基于主成分分析的体能锻炼对学生体能素质的影响研究

刘 涛

(安徽中医药大学 体育健康学院，安徽 合肥 230012)

学生体质健康问题是各校体育工作最困扰的问题，如何在体育训练中更好地促进学生的体能素质，提高体质健康水平是各校体育教学不可回避的问题[1]。通过对体育运动的发展状况和体能锻炼对学生体质健康的影响及对策研究，了解体能锻炼对学生体质的具体影响，为构建适合我国学校特点和可行性的体能锻炼内容框架体系提供理论参考，对促进体能锻炼在我国校园中的普及和发展，丰富校园文化生活具有重要意义[2]。据研究，生活方式对学生体质健康具有直接影响，包括身体活动、饮食习惯、作息习惯和电子产品等[3]。其中，身体活动方式的选择对学生柔韧性、肌肉力量、耐力等素质水平的改变有积极作用[4]。目前，关于体能锻炼对学生体质健康的影响研究，一般为单一化的专项素质锻炼方法研究[5]。比如，梁兴悦等人通过聚组训练方式减少动作间的疲劳积累，从而提升学生力量素质[6]。郑治灵利用分期力量训练方式提供体育特长生的耐力素质[7]。然而，单一化的体育素质提升方式不一定利于学生健康。陈庆果等人发现专门性拉伸练习提升柔韧素质与运动损伤风险呈“U”型关系[8]。本文以100名在校学生为研究对象，分成实验组(综合性锻炼)和对照组(专项锻炼)，通过统计学分析方法(描述统计、独立样本t检验和主成分分析等)对锻炼前后学生的体能素质进行分析，为全面提高学生体质健康水平提供新思路。

一、研究对象与方法

1.研究对象

选取某小学学段高年级(5、6年级)在校学生100人(男、女各50人)，研究对象年龄段10～12岁，平均年龄为11.30±0.82岁，平均身高为133.64±3.73cm，平均体重为31.10±1.69kg。具体实验人数情况为实验组样本量为50人(25男、25女)，对照组样本量为50人(25男、25女)。参与测试的研究对象均为自愿参加，身体健康无异常。

2.研究方法

(1)文献资料法

通过借阅图书馆电子资料收集相关数据资源，以“体能素质”“体能锻炼”“体质健康”等为关键词在中国知网数据库查询相关文献资料，充分了解与体能测试、锻炼相关的知识，为建立实验方法和方案提供理论基础。

(2)实验法

①实验步骤

随机抽取男生和女生各50人作为实验对象，将其分为实验组、对照组，进行为期3个月的实验。在锻炼第1周对100名学生进行《国家学生体质健康标准》测试，获得每个学生每一项指标的数据，再对实验组外加3个月的体能锻炼，其练习时间为每天35分钟。

②体能锻炼方案

实验班：开始部分(10min)：动态热身操，跟着音乐伴奏做热身操，共4×8节。基本部分(20min)：每一次体能环的变动时间为1分钟。首先，把体能环放在身体前方，前后一米六、左右两米间隔的两竖排，两脚自然站立，身体重心降低在两脚之间。一分钟一个组合(个人体能)，每个组合包括前前后后、进进出出、蝎子摆尾、半蹲、上步吸腿、立卧撑跳。其次，小组长收起五个体能环摆成直线，第一个体能环离第二个体能环两米，第二到第五个紧密相连摆放，五个人一排。最后，依次进行到第二个体能环，起身跑过第一个体能环可再折返回来。组合体能，一分钟两组，组合内容包括：爬行，四肢同时触地支撑，双手支撑与第五个体能环一侧开始，双手交替依次爬过每一个体能环，双脚随之交替前行，始终保持转胯。依次进行到第二个体能环，起身跑过第一个体能环可再折返回来。俯卧横向行：以俯卧撑姿式起始，双手置于同一个体能环内，左手与右手前交叉，落入下一个体能环内，双脚顺势跟进，与前行节奏保持一致，依次进行到第二个体能环，起身跑过第一个体能环可再折返回来。单脚跳、后蹬跑、双脚跳、开合跳，一二两排共十人一组，两排的组长把体能环弄成一个圆，人也围成一个圆。一分钟一个组合，组合内容包括：跑、一外一内、单腿平衡。放松部分(5min)：静态拉伸。

对照班：采用传统的专项体测项目进行训练，训练时长为35min，包括50×8米折返跑训练(10min)、仰卧起坐专项训练(5min)、绕100米大圈匀速散步(25min)。

③测试指标

测试指标选取《国家学生体质健康标准(2014修订)》中的指标：身体形态(身高、体重)、身体机能(肺活量)、速度素质(50米跑)、柔韧性素质(坐位体前屈)、核心力量素质(仰卧起坐)、耐力素质(50×8米折返跑)、灵敏素质(跳绳)和协调能力(外加单腿平衡)项目。测试的方法依照《国家学生体质健康标准(2014修订)》进行。

(3)数理统计法

利用Excel 2007将实验前后的数据结果进行整理和归纳，采用描述统计、独立样本t检验和主成分分析等统计方法分析各个测试指标的结果，最后运用Origin 8.0采用图形和表格方式直观简明地反映数据的基本特征。

二、结果与分析

1.实验前后数据分析

根据表1数据表明，实验组身高锻炼前测数据M±SD=130.36±9.242相比锻炼后测数据132.32±9.277，t=10.347，p<0.01，存在差异非常显著；对照组身高锻炼前测数据136.92±10.348相比锻炼后测数据137.77±10.510，t=3.367，p=0.001<0.01，同样存在差异非常显著，且身高增幅实验组比对照组大。实验组体重锻炼前测数据28.51±6.796相比锻炼后测数据29.94±6.443，t=7.140，p<0.01，存在差异非常显著；对照组体重锻炼前测数据33.68±8.927相比锻炼后测数据34.25±8.854，t=2.036，p=0.047<0.05，同样存在差异显著，说明通过实验期间实验组和对照组体重都有显著增长，实验组比对照组的增幅更快，且体重增幅实验组比对照组大，通过实验组和对照组的对比说明在进行体能锻炼的情况下体重增幅速度更快，属于有益影响。实验组肺活量指数锻炼前为1458.36±762.971相比锻炼后测数据1824.92±667.411，t=7.117，p<0.01，存在差异非常显著。对照组肺活量指数锻炼前测数据1577.82±479.039相比锻炼后测数据1688.54±477.293，t=6.050，p<0.01，同样存在差异非常显著，且肺活量指数增幅实验组比对照组大，说明体能锻炼促进心肺功能加强，使血液循环加快，新陈代谢加强，属于体能锻炼对人的有益影响。通过测试坐位体前屈发现实验组柔韧素质锻炼前测数据7.38±4.131相比锻炼后测数据8.66±3.392，t=7.673，p<0.01，存在差异非常显著；对照组柔韧素质锻炼前测数据8.00±8.53相比锻炼后测数据8.53±5.089，t=3.005，p=0.04<0.05，同样存在差异显著；且坐位体前屈增幅实验组(8.66-7.38=1.28)比对照组(8.53-8=0.53)快。跳绳数量为柔韧素质测试项目的指标，实验组跳绳锻炼前测数据102.98±32.058相比锻炼后测数据117.56±30.757，t=12.129，p<0.01，存在差异非常显著；对照组跳绳锻炼前测数据111.04±36.557相比锻炼后测数据114.46±35.075，t=2.056，p=0.045<0.05，同样存在差异显著。从数据中分析实验组和对照组变化的情况来看，对照组前后测数据提升的空间不大，跳绳除了能提高协调性以外，也提高了灵敏性、耐力等。实验组在进行体能锻炼的同时，还配合几种跳绳动作技能的学习，而跳绳实验组提升幅度很大，具有提高协调灵敏性跟动作技术掌握多重作用，说明体能锻炼能使协调性和灵敏性更快地提高。

表1 实验前后数据的比较

通过测试50×8m的速度检验耐力素质，如表1所示，实验组50×8m锻炼前测数据2.27±0.299相比锻炼后测数据2.23±0.298，t=-6.331，p<0.05，存在差异非常显著；对照组50×8m锻炼前测数据2.20±0.323相比锻炼后测数据2.10±0.306，t=-3.161，p=0.005<0.05，同时存在差异非常显著，且50×8m增幅对比，实验组比对照组大。通过测试50m速度素质项目发现，实验组50m锻炼前测数据10.48±1.068相比锻炼后测数据10.38±1.012，t=-7.660，p<0.05，存在差异非常显著；对照组50m锻炼前测数据9.87±0.894相比锻炼后测数据9.71±0.902，t=-2.029，p=0.04<0.05同样存在差异显著，且50m增幅实验组比对照组快。实验数据分析表明，整体来看速度素质上升相对缓慢，对照组在自然生长方面基本都没有什么提高，虽然实验组在体能锻炼下有促进速度素质的提高，但是提高的幅度也不大。通过测试单腿平衡项目，发现实验组单腿平衡锻炼前测数据10.33±4.134相比锻炼后测数据18.11±5.887，t=20.940，p<0.01，存在差异非常显著；对照组单腿平衡锻炼前测数据9.82±3.932相比锻炼后测数据12.72±3.826，t=19.134，p<0.01同样存在差异非常显著，且单腿平衡增幅实验组比对照组大，实验说明体能锻炼能促进平衡性发展。通过测试仰卧起坐力量素质项目，表明实验组仰卧起坐锻炼前测数据23.07±10.321相比锻炼后测数据26.47±9.370，t=9.220，p<0.01，存在差异非常显著；对照组单足站立锻炼前测数据9.82±3.932相比锻炼后测数据24.61±25.59，t=3.304，p=0.02<0.05同样存在差异显著，且仰卧起坐增幅实验组比对照组大，实验说明经过3个月的体能锻炼对学生的力量素质具有很大的帮助。

2.主成分分析

通过对各个体能素质指标进行主成分分析，结果如表2所示。

表2 主成分分析的总变量

通过计算累计方差贡献率发现，当主成分数为2时，累计方差贡献率为99.581%，高于一般用于确定主成分数的阈值85%。所以，当主成分数为2时，综合了体能测试结果的大部分信息。

为分析不同主成分中主要指标关系，分别对第一主成分PC1和第二主成分PC2进行载荷矩阵旋转处理，结果如表3所示。

表3 各组成的载荷矩阵结果

从表3可以看出，在第一主成分中主要综合了肺活量、坐位体前屈数、耐力跑速度(50×8m速度)、50m速度、单腿平衡时间、跳绳个数和仰卧起坐数的信息，PC1可命名为活性素质因子。当PC1越大时活性素质因子参数越大。而第二主成分PC2主要综合了身高、体重、肺活量的信息，可以命名为惰性素质因子，当PC2越大时，惰性素质因子参数越大。分别以2个主成分的贡献率为权重，构建主成分综合评价模型：PC=0.6507PC1+0.3451PC2，其中PC为样本的综合得分，结合测试结果计算得到实验组的综合得分为1.64，对照组的综合得分为1.13，说明对照组样本的速度、力量、耐力、协调、灵敏、柔韧等各项身体素质比实验组更好。

三、结论

通过对实验组前后和对照组前后两次进行体能测试得到的数据进行统计、处理、对比和分析得出以下结论。首先，实验结果验证了实验假设的有效性。体能锻炼对进行实验的学生各项身体素质都产生了正向的影响。速度、力量、耐力、协调、灵敏、柔韧等各项身体素质测试指标反映出的体能都有所提高，且各项体质提升幅度远远超过对照组。因为实验只针对不同年级学生群体采用随机抽取的方式，所以实验结果具有一定的普及性。因此，通过科学合理连续有效的体能锻炼有利于学生的体质健康。学校加强体能锻炼的宣传教育，使学生积极参加体能锻炼；加大体育经费方面投入，加大体育场馆设施的建设力度；加强学校实施“课间操”，提高学生自觉参加体能锻炼的意识。