職業(yè)院校數(shù)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(fā)的《關于體育助力穩(wěn)經(jīng)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(shù)據(jù)、人工智能等新技術的融合，大力發(fā)展數(shù)字體育。為響應國家政策和體育職業(yè)教育教學需求，北京體育職業(yè)學院以“精準評估、科學訓練”為主題，搭建數(shù)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(chǎn)物和信息化系統(tǒng)平臺賦能于體育教學和體能訓練當中，通過監(jiān)測設備、分析設備、測評設備和智能訓練設備以及數(shù)字化體能系統(tǒng)平臺，形成數(shù)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(shù)字化、信息化改革大背景下，學院借助數(shù)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(fā)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(jiān)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(xiàn)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(shù)字化體能教室設計與構建

（一）構建數(shù)字化體能測試評估教室

數(shù)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(tǒng)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(tài)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(shù)字化體能測試評估教室結構圖

數(shù)字化體能測試評估包括體成分測試、1RM最大力量測試、爆發(fā)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(tài)等所有體能測試項目，通過數(shù)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)反饋，提升專業(yè)核心課程教學的精準性、有效性。

（二）構建數(shù)字化體能訓練教室

數(shù)字化體能訓練教室主要通過前期測試評估的數(shù)據(jù)分析報告制定運動處方，根據(jù)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(tǒng)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(qū)、有氧區(qū)、氣阻訓練區(qū)、力量訓練區(qū)、離心抗阻訓練區(qū)和功能訓練區(qū)。每個區(qū)域都有相應數(shù)量的鍛煉器械，并在智能鍛煉器械系統(tǒng)端記錄學生基本信息以及鍛煉數(shù)據(jù)反饋，保存在智能系統(tǒng)平臺，便于訓練后效果數(shù)據(jù)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(jiān)督系統(tǒng)，通過藍牙直接由傳感器到iPad，實時進行運動負荷監(jiān)測，并在終端呈現(xiàn)相關監(jiān)測數(shù)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(qū)的距離、各個速度區(qū)的時間，最大沖刺次數(shù)、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(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)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(tài)，提升練習的興趣和主動性。

圖3 數(shù)字化體能訓練負荷監(jiān)測系統(tǒng)

通過運動分析系統(tǒng)經(jīng)外部身體驗證，利用3D運動跟蹤系統(tǒng)創(chuàng)建學生身體的動態(tài)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(tài)和運動姿態(tài)，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(tǒng)

在數(shù)字化體能訓練教室還可以實現(xiàn)云訓練模式，根據(jù)前期測試評估結果，教師可在數(shù)字化體能訓練系統(tǒng)平臺給學生下發(fā)個性化鍛煉方案，設備自動執(zhí)行方案，學生根據(jù)系統(tǒng)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(shù)據(jù)反饋，將數(shù)據(jù)圖表化，實時呈現(xiàn)在系統(tǒng)平臺（圖5）。例如在進行力量訓練時，系統(tǒng)平臺會實時顯示學生力量訓練的阻力、卡路里、功率和次數(shù)以及完成一次抗阻動作時的速度等數(shù)據(jù)反饋。實現(xiàn)鍛煉有數(shù)據(jù)反饋，做到有效鍛煉和動態(tài)調整的訓練模式。

圖5 數(shù)字化云訓練數(shù)據(jù)反饋圖

（三）構建數(shù)字化體能訓練系統(tǒng)平臺

數(shù)字化體能測試評估教室和體能訓練教室都與數(shù)字化體能訓練系統(tǒng)平臺相關聯(lián)，在系統(tǒng)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(shù)據(jù)便會實時上傳至個人數(shù)據(jù)庫，同時在系統(tǒng)終端實時呈現(xiàn)，便于鍛煉過程中監(jiān)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(shù)據(jù)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(tǒng)平臺包括運動員管理系統(tǒng)、測試評估和大數(shù)據(jù)基礎設施（計算與存儲平臺）三大系統(tǒng)平臺，通過搭建智能測評和鍛煉設備的硬件和系統(tǒng)軟件開發(fā)，最終在手機端和PC端實時呈現(xiàn)，學生通過注冊和登錄，即可實現(xiàn)智能化體能鍛煉和云訓練，同時鍛煉數(shù)據(jù)實時反饋呈現(xiàn)到系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)測評、鍛煉和反饋一體化的解決方案和模式（圖6）。

圖6 數(shù)字化體能訓練系統(tǒng)平臺

二、數(shù)字化體能訓練一體化解決方案

數(shù)字化體能訓練教室借助物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、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(shù)據(jù)傳輸，為學生創(chuàng)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(shù)據(jù)，實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(jiān)測數(shù)據(jù)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(tǒng)全面的測試評估，從而了解學生的體能現(xiàn)狀，為運動處方制定提供有價值參考數(shù)據(jù)，并形成跟蹤式數(shù)據(jù)資源庫。其次，教師根據(jù)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(jiān)測運動負荷和鍛煉效果。也可云訓練投放至鍛煉平臺，實現(xiàn)無教師學生自主鍛煉。最后，學生鍛煉結束后，系統(tǒng)會持續(xù)監(jiān)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(tǒng)自動進行數(shù)據(jù)分析，生成數(shù)據(jù)反饋結果，形成學生鍛煉數(shù)據(jù)庫，便于學生和教師查閱鍛煉計劃與數(shù)據(jù)反饋結果，促進教師教學的“三教”改革，實現(xiàn)學生鍛煉的“三有”目標。

圖7 數(shù)字化體能一體化解決方案

三、構建數(shù)字化體能教室促進“三教”改革

學院引進智能化、數(shù)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(xiàn)學生鍛煉的“三有”目標?！叭獭备母镏饕槍處熖岢龈母镆?，希望在教師、教法、教材三個方面進行創(chuàng)新教學改革。通過數(shù)字化體能教室搭建，在教師改革方面，借助科技體育產(chǎn)物和自動化數(shù)據(jù)分析，提高教師信息技術應用能力和數(shù)據(jù)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(yè)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(tǒng)自動推送進行無教師的云訓練，最終實現(xiàn)有測評、有鍛煉和有反饋的一體化教學改革模式。

通過數(shù)字化體能訓練測評與監(jiān)測，學生實現(xiàn)“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(xiàn)運動負荷監(jiān)測的數(shù)據(jù)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。