“陽(yáng)光體育”運(yùn)動(dòng)背景下學(xué)生體質(zhì)信息分析管理軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鮑 勇,金宗強(qiáng),趙培軍

1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)體育與藝術(shù)學(xué)院,山東 泰安 271018

2.天津體育學(xué)院,天津 300381

“陽(yáng)光體育”運(yùn)動(dòng)是加強(qiáng)我國(guó)青少年體育鍛煉、增強(qiáng)學(xué)生體質(zhì)、強(qiáng)化素質(zhì)教育的重要戰(zhàn)略舉措。各級(jí)各類學(xué)校都在積極貫徹“健康第一”的現(xiàn)代健康理念，全面實(shí)施國(guó)家制定的《學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》，組織豐富多彩的課外鍛煉。學(xué)校在組織課外鍛煉中利用各種體質(zhì)健康測(cè)試儀器對(duì)學(xué)生體質(zhì)進(jìn)行測(cè)試工作，體育教師根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)和《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)學(xué)生的體質(zhì)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果提出一套學(xué)生最佳的、科學(xué)的課外鍛煉方法，以達(dá)到《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》要求。在上述過(guò)程中，僅靠體育教師本人一個(gè)個(gè)的對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)和“開(kāi)處方”，相當(dāng)麻煩，工作量很大，而且不規(guī)范。因此，本課題選擇使用Visual Basic.NET作為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)出一套學(xué)生體質(zhì)信息分析管理軟件，旨在為“陽(yáng)光體育”運(yùn)動(dòng)的開(kāi)展，提供科學(xué)化、信息化、規(guī)范化地服務(wù)。

1 學(xué)生體質(zhì)信息分析管理軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1.1 建立學(xué)生體質(zhì)評(píng)價(jià)體系

1.1.1 建立學(xué)生體質(zhì)單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 按照《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》，采用百分位數(shù)法分別建立男女學(xué)生評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)——單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分表，指標(biāo)值定為從0～100分；并將《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》的測(cè)試項(xiàng)目規(guī)定相應(yīng)的權(quán)重值βi，各測(cè)試項(xiàng)目的權(quán)重βi（表1）。

1.1.2 建立學(xué)生體質(zhì)綜合評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 將學(xué)生測(cè)試的單項(xiàng)指標(biāo)加權(quán)得分相加求和，得到其體質(zhì)綜合得分，計(jì)算公式為：

公式中ni表示各單項(xiàng)指標(biāo)的得分，βi表示各單項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。

表1 學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重系數(shù)Table 1 Weight coefficient of students'physical fitness standard

1.1.3 建立學(xué)生體質(zhì)等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 用百分位數(shù)法重新對(duì)《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行五等評(píng)價(jià)，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(xué)生體質(zhì)單項(xiàng)指標(biāo)得分和綜合得分基礎(chǔ)上，對(duì)照等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，即可得到學(xué)生體質(zhì)等級(jí)評(píng)價(jià)。

1.2 建立學(xué)生體質(zhì)診斷方法與標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 建立學(xué)生體質(zhì)態(tài)勢(shì)診斷方法與標(biāo)準(zhǔn) 依據(jù)鐘添發(fā)《運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力模型與選材標(biāo)準(zhǔn)》構(gòu)建的優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力結(jié)構(gòu)模型理論，采用雷達(dá)分析法實(shí)現(xiàn)學(xué)生體質(zhì)態(tài)勢(shì)的個(gè)體化分析[1]。找出優(yōu)勢(shì)指標(biāo)臨界值與劣勢(shì)指標(biāo)的臨界值；優(yōu)勢(shì)指標(biāo)臨界值半徑的大小可采用《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》的指標(biāo)平均值+標(biāo)準(zhǔn)差（即M+std）表示，劣勢(shì)指標(biāo)臨界值半徑的大小可采用《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》的指標(biāo)平均值-標(biāo)準(zhǔn)差（即M-std）表示；創(chuàng)建每一位學(xué)生的雷達(dá)圖，對(duì)雷達(dá)圖進(jìn)行研究分析，即可得到其單項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)劣之判別。

1.2.2 建立學(xué)生體質(zhì)差距診斷方法與標(biāo)準(zhǔn) 首先建立“體質(zhì)目標(biāo)挑戰(zhàn)模型值M”，它是根據(jù)《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》中，各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試成績(jī)前10%的平均值，是構(gòu)成學(xué)生體質(zhì)各有效指標(biāo)最優(yōu)集合體，體現(xiàn)了在一段時(shí)間內(nèi)對(duì)學(xué)生體質(zhì)發(fā)展的最高期望值。再計(jì)算距離目標(biāo)模型值M的差距系數(shù)CX，差距系數(shù)CX=權(quán)重βi×（模型值-實(shí)際測(cè)試值）÷模型值×100[2]；通過(guò)公式得出每名學(xué)生的差距系數(shù)CX；根據(jù)對(duì)指標(biāo)差距系數(shù)CX大小的排序，診斷出每名學(xué)生各項(xiàng)指標(biāo)存在的個(gè)體差異，進(jìn)而為其提供個(gè)性化、科學(xué)化的運(yùn)動(dòng)處方提供依據(jù)。

1.3 建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段的重要環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)是否滿足系統(tǒng)需求，是否符合系統(tǒng)功能將直接影響整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的進(jìn)程和成敗[3]。本系統(tǒng)采用Access進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，共設(shè)有男生測(cè)試指標(biāo)及成績(jī)表、女生測(cè)試指標(biāo)及成績(jī)表等29個(gè)數(shù)據(jù)表，用于存放測(cè)試的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)指標(biāo)、分析結(jié)果和運(yùn)動(dòng)處方等內(nèi)容(圖1)。

運(yùn)動(dòng)處方數(shù)據(jù)庫(kù)地建立是通過(guò)對(duì)學(xué)生經(jīng)常參加的體育鍛煉項(xiàng)目問(wèn)卷調(diào)查和專家認(rèn)為哪些運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目對(duì)學(xué)生具有顯著鍛煉效果進(jìn)行選擇，將選擇結(jié)果列入運(yùn)動(dòng)處方數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容包括：運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)頻率和運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間。運(yùn)動(dòng)方式是運(yùn)動(dòng)處方的主要內(nèi)容，是根據(jù)學(xué)生的體質(zhì)、愛(ài)好和場(chǎng)地、器械的不同，提供的多種可供選擇的運(yùn)動(dòng)形式；運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度主要是指運(yùn)動(dòng)時(shí)人體所承受的生理負(fù)荷，控制運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的常用指標(biāo)包括心率、最大攝氧量、血紅蛋白等指標(biāo)，由于心率采集較為方便，優(yōu)先采用心率指標(biāo)，推薦心率指標(biāo)為最大心率的70%～90%之內(nèi)，最大心率按20年齡進(jìn)行計(jì)算[4]。運(yùn)動(dòng)頻率是指練習(xí)者每周的鍛煉次數(shù)，根據(jù)學(xué)生個(gè)人體質(zhì)狀況、運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的不同，推薦不同的運(yùn)動(dòng)頻率，每周不少于2次。運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間是指用于主要運(yùn)動(dòng)內(nèi)容上的時(shí)間，不包括準(zhǔn)備活動(dòng)時(shí)間及放松活動(dòng)時(shí)間；根據(jù)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度以及學(xué)生個(gè)人體質(zhì)的不同進(jìn)行確定，一般為40～60 min。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)表Fig.1 System data table

2 學(xué)生體質(zhì)信息分析管理軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

“陽(yáng)光體育”運(yùn)動(dòng)學(xué)生體質(zhì)信息分析管理軟件系統(tǒng)采用Visual Basic.NET和Access作為系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具，用Turbo-prolog人工智能語(yǔ)言進(jìn)行知識(shí)推理過(guò)程的編程，用BASIC語(yǔ)言進(jìn)行各模塊間聯(lián)系及解釋接口的編程，后臺(tái)數(shù)據(jù)擬采用Access保存采用數(shù)據(jù)。其包括：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)模塊、評(píng)價(jià)與診斷模塊、結(jié)論與建議模塊、系統(tǒng)維護(hù)模塊，且每個(gè)功能模塊中又設(shè)有多個(gè)子模塊?；A(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)模塊主要包括男生測(cè)試數(shù)據(jù)錄入與女生測(cè)試數(shù)據(jù)錄入兩個(gè)子模塊，點(diǎn)擊“男生測(cè)試數(shù)據(jù)錄入”命令，在彈出的對(duì)話框中，單擊【添加數(shù)據(jù)】按鈕，即可進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的錄入。在完成數(shù)據(jù)錄入后，還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、刪除等操作。

評(píng)價(jià)與診斷模塊系統(tǒng)的基石，它的設(shè)計(jì)關(guān)系影響整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與運(yùn)行，它含有評(píng)分評(píng)價(jià)、等級(jí)評(píng)價(jià)、總體態(tài)勢(shì)診斷、個(gè)體態(tài)勢(shì)診斷、差距診斷（圖2）。

結(jié)論與建議模塊儲(chǔ)存著處理運(yùn)動(dòng)處方問(wèn)題時(shí)所使用的有關(guān)知識(shí)，它與推理機(jī)制密切配合，是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)地重中之重，該模塊主要包括個(gè)體體質(zhì)分析報(bào)告和個(gè)體運(yùn)動(dòng)處方兩個(gè)子模塊如圖（圖3）。個(gè)體體質(zhì)分析報(bào)告，根據(jù)測(cè)試的數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)指標(biāo)，給出個(gè)人體質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)；個(gè)體運(yùn)動(dòng)處方，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)及自身的實(shí)際情況，開(kāi)具個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)處方，系統(tǒng)提供了多個(gè)處方供用戶選擇。

圖2 評(píng)價(jià)與診斷模塊Fig.2 Evaluation and diagnosis module

圖3 結(jié)論與建議模塊Fig.3 Conclusion and suggestion module

還可通過(guò)人機(jī)對(duì)話，給學(xué)生介紹運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的背景知識(shí)，讓學(xué)生在運(yùn)動(dòng)實(shí)踐中得到理論支持，增加了學(xué)生的鍛煉興趣；通過(guò)信息反饋掌握學(xué)生鍛煉的動(dòng)態(tài)信息，以便及時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)處方進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng)采用窗口技術(shù)，下拉式菜單顯示，操作方式靈活簡(jiǎn)便。同時(shí)，該系統(tǒng)可以與國(guó)內(nèi)多家體質(zhì)健康測(cè)試儀器相匹配。

3 學(xué)生體質(zhì)信息分析管理軟件系統(tǒng)的實(shí)證研究

根據(jù)《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的必測(cè)項(xiàng)目和測(cè)試要求，對(duì)大學(xué)一年級(jí)學(xué)生裴某男和劉某女作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，說(shuō)明本系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程。測(cè)試結(jié)果如（表2）：

表2 一年級(jí)大學(xué)生體質(zhì)測(cè)試數(shù)據(jù)Table 2 Physical test data of students in grade 1

啟動(dòng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，手工輸入上表測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)錄入的數(shù)據(jù)，運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系程序，進(jìn)行單項(xiàng)評(píng)分評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)，得出體質(zhì)綜合得分和等級(jí)。結(jié)果如下：裴某男生綜合體質(zhì)得分92.1分，等級(jí)評(píng)價(jià)為中等；劉某女綜合體質(zhì)得分102.7分，等級(jí)評(píng)價(jià)為中等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)錄入的數(shù)據(jù)，運(yùn)行診斷標(biāo)準(zhǔn)程序，得到測(cè)試對(duì)象的雷達(dá)分析圖（圖4、5）。

圖4 裴某雷達(dá)分析圖Fig.4 Pei's radar analysis diagram

從圖中看出男、女生的體質(zhì)優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)指標(biāo)及其數(shù)量清晰可辨。對(duì)雷達(dá)圖進(jìn)行分析，診斷出每名學(xué)生各項(xiàng)指標(biāo)存在的優(yōu)劣值和各指標(biāo)差距系數(shù)，并按指標(biāo)差距大小進(jìn)行排序匯總成表（表3）。

表3 學(xué)生綜合體質(zhì)得分與等級(jí)評(píng)價(jià)Table 3 Students comprehensive physique score and grade evaluation

由表3可知，男生的優(yōu)勢(shì)指標(biāo)是50 m、身高體重指數(shù)，弱勢(shì)指標(biāo)是1000 m、肺活量體重指數(shù)、坐姿體前屈；女生優(yōu)勢(shì)指標(biāo)是坐姿體前屈、1 min跳繩，弱勢(shì)指標(biāo)是身體體重標(biāo)準(zhǔn)、握力體重指數(shù)、立定跳遠(yuǎn)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)評(píng)價(jià)等級(jí)結(jié)果和個(gè)體差距，按照“保優(yōu)、提弱”原則，查找運(yùn)動(dòng)處方數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)生成運(yùn)動(dòng)處方，運(yùn)動(dòng)處方如表4和表5所示。

表4 裴某10周運(yùn)動(dòng)處方主要內(nèi)容Table 4 Main contents of Pei's exercise prescriptions in 10 weeks

表5 劉某10周運(yùn)動(dòng)處方主要內(nèi)容Table 5 Main contents of Liu’s exercise prescriptions in 10 weeks

按照運(yùn)動(dòng)處方通過(guò)10周的鍛煉，對(duì)裴某男和劉某女各項(xiàng)體質(zhì)進(jìn)行重新測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表6。

表6 實(shí)驗(yàn)前、后學(xué)生體質(zhì)指標(biāo)的比較Table 6 Comparison of physical conditions before/after the experiment

從上表4看出，經(jīng)過(guò)10周運(yùn)動(dòng)處方的干預(yù)實(shí)驗(yàn)，女生體重指標(biāo)由實(shí)驗(yàn)前的65.8 kg降為64 kg,使身高體重標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到100分的優(yōu)勢(shì)半徑。女生的身高及男生的身高、體重未表現(xiàn)出顯著性變化，說(shuō)明10周的實(shí)驗(yàn)雖然對(duì)身高和體重帶來(lái)一定影響，但并不顯著，也側(cè)面說(shuō)明大學(xué)一年級(jí)學(xué)生的身體形態(tài)發(fā)育已基本趨于穩(wěn)定。

肺活體重指數(shù)是反映身體機(jī)能的重要指標(biāo)，也是反映大學(xué)生體質(zhì)健康的重要因素。在體重變化不大的情況下肺活量呈現(xiàn)顯著性改變，說(shuō)明經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)處方的干預(yù)性鍛煉，學(xué)生心肺功能得到明顯改善。通過(guò)實(shí)驗(yàn)前、后各項(xiàng)身體素質(zhì)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，男生的1000 m、肺活量體重指數(shù)、坐姿體前屈，女生的身高體重標(biāo)準(zhǔn)、握力體重指數(shù)、立定跳遠(yuǎn)，成績(jī)提高明顯。而其他指標(biāo)成績(jī)均有不同程度的進(jìn)步，因此說(shuō)明運(yùn)動(dòng)處方內(nèi)容設(shè)計(jì)針對(duì)性強(qiáng)，鍛煉方法較為科學(xué)、合理。

4 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，操作簡(jiǎn)便易懂，所設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)處方科學(xué)、合理，能夠根據(jù)學(xué)生體質(zhì)特點(diǎn)，提高練習(xí)的針對(duì)性，進(jìn)而達(dá)到促進(jìn)學(xué)生體質(zhì)發(fā)展的目的。

[1]中華人民共和國(guó)教育部.國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2014

[2]鐘添發(fā),田麥久.運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力結(jié)構(gòu)模型與選材標(biāo)準(zhǔn)[M].北京:人民體育出版社,1994

[3]金宗強(qiáng),葛春林.優(yōu)秀排球運(yùn)動(dòng)員專項(xiàng)體能評(píng)價(jià)與診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào),2012,35(10):115-121

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