智慧體育教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

【摘 要】2022年，北京市《義務(wù)教育體育與健康過程性考核管理辦法》落地實(shí)施，如何提高體育課堂的教學(xué)效果，真正提升學(xué)生體質(zhì)健康水平，成了各初中學(xué)校面臨的重要任務(wù)。我校積極開展體育教學(xué)智能評(píng)估系統(tǒng)的應(yīng)用與研究，利用智能設(shè)備對(duì)體育課堂教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)估，從而改進(jìn)體育課堂教學(xué)，提高學(xué)生體質(zhì)健康水平。

【關(guān)鍵詞】智慧體育；評(píng)估系統(tǒng)；體育教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G434" "【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2023）010-089-02

智慧體育教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)應(yīng)用研究的背景

隨著國家對(duì)學(xué)生體質(zhì)健康情況的日益重視，2022年，北京市《義務(wù)教育體育與健康過程性考核管理辦法》落地實(shí)施，初中學(xué)生面臨新的體育中考，如何提高體育課堂的教學(xué)效果，真正提升學(xué)生體質(zhì)健康水平，成了各初中學(xué)校面臨的重要任務(wù)。在好的體育課中學(xué)生運(yùn)動(dòng)負(fù)荷是合理的，如果運(yùn)動(dòng)量過小，無法有效地滿足學(xué)生機(jī)體新陳代謝，也不能有效地動(dòng)員內(nèi)臟器官的潛力，達(dá)不到鍛煉的效果。反之，如果運(yùn)動(dòng)量過大，則容易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)性疲勞，使得機(jī)體產(chǎn)生代謝紊亂，嚴(yán)重者可致運(yùn)動(dòng)損傷或運(yùn)動(dòng)性猝死等情況發(fā)生，不利于學(xué)生身心健康發(fā)展。

目前，智能穿戴設(shè)備已經(jīng)走入日常生活，設(shè)備的體積和重量也滿足了在體育課堂中應(yīng)用的需求。教師可以利用臂帶設(shè)備采集學(xué)生體育鍛煉時(shí)的各種數(shù)據(jù)，同時(shí)利用基于數(shù)據(jù)分析的評(píng)估系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生鍛煉的負(fù)荷是否合理，從而保障體育課堂運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的合理性，針對(duì)學(xué)生科學(xué)制訂個(gè)性化的鍛煉計(jì)劃，對(duì)學(xué)生體育鍛煉進(jìn)行個(gè)性化有效指導(dǎo)，提高學(xué)生體質(zhì)健康水平。

智慧體育教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)發(fā)展及研究現(xiàn)狀

目前可穿戴設(shè)備的各種應(yīng)用在國內(nèi)外可以說是百花齊放，測量人體生理基礎(chǔ)機(jī)能（如心率）的設(shè)備（如臂帶、手環(huán)等）很多，價(jià)格也相當(dāng)親民，所以研究所需要的智能臂帶硬件設(shè)備比較容易獲得。

以往有些學(xué)校和教師也開展過類似研究，大多數(shù)還是從經(jīng)驗(yàn)上進(jìn)行的負(fù)荷效果的相關(guān)研究，如在體育課上分別測量學(xué)生的脈搏或心律，觀察學(xué)生呼吸及出汗情況，以此來衡量運(yùn)動(dòng)負(fù)荷是否合理。這些研究主要存在數(shù)據(jù)獲取不及時(shí)、很多時(shí)候還依賴于經(jīng)驗(yàn)判斷的問題，數(shù)據(jù)的指導(dǎo)價(jià)值沒有充分體現(xiàn)。如何對(duì)我校體育教學(xué)中學(xué)生生理機(jī)能數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的分析，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)給教師用于指導(dǎo)教學(xué)，并能將學(xué)生情況形成報(bào)告提供給學(xué)生，為學(xué)生提供個(gè)性化的體育鍛煉指導(dǎo)，這些問題是本系統(tǒng)將研究解決的問題。

智慧體育教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

1.應(yīng)用與研究目標(biāo)

本系統(tǒng)應(yīng)用與研究的目標(biāo)是借助智能穿戴技術(shù)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，解決傳統(tǒng)體育教學(xué)“難量化、難記錄、難監(jiān)督、難分析”的問題，滿足體育教學(xué)管理“智能化”、教學(xué)過程“數(shù)字化、可視化”和教學(xué)數(shù)據(jù)“精準(zhǔn)化”分析的教學(xué)需求，減輕體育教師教學(xué)負(fù)擔(dān)，提高體育教學(xué)效率，幫助體育教師達(dá)到因材施教的個(gè)性化、精準(zhǔn)化教學(xué)目標(biāo)。

2.應(yīng)用與研究內(nèi)容

（1）通過智能臂帶設(shè)備對(duì)體育課堂中運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的監(jiān)控和分析，改善體育課鍛煉過程中的不足，保障運(yùn)動(dòng)負(fù)荷合理性，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。（2）通過智能臂帶設(shè)備長期監(jiān)測學(xué)生的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，縱向分析學(xué)生個(gè)人數(shù)據(jù)與班級(jí)平均數(shù)據(jù)的差異和變化情況，幫助體育教師了解學(xué)生差距，評(píng)估學(xué)生個(gè)人成長。（3）利用分析系統(tǒng)對(duì)學(xué)生體育課堂中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)。

3.研究方法

（1）調(diào)查法：如用體重秤和體脂儀測量學(xué)生原有體質(zhì)健康狀況相關(guān)數(shù)據(jù)。（2）定量研究法：對(duì)學(xué)生體育課堂中的身體機(jī)能數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析。（3）實(shí)驗(yàn)法：通過長期監(jiān)測學(xué)生的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和呈現(xiàn)的報(bào)告，研究智能臂帶設(shè)備對(duì)體育課堂個(gè)性化教學(xué)的改善作用。（4）文獻(xiàn)研究法：通過文獻(xiàn)研究確定數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及如何開展智能臂帶在體育教學(xué)中的應(yīng)用。

4.應(yīng)用與研究的重難點(diǎn)

智慧體育教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)應(yīng)用與研究的重點(diǎn)是如何利用智能臂帶設(shè)備對(duì)體育課堂中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)控和分析，并在課堂中實(shí)時(shí)反饋給教師，幫助教師改善體育課堂中的學(xué)生運(yùn)動(dòng)負(fù)荷合理性和其他不足，對(duì)個(gè)別學(xué)生有針對(duì)性地進(jìn)行指導(dǎo)，改善其體質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)在智能臂帶設(shè)備和大數(shù)據(jù)分析幫助下的體育課中的個(gè)性化教學(xué)。

本系統(tǒng)利用智能臂帶設(shè)備收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析與評(píng)價(jià)，并及時(shí)生成報(bào)告與圖表，難點(diǎn)在于根據(jù)心率及其他體征數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)體育課各個(gè)階段運(yùn)動(dòng)負(fù)荷是否達(dá)到預(yù)期的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)建立及相應(yīng)智能化評(píng)價(jià)系統(tǒng)的建設(shè)，系統(tǒng)要易用，能夠負(fù)荷學(xué)校教學(xué)實(shí)際需求，盡量減少教師的操作負(fù)擔(dān)。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)必須與國家學(xué)生體質(zhì)健康網(wǎng)一致，涉及的硬件設(shè)備必須符合國家學(xué)生體質(zhì)健康網(wǎng)品牌認(rèn)證，保證數(shù)據(jù)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

智慧體育教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)應(yīng)用與研究的成果

1.智慧體育教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)在體育教學(xué)中的應(yīng)用

系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)跟蹤學(xué)生運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，同時(shí)課后生成報(bào)告，直觀體現(xiàn)學(xué)生課堂表現(xiàn)與運(yùn)動(dòng)能力，簡單易用，能夠使教師及時(shí)了解教學(xué)效果。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以心率、消耗情況和鍛煉效果為主的12項(xiàng)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的記錄和可視化。下面以一節(jié)體育課為例說明系統(tǒng)在體育課堂教學(xué)中的應(yīng)用過程。

第一步，教師在手機(jī)上預(yù)約課程，設(shè)置好上課班級(jí)和時(shí)間、課程內(nèi)容及預(yù)期的心率、消耗等指標(biāo)。

第二步，學(xué)生在上課前按照對(duì)應(yīng)編號(hào)佩戴好臂帶。為降低成本，提高設(shè)備利用率，采用多人共用的模式，上課時(shí)學(xué)生只需要佩戴自己對(duì)應(yīng)編號(hào)的臂帶即可，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)課程表自動(dòng)匹配學(xué)生和臂帶編號(hào)。

第三步，教師和學(xué)生按照時(shí)間開始上課，系統(tǒng)會(huì)隨機(jī)將學(xué)生分成紅藍(lán)兩隊(duì)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)效果對(duì)抗，有利于提高學(xué)生參與課堂的積極性。教師課上可以利用手機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)學(xué)生的心率情況進(jìn)行監(jiān)測，學(xué)生心率情況也可通過大屏等設(shè)備實(shí)時(shí)顯示給學(xué)生。學(xué)生心率高低用不同顏色表示，心率低的用綠色，心率高的用紅色。教師可以通過監(jiān)控學(xué)生心率狀態(tài)評(píng)估學(xué)生運(yùn)動(dòng)負(fù)荷情況，對(duì)于心率達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)生進(jìn)行提醒，提示他們注意動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)，努力鍛煉。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將心率長時(shí)間超過預(yù)警值的學(xué)生反饋給教師，進(jìn)行預(yù)警，避免出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傷害。

第四步，上完課后系統(tǒng)會(huì)迅速生成學(xué)生的本節(jié)課運(yùn)動(dòng)狀況報(bào)告，主要由心率情況、消耗情況、運(yùn)動(dòng)負(fù)荷情況和鍛煉部位、運(yùn)動(dòng)建議組成。教師利用手機(jī)或者大屏幕查看本節(jié)課所有學(xué)生的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷情況，對(duì)個(gè)別學(xué)生進(jìn)行單獨(dú)展示，運(yùn)動(dòng)效果好的、達(dá)到負(fù)荷要求的給予表揚(yáng)，沒達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)生給出建議和指導(dǎo)。

最后，系統(tǒng)通過每節(jié)課的數(shù)據(jù)記錄分析出學(xué)生一段時(shí)間以來的運(yùn)動(dòng)狀況、心肺功能情況等，給出長期的運(yùn)動(dòng)報(bào)告和未來的鍛煉建議。

2.智慧體育教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)的應(yīng)用效果

我校體育課應(yīng)用智慧體育教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)后，體育教師通過即時(shí)可視化的數(shù)據(jù)顯示，及時(shí)發(fā)現(xiàn)個(gè)別學(xué)生運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)沒有達(dá)到一般水平，進(jìn)而能及時(shí)對(duì)其做出提醒，并適當(dāng)提高其練習(xí)密度，以規(guī)避因?yàn)閷W(xué)生“偷懶”影響練習(xí)效果的情況出現(xiàn)，體育教學(xué)效果大幅提升。

隨機(jī)選取七年級(jí)學(xué)生2022年2月24日、3月11日、9月20日三個(gè)日期的體育課堂教學(xué)數(shù)據(jù)分析，學(xué)生心率指標(biāo)達(dá)標(biāo)率分別為26.49%、44.74%、46.67%；消耗指標(biāo)達(dá)標(biāo)率分別為57.84%、68.42%、78.33%；運(yùn)動(dòng)密度指標(biāo)達(dá)標(biāo)率分別為69.49%、81.33%、96.96%。通過以上數(shù)據(jù)可見，體育課堂中應(yīng)用智慧評(píng)估系統(tǒng)后三項(xiàng)主要數(shù)據(jù)指標(biāo)均顯著提升，這表明學(xué)生體質(zhì)健康狀況和體能水平都有了提升。

總結(jié)與提升

以上數(shù)據(jù)的分析表明，評(píng)估系統(tǒng)對(duì)于體育教學(xué)效果起到了明顯的改善作用。教師們?cè)隗w育教學(xué)過程中使用評(píng)估系統(tǒng)能夠有效地診斷出教學(xué)的不足，制定有針對(duì)性的改進(jìn)方法，從而使學(xué)生體質(zhì)健康整體水平明顯進(jìn)步。智慧體育教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)日后要更加注重?cái)?shù)據(jù)的價(jià)值，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)的分析要更細(xì)致，提高算法的合理性。終端設(shè)備要繼續(xù)向輕量化發(fā)展，盡量減少對(duì)學(xué)生運(yùn)動(dòng)和教師教學(xué)的影響，設(shè)備鏈接穩(wěn)定性要繼續(xù)提高，采樣頻率要再提升。

編" "輯：徐靖程