職業院校數字化體能教室建設與“三教”改革

文/朱麗敏 張龍鳳

2022年7月國家體育總局印發的《關于體育助力穩經濟促消費激活力的工作方案》中重點提到，加快體育與5G、大數據、人工智能等新技術的融合，大力發展數字體育。為響應國家政策和體育職業教育教學需求，北京體育職業學院以“精準評估、科學訓練”為主題，搭建數字化體能教室，包括智慧體能測試評估教室和智能化體能訓練教室，借助科技產物和信息化系統平臺賦能于體育教學和體能訓練當中，通過監測設備、分析設備、測評設備和智能訓練設備以及數字化體能系統平臺，形成數字化體能訓練測、練、評及分析反饋一體化的智慧體能教室。

在數字化、信息化改革大背景下，學院借助數字化體能教室搭建與應用，讓教師建立以“學生為中心”的教學理念，提高教師信息技術應用能力。通過編寫融合體育科技、智能化最新發展的信息化教材，設計信息化教學內容，不斷豐富教學方法提高學生參加體育活動的趣味性和積極性，通過智能化教學平臺對教學效果及時進行監測和評估，不僅有利于促進“三教”（教法、教材、教師）改革，還能最終實現學生“學以致用、學有所趣、學有所獲”的“三有”（有用、有趣、有效）教學目標。

一、數字化體能教室設計與構建

（一）構建數字化體能測試評估教室

數字化體能測試評估教室主要用于學生在體能訓練前進行系統的體能測試評估，通過各個身體機能、運動素質指標的測試評估，了解學生個體的機能水平狀態和運動能力，從而精準干預制定運動訓練處方，個性化提升學生體質健康以及體育技能水平（圖1）。

圖1 數字化體能測試評估教室結構圖

數字化體能測試評估包括體成分測試、1RM最大力量測試、爆發力測試、心肺功能測試、核心力量測試、耐力測試、能量代謝測試、FMS評估篩查、YBT測試、體姿評估等，基本涵蓋了人體機能、素質、形態等所有體能測試項目，通過數字化、智能化測評儀器，不僅能減少主觀性測評誤差，還能自動反饋和分析測評數據，形成個性化測試評估跟蹤報告，為學生長期鍛煉提供有效數據反饋，提升專業核心課程教學的精準性、有效性。

（二）構建數字化體能訓練教室

數字化體能訓練教室主要通過前期測試評估的數據分析報告制定運動處方，根據運動處方借助智能化體能訓練器械進行科學體能訓練。學院在原體能教室進行搭建施工，布設智能體能器械、地膠并安裝智能體能訓練系統平臺，并于2022年搭建完成并開放使用。教室主要劃分為體測區、有氧區、氣阻訓練區、力量訓練區、離心抗阻訓練區和功能訓練區。每個區域都有相應數量的鍛煉器械，并在智能鍛煉器械系統端記錄學生基本信息以及鍛煉數據反饋，保存在智能系統平臺，便于訓練后效果數據分析對比（圖2）。

圖2 智能化體能訓練教室結構圖

在智能體能訓練過程中，借助心率遙測監督系統，通過藍牙直接由傳感器到iPad，實時進行運動負荷監測，并在終端呈現相關監測數值，包括學生頭像、心率、心率曲線、運動強度（最大心率百分比）、卡路里、距離、速度、加速、減速、各個速度區的距離、各個速度區的時間，最大沖刺次數、跑步步頻、訓練負荷、恢復時間、運動軌跡（后期查看）和熱圖（后期查看）等指標（圖3）。通過系統監測數據顯示，教師也可針對性地了解學生鍛煉的實效性，并及時做出調整與預判，同時，在教學過程中學生能及時了解自己的身體狀態，提升練習的興趣和主動性。

圖3 數字化體能訓練負荷監測系統

通過運動分析系統經外部身體驗證，利用3D運動跟蹤系統創建學生身體的動態3D模型（圖4）。對學生鍛煉進行實時詳細分析，可以實時評估他們的運動狀態和運動姿態，考慮明確和可衡量的目標，從而制定或調整訓練方案。最后，自動化生成可打印分析報告，有助于運動跟蹤和向學生展示結果、衡量進度，做到精準評估與干預，提高學生鍛煉的實效性。

圖4 智能化運動分析系統

在數字化體能訓練教室還可以實現云訓練模式，根據前期測試評估結果，教師可在數字化體能訓練系統平臺給學生下發個性化鍛煉方案，設備自動執行方案，學生根據系統終端提供的運動處方進行自主鍛煉。同時，在教師端和學生端均可實時查看鍛煉數據反饋，將數據圖表化，實時呈現在系統平臺（圖5）。例如在進行力量訓練時，系統平臺會實時顯示學生力量訓練的阻力、卡路里、功率和次數以及完成一次抗阻動作時的速度等數據反饋。實現鍛煉有數據反饋，做到有效鍛煉和動態調整的訓練模式。

圖5 數字化云訓練數據反饋圖

（三）構建數字化體能訓練系統平臺

數字化體能測試評估教室和體能訓練教室都與數字化體能訓練系統平臺相關聯，在系統平臺提前導入學生基本信息，學生鍛煉時，可輸入個人信息，鍛煉數據便會實時上傳至個人數據庫，同時在系統終端實時呈現，便于鍛煉過程中監控和調整鍛煉計劃，教師和學生也可以通過課后查閱鍛煉數據分析反饋，提高個人鍛煉積極性和目標性，促進鍛煉“三有”目標。

系統平臺包括運動員管理系統、測試評估和大數據基礎設施（計算與存儲平臺）三大系統平臺，通過搭建智能測評和鍛煉設備的硬件和系統軟件開發，最終在手機端和PC端實時呈現，學生通過注冊和登錄，即可實現智能化體能鍛煉和云訓練，同時鍛煉數據實時反饋呈現到系統平臺，實現測評、鍛煉和反饋一體化的解決方案和模式（圖6）。

圖6 數字化體能訓練系統平臺

二、數字化體能訓練一體化解決方案

數字化體能訓練教室借助物聯網、人工智能、大數據、云計算等智能化技術，結合微信小程序、人臉識別、智能硬件等方式與云平臺進行數據傳輸，為學生創造科學智慧的鍛煉體驗，為教師和管理部門提供真實、準確、直觀的鍛煉數據，實現智慧高效的科學化管理，打造一個智慧平臺+智慧管理+智慧設施+大數據分析的智能化體能訓練的管理模式。

如圖7所示，學院搭建智慧體能教室后，制定一體化解決方案，包括測試評估、制定運動處方、開展體能訓練和監測數據反饋四大方面，滿足了測試有評估、鍛煉有方案、結果有反饋的“三有”教學目標。首先，學生通過智能化體能測試評估儀器設備，進行系統全面的測試評估，從而了解學生的體能現狀，為運動處方制定提供有價值參考數據，并形成跟蹤式數據資源庫。其次，教師根據測評結果和教學計劃，制定學生個性化運動處方方案，開設信息化教材內容，形成運動處方資源庫。其次，學生利用智能體能鍛煉器械和設備，登錄個人賬號便可進行體能鍛煉，無需佩戴任何設備，實時監測運動負荷和鍛煉效果。也可云訓練投放至鍛煉平臺，實現無教師學生自主鍛煉。最后，學生鍛煉結束后，系統會持續監測學生運動后的恢復機能水平，并自動化推動恢復放松方案，做到“測、練、放松”一體化的鍛煉模式。系統自動進行數據分析，生成數據反饋結果，形成學生鍛煉數據庫，便于學生和教師查閱鍛煉計劃與數據反饋結果，促進教師教學的“三教”改革，實現學生鍛煉的“三有”目標。

圖7 數字化體能一體化解決方案

三、構建數字化體能教室促進“三教”改革

學院引進智能化、數字化、信息化體能器械和設備，促進教師教學的“三教”改革，實現學生鍛煉的“三有”目標。“三教”改革主要針對教師提出改革要求，希望在教師、教法、教材三個方面進行創新教學改革。通過數字化體能教室搭建，在教師改革方面，借助科技體育產物和自動化數據分析，提高教師信息技術應用能力和數據分析科研能力；在教法改革方面，通過智能化體能鍛煉器械與設備，云訓練鍛煉模式等智能化鍛煉手段，豐富教師教學方法與形式，提高學生鍛煉的趣味性和積極性；在教材改革方面，通過前期測評診斷，制定學生個性化的信息化運動處方，建設職業教育學生需要的課程和信息化教材，形成學生運動處方資源庫，完善課程資源建設工作。通過系統自動推送進行無教師的云訓練，最終實現有測評、有鍛煉和有反饋的一體化教學改革模式。

通過數字化體能訓練測評與監測，學生實現“學以致用、學有所趣、學有所獲”的“三有”目標。針對每名學生鍛煉前有測試評估，鍛煉中有個性化運動處方和教材內容，達到“有用”目標；通過智能化體能訓練器械和設備，結合教材，豐富教學方法手段，提升學生鍛煉趣味性，達到“有趣”目標；在學生鍛煉過程中，實時呈現運動負荷監測的數據真實反饋，了解學生鍛煉的實效性，避免無用教學和鍛煉，達到“有效”目標。