基于可穿戴設備的教育數據分析研究

吳至榕 吳佳逸 劉旭 盧政宇

摘 要：現代可穿戴技術被定義為將微處理器和互聯網連接在一起。可穿戴設備通常用于跟蹤用戶的生命跡象或與健康、位置、甚至人們的生物反饋有關的生命跡象或數據片段，以指示情緒。可穿戴設備模型可能依賴于短距離無線系統，如藍牙或本地Wi-Fi設置。可穿戴設備的例子包括各種類型的電腦化手表，移動網絡的發展帶動了可穿戴技術的發展。健身活動追蹤器是第一波流行于消費者的可穿戴技術。然后，手表變成了一個屏幕，并增加了更健壯的移動應用程序。藍牙耳機、智能手表和網絡眼鏡都允許人們從Wi-Fi網絡接收數據。游戲行業增加了更多的可穿戴設備，包括虛擬現實和增強現實耳機。當智能手表/手環產品出現后，運動監測變得前所未有地簡單。而得益于核心部件的成本下降，最新的智能手環產品，也能在健康數據的多樣化上做到極致，并把形態做到與智能手表趨同。為此，我們通過一系列的分析研究可穿戴設備在教育領域是否能夠為教育教學提供更大的幫助，諸如在測量人體心率、血壓值的高低以及血氧飽和度等功能情況下得出的可視化圖表。

關鍵詞：可穿戴設備;教育;數據分析

1、概述

1.1、可穿戴設備在教育領域的研究背景

人的體育史一直與數據有關。正因為有對運動數據的無限分析，才能夠適應減肥的過程。人類在奧運會上可以不斷突破自己。智能服裝把人們收集數據的方式分為兩個階段。在智能服裝出現之前，人們對自己的運動一無所知。初期，體育愛好者掌握戶外手表和心率帶子等零件，出門的時候跑步變得非常儀式。之后，人們在智能手機上安裝各種各樣的健康應用軟件，運動時可以拿著手機記錄步數和速度等信息。

智能手表/處理產品一出現，運動監控就變得前所未有的簡單。由于核心部件的成本降低，最新的智能手鏈產品也變得越來越多樣化，可以和智能手表一樣。為此，我們通過一系列的分析，研究在教育領域，是否能為教育教育教育提供更大的幫助，如人體心率、血壓值高低、氧氣飽和度等功能的視覺化圖表。

1.2、可穿戴設備課題的主要研究內容和任務

在過去是十年里，我們可以看見大量的可穿戴技術被使用和研究開發[1]。從手表到可穿戴設備，創造了大量的運動數據。測量人類運動使得我們能夠在醫療健康、體育教學、人體工程學等應用中構建解決方案。精英運動員已經廣泛應用于動畫制作，現在使用運動傳感器來提高他們的表現。在醫療保健領域，可穿戴設備技術正在幫助人們監測他們的心率、睡眠模式和健身水平。現在很多智能設備和傳統的體育監控設備相比可以使用[2]。更重要的區別是時尚的設計和手機的使用程度。

移動平臺與可使用設備的結合可以實現人與計算機之間的信息交互，通過時間和空間的限制，可使用設備將活動間的鍛煉與個性相結合，模式化、便攜化，不僅外觀設計美觀獨特，更便于科技與人機交互，研究實驗室有專門的設備來研究運動與健康的關系。但是這些設備成本高、體積大、空間有限，但是隨著科學技術的進步，目前的智能和可用設備簡化了專業設備的功能。隨著材料的現代化，這些器件變得體積小、重量輕、適用范圍廣。但是，缺點是有些功能并不像專業設備那樣采集穩定，會影響數據的準確性和用戶的運動體驗。

2、可穿戴設備

2.1 可穿戴設備發展

可穿戴技術是一組設備（包括健身跟蹤器和智能手表）的通用術語，這些設備設計用于全天佩戴。這些設備通常簡稱為可穿戴設備。可穿戴設備在顛覆我們的生活之前，首先要改變的是我們對這個世界的認識與思考方式。可穿戴設備通常用于跟蹤用戶的生命跡象或與健康、位置、甚至人們的生物反饋有關的生命跡象或數據片段，以指示情緒。可穿戴設備模型可能依賴于短距離無線系統，如藍牙或本地Wi-Fi設置。

2.2可穿戴設備的分類及其特點

近年來，可穿戴設備的內涵、體系結構、形式和功能都在不斷演變和變化，目前，典型的可穿戴設備按應用類型可分為以下幾個方面：通信猶大、醫療保健、安全應用等[3]。

通信輔助。目前，屏幕智能手機的大趨勢使其在使用上受到更大的限制。與手機相比，可用的設備更便于運輸，能夠及時告知用戶重要的通知信息。它們可以補充UNS，并與智能手機協同工作。它們主要用于彌補智能手機便攜性的不足，完善、補充和提升手機通信服務。

保健醫療衛生設備主要包括醫療設備和與身體健康有關的設備，測量心率和血壓的腕表，記錄行走、距離和能量消耗速度的計步器[4]。

安全應用。此類設備的主要功能是根據位置或范圍識別位置[5]。例如，基于手環或項鏈識別佩戴者當前地理位置的設備，有助于了解老人或兒童的位置和安全狀況，可穿戴設備使信息獲取和傳輸的路徑發生巨大變化，信息采集更加零碎精確，了解信息更加全面，接收信息和處理信息同步。

3、可穿戴設備在教育領域的統計分析

3.1 影響學生可穿戴設備心率的因素

可視化圖表如下：

從圖中可看出大學英語這門課程對學生心率影響波動比較大，心率比例在區間80～100之間。受氣溫影響，環境溫度高了，人體代謝率增加，相應的心跳也就快點，體發熱時，心率會加快，體溫每升高1℃，心率平均增加12～18次/分;而低溫麻醉時，心率會減慢，表明心率明顯受體溫的影響。由圖表可知，氣溫在9--11C°之間學生心率變化波動峰值是最高的。此外，晴天學生的心率達到最高值。在下午的2：30-4：20之間學生心率波動較大。中午上課一般學生比較困，所以來上課的時間還需做出相應的調整。

3.2 影響學生可穿戴設備中血壓的因素

影響人體血壓水平的因素，種類特別多。在圖表中可以看出，高等數學、大學英語和物理這三個科目可以影響學生的血壓，但變動的數值比其他學科要大。早上的時間段由于學生們都剛吃完早餐，所以容易犯困，血壓會比價高，而相比于在晚上上課，學生的血壓會比較小，起伏大。

4、結論

我們使用的是華為手環型HUAWEI WATCH GT2進行測試兩位學生的心率的起伏，血壓的變化，來反映學生上課的生理狀態。實驗的時候，在手表的主頁上按上面的按鈕滑動，點擊后，可以測定相關數值，簡單方便。

本次實驗不足的地方是，測試學生數量有限，測量結果可能不正確，沒有進行深度的數據挖掘和分析。測量數據的精度應該進一步提高。

參考文獻：

[1] 陳蹇.全球智能可穿戴設備發展特點與趨勢[J].上海信息化，2019（4）：78-80.

[2] 趙亦俊，張濤.智能穿戴在健康領域發展的現狀分析[J].中國衛生管理信息雜志，2015，12（4）：354-358.

[3] 羅曉蘭，樊衛國.基于醫療健康可穿戴設備的城市智能養老服務模式研究[J].蘭州學刊，2017（10）：199-208.

[4] 章勇.教育信息化中數據處理與數據可視化研究[J].華中師范大學，2015，G632.4

[5] 基于可穿戴設備的教育應用案例分析.《科技傳播》黃川2018年第21期