鍛煉對學生的力量素質具有很大的幫助。

2.主成分分析

通過對各個體能素質指標進行主成分分析，結果如表2所示。

表2 主成分分析的總變量

通過計算累計方差貢獻率發現，當主成分數為2時，累計方差貢獻率為99.581%，高于一般用于確定主成分數的閾值85%。所以，當主成分數為2時，綜合了體能測試結果的大部分信息。

為分析不同主成分中主要指標關系，分別對第一主成分PC1和第二主成分PC2進行載荷矩陣旋轉處理，結果如表3所示。

表3 各組成的載荷矩陣結果

從表3可以看出，在第一主成分中主要綜合了肺活量、坐位體前屈數、耐力跑速度(50×8m速度)、50m速度、單腿平衡時間、跳繩個數和仰臥起坐數的信息，PC1可命名為活性素質因子。當PC1越大時活性素質因子參數越大。而第二主成分PC2主要綜合了身高、體重、肺活量的信息，可以命名為惰性素質因子，當PC2越大時，惰性素質因子參數越大。分別以2個主成分的貢獻率為權重，構建主成分綜合評價模型：PC=0.6507PC1+0.3451PC2，其中PC為樣本的綜合得分，結合測試結果計算得到實驗組的綜合得分為1.64，對照組的綜合得分為1.13，說明對照組樣本的速度、力量、耐力、協調、靈敏、柔韌等各項身體素質比實驗組更好。

三、結論

通過對實驗組前后和對照組前后兩次進行體能測試得到的數據進行統計、處理、對比和分析得出以下結論。首先，實驗結果驗證了實驗假設的有效性。體能鍛煉對進行實驗的學生各項身體素質都產生了正向的影響。速度、力量、耐力、協調、靈敏、柔韌等各項身體素質測試指標反映出的體能都有所提高，且各項體質提升幅度遠遠超過對照組。因為實驗只針對不同年級學生群體采用隨機抽取的方式，所以實驗結果具有一定的普及性。因此，通過科學合理連續有效的體能鍛煉有利于學生的體質健康。學校加強體能鍛煉的宣傳教育，使學生積極參加體能鍛煉；加大體育經費方面投入，加大體育場館設施的建設力度；加強學校實施“課間操”，提高學生自覺參加體能鍛煉的意識。