學生體質健康測試數據的異常分析判斷與研究

劉勇 寧夏大學

少年強則國強，學生體質健康不僅關乎青少年自身的成長，而且對于國家和民族的未來發展都至關重要。關于體質一詞，我國學者認為體質是人體的質量，它是在遺傳性和獲得性基礎上表現出來的人體形態結構、生理功能和心理因素[1]。美國學者Corbin（1991）、Shephard、Bouchard、Stephens（1994）提出了“體質實質是包含運動技能體質、身體健康體質和生理功能體質的三維結構模型”[2]。2002 年，我國在全國范圍內試行《國家學生體質健康標準》（下文簡稱《標準》），在該《標準》落實以后，教育部要求所有學校將最后的測試結果進行上報。但是由于數據量太過龐大復雜，在上報過程中存在工作強度大、數據可信度不高等問題[3]。

一、研究對象與方法

（一）研究對象

本文是以對學生體質健康測試數據進行異常分析與判斷為研究對象。根據《國家學生體質健康標準（2014 年修訂）》的要求，各學校每學年都要開展覆蓋本校各年級學生的《標準》測試工作，測試數據經當地教育行政部門按要求審核后，通過“中國學生體質健康網”上傳至“國家學生體質健康標準數據管理系統”。此次研究的數據來源為某省2015 年-2019 年五年間的體質測試上報數據。

（二）研究方法

1.文獻資料法

根據本文的研究目的和意義，通過中國知網、維普、萬方等數據庫，以“數據真實性”“體質測試”等為關鍵字進行文獻檢索，并整理了這些數據庫中與本研究相關的文獻資料，為本文的研究奠定了理論基礎。

2.統計學方法

本研究主要運用Excel 和Spss 統計軟件對數據進行統計分析。

3.計算機程序設計法

本研究的學生體測數據異常檢測程序基于Python 語言實現，使用了sci-kit-learn，pandas 等算法包，使用MySQL 作為數據庫，使用vue 作為創建用戶界面的開源JavaScript 前端，使用echarts 實現數據的可視化。

二、研究結果與分析

（一）t 檢驗的應用

本研究用t 檢驗的方法將班級與該班級所在的年級數據做對比，以班級作為檢驗樣本，年級作為檢驗總體，目的是評估這個班級的體測結果是否整體異常。

t 檢驗計算公式如下：

該項目中運用單總體t 檢驗量的計算方法，以2019 年體重數據為例：

某小學1 年級（3）班體重結果均值μ=26.7，該班學生數n=30，該校一年級體重結果均值μ0=28，S=4.1，判斷該學校1 年級（3）班體重均值與整個一年級體重均值是否有差異。

1.建立假設、確定檢驗水準α

H0（零假設）：μ=μ0 即1 年級（3）班體重結果均值與該校一年級體重結果均值相等，其當中的差異是由抽樣誤差引起的，無統計學意義。

H1（備擇假設）：μ ≠μ0 即1 年級（3）班體重結果均值與該校一年級體重結果均值不相等，其當中的差異屬于本質性差異，有統計學意義。

該檢驗目的是推斷班級與年級總體均數是否相等（即μ＞μ0 和μ＜μ0 可能性同時存在），所以采用雙側檢驗，檢驗水準（顯著性水準）：α=0.05，參考值設定為p（即H0 發生的概率）。

2.計算檢驗統計量

3.確定P 值，下結論

通過查詢T 檢驗臨界值表，得到t0.05（df=29）的臨界值為2.045，計算得出的t 值為1.7075，1.7075＜2.045，t 值小于臨界值，P＜0.05。因此接受零假設，不能認為某小學一年級（3）班體重結果均值與該年級體重結果均值有差異，所以某小學一年級（3）班體重結果數據正常。

（二）學生個人體測數據的檢測方法

個人體測數據異常的評估方法由于個體數據的差異性，采用歷史數據對比法（即某學生2019 年體測結果與2018 年該學生體測結果數據一一對應做比較）。以每個年齡的變化的+10%，-40%作為異常判斷依據可以有效檢測出體測中的異常結果，例如表1 所示。

表1 身高數據異常檢測表

個人異常結果對比中兩個樣本屬性高度相關（同一名學生2018 年和2019 年的體測數值變化），評估采用給定變化值域區間的方法，實際變化落在區間之內則正常，落在區間之外則判定為異常。特殊體測項目依據年齡及性別劃分值域區間。該異常檢測方法結論僅作為參考，不排除有個別學生進行針對性訓練或身體素質下降等因素引起的測評結果異常。

（三）學生體質測試數據檢驗平臺的構建

1.程序設計簡介

此平臺基于Python 語言實現，Python 語言作為目前最流行的編程語言之一，具有開發效率高、面向對象、免費、開源、簡單易學等優點，使用MySQL 作為后臺數據庫，MySQL 運行速度快，與其他大型數據庫的設置和管理相比更容易使用，具有豐富的接口，可以利用pymysql 工具與Python 連接。使用vue 漸進式框架構建用戶界面，Vue 相對而言是一個輕量級的框架，可以通過簡單的API 提供高效的數據綁定和靈活的組件系統。使用echarts 實現數據的可視化，其可提供直觀、生動、可交互、可個性化定制的數據可視化圖表，最終的數據檢測結果，可通過echarts 提供的統計圖表直觀地展示出來。

2.系統功能模塊

本系統的用戶主要分為三類，學校、管理單位、個人（學生），根據學校體質測試工作的流程以及此系統所需要實現的基本功能，每一類用戶下又設有若干個功能模塊，每個功能模塊實現特定的功能（如圖1）。

圖1 系統功能結構圖

在學校這一模塊下設有三個子模塊，分別為學生管理、班級管理、成績管理。管理單位模塊下也設有三個子模塊，分別為后臺管理、單位管理、成績管理。后臺管理模塊主要實現成績修改、查詢、添加、等功能。單位管理模塊主要實現單位導入、導出、單位詳細信息、查找等功能。成績管理模塊主要實現成績審核、成績導出、查找、統計等功能。

個人（學生）模塊下設有兩個子模塊，分別為個人信息管理和成績管理，個人信息管理模塊可以顯示學生的基本信息以及聯系方式，成績管理模塊主要實現個人成績查看、導出、查找等功能。

三、結論與建議

對學生個人、班級、年級分別使用歷史數據對比以及灰色預測的方法，對體質測試數據的有效性進行全面的檢測，通過對學生體質測試成績進行檢驗，發現確實有部分班級、部分學生的體測數據存在異常，鑒于目前體質測試的情況，特提出以下幾點建議僅供參考：

1.教育、體育等相關部門要加大對學生體質健康方面的重視程度，對學生體質健康測試方面存在的問題要有相應的解決措施并加大監管力度，督促各級各地學校貫徹落實國家的規定和要求。

2.各級各類學校要加大對體育工作的重視程度，引導和督促學生積極進行體育鍛煉，全面提高身體素質，養成體育鍛煉的習慣、樹立終身體育的意識。加強體育師資隊伍建設、組織教師定期進行學習培訓，成立專門的體質測試管理中心，全面負責學生體質測試及上報工作。

3.學生個人要樹立正確的體育觀、充分認識到體育鍛煉、身體健康的重要性，積極參加課內外體育活動、提高自身素質的同時也達到了國家的要求。