大學生體質健康運動處方系統的設計與實現研究

賀 慨

（首都經濟貿易大學體育部，北京 100070）

1 概 述

科學研究表明，科學合理的運動能促進人體健康、提高生活品質，而根據個人的身體狀況制定合理的運動運動處方對于提高身體健康水平，避免對身體的傷害至關重要。當前，高校的教學模式以及教學環境無法為每個學生制定完全適合其自身的運動處方，因此設計出一款學生日常可以自我應用的運動處方軟件系統，并結合體育課程教學，將給學生日常鍛煉、形成良好健身意識起到至關重要的作用。

2 大學生體質健康運動處方的技術架構

大學生體質健康運動處方系統的設計采用成熟的建模工具、開發工具和軟件工程方法。軟件系統采用C/S架構，同時考慮到開發效率，使用.NET作為開發平臺，Microsoft.NET C# 作為編程語言，數據庫采用先進的Microsoft SQL Server數據庫系統。（圖1）

圖1 NET框架體系結構

C#程序在.NET架構上執行，為Windows的整體元件之一，包括稱為Common Language Runtime（CLR）的虛擬執行系統，及其統一的類別庫集。CLR是建立執行和開發環境基礎的國際標準，能夠使得語言和程序庫合作無間。（圖2）

圖2 C#與.NET框架關聯性

SQL Server 2005將.NET框架功能移植到了數據庫引擎中（SQL CLR），它將.NET框架中的CLR服務注入到了SQL Server中，使得SQL Server中的一部分數據庫對象夠使用.NET框架的編程語言開發（目前支持C#和VB.NET），包括觸發程序、預存程序、用戶自定義類型、用戶自定義程序及用戶自定義匯總函數等功能。（圖3）

圖3 SQL Server與.NET架構關聯性

3 大學生體質健康運動處方系統的設計與開發

3.1 大學生體質健康運動處方系統

大學生體質健康運動處方系統主要通過結合綜合測試者的基本信息，包括姓名、年齡、性別、身高和體重，通過對提供的測試方案所獲得的測試結果來獲取測試者的測試指標。整個處方系統由5大模塊組成：基本信息模塊、方案選擇模塊、測試結果模塊及計算結果模塊，其中為了便于用戶運動處方信息查詢，在本運動處方系統中還加入了一個用戶信息查詢模塊，通過用戶名即可完成信息檢索。（圖4）

圖4 全身耐力運動處方計算器模塊組成

測試結果模塊包含序號、練習名稱、測試重量、重復次數、重量單位5項，其中序號為系統自動生成并增序編號，練習名稱為各項測試項目名稱。例如，啞鈴坐位屈肘聯系、啞鈴頭后舉等，測試重量與重量單位則依據測試器械不同而不同，重復次數表示在動作標準的前提下最多能連續完成的次數，考慮到大多數受測者身體素質，在重復次數上進行有效范圍約束，重復次數在3～15次之內屬于正常有效范圍，若重復次數小于3次，則認為測試重量過重導致重復次數過小，系統給出提示：“測試重量太重”；若重復次數大于15次，則認為測試重量過輕導致重復次數過多，系統給出提示：“測試重量太輕”。計算結果模塊包含練習重量（10RM）和練習重量（15RM）2項，其中RM表示相對重量，10RM是指練習者最多能夠連續完成10次的重量，也即練習者能夠連續完成10次的最大重量，前提是動作標準，無借力作弊現象。與此對應的，15RM即指練習者最多能夠連續完成15次的重量，也即練習者能夠連續完成15次的最大重量。

3.2 系統結構與目標

基于國家和有關部委制定的標準，大學生體質健康運動處方系統采用現代信息技術，綜合了體質監測標準、ETT測試、力量測試、運動處方管理、健身知識普及教育、運動效果趨勢分析和評價、數據統計與分析、系統管理等功能，實現運動處方個性化服務，使廣大大學生能夠方便、簡捷地針對自身身體素質獲取所需的運動處方，從而促進大學生體育教學質量的不斷提高。（圖5）

圖5 大學生體質健康運動處方系統結構

3.3 數據庫設計

合理的數據庫設計有利于用戶信息管理，因此數據庫設計是系統設計中最為重要的部分之一。在進行數據庫設計的時候必須要以系統所需訪問數據庫的功能作為基礎，利用盡可能少的數據表構造最優化結構來實現需求，使得數據庫的檢索簡單而高效。根據本系統的功能需求分析，總共設計了4個表，以下列出主要數據表及其主要用途。

3.3.1 學生基本信息表（TPerson）：主要負責存放學生的基本信息，只要內容包括姓名、性別、年齡，以及身體形態數據，如身高、體重。

3.3.2 全身耐力測試數據表（THeartTest）：主要記錄對學生進行全身耐力測試時的數據，如測試方案、測試級別、測試強度、測試心率。

3.3.3 全身耐力結果數據表（THeart Result）：主要負責存放學生的基本信息，只要內容包括姓名、性別、年齡，以及身體形態數據，如身高、體重。

3.3.4 力量耐力測試結果數據表（TPower Result）：主要負責存放學生的基本信息，只要內容包括姓名、性別、年齡，以及身體形態數據，如身高、體重。

由圖6中可以看出，學生基本信息表中以信息ID（FID）作為主鍵的，FID是數據庫表中自動增長的字段，只用來做檢索；在全身耐力測試數據表中，FID既為外鍵同時又作為主鍵，測試級別（FLevel）是索引字段；在全身耐力結果數據表中，FID既為外鍵同時也作為主鍵存在；在力量耐力測試結果數據表中，測試號（FTestNo）是作為主鍵，FID既為外鍵同時又是索引字段。

圖6 大學生體質健康運動處方系統界面

圖7 大學生體質健康運動處方系統界面

圖8 測試結果模塊顯示

3.4 系統特色

系統的實現技術是使用當前主流的軟件建設技術，都屬于很成熟的技術，因此在較短時間內很難進行技術上的創新。本系統的特色在功能設計上，使大學生體質健康運動處方系統成為高校教師和大學生進行互動的處方運動教育平臺，并且突出個性化服務，且該系統具有規范化、運動處方個性化、簡潔易用、易擴充性及構架靈活性等特點。

3.5 系統開發工具與運行環境

由于Windows XP系統的廣泛使用性、穩定性及其界面友好性，本系統在Windows XP進行開發；考慮到開發效率問題，系統使用.NET架構，由于SQL Server數據庫的穩定性、成熟性、易用性以及管理方便的特點，系統采用SQL Server數據庫系統。考慮到用戶友好性，系統采用OOP思想，對系統進行模塊化設計實現，也為今后需求變更和數據維護提供了可擴展性。

圖9 計算結果模塊顯示

表1 學生基本信息表(TPerson)結構

表2 全身耐力測試數據表(THeartTest)結構

表3 全身耐力結果數據表(THeartResult)結構

表4 力量耐力測試結果數據表(TPowerResult)結構

3.6 大學生體質健康運動處方系統的實現

3.6.1 視圖層的實現 視圖即呈現給用戶的使用界面，視圖組件包括文本框、輸入框、下拉框、表格、按鈕等。在大學生體質健康運動處方系統中只有一個主頁面（圖7），在該頁面下再通過標簽頁來分別顯示全身耐力及力量耐力運動處方測試結果。

通過圖7可以看出，整個系統只由一個界面完成，分為4個模塊，即基本信息、方案選擇、信息查詢及計算結果模塊。首先通過點擊下方的“新增”按鈕，來新增一個用戶，再在基本信息中填入用戶姓名、身高、體重、性別及年齡等基本信息；接著在標簽頁中選擇對應的運動處方系統（全身耐力運動處方／力量耐力運動處方），選擇不同的標簽頁時，測試結果模塊對應顯示也不同。全身耐力運動處方計算器中對應著5種不同的測試方案，有功率車SMT、臺階SMT、跑臺SMT、功率車GXT、跑臺GXT 5項測試方案，其中SMT表示次大強度，GXT表示遞增負荷運動；通過在方案右側下拉框中來對5種測試方案進行選擇，測試方案不同，全身耐力運動處方計算器所對應的測試結果模塊顯示也不同，如圖8所示。

測試結果模塊中主要是針對不同的運動記錄下測試者的測試結果，例如在全身耐力-功率車中是記錄測試者每次在特定功率下的心跳，為了計算對應運動處方，功率車項目必須錄入至少兩項測試等級，再記錄下各測試級別測試強度及心率測試結果后，點擊“計算結果”按鈕，在計算結果模塊中則會開始根據當前測試的結果進行計算，計算完畢后在對應界面中顯示計算結果：心臟功能能力F.C.、運動能力E.C.、靶心率THR；不同于全身耐力訓練，力量耐力測試并未將計算結果放在一個單獨的模塊中實現，而是直接與測試結果集成在同一個表格中，根據測試結果錄入實時顯示計算結果，不需要按鈕來激活計算事件。（圖9）

由于力量耐力測試中關于力量的測試項較多，因此在大學生體質健康運動工處方系統中未對其一一列出，而是將其設計成為一個表格格式，需要指導人員填入對應所測試的練習名稱，該記錄塊能夠輸入多條測試數據，當單項的測試數據填寫完畢后，對應練習重量（10RM）和練習重量（15RM）列下將實時生成對應的建議練習強度。

3.6.2 中心處理層的實現 從視圖層的表格（tgd_Result1）獲得每個級別的強度、心率，使用CalculateMet()函數獲得各個強度的MET值，并通過GetFC()函數分別計算2個強度（220-年齡、195-年齡）的靶心率（THR）、心臟功能能力（F.C.）、運動能力（E.C.），最后將這些數據在文本框（lbl_Result）中顯示出來。

3.6.3 數據庫層的實現 根據本系統的功能需求分析，總共設計了4個表，列出主要數據表的定義。（表1～表4）

4 結 語

相比于過去的傳統體育教學模式，大學生體質健康運動處方系統更為安全、科學、有效，對于培養大學生終身鍛煉的意識起到了很大作用，大大減輕了高校體育教師的授課負擔，該系統目前已在部分學校及商業環境中部署應用。然而本系統僅僅針對于大學生的耐力訓練，因此下一步工作中將為該系統加入更多的訓練項目，更為全面地為大學生體質鍛煉服務。

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