基于生物特征識(shí)別技術(shù)的高校課外體育活動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)研究

楊軍

(浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)體育部 浙江杭州 310018)

1 研究背景

大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，在為人類的生產(chǎn)生活帶來(lái)極大便利的同時(shí)，也進(jìn)一步加速了智能化社會(huì)的進(jìn)程，在此過程中，以生物特征識(shí)別技術(shù)為支撐的公民個(gè)人信息采集、識(shí)別、應(yīng)用成為科研工作者研究的重要領(lǐng)域。生物特征識(shí)別技術(shù)是伴隨著信息化社會(huì)進(jìn)程而誕生并不斷發(fā)展的新興身份認(rèn)證技術(shù)，是基于利用人體生理特征的唯一性而做的排他性認(rèn)證。相較于以往的各種身份證明、射頻卡等進(jìn)行的實(shí)物認(rèn)證，或是以密碼、口令等特定組合進(jìn)行的虛擬認(rèn)證，生物特征識(shí)別更可靠、更安全、更便捷。

高校課外體育活動(dòng)是遵從青少年生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，深入貫徹落實(shí)“學(xué)生每天鍛煉一小時(shí)”的要求［1］，為實(shí)現(xiàn)高校人才培養(yǎng)目標(biāo)而進(jìn)行的體育課堂以外的校園體育活動(dòng)，具有延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、活動(dòng)內(nèi)容豐富、覆蓋學(xué)生面廣等特點(diǎn)。高校課外體育活動(dòng)主要有陽(yáng)光晨跑、俱樂部（社團(tuán)）活動(dòng)、各種類型的課外體育競(jìng)賽等。如火如荼的課外體育活動(dòng)是學(xué)校體育教育的重要部分，并與學(xué)生體質(zhì)健康評(píng)分、評(píng)獎(jiǎng)評(píng)優(yōu)、畢業(yè)資格等學(xué)生的切身利益密切相關(guān)，因此在執(zhí)行過程中難免不被學(xué)生找漏洞、鉆漏洞，如有學(xué)生利用陽(yáng)光晨跑監(jiān)管的漏洞找他人代跑、假跑以及社團(tuán)體育活動(dòng)簽到后無(wú)故早退等各種各樣的逃避課外體育活動(dòng)的手段。這些漏洞看似是由于考勤工作的缺陷導(dǎo)致的，但實(shí)際上是由于學(xué)校課外體育活動(dòng)監(jiān)管體系的不完善造就的，考勤只是其中的一個(gè)漏洞而已。因此，如何加強(qiáng)課外體育活動(dòng)的監(jiān)管體系建設(shè)顯得十分迫切。

2 研究目的

該研究以生物識(shí)別技術(shù)為入口，提出發(fā)揮生物識(shí)別技術(shù)“一次采集、多點(diǎn)適用”的技術(shù)特征來(lái)打造校園體育活動(dòng)完整生態(tài)，實(shí)現(xiàn)課余體育鍛煉數(shù)據(jù)采集的規(guī)范化、科學(xué)化和真實(shí)化，進(jìn)而為學(xué)校體育各項(xiàng)工作的科學(xué)決策奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的設(shè)想。期望在此基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)校體育課程教學(xué)、課余體育競(jìng)賽等學(xué)校體育各方面，動(dòng)態(tài)化聯(lián)動(dòng)調(diào)整學(xué)校體育相關(guān)政策，從而達(dá)到“分類管理、分類干預(yù)、精準(zhǔn)提升”的目的。

3 研究方法

3.1 文獻(xiàn)資料法

通過中國(guó)知網(wǎng)、學(xué)校圖書館數(shù)據(jù)庫(kù)資源等，以“生物識(shí)別技術(shù)”“生物識(shí)別系統(tǒng)”“課外”“體育活動(dòng)”“學(xué)生體質(zhì)健康”“監(jiān)管”等為關(guān)鍵詞，在全網(wǎng)搜索和獲取文獻(xiàn)，并開展相關(guān)研究。

3.2 專家訪談法

對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的專家以及體育教師進(jìn)行訪談，了解大學(xué)生課外體育活動(dòng)監(jiān)管現(xiàn)狀以及建議。

4 結(jié)果與分析

4.1 學(xué)生課外體育活動(dòng)現(xiàn)狀

學(xué)生課外體育活動(dòng)以學(xué)校安排的體育活動(dòng)為主，主動(dòng)參加課外體育鍛煉并且具有良好鍛煉習(xí)慣的學(xué)生不多，其中重要因素之一是對(duì)鍛煉認(rèn)識(shí)深度不夠，未能正確認(rèn)識(shí)到課外體育活動(dòng)的重要性。穆星辰［2］等對(duì)廣西大學(xué)的學(xué)生進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，超過67.06%的學(xué)生一周都不會(huì)參與課外體育活動(dòng)，馮霞等［3］研究顯示，有48.39%的大學(xué)生缺乏規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，36.29%的大學(xué)生平均睡眠時(shí)間不到7～8h，27.25%的大學(xué)生睡覺時(shí)間不規(guī)律，39.59%的大學(xué)生BMI 指數(shù)在17.9～23.9 標(biāo)準(zhǔn)之外，由此得出，大部分學(xué)生缺乏規(guī)律的體育運(yùn)動(dòng)，且有不健康的生活方式。由于過度使用電子產(chǎn)品游戲、娛樂，大量時(shí)間因此而被消耗，使得原本用于課外體育鍛煉的時(shí)間“沒有”了，長(zhǎng)此以往，越來(lái)越缺乏參加體育鍛煉的積極性，更無(wú)法養(yǎng)成體育鍛煉習(xí)慣。因此，在學(xué)生尚未養(yǎng)成主動(dòng)鍛煉習(xí)慣的前提下，加強(qiáng)課外體育活動(dòng)的監(jiān)管十分必要。

4.2 生物特征識(shí)別技術(shù)在課外體育活動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用

目前，常用的生物特征識(shí)別技術(shù)有指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別、掌紋識(shí)別、掌靜脈識(shí)別等，但用于課外體育活動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用并非十分廣泛。

指紋識(shí)別技術(shù)［4］通常采用特征點(diǎn)法，抽出指紋上山狀曲線的分歧點(diǎn)或指紋中切斷的部分（端點(diǎn)）等特征來(lái)識(shí)別。特征點(diǎn)是一個(gè)三維向量，包含位置和方向等信息。由于每個(gè)人的指紋都不同，同時(shí)由于指紋與其他生理特征或者行為特征相比更容易獲取，因此指紋識(shí)別技術(shù)是目前使用最多的生物特征識(shí)別技術(shù)，在全球生物識(shí)別市場(chǎng)結(jié)構(gòu)中，其占比達(dá)到58%。日常生活中，指紋隨處可見，極易被不法分子獲取、復(fù)制等用于非法用途，從而存在極大的安全隱患，同時(shí)指紋驗(yàn)證不保證活體的特性，也是其重要的不足點(diǎn)。

人臉識(shí)別技術(shù)［5］包括人臉檢測(cè)和人臉識(shí)別兩個(gè)環(huán)節(jié)，人臉檢測(cè)是通過對(duì)人臉定位后提取臉部輪廓以及眼、鼻、口、眉的相對(duì)關(guān)系，將人臉從輸入圖像中分離出來(lái)，再通過對(duì)人臉特征進(jìn)行提取、識(shí)別以及模擬匹配的人臉識(shí)別環(huán)節(jié)。在全球生物識(shí)別市場(chǎng)結(jié)構(gòu)中，其占比達(dá)到18%。雖然人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但其較弱的安全性也不能忽視。特別是識(shí)別準(zhǔn)確率會(huì)受到環(huán)境的光線、識(shí)別距離等多方面因素影響。另外，當(dāng)用戶通過化妝、整容對(duì)于面部進(jìn)行一些改變時(shí)也會(huì)影響人臉識(shí)別的準(zhǔn)確性，因此亟待突破。

虹膜識(shí)別［6］是基于眼睛中的虹膜的唯一性特征而做的身份認(rèn)證技術(shù)。虹膜在胎兒發(fā)育階段形成后，在整個(gè)生命歷程中是保持不變的，因此具有較高的識(shí)別可信度。但虹膜設(shè)備需特定的光學(xué)儀器采集，造價(jià)昂貴，且受外界環(huán)境（如天氣、燈光）影響較大，不如前兩者應(yīng)用廣泛。

當(dāng)前，各類健身類APP 在體育健身活動(dòng)中已有廣泛應(yīng)用［7］，且部分高校已將其引入學(xué)校體育活動(dòng)中，成為學(xué)校體育發(fā)展的重要助力，但與學(xué)校體育管理系統(tǒng)的銜接尚未打通［8］。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)眾多高校開展了陽(yáng)光晨跑、課余APP隨機(jī)定點(diǎn)跑等各種形式，一般使用傳統(tǒng)的射頻卡刷卡或者手機(jī)定位的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的出勤監(jiān)督，但由于刷卡與定位功能的缺陷，課余體育鍛煉推進(jìn)過程中一直無(wú)法避免學(xué)生的“作弊”現(xiàn)象，作弊形式如代跑、假跑，一人一次刷多張卡、一人多次刷多張卡、一人攜帶多部手機(jī)，甚至是以上各種的組合。如何規(guī)避這些問題，已有學(xué)者展開研究。例如，陳志峰［9］等提出建設(shè)基于微信模式下陽(yáng)光晨跑管理信息系統(tǒng)，可以有效監(jiān)控學(xué)生參與體育鍛煉的效果和質(zhì)量，結(jié)合“陽(yáng)光體育”微平臺(tái)，實(shí)時(shí)查詢鍛煉結(jié)果和開展鍛煉指導(dǎo)，構(gòu)建了師生交流溝通平臺(tái)，為深化學(xué)校體育教育課內(nèi)一體化管理改革提供依據(jù)。其雖未采用生物特征識(shí)別技術(shù)，但也是充分利用了微信實(shí)名認(rèn)證的特點(diǎn)而開發(fā)出的策略。張碩［10］等提出基于Face++人臉識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生人臉信息的識(shí)別檢測(cè)以及對(duì)人臉特征數(shù)據(jù)的提取和匹配，提供了一種實(shí)時(shí)、有效的防作弊簽到方法，能夠有效提高陽(yáng)光晨跑出勤率的監(jiān)測(cè)。該研究利用Face++的技術(shù)，設(shè)計(jì)了一整套校園晨跑考勤系統(tǒng)。但無(wú)論是基于微信模式，還是基于人臉識(shí)別技術(shù)，只解決了部分學(xué)生的考勤問題，而無(wú)法解決針對(duì)課外體育鍛煉全面、系統(tǒng)地解決問題。因?yàn)椋n外體育活動(dòng)考勤不等于課外體育活動(dòng)監(jiān)管，而只是后者的一部分。

4.3 學(xué)生課外體育活動(dòng)監(jiān)管的實(shí)現(xiàn)

學(xué)生課外體育活動(dòng)的監(jiān)管除了考勤之外，最重要的是課外體育活動(dòng)數(shù)據(jù)之間的串聯(lián)。學(xué)生參與課外體育活動(dòng)的時(shí)間、頻率、形式與內(nèi)容、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、項(xiàng)目選擇、成績(jī)考核等都是非常寶貴的數(shù)據(jù)資源，要想全面地掌握學(xué)生課外體育活動(dòng)狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一位學(xué)生的課外體育活動(dòng)的精準(zhǔn)畫像，傳統(tǒng)的人工統(tǒng)計(jì)或半自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)已經(jīng)難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性的需求。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的興起，尤其是生物特征識(shí)別技術(shù)與各類系統(tǒng)的深度融合應(yīng)用，使得基于生物特征識(shí)別學(xué)生在學(xué)校的體育活動(dòng)變成了可能。

生物特征識(shí)別系統(tǒng)（見圖1）是基于生物特征采集、計(jì)算和識(shí)別的總稱。其可以與學(xué)生課外體育鍛煉的各個(gè)環(huán)節(jié)相銜接，以人員精準(zhǔn)識(shí)別，堵住考勤漏洞為突破口，保證學(xué)生課外體育鍛煉的真實(shí)性。只有在保證真實(shí)性的基礎(chǔ)上，才可以獲取全校學(xué)生課外體育鍛煉的真實(shí)數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)生課堂表現(xiàn)以及體質(zhì)健康測(cè)試成績(jī)，才能完整、準(zhǔn)確地判斷出學(xué)生的真實(shí)體質(zhì)健康水平，為學(xué)校體育教學(xué)改革提供必要的數(shù)據(jù)支撐，確保政策制定的科學(xué)性、有效性和全面性。

圖1 基于生物特征識(shí)別技術(shù)的高校課外體育活動(dòng)監(jiān)管模式框架圖

與陽(yáng)光晨跑系統(tǒng)串聯(lián)，可以在起終點(diǎn)以及途經(jīng)點(diǎn)身份認(rèn)證環(huán)節(jié)監(jiān)督學(xué)生真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以距離、跑速等測(cè)算分析判斷學(xué)生運(yùn)動(dòng)量，繪制運(yùn)動(dòng)軌跡，分析排查異常信息，及時(shí)查找分析反饋，并通過期末的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)給予學(xué)生客觀的活動(dòng)得分。

與俱樂部活動(dòng)系統(tǒng)串聯(lián)，可以在室內(nèi)外活動(dòng)預(yù)約、考勤環(huán)節(jié)保證學(xué)生參與的真實(shí)性，通過課外活動(dòng)計(jì)劃評(píng)估課外活動(dòng)負(fù)荷與強(qiáng)度，并結(jié)合指導(dǎo)教師的評(píng)價(jià)給予俱樂部活動(dòng)評(píng)分。

與特殊學(xué)生管理系統(tǒng)相銜接，是對(duì)特殊學(xué)生實(shí)施有效管理的最佳手段。特殊學(xué)生分為：（1）體質(zhì)健康測(cè)試水平較差但體機(jī)能基本正常，可以正常參加體育運(yùn)動(dòng)的學(xué)生，這部分學(xué)生因體重過重、動(dòng)作不協(xié)調(diào)、鍛煉較少等導(dǎo)致體質(zhì)健康測(cè)評(píng)分較低，因此要制定個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)處方，以合理的運(yùn)動(dòng)促進(jìn)體質(zhì)的改善；（2）先天或后天身體原因?qū)е碌牟贿m宜運(yùn)動(dòng)人群，近年來(lái)這部分學(xué)生的人數(shù)有明顯增加的趨勢(shì)，因此要給予特殊的關(guān)注，因人而異地制定不同的運(yùn)動(dòng)處方，通過運(yùn)動(dòng)過程中的醫(yī)務(wù)監(jiān)督，保障學(xué)生鍛煉的安全，以最大進(jìn)步度衡量學(xué)生執(zhí)行運(yùn)動(dòng)處方成果，給予學(xué)生評(píng)分。

與體質(zhì)健康測(cè)評(píng)系統(tǒng)銜接，是為了獲取學(xué)生準(zhǔn)確的體質(zhì)健康數(shù)據(jù)，保證對(duì)學(xué)生的科學(xué)評(píng)價(jià)。通過體質(zhì)健康的測(cè)試過程和評(píng)價(jià)過程，將健康的學(xué)生、不適宜參加體育運(yùn)動(dòng)和體質(zhì)弱的學(xué)生篩選出來(lái)，因人施策，確保實(shí)現(xiàn)學(xué)生體質(zhì)健康提升的目的。

同時(shí)，各系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通才是確保課外體育活動(dòng)監(jiān)管得到落實(shí)的關(guān)鍵。可以通過陽(yáng)光晨跑的出勤數(shù)據(jù)觀察學(xué)生參加課外體育活動(dòng)的習(xí)慣，并可將數(shù)據(jù)作為學(xué)生體質(zhì)健康測(cè)試的加分項(xiàng)，保健班學(xué)生轉(zhuǎn)入特殊管理流程予以干預(yù)，經(jīng)過一段時(shí)間的干預(yù)，恢復(fù)到正常學(xué)生水平的可以轉(zhuǎn)入普通活動(dòng)模式，仍然處于較低水平的依然可以有適宜的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷。因此，基于生物特征識(shí)別的課外體育活動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)的核心就是以身份認(rèn)證為突破口，以獲取真實(shí)的學(xué)生活動(dòng)數(shù)據(jù)為目的，達(dá)到以真實(shí)體育數(shù)據(jù)促進(jìn)學(xué)校體育改革的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

利用信息化手段加快推進(jìn)對(duì)高校課外體育活動(dòng)的監(jiān)管，規(guī)范學(xué)生課外體育鍛煉行為，提升學(xué)生課外體育鍛煉效果，培養(yǎng)學(xué)生課外體育鍛煉習(xí)慣，非常有必要。

基于生物特征識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，以生物特征的“一次采集，多點(diǎn)適用”為手段，將采集的數(shù)據(jù)信息用于課外體育活動(dòng)多領(lǐng)域，可破解高校學(xué)生課外體育活動(dòng)中存在的作弊現(xiàn)象，提升課外體育鍛煉參與程度真實(shí)性，同時(shí)保證政策執(zhí)行的公平與客觀。

以破解考勤模式的漏洞為突破口，將生物特征作為識(shí)別學(xué)生的首選特征，匹配該生在校期間的所有體育鍛煉行為，準(zhǔn)確掌握學(xué)生課外體育活動(dòng)的出勤情況，提升學(xué)生參與體育活動(dòng)的真實(shí)性評(píng)價(jià)，并通過多系統(tǒng)的串聯(lián)，構(gòu)建學(xué)生課外體育活動(dòng)軌跡，進(jìn)一步結(jié)合學(xué)生體育課堂學(xué)習(xí)情況和體質(zhì)健康水平，有針對(duì)性地制定運(yùn)動(dòng)處方，改善體質(zhì)弱的學(xué)生以及因身體原因不能參加體育運(yùn)動(dòng)的學(xué)生的體質(zhì)健康狀況，實(shí)現(xiàn)差異化管理，達(dá)到“分類管理、分類干預(yù)、精準(zhǔn)提升”的目的。