身體活動對大學生積極心理品質的影響
——基于深度神經網絡分析

胡楠，黃丹丹，鄭洪珠，胡紅

(1.重慶大學 管理科學與房地產學院，重慶 400045；2.重慶大學 體育學院，重慶 400044)

大學時期是個體生命的重要階段，也是個體身心發展和穩定的關鍵階段。已有研究表明，中國大學生群體的抑郁發病率在23.8%[1]，這無疑需要高校高度重視大學生的心理健康問題。十七大報告指出，學校要重視學生的正面心理素質，強化人文關懷與心理輔導[2]。十九大報告再次強調，學校要強化心理衛生服務，培養學生自尊、自信、理性、樂觀的社會心態[3]。學者們也從解決學生心理問題的研究轉向提高其積極心理品質的研究[4]，同時積極心理品質是大學生一種相對穩定的情緒狀態，更是大學生良好心理素質和品德素質的一個重要組成部分[5]。

身體活動以體育鍛煉為主要內容、以增進身體健康為主要目的，根據鍛煉的情緒效應理論，身體活動對抑郁、焦慮等亞健康狀態具有改善和治療作用[6-8]。實證研究表明，一定強度、頻率和持續時間的身體活動有助于主觀幸福感、積極品質和心理韌性的發展[9]。經常參加身體活動的學生比不經常參加身體活動者擁有更高的積極心理品質[10]。同時，大學生的積極心理品質得分隨著身體活動次數的増加、單次時間的延長、年限的增加呈現出增加趨勢[11]。此外，參加不同身體活動項目的大學生其積極心理品質有細微差異[12]。但目前，不同強度身體活動對積極心理品質六大維度的研究還存在不足。

綜上，為探究不同身體活動強度與積極心理品質之間的關系，本研究希冀通過對在校大學生進行身體活動強度與積極心理品質的調查評定，分析大學生不同強度身體活動量對積極心理品質各項因子的影響，借此提出有利于提升學生心理健康的創新思路，幫助大學生正確認識身體活動與積極品質的關系，為通過參加鍛煉來有效促進積極心理品質的發展提供依據。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以重慶市內5 所高校學生為研究對象，在每所高校中隨機抽取378 人，共計1 890 名。具體實施方法是：將人口統計學信息、學習成績、體育態度以及2項調查量表輸入到問卷星中，并制作出相應的鏈接或二維碼供學生當場完成。

先剔除填寫不完整、填寫錯誤等無效問卷，再對國際體力活動量表調查結果按照以下幾個規則對問卷進行再篩選，進一步剔除無效問卷：(1)剔除被測者在劇烈、中度、低強度運動量中選擇每周運動天數，但是未填寫每天運動時間的問卷；(2)剔除被測者在劇烈、中度、低強度運動量中填寫每周運動天數為0，但填寫每天運動時間的問卷；(3)剔除被測者對每天運動時間不清楚的問卷。最后經統計，剔除無效問卷378份，共回收有效問卷1 508 份，有效回收率為79.7%。其中平均年齡為(20.08±10.73)歲，男生占58.1%，女生占41.9%；本科生占59.7%，研究生占40.3%；城鎮學生占46.4%，農村學生占53.6%。

1.2 測量工具

1)國際體力活動量表-短卷(IPAQ-SF)[13]。

國際體力活動量表短卷共7 個題目，包括6 項身體活動指標和1 項久坐時間指標。目的是研究不同強度身體活動的代謝當量(MET)，計算方式是每日活動時間(min)×每日活動強度(MET 賦值：低強度運動量3.3，中等強度運動量4.0，高強度運動量8.0)×每周活動頻率。每周身體活動代謝總量等于低強度+中等強度+高強度身體活動量的總和。對量表結果進行數據截斷、異常值剔除、身體活動評價和分組(低、中、高)，短卷與目標體力活動量結果符合率超過70%[14]。

2)中國大學生積極心理品質量表[15]。

中國大學生積極心理品質量表共有62 個主題，涵蓋6 個維度和20 項特定的積極心理品質因子。每道題包括5 個選項，呈現為從5(非常像我)到1(非常不像我)，每份量表單獨計分，被試者6 大維度及20 項積極心理品質因子得分為各個維度題目選項分值的平均分。檢驗結果表明6 個分量表和總量表的克隆巴赫α系數均在0.65 以上，可見量表信度基本良好。

3)信效度檢驗。

采用克朗巴赫α系數對問卷進行內部一致性信度評定，結果顯示問卷中的克朗巴赫α系數為0.965，表明其內部一致性較好。KMO 系數為0.962，巴特利特球形度檢驗結果顯著(P＜0.001)，可見問卷具有良好的結構效度。

1.3 深度神經網絡數據集構建

將從調查表和評價量表中獲得的原始數據集輸入計算機，并利用Python v3.9 進行數據處理與分析。主要通過PyTorch 機器學習庫構建深度神經網絡模型；Matplotlib 軟件包進行數據可視化分析；Pandas 軟件包進行數據清洗與分析。數據構建主要包括均數、方差及相關性分析，以及樣本清洗。

1)數據歸一化。

根據回收問卷結果，每個被測者對應一份樣本數據，由于每份樣本的量綱和量級不同，需進行歸一化處理。本研究采用最大最小歸一化處理：

χmin和 χmax分別表示所有被測者在該項上得分的最小值和最大值，表示被測者歸一化后某一項得分。顯然，歸一化后的得分在∈[0，1]之間。

2)基于層次聚類的樣本剔除。

在按照規則剔除得到有效樣本的基礎上，采用離群點檢測的方法進一步剔除異常樣本[16]。離群點檢測是發現與其他大部分對象顯著不同的對象，通過層次聚類算法自底向上，逐步將樣本歸并到若干個簇中，將離其余簇的歐式距離最大的小簇樣本作為異常值樣本并進行剔除。根據身體活動對積極心理品質的影響，選取以上6 個與身體活動相關的維度[17]，包括體育態度、高強度運動量、中等強度運動量、低強度運動量(步行)、身體活動總量、身體活動推薦量。以這6 個維度歸一化后分值組成的向量作為聚類特征向量，然后進行層次聚類分析。

顏色為橙色的被測者樣本的特征向量與其余被測者樣本特征向量的歐式距離過于明顯，即為異常樣本。經統計，剔除異常樣本后剩余有效樣本1 276 份。

1.4 深度神經網絡模型的構建與訓練

深度神經網絡是一種具有至少一層的深度學習結構，也是一種廣泛使用的神經網絡。雖然一般神經網絡可以為復雜的、非線性的系統提供建模，但是額外層次可以使模型具有較高的抽象水平，從而增強模型性能。該算法在訓練中引入梯度下降法，同時引入梯度搜索技術，使得網絡輸出與預期輸出之間的平均誤差均方差最小。深度神經網絡的實現過程主要通過以下幾個步驟實現。

1)模型構建。

采用基于輸入層、隱含層和輸出層的深度神經網絡構建多目標預測模型。在實際應用中，隱含層的層數和神經元數目應該由網絡規模決定，隱含層中的神經元數量將隨著問題的復雜性而增加。一般來講，加深網絡可以獲得更好的非線性表達能力，可以學習更加復雜的變換，從而可以擬合更加復雜的特征輸入；而加寬網絡，則可以讓每一層學習到更加豐富的特征。

本研究的輸入層包含6 個節點，分別為體育態度、高強度運動量、中等強度運動量、低強度運動量(步行)、身體活動總量和身體活動推薦量；輸出層為積極心理品質的7 個節點，分別為6 個積極心理品質各維度得分(認知、人際、情感、公正、節制、超越)和積極心理品質總得分。經嘗試，本研究選擇兩層隱含層的結構，第1 個隱含層包含9 個神經元，第2 個隱含層包含10 個神經元。網絡模型結構如圖1 所示：

圖1 深度神經網絡模型結構

2)模型訓練。

首先，設置初始化權重 wij，使得 wij為服從(1，0.02)的正態分布。i 表示前一層的第i 個神經元， j 表示后一層的第i 個神經元， wij表示2 個神經元之前連接的權重；初始化設置偏置 θk，表示隱含層或者輸出層第k 個神經元的偏置。

然后，假設網絡模型輸入為 X = (x1,x2,x3,x4,x5,x6)，第1 層隱含層的輸出為，第2 層隱含層的輸出為，輸出為。每層網絡之間運算公式如下：

其中， f1、 f2、 f3為線性激活函數。對每次輸入的訓練樣本數據計算網絡模型輸出 Y =(y1,y2,… ,y7)和實際值之間的MSE 均方誤差e。

3)權重分析。

讀取網絡模型每一層的權重信息，通過矩陣乘法計算身體活動相關各因素對于積極心理品質及各維度的權重ijφ，按照以下公式計算影響力：

kjω表示第k個身體活動相關維度相較于其他維度對于第j個積極心理品質維度或積極心理品質的影響力度量。

2 結果與分析

2.1 描述性與相關性分析

當前，重慶市高校學生參與高強度身體活動的平均時間為每周(99.14±152.67) min，參與中等強度身體活動的平均時間為每周(122.38±162.07) min，參與低強度身體活動的平均時間為每周(262.5±252.71) min，久坐不動的平均時間為每天(391.24±276.63) min。學生的積極心理品質在中等水平以上(2.720±0.501)，在認知(2.640±0.566)、人際(2.820±0.560)、情感(2.750±0.530)、公正(2.670±0.559)、節制(2.630±0.569)和超越(2.810±0.582)維度上，人際平均得分最高，其次是超越、情感、公正、認知和節制。通過對大學生身體活動水平和人口統計學方面的比較分析，可以看出性別、年級、經濟狀況、家庭所在地在身體活動水平上均無統計學上的顯著性差異(P＞0.05)。

大學生學習成績、體育態度、身體活動和積極心理品質呈正相關(r值分別為-0.216、-0.221、-0.175，P＜0.05)。身體活動水平與積極心理品質及其各維度之間的相關性在0.089～0.176 之間，且均呈正相關，其與超越維度相關性最高，情感維度次之，與節制維度相關性最低。除與公正、節制維度無統計學差異外，其他各維度均有統計學上的非常顯著性差異(P＜0.01)。積極心理品質總分與各維度之間的相關性為0.87～0.90，而在各維度中則為0.707～0.811 且都顯著相關。結果顯示，總得分與各維度以及各維度之間都存在統計學上的非常顯著性差異(P＜0.01)。

2.2 深度神經網絡模型分析

1)模型檢驗。

在經過200 個epoch 的訓練后，網絡模型在訓練集上的均方誤差收斂在0.07，在測試集上的均方誤差收斂在0.009，同時在測試集上的誤差也趨于0。

2)權重分析。

由表1 可知，高強度運動量(0.264 7)與中等強度運動量(0.241 7)對積極心理品質水平的整體影響最高。對比不同運動強度來看，高強度運動量對認知(0.219 4)、人際(0.291 2)以及超越(0.142 6)的影響最大；中等強度運動量對情感(0.280 3)、節制(0.421 7)的影響最大；中等強度運動量(0.288 6)和高強度運動量(0.274 6)對公正的影響權重相近；低強度運動量對積極心理品質(0.040 3)及各維度的影響(0.027 6～0.147 8)相對最小。從身體活動推薦量來看，越接近高強度推薦量對超越(0.662 1)的影響權重越高，意味著身體活動推薦強度越高對超越的影響越大，其他依次為認知和人際。身體活動總量的影響相對較小，對公正、節制和情感3 個維度的權重值依次為0.166 3、0.152 4 和0.134 5。橫向評估低強度運動量對積極心理品質影響最大的維度為節制(0.166 3)，最小為超越(0.008 7)。

表1 影響因子權重

3 討論

本研究通過深層神經網絡分析大學生不同身體活動強度(高強度、中強度和低強度)與積極心理品質6大維度(認知、人際、情感、公正、節制、超越)之間的關系。結果表明，高強度運動量對人際、公正、認知3 個因素的影響效果最顯著，中等強度運動量對節制、情感、公正3 個因素的影響最有效，可見嚴格遵循身體活動推薦量的大學生其超越品質更高。

研究發現，高強度身體活動對大學生積極心理品質的認知和公正因子影響效果顯著，這與夏祥偉等[18]、胡啟權[19]的研究結果一致。隨著認知神經科學的發展，腦科學研究證明身體活動能夠促進大腦健康發育的神經活動機制和大腦結構功能，從而增強記憶力、提高注意力、改善認知功能等[20]。同時，希爾曼等[21]研究發現，一項為期9 個月的身體活動干預能夠增加注意力資源，從而提高認知功能靈活性。研究表明，認知靈活性在解決問題、情緒調節和促進學習成績方面發揮著重要作用[22]。在積極心理學領域，認知品質也稱作智慧品質。根據以上研究結果，智慧品質較高的學生能夠采取更積極的應對方式克服學習及生活上的困難，特別是在學業中遇到壓力及阻礙時。擁有較強創造力和洞察力的學生，會通過激發其探索未知領域的好奇心不斷地對知識進行深入理解，從而更靈活地解決各種問題。因此，通過高強度身體活動能夠提高學習效率，降低學業倦怠及焦慮。

首先，高強度身體活動對積極心理品質的人際因子影響顯著。體育給大學生提供面對挑戰的機會，使合作成為團體運動項目的一部分。先前研究表明，經常參與團體項目的個體具有更高的內在動機、歸屬感和社會聯系[23-24]。因為團體項目具有高度的社會互動性，從而促進大學生的團隊合作能力以及領導力，使得他們能夠更加公平地對待他人。此外，參與團體項目是一種情感挑戰，團體運動項目與情緒智力之間呈正相關關系[25]，有長期情緒調節行為的個體具有更好的表達情緒以及調節情緒狀態的能力[26]。因此，通過參加高強度的團體運動，能夠激發大學生較高的內在動機和情緒調節能力，有利于促進其他相關積極心理品質的發展。

其次，中等強度身體活動比高強度身體活動更能提高大學生積極心理品質的節制和情感因子。運動強度作為“運動處方”最重要的組成部分之一，對運動堅持的影響顯著，通常參加高強度運動項目的人堅持度較低。當運動強度沒達到換氣閾值、乳酸閾值和血乳酸鹽堆積點的時候，會對人產生積極的情緒影響；相反，當強度超過這些生理閾值之后情感的積極性就會下降，從而產生負面情緒。過去的運動行為及情感反應會影響未來的體育參與[27]。大學生參加高強度身體活動可能會產生消極情緒，從而放棄進行長期體育鍛煉；相反，參加中等強度身體活動能夠產生愉悅情緒，從而促進重復鍛煉行為的產生，養成規律鍛煉習慣。此外，運動堅持能夠促進自我調節能力的提升[28]。因此，參加規律的中等強度身體活動能夠培養大學生的自我調節能力、自律、堅持等積極心理品質。

再次，體育態度同樣影響大學生的積極心理品質，喜歡體育運動的大學生積極心理品質更高，這與楊建文等[29]的研究結果相符合。研究表明，如果人們對某一事物產生積極態度和行為，其主要原因是對事物產生的深刻認識、理解和興趣[30]。在特定的環境條件下人們會產生運動行為，在運動中逐漸形成自己的態度和價值觀念，進而影響自身的運動行為。一方面，體育鍛煉對大學生自尊和自信方面產生一定的促進效果；另一方面，自尊水平對積極情緒又起到間接促進作用[31]。因此，若大學生能有較為積極的體育態度，可能會促使其增加運動量，從而促進積極心理品質水平的提高，進而帶動健康水平的提升。

最后，通過體育與健康課程能夠擴大積極心理品質的培養途徑。其一，不同強度身體活動能夠很好地改善大學生不同的積極心理品質。有研究表明，使用10 周的團隊運動干預，能夠有效提高學生運動員團隊合作能力[32]。因此，可根據大學生不同年齡認知、社會、心理發展的不同特點，有針對性地結合積極心理品質設計教學方案。其二，積極心理品質的培養方案中提到，先以評測為基礎，對個別危機學生進行識別，全面了解大學生積極心理發展現狀。其三，體育與健康課程標準(2022 年版)強調，體育與健康課程內容主要包括基本運動技能、體能、健康教育、專項運動技能，還需增加跨學科主題學習。積極心理品質作為具有道德意味的人格特質，與體育健康課程結合有助于實現體育與德育的交叉融合學習架構。綜上所述，體育健康課程中融入積極心理品質的培養，不僅能全面了解大學生的積極心理發展現狀，還能讓學生了解自己的人格優勢，通過運動方式促進積極品質各因素的健康發展，從而提高學業成績、幸福度，降低壓力及焦慮情緒，預防極端事件發生。

大學階段是青年改善及養成良好積極心理品質至關重要的時期，提供體育活動干預可能是幫助大學生培養積極心理品質的一種方式。整體而言，本研究通過構建深層神經網絡來分析不同強度身體活動量對大學生積極心理品質的影響，較深入地揭示大學生參與中高強度身體活動能夠促進積極心理品質的發展，獲得積極的情感體驗，這些對學生的健康心理形成具有重要影響。此外，本研究采用深度神經網絡模型分析方法，在學習及處理非線性問題上具有較強的優越性。未來研究還要進一步探索身體活動對積極心理品質的影響機制，以及通過不同強度、不同項目體育活動對特定積極心理品質進行干預研究。促進積極心理品質健康發展是培養大學生美德的重要手段，與體育促進健全人格的新課標改革目標不謀而合，建議將積極心理品質培養與體育與健康課程進行有效融合。