基于健康體適能的大學生運動處方專家系統設計研究

王雅卓，于紅研，劉春穎，馮震亞

(上海交通大學體育系，上海 200240)

運動處方是指導人們有目的、有計劃進行科學鍛煉的一種方法，它具備科學性、簡單性、安全性等特點，其提出的運動和鍛煉模式有效避免當代大學生課外自我鍛煉的盲目性；而運動處方專家系統作為一種操作簡便的工具，能有效解決大學生體育鍛煉中出現的缺乏科學鍛煉方式和自我鍛煉、自我監控、自我保健和自我評價的綜合難題。

針對該問題，將運動處方與健康體適能有機結合，按照大學體育教學時間周期規律與特點，以學期、周、日三個階段設計了一種運動處方模板，采用Visual Basic和Access實現了可視化功能的專家系統軟件平臺，為模板設計者和實際使用者提供了一個信息化平臺；實證數據說明運動處方專家系統設計簡潔，便于大學生操作和自我評估。

1 研究方法

1.1 文獻資料法

收集整理有關運動處方和體適能的研究資料,建立相關概念、理論及研究方法等,確定處方模板的階段和類型。

1.2 專家訪談法

采用面談、電話和郵件的方式對有關體育教學專家和教師進行訪談。使用事先擬定的訪談提綱與主要問題對上海交通大學體育系、上海體育學院體育社會學和保健與康復方面的專家進行面談、發送郵件及電話采訪，交換對處方專家系統的看法，并對系統所選指標做界定。

1.3 現場觀察法

研究者到體育教學現場進行了一個學期跟蹤研究，結合教學和科研兩方面選取記錄內容。

1.4 實驗法

研究者把設計出的處方模板，通過專家系統平臺，在大學生體育課中試用一個學期，現場記錄出現的問題并及時修整，最終確定處方專家系統的內容和形式。

2 運動處方模板設計

健康體適能是與健康有密切關系的體適能，是指心血管、肺和肌肉發揮最理想效率的能力，它是機體維護自身健康的基礎、是機體以最大活力完成日常工作的條件。

表1 測試項目內容

引自“健康體適能”

通過表1 所列項目進行測試。選取指標和運動處方類型參考“健康體適能”體系，并結合大學生每學期體育課程所進行的相關指標測試項目，依據“大學生體質健康標準”和BMI(身體質量指數)評價標準取得結果。測試結果采用逐層篩選及挑選薄弱項的方法，具體流程如圖1所示。第一層：通過人體質量指數：BMI=體重(kg)/[身高(m)*身高(m)]，參考標準體重為肥胖者直接進入運動與減肥類型。第二層：800/1000m測試結果為及格或不及格者，并綜合肺活量體重指數與基礎心率波動均值，

圖1 運動處方制定準則與流程

全面評價自身有氧工作能力，薄弱者可選擇心血管適能類型。第三層：通過仰臥起坐、俯臥撐、握力體重指數評價自身肌肉力量與耐力情況，薄弱者可選擇肌適能類型。第四層：坐位體前屈測試，關節靈活度評價薄弱者可選擇柔韌適能類型。

經過篩選后獲得四類處方類型后，針對大學體育教學以學期為一個周期(一般為16周)特點，四類處方類型均分三個階段：學期、周和次(圖1中的周次M=16)。其中為了大學生在使用運動處方便于開展自評，選取的主要評價指標為：(1)生理指標：心率、RPE(個體疲勞程度自評表)。(2)一般客觀指標：練習時間、周次、階段、目的、運動方式、預期效果等。

綜上，基于健康體適能并采用逐層篩選及薄弱選項法，開展大學生運動處方專家系統設計。

3 運動處方專家系統設計

3.1 專家系統實現及主要功能

為了便于大學生使用運動處方模板，及時開展評估與運動微調，實現處方模板信息化，基于上述模板設計分析與薄弱選項法具體流程，采用Visual Basic 6.0和Access 2003 數據庫軟件平臺實現了大學生運動處方專家系統，系統主界面包括6項一級功能模塊，分別是①學生登錄；②教師登錄；③專家登錄；④數據查詢；⑤系統管理和⑥系統介紹。

學生用戶可以分為新用戶和已有用戶。新用戶注冊密碼須為學生的學號，待注冊后需進行個人資料錄入，系統以“學號”為索引記錄該條信息并存入后臺Access數據庫。已有用戶采用學號登陸，系統自動以“學號”為索引記錄顯示該學生基本信息。如需進行修改密碼并完畢；點擊返回，回到主界面。

學生在功能模塊下，可以瀏覽本人體質測試成績(BPQ)，并可填寫基礎心率、安靜心率等基本信息作為基礎心率波動評價依據。

圖2 大學生運動處方卡示例

在設定并獲得基礎數據，學生即可獲得相應的運動處方卡。大學生運動處方卡界面如圖2所示，在該處方卡內可以查看身體素質情況，以及專家系統的建議運動處方，還可以進行自我監督，學生可以點擊“打印”，將該運動處方卡打印出來，方便查看，并進行自我監督。單個運動項目完成后，可以登錄系統，填完相應對話框的內容，以便于系統根據運動反饋情況，及時微調運動處方內容或選項。

相對于學生在該系統中功能，教師在完成注冊及必要密碼設定后，具有“學生基本資料查詢”、“錄入學生體質(BPQ)測試成績”、“查看運動處方及進行處方微調”(如圖3)等主要功能。

圖3 教師查看及微調運動處方界面

如圖3所示，教師可以錄入學生的體質測試成績，錄入完后點擊“保存數據”，系統自動以“學號”為索引記錄該條信息并存入后臺Access數據庫錄。一條數據錄入完畢后點擊“下一條記錄”，開始錄入下一條記錄，錄入完畢，點擊“保存數據”，依次類推，點擊“返回”。

如圖3所示，教師可以查看學生的運動處方，同時可以在“運功注意事項”中，提出運動和飲食方面的建議，輸入“查詢處方號”，點擊“查詢”，可以查看任意處方號的處方，點擊“編輯”，可以輸入“運動微調建議”和“控制飲食”，輸入完畢，點擊“保存數據”，完成數據保存。

此外，系統設立專家功能模塊，以采用專家知識庫邏輯進行運動處方制定準則的調整、運動微調建議及專家健康診斷，以增加系統的可擴展性和參數設計科學性。

3.2 運動處方專家系統設計有效性研究

實驗選取上海交通大學教學班級60名女生，通過基本信息、身體形態指標、素質測試數據等信息錄入，歷時一學期的有氧運動處方中網球項目練習，驗證系統有效性。

表2 女生參與者實驗前、后指標對照

從實驗研究對比數據分析可知，經過一學期運動處方試驗后，實驗組最初的人體質量指數BMI和肺活量體重指數沒有發生顯著變化(P>0.05)，由于有氧運動強度設定為最大脈搏的60～80%，通過定期定量的練習對受試者BMI指數偏高的個體確有改善效果；有氧運動處方以提高身體的有氧活動能力為主，而網球是一項具有改善練習者柔韌、力量、速度等素質特點的運動項目。通過試驗前后素質指標變化可以看出，受試者在800米、握力體重指數、立定跳遠、仰臥起坐和坐位體前屈能力上均有改善,其中握力體重指數和仰臥起坐呈顯著性提高。實驗結束對60名女生進行滿意度調查，80%學員認為比較滿意，系統操作簡單便捷，方便自我評價和記錄練習數據。

4 討論與分析

基于健康體適能并采用逐層篩選及薄弱選項法，制定的大學生運動處方專家系統具有個性化特點。

4.1 運動處方專家系統是了解自身練習情況最直接、最簡捷的途徑。系統格式設計簡潔, 便于操作；模板內容簡明易懂，容易被大學生接受，收效快。為每次練習情況做記錄，進而加深對自身情況、練習內容和監測指標關系的理解。

4.2 有利于大學生規劃和針對性實施課外體育鍛煉。學期、周、次處方專家系統是大學生從自身情況出發，先設定學期總目標，通過對周和次處方卡練習內容的詳細記錄進而總結和驗證鍛煉情況的有效工具，解決當代大學生課外自我鍛煉的盲目性。

4.3 記錄數據有利于教學和體育科研。模板記錄的運動方式、持續時間、強度、心率和具體實施出現問題的總結，是有價值的研究數據，為體育科研積累數據；同時，對體育教師指導學生、社團活動等大學課外體育鍛煉的開展意義深遠。

5 結論與建議

運動處方專家系統是大學生課外自我鍛煉、自我監控、自我保健和自我評價操作簡便的工具。運動處方專家系統的效果評估具有連續性、階段性和前后對比性特點。處方系統可在大學體育教學課程中和課外社團活動中推廣和應用且進一步完善。