運動負荷監測系統在體育教學中的應用及思考

摘要： 在智能時代，借助運動負荷監測系統，教師能夠科學認識體育與健康課運動負荷，形成合理的運動負荷監測指標，掌握有效的運動負荷監測方法，進而調控學生的運動負荷，讓學生的身心在運動負荷適宜的體育教學環境中健康發展，實現體育與健康課的提質增效。

關鍵詞：智慧體育;體育教學;運動負荷;監測

我們已步入智能時代，教育信息化作為一種全新的教育形態，成為推動教育現代化的重要路徑。隨著現代信息技術在教育領域的廣泛應用，學校也在積極探索利用信息化工具開展體育教學變革。北京市東城區積極響應“雙減”政策要求，以《教育信息化2.0行動計劃》和《東城區教育綜合質量提升三年行動計劃》為導向，提出“智慧體育、精準施策，助力每一位學生健康提升”的目標，并在實施過程中以科研為引領，以智慧體育為主線，借助云計算、大數據等技術，建立學生運動負荷監測數據庫、體育教師教育教學智能測評和診斷全息數據檔案，構建體育高效課堂，提高體育教學質量。

一、應用運動負荷監測系統的背景

中小學生體育教學中，只有讓運動負荷和心理負荷保持在適宜的范圍內，才能產生較好的教學效果。合理安排和調節中小學生的運動負荷和心理負荷，直接關系到體育與健康課的教學質量。無論是只重視生理負荷而忽視心理負荷，還是過于強調讓學生獲得愉快的情感體驗而忽略運動負荷，都不利于促進學生的全面發展和提高教學質量。

有數據顯示，全國中小學生體質狀況呈現逐年下降趨勢，尤為突出的問題是：肺活量、速度、力量等體能素質持續下降，肥胖學生繼續增多，且居高不下。近些年，雖然這一下降趨勢有所減緩，但學生體質健康狀況依然不容樂觀。這在一定程度上與體育教學中教師過于追求輕松愉快的課堂氛圍、只注重學生的情感體驗、淡化學生技能和體能的鍛煉、不重視運動負荷安排息息相關。因此，正確認識和安排學生的合理運動負荷，做好課前設計和課堂調控至關重要。

建立簡便、有效的指標體系來監控和評價體育與健康課運動負荷，對于提高體育與健康課教學效果具有重要的現實意義。適宜的運動負荷是學生鍛煉身體和掌握運動技能的要求，也是促進學生身心健康發展的基本需求。因此，教師要善于合理安排和調節體育與健康課的運動負荷，為學生在體育與健康課上享受樂趣、增強體質、健全人格、錘煉意志奠定基礎。

為此，北京市東城區依據《北京市中小學校體育課運動負荷監測與評價通知附方案技術規范》要求，以課堂提質增效為目標，依托運動負荷監測系統，對課堂運動負荷數據進行實時監測和大數據分析，判斷參與鍛煉學生的持續運動時間、運動強度、運動密度等指標，系統地記錄與評價學生體育鍛煉過程實施及階段運動負荷強度水平和運動量，從而有效保證日常體育與健康課科學、安全、有效地開展，實現對體育鍛煉的動態監督，更好地促進中小學校體育教學工作的開展。

二、運動負荷監測系統的基本情況

一節優質的體育與健康課，不僅需要有趣的教學內容、有序的教學組織，還需要合理的運動負荷。為更好地監測學生可承受的運動負荷，我們在體育與健康課及學校其他體育活動中啟用了運動負荷監測系統。它基于數據分析技術，依托智能穿戴技術、云計算等，提供易于使用的、可視化的數據分析和數據挖掘功能，可收集并積累體育與健康課、大課間以及課后體育活動的大數據，擁有后端數據查詢、統計和分析對比功能。同時，它允許自定義指標之間進行各類橫向、縱向、跨班級、跨年級、跨校區和跨城市的多維度分析。教師將在體育與健康課堂上采集的學生運動數據上傳至平臺進行匯總、分析、干預，也便于學校和研究人員進行教學效果評估、教學方法研究，解決所發現的問題。學生的運動負荷由課堂運動的實時心率來體現。此運動負荷監測系統擁有iPad端、電腦端，能讓教師更好地監控課堂上學生的運動心率，并根據課堂監測數據調節運動量，讓教學活動更具針對性，更加完善，以提高教學成效。

（一）運動負荷監測系統簡介

運動負荷監測系統主要包括心率臂帶表、數據接收器、顯示終端設備、網絡傳導器、團隊充電器等。通過顯示終端，教師選擇上課班級，并按照體育與健康課規范設置課堂目標、課程類型、課程分類、課程名稱、課程時間。上課過程中，教師通過平板電腦或者大屏幕實時了解學生的實時心率、實時強度、心率曲線、班級排名、班級實時心率等指標。課程結束后，系統會自動生成評價報告，教師可直觀看到對班級以及學生個人的總體評價。

（二）運動負荷監測系統操作流程

運動負荷監測系統包括監測和評價兩部分。

實施運動監測前，要先做好課堂運動負荷監測預案，確定要監測的學生，上傳學生的基本信息;課前還要完成一系列的準備工作，包括課前10分鐘讓學生按照編號佩戴心率臂帶表并啟動，測定安靜心率，設置課程類型（如新授課、復習課、綜合課）;課堂上實施監測，教師通過觀察屏幕上實時顯示的學生心率、運動強度、運動密度、卡路里等多項指標值，或掃描二維碼關注公眾號進入課堂實時界面，能清晰地了解課上學生的實時狀況;課后整理時運用柏格（Borg）量表測量學生本節體育與健康課上的自我感覺，記錄疲勞強度，測定10分鐘后的安靜心率，并回收心率臂帶表。

監測結束后，教師能夠從運動負荷監測系統平臺導出評價報告和評價數據，呈現整節課上監測學生的心率變化情況，以便對在該課上學生所承受的運動負荷安排有一個準確的認識和把控。此外，上課過程中，教師還能讓學生結合自己的心率變化互動，提高學習積極性和科學鍛煉能力。同時，教師可根據學生不同階段的數據呈現隨時調整教學設計和實施，不斷完善運動負荷安排，提高體育與健康課教學的科學性、針對性和實效性。

（三）運動負荷監測系統指標

運動負荷監測系統中的監測與評價指標，主要依據《北京市中小學校體育課運動負荷監測與評價通知附方案技術規范》，結合教師上課質量及上課要求來確定（見表1、表2）。

三、運動負荷監測系統的具體應用

（一）課前根據教材特點合理預設運動負荷

教師課前要做到心中有教材，心中有學生，圍繞教學目標和教學內容，結合學生實際，科學地安排分組、示范、評價、觀摩等，預設合理的運動負荷，靈活調控負荷節奏。一般來說，安排教學內容時，教師應遵循以下要求：課前準備部分，運動負荷宜小，主要是預先提高身體機能的練習，目的在于提高學生中樞神經系統的興奮性;課堂基本部分，運動負荷的增加要有起有伏，有節奏地逐步加大運動負荷，在課中間部分運動負荷達到最大;在課的結束部分，一般應選擇逐步降低運動負荷和活躍身心的練習。

（二）課中根據學生情況及時調節運動負荷

體育教學中，教師要通過改變練習的重復次數、延長間歇時間以及變換場地、器材重量、障礙高度、距離長短等有效調整負荷，合理地確定練習強度、重復次數和間歇時間。合理安排間歇時間，使肌肉工作與休息交替進行，是讓學生取得良好練習效果的必要條件。間歇時間應根據負荷性質和強度以及學生訓練水平確定，合理分組則可保證必要的練習重復次數和合理的間歇時間。課堂上，教師最常用的運動負荷監測方法就是觀察法和詢問法。如通過平板電腦或者大屏幕實時了解學生上課實時心率，或者觀察學生的臉色、表情、出汗量、反應速度等判斷運動負荷;也可通過詢問學生鍛煉后的自我感受，如“累極了、很累、有點累、還行、很輕松、非常輕松”來判斷學生承受運動負荷的情況。

（三）課后通過運動負荷評價結果和反饋進行教學反思

教師要根據運動負荷監測數據的反饋情況調整教學內容，并采取有效措施調節運動負荷，以求達到最佳的練習效果。通過對運動狀態或運動負荷數據進行大數據分析和多維度檢測、評價，體育與健康課堂可實現效果可視化、信息共享化以及支持個性化，系統地記錄與評價學生體育鍛煉過程實施及階段運動負荷強度水平和運動量，有效保證日常體育教學科學、安全、有效地開展，更好地提升中小學體育與健康課堂教學質量和實效性。圖1為某校八年級女生籃球行進間運球課的運動負荷分析圖。該課是由東城區保健所醫生、校醫務室、體育組教師共同完成的，并針對學生的運動負荷監測結果進行評價分析。

由圖可知，被監測學生的平均心率、基本部分平均心率、最高心率、心率指數都達到基本適宜心率水平，但運動密度偏高;該學生心率曲線圖最大心率出現在準備部分結束時，在基本部分結束時又出現一高峰，呈現雙峰曲線;課后10分鐘心率恢復到安靜狀態;建議調整基本部分內容，使心率曲線圖呈緩慢上升到逐漸下降的過程，有利于課后10分鐘心率恢復到安靜狀態。

四、運動負荷監測系統的實施效果

運動負荷監測系統能夠做到實時心率數值的更新跟蹤，根據不同的上課環境（室內、室外等）、學生適應情況，提供靈活多變的教學設計與方案，并通過分析運動負荷監測系統所得數據，讓教師清楚地意識到自己教學的不足，對癥下藥，有針對性地完善教學設計，不斷提高教學水平。

（一）全面評估體育教學質量，讓體育與健康課數據化、科學化

運動負荷監測系統實現了體育與健康課關鍵指標的可視化，解決了傳統體育與健康課上運動強度、運動密度等指標難以實時獲取和準確測量的問題，以數字化賦能體育教學，使體育教學更加科學。近年來，東城區全面實施運動負荷監測，對評估體育教學質量有著指導性的作用。教師可通過實時顯示數據及課后數據報表評價整堂課的情況，把握體育與健康課運動負荷的合格率以及整體變化趨勢，充分了解教學中的優勢和不足，全面評估體育教學質量和效果。同時，進行科學的診斷評估，精準組織教學，優化體育與健康課程結構，提高體育教學效率，保證學生心率安全，讓學生在健康、科學的手段輔助下進一步提高身體素質，為學生的體質健康保駕護航。

（二）科學的運動負荷監測，促進體育與健康課提質增效

是否進行了科學的運動負荷監測是衡量一節體育與健康課能否達成增強學生體質目的、效果的依據之一?？茖W的運動負荷監測對提升體育與健康課堂質量、保障學生身心健康成長發揮著重要的作用，它能夠彌補傳統體育測量手段難以實現有效且實時數據挖掘的不足。在傳統課堂上，體育與健康課難以實時監控并合理調整運動強度、運動密度和運動時間，負荷過大可造成身體機能的損害或運動損傷，負荷過小、練習不夠則達不到體育鍛煉效果，也不利于運動技能的掌握^[1]。通過分析運動負荷監測系統中的數據，教師可得到學生表現的實時反饋，發現自身教學的不足，進而及時調整教學設計，合理安排運動負荷，保障實效性和安全性，提高體育與健康課堂教學效果，優化體育鍛煉環境與相關練習內容，促進學生增強體質。

（三）發展智慧體育校園，促進教師信息素養提升

東城區積極落實智慧體育校園建設。隨著運動負荷監測工作逐步深入推進，學校體育進入信息化時代。教師不僅要掌握運動負荷監測方法、運動負荷評價指標分析技術，還要學會科學調整運動節奏等。這讓一線教師對運動負荷監測有了更多認識，對課堂教學實效有了進一步的理解，信息素養不斷提升，在教學活動中更合理地調控運動負荷。同時，也讓學生對運動負荷監測有了一定的認識，能夠結合自身狀況，學會掌握運動負荷監測基本知識和簡單方法（如脈搏測試法、自我感覺判斷法），并在鍛煉中運用所學知識來監測自己的運動，指導自己更加科學地參加體育鍛煉，提高身體素質。

五、進一步思考與展望

體育學科與其他學科不同，師生大多是在室外開展教學活動，可運用的智能化軟硬件設施不多。近幾年，隨著便攜式體育科技產品的出現，體育教學發生了翻天覆地的變化。加之各區域智慧體育校園的建設，現代信息技術在體育教學中的運用日益受到人們的重視。未來，運動負荷監測系統與智慧體育校園建設中還需要在以下幾個方面發力，以期更好助力體育活動開展，提高體育教學實效。

第一，建立學生體質健康電子檔案。根據學生的基本信息、特殊病史、體質健康、心理健康以及教學過程性評價和日常表現情況等，學校要建立學生體質健康電子檔案，形成學生個人、班級、年級和全校，以及本學期、歷年來不同時間軸上的電子信息檔案，使教師和家長能夠很好地掌握學生的身體狀況，學生也能一目了然地了解自身在校期間的體質健康信息。

第二，科學運用大數據分析技術。如針對學校收集的信息檔案，尤其是體質測試成績、近視篩查結果以及日常表現評價等，運用大數據分析技術進行橫向和縱向的數據分析，了解不同對象歷年來的體質健康變化趨勢，觀察該校學生體質健康是否有所提升，掌握該校學生各項體質健康分布情況。根據數據分析結果，教師能夠了解學生體質健康現狀和變化趨勢，從而有針對性地制訂訓練計劃，改善學生體質健康，達到均衡發展的目的。

第三，進行教學過程性智能評價。傳統的體育教學評價注重學期的結果性評價，忽視對學生體育與健康課堂表現的過程性評價。但對學生的過程性評價尤為重要，它可以及時了解學生的階段性變化，以便教師及時調整學生鍛煉計劃和方案。未來，教師可應用AI動作識別技術，在教學過程中及時了解學生的動作模式和動力鏈傳導，使學生更直觀地理解動作要領，清楚自身問題，進行直接的糾正訓練，有效減少運動損傷。同時，借助體育與健康課堂運動強度監測平臺，利用便攜式運動心率表，監測學生的運動強度、練習密度、最大心率安全報警、平均心率等指標，了解本節課的運動強度安排是否合理，并及時做出調整。

第四，制訂個性化運動處方。在體育與健康課程標準的引領下，基于教材開展教學的同時還要考慮結合學情開展個性化教學活動，不能將教材和教案一概而論，更不能將教學內容和練習強度不加區分地運用到所有學生身上，而應根據學生的電子檔案和過程性評價記錄，為學生制訂個性化運動處方。這就需要教師具有教學資源管理庫和學生鍛煉個人處方檔案：一是便于教師在教學資源管理庫中提取所需的學生鍛煉資料;二是便于學生了解自身情況，在學習過程中有意識地發現自我的不同之處，了解體育鍛煉的目的和意義，使學生清晰認識到每項體育鍛煉內容的價值所在。

第五，開發家庭鍛煉可視化平臺。當前，學生在校鍛煉強度遠遠不夠，為了方便學生鍛煉，提高學生體質健康，教師應借助科技賦能給體育教學的優勢，根據學生信息檔案和體質健康數據分析結果以及在校鍛煉計劃，家校合作，共同制訂學生家庭鍛煉方案，開發家庭鍛煉可視化平臺，滿足學生非在校期間的自主鍛煉需求，實現家校鍛煉一體化。

第六，完善教師管理平臺。教師管理平臺是將體育科技賦能的體質健康電子檔案、數據分析、AI動作識別、運動負荷監測、運動競賽系統分析、可視化鍛煉平臺等整合到一個平臺上，便于教師使用和管理。

第七，建設智慧體育操場。智慧體育操場是指將現代信息技術放置在體育操場或體育館，實現操場智慧化，滿足學生日常鍛煉需求，如智慧天天跳繩、智慧天天健跑、智慧天天鍛煉、智慧天天監測。同時，實現在校期間對全校學生進行實時運動負荷監測，讓家長和教師能了解學生在校的跑步軌跡和心率變化，以及跳繩次數和心率變化。

參考文獻

[1] 黃劍輝，秦媛，安純彩，等.北京市東城區部分中小學生體育課運動負荷調查[J].中國學校衛生，2008（5）：448-449.

（作者高佳系北京市第五十五中學教育主任，中學高級教師;劉長在系北京市第二中學分校教師，中學一級教師;裴連軍系北京市東城區教育科學研究院中學教研員，中學高級教師;王玉中系北京市第六十五中學藝體中心主任，中學高級教師）

責任編輯：孫建輝