學齡兒童 24 h活動時間分配和替代與操作智商的關系

中圖分類號：G807.1 文獻標志碼：A 文章編號：1006-7116（2025）04-0144-07

The relationship between 24-hour movement time allocation and substitution and Performance IQ among school-age children

GUO Liang1，LI Tiangeng1，2， ZENG Sai1，’，DENG Xinghua1 （1.School of Physical Education，South China Normal University，Guangzhou 51ooo6，China; 2.Shuanghua Primary School inShuangliu District，Chengdu 6102O7，China; 3.Chencun Town Central Primary School， Foshan 528313， China）

Abstract：A total of221 children were recruited from aprimary school in Guangzhou.Using themethodsof questionnaire survey and anthropometric measurement，data were collected on low-intensity physical activity （LPA）， moderate-to-vigorous physical activity （MVPA），sedentary behavior （SB），and sleep （SLP）of school-age children. Performance IQ was assessed through threeaspects such as picture completion，block design，and object assembly fromthe Chinese Wechsler Intellgence Scale for Children，while related data were analyzed using compositional and isotemporal substitution models，so as to explore the relationship between 24-hour movement behaviors and Performance IQ in school-age children.The results showed that： （1） The proportion of time spent in MVPA was significantlypositivelyassociatedwithpicturecompletion，block design，objectassembly，andtheoverall Performance IQ score; the proportion of LPA time was significantly negatively associated with picture completion and the overall Performance IQ score; the proportion of SB time was significantly negativelyassociated with all three sub tests and the overallPerformance IQ score;and the proportion of SLP time was significantly positively associated with picturecompletion，object asembly，and the overall Performance IQ score.（2） Isotemporal substitution of 15 minutes among various behaviors resulted insignificant changes in predicted Performance IQ scores. However， substituting 15 minutes between MVPA and SLP did not significantly affect picture completion or object assembly scores.The effects ofMVPA substitutions were clearly asymmetric，with Performance IQ scores dropping sharply when MVPA time was reduced by more than 25 minutes.The study suggests that the effective strategies of improving Performance IQ in school-age children should take a holistic view of 24-hour movement behaviors，and preserving existing MVPA time and actively converting SB and LPA time into MVPA or SLP.

Keywords：school-age children；physical activity；sedentary behavior;sleep；Performance IQ

操作智商（PerformanceIQ）作為韋氏兒童智力量表（WISC）的核心維度之一，反映兒童在空間認知、視覺記憶和流體推理的基礎上，通過手眼協(xié)調(diào)解決實際問題的綜合能力-2。大量研究表明，這一基礎認知能力不僅與學齡兒童的學業(yè)表現(xiàn)顯著相關3，還深刻影響其社交互動質(zhì)量及長期發(fā)展軌跡5。學齡階段是兒童操作智商發(fā)展的關鍵窗口期，探索日常行為模式對其發(fā)展影響具有重要的理論和實踐價值7-8。近年來‘ 24h 活動指南\"（24-hour movement guidelines）的提出為兒童行為研究提供整合性視角。該框架將身體活動（physicalactivity，PA）、靜態(tài)行為（sedentarybehavior，SB）與睡眠（sleep，SLP）視為相互關聯(lián)的時間分配系統(tǒng)-]，通過量化全天能量代謝的動態(tài)平衡\"為促進兒童身心健康提供新范式。加拿大、澳大利亞相繼發(fā)布 24h 活動指南用以指導兒童健康行為的養(yǎng)成9-0，并重點強調(diào)3種行為的整體效應。基于 24h 活動行為的整體研究可以為兒童身心健康促進提供更切實可行的依據(jù)。如常振亞等2采用成分數(shù)據(jù)分析法研究 24h 活動行為對兒童體質(zhì)健康的影響，認為采用MVPA替代LPA是提升兒童體質(zhì)健康水平的有效方法。而胥祉涵等3則對 24h 活動行為對兒童執(zhí)行功能的影響進行研究，認為幼兒園、家長應重視兒童 24h 活動時間的整體效應。

現(xiàn)有研究對兒童體質(zhì)健康、執(zhí)行功能等方面進行24h 活動行為的整體分析[12-13]，并提出通過 24h 活動時間的合理分配和等時替代提高兒童體質(zhì)健康和執(zhí)行功能的具體建議，但目前缺乏兒童智力發(fā)展方面的 24h 活動行為整體效應研究。當前兒童智力發(fā)展方面的研究仍停留在單一活動行為的孤立考察，如Lee等采用《韋氏兒童智力量表》修訂版對兒童言語智商、操作智商以及全智商進行調(diào)查并分析睡眠時長與兒童智商的關系，發(fā)現(xiàn)睡眠時長與兒童各類智商均存在顯著相關。Mateo等14對學齡兒童認知功能、智商和運動的關系進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)經(jīng)常參加運動的兒童表現(xiàn)出更高的運動能力和智商。可以看出，當前兒童智商發(fā)展方面的研究忽視 24h 活動行為的整體性。基于以上問題，本研究采用成分數(shù)據(jù)分析法系統(tǒng)考察學齡兒童 24h 活動時間分配及等時替代與操作智商的關聯(lián)機制，以期為優(yōu)化學齡兒童日常行為干預方案、提升操作智商發(fā)展水平提供實證依據(jù)。依據(jù)前人相關研究成果，本研究假設 24h 活動時間分配與操作智商總分及其各分類測試存在顯著相關，并且各成分間的等時替代會對操作智商總分及其各分類測試產(chǎn)生顯著影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

基于便利抽樣原則在廣州市某小學分兩次招募3～6年級學生265名，納入標準為智力正常、生理和心理無明顯疾病的健康學齡兒童。本研究獲得所在高校研究倫理委員會的認證，課題組承諾保障學生的數(shù)據(jù)安全和隨時退出權利，所有學生家長簽署知情同意書和儀器保管承諾書。由于自愿退出、佩戴時間不足等原因，最終獲取有效樣本221名，男、女生分別為119（53.8%） 、102人 （46.2%） ，3、4、5、6年級分別為73（33.0%） ！ 51（23.1%） 、 58（26.2% ）、 39（17.6%） 人。選取高年級小學生作為調(diào)查對象主要基于以下兩方面原因：（1）加速度計設備價格昂貴且在進行水性活動時需要摘下，為避免設備丟失和損壞；（2）1～2年級的學生理解能力較弱，問卷調(diào)查及操作智商測試會存在較大誤差。抽樣方法和樣本數(shù)量滿足成分數(shù)據(jù)分析的相關要求[13，15]

1.2 研究方法

1）人口學信息調(diào)查。

通過問卷向?qū)W齡兒童家長調(diào)查學齡兒童性別、年齡、家庭社會經(jīng)濟水平（家長學歷、家庭月收入）等人口學信息。根據(jù)前人研究分類方法[12：15并結合本研究的實際情況，將家長學歷分為“高中、中專及以下”“本科、大專”“研究生”3個類別，將家庭月收入以5000 、10000、20000元為臨界點分為4個等級。

2）24h 活動行為測量。

采用ActiGraphwGT3X-BT三軸加速度計（ActiGraph，Pensacola，F(xiàn)L，USA）測量受試者連續(xù)7天的 24h 活動行為。要求受試者將加速度計佩戴于右側(cè)髂嵴上部，除游泳和洗澡等涉水情況外保證每天 24h 連續(xù)佩戴，并且將涉水情況取下的時間和內(nèi)容以及每天的SLP時間都記錄在行為日志中。以每天不少于 16h 佩戴時間為1個有效日，一周至少佩戴3個有效日（2個上學日 +1 個周末日）為有效數(shù)據(jù)[。運用ActiLife6.13.3配套軟件對加速度計數(shù)據(jù)進行分析，以15s的時間間隔（epoch）分析PA 和 SB 數(shù)據(jù)[。根據(jù) Evenson等提出的兒童身體活動強度分類標準，進一步識別LPA、MPA、VPA和SB。以6Os時間間隔分析SLP數(shù)據(jù)，根據(jù)Barreria等8提出的睡眠算法，結合行為日志中的睡眠數(shù)據(jù)手動劃分入睡與起床的時間節(jié)點，該方法可自動識別并剔除睡眠過程中的清醒時間，從而計算全天睡眠時長。

3）操作智商測試。

選擇《中國-韋氏兒童智力量表》（C-WISC）第四版中操作智商部分[19-20]對受試者進行測試。該工具最早由美國心理學家韋克斯勒（D.Wechsler）制定，是世界上應用最廣泛的兒童智力測量工具之—[2，2I]。龔耀先[]和張厚粲2等先后對其進行中國化改編，使其更適合中國兒童的發(fā)展特點，具有較好的信度和效度[9-20]。本研究選擇填圖、積木和圖形拼湊三合一簡式測試構成操作智商822]。具體測試內(nèi)容：（1）填圖測試。每項限時 20s ，每正確回答1題記1分，最高20分。（2）積木測試。圖案1～3項：第1次測試通過記2分，第2次測試通過記1分；圖案4～5項：在時限內(nèi)正確完成記2分；圖案6～8項：在時限內(nèi)正確完成記3分；圖案9～11項：在時限內(nèi)正確完成記4分；部分正確或不完全正確均不記分，在時限內(nèi)提前完成另有加分，最高51分。（3）圖形拼湊。在時限內(nèi)完成的接點均可記分，每正確完成一個接點記1分，3～8項提前正確完成另有加分，最高分52分。

依據(jù)以上規(guī)則對填圖、積木、圖形拼湊3項測試進行評分，得出各項目粗分，然后將粗分換算成量表分，3項測試量表分代入公式計算即為操作智商總分（PIQ）18， 20]

PIQ=s₁×a₁+s₂×a₂+s₃×a₃+b

其中： s₁ 表示填圖測驗量表分， s₂ 表示積木測驗量表分， s₃ 表示拼湊測驗量表分， a ！ b 值找對應的年齡組和項目組數(shù)值代入。

4）數(shù)理統(tǒng)計。

按照 24h 活動成分數(shù)據(jù)分析的相關要求，采用R軟件（3.6.1）中的“compositions”包對數(shù)據(jù)進行整理與分析，所有模型均調(diào)整性別、年齡、BMI和家庭社會經(jīng)濟水平[12-3]。（1）對獲取的 24h 活動行為數(shù)據(jù)進行等距對數(shù)比轉(zhuǎn)換（isometric log ratio transformation，ILR），消除成分數(shù)據(jù)之間的多重共線性問題。（2計算每種行為時間的成分幾何均值以及在 24h 的占比來反映各行為數(shù)據(jù)的集中趨勢，計算成對對數(shù)比方差矩陣來反映成分數(shù)據(jù)間的離散程度。（3）以ILR數(shù)據(jù)為自變量，以操作智商及其各分類指標為因變量，構建成分多元線性回歸模型，分析每種行為的時間分配與操作智商及其各分類指標之間的關系。（4）以 15min 作為等時替代的時間單位建立成分等時替代效應模型[13，i5]，分析各行為之間的等時替代對操作智商的影響。 （5）以 5min 為增量單位[15]，繪制兩兩行為間等時替代 -50min 到50min 對操作智商的預期影響，從而反映其“劑量-效應\"關系。所有統(tǒng)計分析的顯著性水平設為 P?0.05 0

2 結果與分析

2.1受試者基本信息

表1顯示參與本次調(diào)查學齡兒童的主要信息。另外，學齡兒童 24h 活動行為中LPA、MVPA、SB和SLP時間算術均數(shù)及比例分別為 331.41（23.01%） 人63.09（4.38%） 、 486.96（33.82%） ！ 558.5（38.79%）min n，成分幾何均數(shù)及比例分別為 324.44（22.83%） 廣58.26（4.10%） 、 481.05（33.85%） 小 557.51（39.23%） min。參與調(diào)查學齡兒童家長學歷為“高中、中專及以下”63人 （28.5%） ，“本科、大專”119人 （53.8%） ，“研究生”39人 （17.6%） 。家庭月收人5000元及以下14人 （6.3%） 5001～10000 元51人 （23.1%） ， 10001～20000 元84人（38.0%） ，20000元以上72人 （32.6%） 。

表1參與調(diào)查學齡兒童的基本情況

成分數(shù)據(jù)的變異矩陣可以有效反映各成分之間的獨立性以及相互轉(zhuǎn)換難易程度。本研究中 24h 活動行為各成分數(shù)據(jù)變異矩陣結果顯示，SLP與SB（0.035）、LPA（0.053）時間之間的對數(shù)比方差都比較小，說明兩對行為之間的關聯(lián)程度最高，最容易發(fā)生轉(zhuǎn)換。而MVPA與其他行為時間之間的對數(shù)比方差都比較大，說明MVPA與其他行為之間的差異性較大，說明MVPA時間分布更為獨立。

2.2學齡兒童 活動時間分配與操作智商的關系

控制年齡、性別、BMI和家庭社會經(jīng)濟水平后，以等距對數(shù)比轉(zhuǎn)換后的 24h 活動行為（LPA、MVPA、SB和SLP）為自變量，以填圖測試、積木測試、圖形拼湊測試和操作智商總分為因變量，進行成分數(shù)據(jù)多元線性回歸分析。結果顯示（見表2），所構建的4個多元線性回歸模型均具有顯著性，即 24h 活動時間分配與填圖測試、積木測試、圖形拼湊測試和操作智商總分均顯著相關。相對于 24h 活動的其他行為，MVPA時間占比與填圖測試、積木測試、圖形拼湊測試和操作智商總分均顯著相關，SB時間占比與填圖測試、積木測試、圖形拼湊測試和操作智商總分均顯著負相關，SLP時間占比與填圖測試、圖形拼湊測試和操作智商總分均顯著相關，LPA時間占比與填圖測試和操作智商總分均顯著負相關。

表224h活動行為與操作智商的成分線性回歸結果

1）β表示某一活動行為相對其他行為變化對因變量的影響

2.3學齡兒童 活動行為等時替代對操作智商的預期影響

本研究以 15min 為等時替代時間單位，分析 24h 活動行為間的等時替代對操作智商的預期影響。結果顯示（見表3），在控制年齡、性別、BMI和家庭社會經(jīng)濟水平后，用 15min 的MVPA替代LPA、SB和SLP，填圖測試分別顯著增加0.39（LPA）、0.56（SB）個單位，SLP無顯著變化，反之則分別顯著減少0.47（LPA）、0.64（LPA），SLP仍然無顯著變化。用 15min 的MVPA替代LPA、SB和SLP，積木測試分別顯著增加0.54、0.72、0.45個單位，反之則分別顯著減少0.70、0.87、0.61個單位。用 15min 的MVPA替代LPA、SB和SLP，圖形拼湊測試分別顯著增加0.28（LPA）、0.40（SB）個單位，SLP無顯著變化，反之則分別顯著減少0.34（LPA）、0.46（LPA），SLP仍然無顯著變化。用 15min 的MVPA替代LPA、SB和SLP，操作智商總分分別顯著增加2.20、3.01、1.16個單位，反之則分別顯著減少2.76、3.56、1.76個單位。

表3 活動行為 15min 等時替代與操作智商各維度得分預測值變化

1）Plt;0.05

2.4學齡兒童 活動行為等時替代與操作智商的“劑量-效應”關系

基于 24h 活動行為的時間分配和等時替代對操作智商的顯著效應，本研究以 5min 為1次增量，持續(xù)時間至 50min ，進一步分析不同活動行為之間的替代與操作智商總分之間的“劑量-效應”關系。結果顯示（見圖1）：MVPA替代SB、SLP替代SB、MVPA替代LPA操作智商總分上升趨勢最為明顯，而SB、LPA和SLP替代MVPA操作智商總分下降趨勢最為明顯，特別是在 25min 以后操作智商總分會急劇下降。MVPA替代其他行為時間的效應具有明顯的不對稱性，即MVPA時間替代其他行為對操作智商總分的提升效應低于其他行為時間替代MVPA的降低效應。LPA替代SLP和SB時操作智商的效應相對較低。

3 討論

兒童活動行為在其操作智商發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，本研究基于 24h 活動時間的“定和約束”特征，運用成分數(shù)據(jù)分析法探討學齡兒童 24h 活動時間的分配和替代與操作智商的關系，不但揭示MVPA、LPA、SB和SLP之間的相對變化與操作智商總分及其分類測試的關系，而且分析MVPA、LPA、SB和SLP之間的相互替代對操作智商及其分類測試的預期影響。

智商在兒童成長發(fā)展中發(fā)揮著重要作用3-，學齡兒童智商促進受到家庭、學校和社會的普遍關注。學齡兒童智商的發(fā)展與年齡、性別、發(fā)育程度、家庭環(huán)境以及日常行為都有密切關系[7-8。近年來，兒童日常行為研究中出現(xiàn)的‘ ^?24h 活動指南”明確給出兒童LPA、MVPA、SB和SLP4個方面的健康行為養(yǎng)成規(guī)律，被認為是促進兒童智商的重要依據(jù)9-]。前人已經(jīng)對PA、SB和SLP在兒童智商發(fā)展中的獨立作用進行初步研究，如Lee等采用《韋氏兒童智力量表》修訂版對兒童言語智商、操作智商以及全智商進行調(diào)查，并分析睡眠時長與兒童智商的關系，發(fā)現(xiàn)睡眠時長與兒童各類智商均存在顯著相關，研究還揭示其中的性別差異。Mateo等[4對學齡兒童認知功能、智商和運動的關系進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)學齡兒童運動能力與智商存在顯著相關，并且經(jīng)常參加運動的兒童表現(xiàn)出更高的運動能力和智商。Schnermann 等對兒童青少年健康飲食、中高強度身體活動、靜態(tài)行為和睡眠等生活方式與流體智商的關系進行研究，發(fā)現(xiàn)生活方式得分與流體智商存在顯著關聯(lián)，并特別強調(diào)過多的靜態(tài)行為與較低的流體智商的密切關系。可以看出，這些前人研究大多分析PA、SB和SLP與兒童智商之間的單獨聯(lián)系，而 24h 活動行為作為一個整體，各成分之間的內(nèi)在關系密切，對某一成分的獨立研究或簡單的得分疊加并不能全面反映各行為與兒童智商的確切關系。為了系統(tǒng)研究學齡兒童 24h 活動行為與操作智商的關系，本研究納入年齡、性別、BMI和家庭社會經(jīng)濟水平作為控制變量，并且采用成分數(shù)據(jù)分析法來解決傳統(tǒng)統(tǒng)計方法可能產(chǎn)生的共線性和偽相關等問題。本研究共構建了填圖、積木、圖形拼湊和操作智商總分4個分配模型，均具有顯著性，且在操作智商總分模型中，MVPA、LPA、SB和SLP的時間占比對兒童操作智商均具有顯著影響。

睡眠（SLP是兒童智商促進研究中較早關注的因素。前人研究顯示，SLP時長與兒童言語智商、操作智商以及全智商均存在關聯(lián)[7-8，本研究則進一步揭示SLP時間占比與學齡兒童操作智商及其分類測試的顯著相關關系，這可能與良好的SLP提高學齡兒童專注力、視覺空間記憶和任務處理速度[23-24]有關。SB是近年來兒童健康促進研究中重點關注的危害因素，過多的SB尤其是長時間的視屏行為除了會導致學齡兒童專注力下降外[25-26]，還會減少其參與空間認知活動的機會并影響視覺空間技能2，這可能是導致本研究中SB時間占比與學齡兒童操作智商及其分類測試均顯著負相關的原因，該結果進一步強調(diào)防控學齡兒童SB的重要性。身體活動對兒童早期發(fā)展的促進作用已被大量文獻證實，并且MVPA的效益優(yōu)于LPA[28-29]。MVPA可以更好地促進大腦血液流動，增加大腦的氧氣和養(yǎng)分供應[4，縮短反應時間，增強選擇性注意力和長期記憶能力[15，25]，從而有助于認知發(fā)展和視覺整合能力的提升[30-31]，這可能是本研究中 MVPA時間占比與學齡兒童操作智商及其分類測試均顯著相關的原因。而LPA時間占比與填圖和操作智商總分顯著負相關，與前人 24h 活動行為成分數(shù)據(jù)在兒童認知發(fā)展方面的研究結果相似[13，15]，這可能與過多的LPA時間占比擠壓MVPA和SLP時間有關2。結合成分數(shù)據(jù)的對數(shù)比方差矩陣分析結果，LPA與SLP時間的差異性最小，將LPA向SLP轉(zhuǎn)化可能是提高學齡兒童操作智商較為可行的路徑。

為進一步探究 24h 活動行為各成分間相互轉(zhuǎn)化對學齡兒童操作智商的預期影響，本研究采用等時替代模型進行進一步分析。發(fā)現(xiàn)各成分之間的 15min 等時替代，操作智商總分預測值變化都具有顯著性差異，填圖、積木和圖形拼湊3個分類測試的預測值變化也大都表現(xiàn)出顯著性差異，進一步證明 24h 活動行為各成分在學齡兒童操作智商促進中所發(fā)揮的不同作用。而在填圖和圖形拼湊等時替代模型中，MVPA和SLP之間 15min 的等時替代并未表現(xiàn)出預期結果的顯著變化，這提示兩個積極因素之間相互轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的操作智商提升效益可能不如用積極因素替代消極因素。而且24h 活動行為等時替代的“劑量-效應”關系結果中發(fā)現(xiàn)，MVPA替代SB、SLP替代SB、MVPA替代LPA操作智商總分上升趨勢最為明顯，進一步印證這一點。所以，在實際操作中家庭、學校及學齡兒童個人應共同努力減少學齡兒童SB和LPA時間，適當增加MVPA和SLP時間，從而實現(xiàn)積極因素對消極因素的時間替代。

另外，本研究 24h 活動行為等時替代的“劑量-效應”關系分析顯示MVPA替代其他行為時間的效應具有明顯的不對稱性，即MVPA時間替代其他行為對操作智商總分的提升效應低于其他行為時間替代MVPA的降低效應。前人基于成分數(shù)據(jù)分析法的 24h 活動行為研究中也發(fā)現(xiàn)MVPA等時替代效應的不對稱性[13，32]，這可能與 24h 活動行為各成分之間的占比差異較大有關3。本研究中學齡兒童LPA、MVPA、SB和SLP時間算術均數(shù)及比例分別為 331.41（23.01%） 小63.09（4.38%） 、 486.96（33.82%） 、 558.5（38.79%） min，MVPA占比最低，采用相同時間的相互替代對MVPA的影響最大。另外，本研究發(fā)現(xiàn)其他3種行為替代MVPA操作智商總分下降趨勢都比較明顯，特別是在25min 以后操作智商總分會急劇下降，說明MVPA等時替代與操作智商的“劑量-效應”關系不是線性的，存在1個‘ ^?25min^? ”臨界點。以上結果提示，即使不能有效增加學齡兒童MVPA時間，保障現(xiàn)有的MVPA時間對發(fā)展學齡兒童操作智商也尤為關鍵。

本研究采用成分數(shù)據(jù)分析法系統(tǒng)探討 24h 活動行為與學齡兒童操作智商之間的關系，是兒童智商發(fā)展研究的一次創(chuàng)新探索，但仍存在一定的局限性。首先，本研究為橫斷面調(diào)查，不能充分驗證各行為影響學齡兒童操作智商的因果關系，研究中的時間分配和等時替代結果需要通過干預實驗進一步驗證。其次，本研究選取一所城市小學的高年級學生進行調(diào)查，研究結果可能只在相關群體范圍內(nèi)適用，未來期待通過更大樣本的調(diào)查分析擴展研究結論的適用范圍，為促進我國學齡兒童智商發(fā)展提供科學依據(jù)。

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