“陽光體育”運動背景下學生體質信息分析管理軟件的設計與實現

鮑 勇,金宗強,趙培軍

1.山東農業大學體育與藝術學院,山東 泰安 271018

2.天津體育學院,天津 300381

“陽光體育”運動是加強我國青少年體育鍛煉、增強學生體質、強化素質教育的重要戰略舉措。各級各類學校都在積極貫徹“健康第一”的現代健康理念，全面實施國家制定的《學生體質健康標準》，組織豐富多彩的課外鍛煉。學校在組織課外鍛煉中利用各種體質健康測試儀器對學生體質進行測試工作，體育教師根據測試數據和《國家學生體質健康標準》對學生的體質健康狀況進行評價，并根據評價結果提出一套學生最佳的、科學的課外鍛煉方法，以達到《國家學生體質健康標準》要求。在上述過程中，僅靠體育教師本人一個個的對學生進行評價和“開處方”，相當麻煩，工作量很大，而且不規范。因此，本課題選擇使用Visual Basic.NET作為系統的開發工具，開發出一套學生體質信息分析管理軟件，旨在為“陽光體育”運動的開展，提供科學化、信息化、規范化地服務。

1 學生體質信息分析管理軟件系統的設計基礎

1.1 建立學生體質評價體系

1.1.1 建立學生體質單項指標評分標準 按照《國家學生體質健康標準》，采用百分位數法分別建立男女學生評分標準——單項指標評分表，指標值定為從0～100分；并將《國家學生體質健康標準》的測試項目規定相應的權重值βi，各測試項目的權重βi（表1）。

1.1.2 建立學生體質綜合評分標準 將學生測試的單項指標加權得分相加求和，得到其體質綜合得分，計算公式為：

公式中ni表示各單項指標的得分，βi表示各單項指標的權重。

表1 學生體質健康標準權重系數Table 1 Weight coefficient of students'physical fitness standard

1.1.3 建立學生體質等級評價標準 用百分位數法重新對《國家學生體質健康標準》進行五等評價，大于90%為上等，75%～90%為中上等，25%～75%為中等，10%～25%為中下等，10%為下等；在獲得學生體質單項指標得分和綜合得分基礎上，對照等級標準，即可得到學生體質等級評價。

1.2 建立學生體質診斷方法與標準

1.2.1 建立學生體質態勢診斷方法與標準 依據鐘添發《運動員競技能力模型與選材標準》構建的優秀運動員競技能力結構模型理論，采用雷達分析法實現學生體質態勢的個體化分析[1]。找出優勢指標臨界值與劣勢指標的臨界值；優勢指標臨界值半徑的大小可采用《國家學生體質健康標準》的指標平均值+標準差（即M+std）表示，劣勢指標臨界值半徑的大小可采用《國家學生體質健康標準》的指標平均值-標準差（即M-std）表示；創建每一位學生的雷達圖，對雷達圖進行研究分析，即可得到其單項指標的優劣之判別。

1.2.2 建立學生體質差距診斷方法與標準 首先建立“體質目標挑戰模型值M”，它是根據《國家學生體質健康標準》中，各項指標測試成績前10%的平均值，是構成學生體質各有效指標最優集合體，體現了在一段時間內對學生體質發展的最高期望值。再計算距離目標模型值M的差距系數CX，差距系數CX=權重βi×（模型值-實際測試值）÷模型值×100[2]；通過公式得出每名學生的差距系數CX；根據對指標差距系數CX大小的排序，診斷出每名學生各項指標存在的個體差異，進而為其提供個性化、科學化的運動處方提供依據。

1.3 建立系統數據庫

數據庫設計是系統設計階段的重要環節，數據庫的設計是否滿足系統需求，是否符合系統功能將直接影響整個系統開發的進程和成敗[3]。本系統采用Access進行數據庫設計，共設有男生測試指標及成績表、女生測試指標及成績表等29個數據表，用于存放測試的基礎數據、評價指標、分析結果和運動處方等內容(圖1)。

運動處方數據庫地建立是通過對學生經常參加的體育鍛煉項目問卷調查和專家認為哪些運動項目對學生具有顯著鍛煉效果進行選擇，將選擇結果列入運動處方數據庫。數據庫內容包括：運動方式、運動強度、運動頻率和運動持續時間。運動方式是運動處方的主要內容，是根據學生的體質、愛好和場地、器械的不同，提供的多種可供選擇的運動形式；運動強度主要是指運動時人體所承受的生理負荷，控制運動強度的常用指標包括心率、最大攝氧量、血紅蛋白等指標，由于心率采集較為方便，優先采用心率指標，推薦心率指標為最大心率的70%～90%之內，最大心率按20年齡進行計算[4]。運動頻率是指練習者每周的鍛煉次數，根據學生個人體質狀況、運動方式和運動強度的不同，推薦不同的運動頻率，每周不少于2次。運動持續時間是指用于主要運動內容上的時間，不包括準備活動時間及放松活動時間；根據運動項目的、運動強度以及學生個人體質的不同進行確定，一般為40～60 min。

圖1 系統數據表Fig.1 System data table

2 學生體質信息分析管理軟件系統的設計與實現

“陽光體育”運動學生體質信息分析管理軟件系統采用Visual Basic.NET和Access作為系統的開發工具，用Turbo-prolog人工智能語言進行知識推理過程的編程，用BASIC語言進行各模塊間聯系及解釋接口的編程，后臺數據擬采用Access保存采用數據。其包括：基礎數據維護模塊、評價與診斷模塊、結論與建議模塊、系統維護模塊，且每個功能模塊中又設有多個子模塊。基礎數據維護模塊主要包括男生測試數據錄入與女生測試數據錄入兩個子模塊，點擊“男生測試數據錄入”命令，在彈出的對話框中，單擊【添加數據】按鈕，即可進行相關數據的錄入。在完成數據錄入后，還可以對數據進行修改、刪除等操作。

評價與診斷模塊系統的基石，它的設計關系影響整個系統的開發與運行，它含有評分評價、等級評價、總體態勢診斷、個體態勢診斷、差距診斷（圖2）。

結論與建議模塊儲存著處理運動處方問題時所使用的有關知識，它與推理機制密切配合，是系統開發地重中之重，該模塊主要包括個體體質分析報告和個體運動處方兩個子模塊如圖（圖3）。個體體質分析報告，根據測試的數據及評價指標，給出個人體質的綜合評價；個體運動處方，根據測試數據及自身的實際情況，開具個性化的運動處方，系統提供了多個處方供用戶選擇。

圖2 評價與診斷模塊Fig.2 Evaluation and diagnosis module

圖3 結論與建議模塊Fig.3 Conclusion and suggestion module

還可通過人機對話，給學生介紹運動項目的背景知識，讓學生在運動實踐中得到理論支持，增加了學生的鍛煉興趣；通過信息反饋掌握學生鍛煉的動態信息，以便及時對運動處方進行調整。系統采用窗口技術，下拉式菜單顯示，操作方式靈活簡便。同時，該系統可以與國內多家體質健康測試儀器相匹配。

3 學生體質信息分析管理軟件系統的實證研究

根據《國家學生體質健康標準》中規定的必測項目和測試要求，對大學一年級學生裴某男和劉某女作為實驗對象進行測試，說明本系統運行過程。測試結果如（表2）：

表2 一年級大學生體質測試數據Table 2 Physical test data of students in grade 1

啟動計算機系統，手工輸入上表測試數據，計算機系統根據錄入的數據，運行評價指標體系程序，進行單項評分評價和綜合評價，得出體質綜合得分和等級。結果如下：裴某男生綜合體質得分92.1分，等級評價為中等；劉某女綜合體質得分102.7分，等級評價為中等。計算機系統根據錄入的數據，運行診斷標準程序，得到測試對象的雷達分析圖（圖4、5）。

圖4 裴某雷達分析圖Fig.4 Pei's radar analysis diagram

從圖中看出男、女生的體質優勢和劣勢指標及其數量清晰可辨。對雷達圖進行分析，診斷出每名學生各項指標存在的優劣值和各指標差距系數，并按指標差距大小進行排序匯總成表（表3）。

表3 學生綜合體質得分與等級評價Table 3 Students comprehensive physique score and grade evaluation

由表3可知，男生的優勢指標是50 m、身高體重指數，弱勢指標是1000 m、肺活量體重指數、坐姿體前屈；女生優勢指標是坐姿體前屈、1 min跳繩，弱勢指標是身體體重標準、握力體重指數、立定跳遠。計算機系統根據評價等級結果和個體差距，按照“保優、提弱”原則，查找運動處方數據庫，自動生成運動處方，運動處方如表4和表5所示。

表4 裴某10周運動處方主要內容Table 4 Main contents of Pei's exercise prescriptions in 10 weeks

表5 劉某10周運動處方主要內容Table 5 Main contents of Liu’s exercise prescriptions in 10 weeks

按照運動處方通過10周的鍛煉，對裴某男和劉某女各項體質進行重新測試，測試數據如表6。

表6 實驗前、后學生體質指標的比較Table 6 Comparison of physical conditions before/after the experiment

從上表4看出，經過10周運動處方的干預實驗，女生體重指標由實驗前的65.8 kg降為64 kg,使身高體重標準達到100分的優勢半徑。女生的身高及男生的身高、體重未表現出顯著性變化，說明10周的實驗雖然對身高和體重帶來一定影響，但并不顯著，也側面說明大學一年級學生的身體形態發育已基本趨于穩定。

肺活體重指數是反映身體機能的重要指標，也是反映大學生體質健康的重要因素。在體重變化不大的情況下肺活量呈現顯著性改變，說明經過運動處方的干預性鍛煉，學生心肺功能得到明顯改善。通過實驗前、后各項身體素質的對比發現，男生的1000 m、肺活量體重指數、坐姿體前屈，女生的身高體重標準、握力體重指數、立定跳遠，成績提高明顯。而其他指標成績均有不同程度的進步，因此說明運動處方內容設計針對性強，鍛煉方法較為科學、合理。

4 結論

通過實驗證明，本系統運行平穩，操作簡便易懂，所設計的運動處方科學、合理，能夠根據學生體質特點，提高練習的針對性，進而達到促進學生體質發展的目的。

[1]中華人民共和國教育部.國家學生體質健康標準[S].北京:中國標準出版社,2014

[2]鐘添發,田麥久.運動員競技能力結構模型與選材標準[M].北京:人民體育出版社,1994

[3]金宗強,葛春林.優秀排球運動員專項體能評價與診斷系統的開發與應用[J].北京體育大學學報,2012,35(10):115-121

[4]邵桂華,孫慶祝.基于專家系統的體育運動處方網站的研究[J].體育科學,2003,23(1):75-77