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学生课业负担、课外活动与学习成绩之间的关系一直是教育领域的关注点，但是国内以往的研究多局限于政策建议，缺乏相应的定量研究来提供数据支撑。本研究以PISA2012上海地区的数据为基础，通过多水平分析和非线性回归等方法定量考察学校课业负担与学生数学素养成绩之间的关系；同时对课外活动影响学生数学素养成绩的直接效应和跨层级中介效应进行了检验。对课业负担的研究结果表明：在学校水平，数学课堂学习时间对学习成绩存在显著的负向预测效应；家庭作业时间对数学素养成绩存在显著的正向预测效应；在学生水平，家庭作业时间与数学素养成绩呈非线性关系，即家庭作业时间在某一范围内时与数学素养成绩存在正向关系，但并非越多越好。综合两个水平的研究结果，可以得出以下结论：对于目前的学校教学来说，课堂学习时间可能依然过长；家庭作业时间需要得到一定程度的保证，但对具体的学生个体绝对不是越多越好，因此需要针对学生的个体能力差异，采用差异化的课业负担策略。对课外活动的研究结果表明：学校的创造性课外活动和数学课外活动均对数学素养成绩存在显著的正向预测；其中与数学有关的课外活动还会通过学生的学习兴趣对数学素养成绩产生显著的跨层级中介效应。这一结论证为过去的教育理论提供了有力的数据支持。