基于大數據的小學生體質健康監測與干預策略

摘要：針對目前體質健康監測中存在的標準單一、方式低效、指導不力等問題，學校積極發揮教育信息化優勢，利用物聯網、智能手環、體測儀器和管理平臺，通過大數據技術對學生體質健康狀況進行全面監測，深度挖掘影響因素并開展精準教學和有效干預，形成學生現代化的體質健康評價標準、學校智能化的體質健康監測分析方式，以及教師個性化的體育教學指導能力，構建學生體質健康發展新生態。

關鍵詞：大數據;小學生;體質健康監測;干預策略

《中國教育現代化2035》指出，要建立健全中小學各學科學業質量標準和體質健康標準，加快信息化時代教育變革，建設一體化智能化教學、管理與服務平臺等，這對學校的體質健康監測與干預工作提出了新的要求。它既要求學校針對學生特點和需求完善與調整現有的體質健康評價標準，又要借助物聯網、人工智能、大數據等新技術推動教育教學改革。

通過對武昌區三道街小學師生的調研訪談，筆者發現學校的體質健康監測與干預工作面臨標準單一、方式低效、指導不力的三重困境。為了有效解決小學生體質健康監測與干預存在的問題，學校于2018年確立了“基于智能手環大數據監測干預的學生體質健康發展評價”指導方針，引入智能手環和體測儀器，利用大數據技術和體質健康管理平臺對學生體質健康狀況進行全面監測，深度挖掘學生個人數據，便于教師開展精準教學和有效干預。

一、基于大數據技術進行體質健康監測與干預的意義和優勢

（一）技術融入體質健康監測與干預工作中的意義

第一，有助于完善體質健康評價指標體系。《國家學生體質健康標準（2014年修訂）》雖然從身體形態、身體機能、身體素質三個維度對學生健康情況進行了評價，但各個維度的評價指標太少，不能準確反映學生的體質狀況。例如，目前社會廣泛關注的“青少年近視率超半數”“青少年探頸駝背比例高達46.1%”“超六成青少年沒有睡夠8小時”等熱點，在此標準中并沒有得到有效體現和合理監測。利用智能手環等設備，可完成對學生視力、睡眠時間、心率、活動時長與頻次等數據的監測工作，讓學生的體質健康數據采集更加全面，評價指標體系更為完善。

第二，增強體質健康監測與干預手段的智能化。每年為完成學生體質健康數據采集上報工作，學校一般會抽出兩三天集中測試。由于體育教師和學生人數比例的嚴重失調，加之時間緊迫和器材落后的雙重壓力，很多學生的數據完整性和準確性無法得到保證。同時，年度測試數據只是學生體質健康狀況的階段性記錄，無法監控他們生長發育的連續性，生病學生無法參加統一測試，或是未發揮出正常水平等，也削弱了學校體質健康監測的意義和價值。借助大數據等技術，則能夠實現對學生小學六年上百次體質健康監測的數據記錄和趨勢分析，讓學校的體質健康管理工作更加智能，提高體質健康監測與干預效率。

第三，因材施教，精準教學。由于學生體質健康監測數據可能存在的錯漏和滯后，教師、家長和學生都無法在第一時間全面了解班級和個人的體質健康狀況，進而導致體育教師無法開展針對性的體育教學和訓練活動，家長無法準備合理的膳食搭配方案，學生也無法選擇自己亟須加強的鍛煉項目，只能按照統一的要求做出相同的計劃安排。體質健康管理平臺則能夠實現對學生一對一的跟蹤指導和反復干預，并在家校共育的良好環境下，讓教師的體育教學方案更加精準，對癥下藥，既保證了教學質量，又能為學生的生命安全和身體健康保駕護航。

（二）技術運用在體質健康監測與干預工作中的優勢

第一，減輕教師采集數據的工作壓力。之前，體育教師常常需要花費兩三天的時間測試，再用近一周的時間完成對數據的核查與整理工作;現在，所有的數據都能準確地由智能手環和體測儀器自動測量，在學校物聯網環境下上傳到體質健康管理平臺。

第二，提高學生歷史數據的利用效率。之前如果學校想了解某個學生一段時間的體質健康狀況，必須翻閱紙質記錄表或是查閱多個電子表格;而現在，只需進入學生體質健康個人主頁，就能快速查詢學生在各個項目中的歷次成績，發現學生成長過程中的不足之處，及時干預。

第三，掀起學校時時鍛煉的運動風潮。原來學生只在體育與健康課或陽光活動時間進行體育鍛煉，部分學生還因訓練活動辛苦而請假;現在，學生查詢了自己的體育數據后，能快速地在教師的指導下制訂鍛煉計劃，擠出時間進行針對性訓練，不斷進步，刷新班級排名，提高集體榮譽感。

二、學校體質健康監測與干預的實施路徑

為了保障學校基于大數據的小學生體質健康監測與干預策略具有科學性和有效性，學校不僅走訪很多信息技術和體育領域的專家學者，收集到很多寶貴的指導意見和實施建議，還面向研究組教師進行專業培訓，提高他們分析和解決問題的能力。同時，嚴格落實月月測和天天測兩類體質健康數據的收集工作，實現學生靜態和動態體育大數據的匯總與預測，并進行“智能體育教學應用項目共同體”研究，利用科研的專業性提升學校研究的品質和高度。

（一）定制智能手環，增加評價維度，完善體質標準

為了更好地監測與干預學生的體質健康，學校首先組織教師認真學習《國家學生體質健康標準（2014年修訂）》，該標準主要關注學生身體形態類中的身高、體重，身體機能類中的肺活量，以及身體素質類中的50米跑、坐位體前屈、仰臥起坐、跳繩等指標。這些指標涵蓋學生體質健康的基本部分和小學體育教學的核心內容，對此，學校選擇全部保留和沿用。

為貫徹教育部2014年后接連提出的對學生運動時間、視力和睡眠等方面的要求，學校增加了對心率、睡眠、視力和學生活動時長/頻次的評價指標，并在咨詢權威專家和參考其他體質健康監測標準文件后，制定了相關的評價細則。

通過分析學生不同運動狀態下生成的體質健康信息，學校最終確立了以基礎健康、行為健康、體能水平三類數據為主的監測體系（見表1）。

其中，基礎健康是指學生在安靜狀態（低于1.5梅脫的能量消耗）下的體質健康指數，包括體質指數（身高、體重）、肺活量、心率、睡眠、視力5個指標;行為健康是指學生在小幅度活動狀態（高于1.5梅脫、低于3梅脫的能量消耗）下的體質健康指數，包括公共區域活動時長、活動頻次兩個指標;體能水平是指學生在中到高強度的運動狀態（高于3梅脫的能量消耗）下的體質健康指數，包括50米跑、坐位體前屈、一分鐘跳繩、仰臥起坐、50米×8往返跑5個指標。

為了完成對新增評價數據的采集工作，學校拜訪多家體育器材提供商，最終定制了適合小學生佩戴習慣的智能手環。只要學生佩戴該手環，手環背面的4個傳感器就能實時采集到他的心率和活動數據。在夜晚，智能手環還會記錄學生睡眠和清醒的時間，從而完成對睡眠效果的監測。這樣，利用智能手環，基于大數據技術，學校采集到更多的學生體質健康數據成為可能。不斷增加評價維度，完善體質標準，也讓這一體質健康監測與干預試驗得以進一步推行。

（二）依托體質健康數據管理平臺，匯總三類數據，強化健康意識

依照新的體質健康監測與干預標準，學校確定了不同年段學生需要采集的數據種類，定制研發了一系列與體質健康大數據平臺兼容互通的測量儀器和測試設備，變人測為機測，變年年測為月月測、周周測甚至日日測。

根據學生體質健康數據產生時間的不同，學校將采集的數據分為三類，并對常規監測工作進行合理的規劃（如圖1）。

1.伴隨類數據

它包括心率、睡眠、活動時長和活動頻次。這些數據產生于學生白天和夜間的生活行為，需要利用可穿戴設備實施監控。因此，學生除洗澡、游泳等特殊情況外，必須隨時佩戴學校統一發放的智能手環。只要智能手環的傳感器接觸到學生皮膚，就能持續記錄學生每天24小時的心率變化、每周7天的睡眠情況，以及每個月的活動時長和活動頻次。每周一升旗儀式時，智能手環會將收集到的數據通過操場上的無線網絡，同步上傳到學校體質健康數據管理平臺。

2.生成類數據

它包括身高、體重、視力。這些數據涉及學生身體和重要器官的階段性發展，體育教師每月定期在一節體育與健康課上，利用常規的身高、體重測量儀和電子視力檢測儀對各班學生進行監測。學生只需佩戴手環進入健康小屋，將手環放在身高體重測量儀器上掃描，主機屏幕上隨即會顯示該學生的學號、姓名、性別等信息。學生確認無誤后在屏幕上點擊開始測試，并站到測量儀器上保持直立姿勢，等待測量儀器發出“測試已完成”的語音提示。這時學生可以看到主機屏幕上自己的身高、體重數值，同時該數值將同步上傳到學校體質健康數據管理平臺。

3.測試類數據

它包括肺活量、50米跑、一分鐘跳繩等。這些數據需要學生根據要求做出相應的運動行為，測試設備則將利用各種傳感器評定學生的運動情況。例如，通過紅外傳感器完成學生50米跑的計時，通過壓力傳感器完成學生坐位體前屈的測量，通過齒輪傳感器完成學生跳繩個數的統計。學生可自行利用陽光活動時間，到操場上的測試區域進行不限次的自主測試，并將數據傳送到體質健康數據管理平臺。以跳繩為例，學生佩戴好手環，5～8人一組，依次在跳繩測試儀器主機上掃描，屏幕上隨即會顯示該學生的學號、姓名、性別等信息。學生確認無誤后，按照登記順序拿起地上的跳繩做好準備，15秒后主機將發出“預備，呯！”的提示音并計時，學生隨即快速甩動跳繩以取得高分。1分鐘時間結束時，主機將播放“測試已完成”的語音提示，并在屏幕上顯示每個學生跳繩的個數。

通過匯總以上三類數據，學校體質健康數據管理平臺能形成全面的、動態的學生體質健康電子報告，教師和家長登錄賬號后可以查看學生在各項監測活動中的數據。除了數據展示頁面外，平臺還將展現學生在各個單項上得分的變化趨勢。這極大地提高了學生體質健康數據采集工作效率。同時，開放的查詢平臺也讓教師、家長以及學生更加關注體質健康狀況，促進他們健康意識的覺醒。

（三）夯實精準指導能力，促進學生全面發展

利用體質健康數據管理平臺，體育教師只需坐在電腦前，點擊鼠標就能對所教班級學生的體質健康狀況一覽無余，還能快速排序發現班上體質健康有隱患的學生，從而開展精準教學和有效指導。

1.定制健康食譜

青少年兒童正處于長身體的重要時期，應該讓他們多吃一些富含鈣的食物，以及各種維生素、氨基酸類食物，這對于他們的身體生長極為有利。但是部分家長由于工作繁忙，忽視了家庭飲食的合理搭配，更有甚者經常給孩子點漢堡、薯條等快餐食品以及碳酸飲料，極大影響了學生骨骼的發育。為此，體育教師通過膳食研究和調查問卷，在學生需要補充的各類營養元素和他們比較能接受的各類菜式中找到契合點，定制了一套低成本、易搭配的健康食譜，期待家長能夠更加關心孩子的營養攝入，從源頭上保障孩子的健康成長。

2.指導體育鍛煉

綜觀每個班、每個學生的體質健康數據，體育教師能對班級、年級、學生個人之間的差異了如指掌。例如，對于50米跑成績明顯低于班級其他男生的周同學，體育教師為他安排了高抬腿跑、原地縱跳、原地蹲起和小步跑等體育鍛煉。為了保證學生運動時動作的標準性，教師提供了相應的微課視頻，鼓勵學生將訓練短視頻上傳到班級空間。

3.舉辦專項比賽

為了幫助學生在體育鍛煉中享受樂趣、增強體質、健全人格、錘煉意志，學校會定期舉辦團體操、跳繩、踢毽子等專項比賽。通過班級選拔和校內選拔，我們不斷發現在中華傳統體育項目，跑、跳、投等基本運動技能，以及足球、籃球、排球、田徑、游泳、體操、武術、冰雪運動等專項運動技能中突出的學生，完成國家競技體育后備人才的輸送和培養。

三、應用成果與進一步思考

（一）應用成果

經過近4年的持續研究以及在3個年級的試點工作，學校已經取得了多項成果。

1.積累了大量的學生體質健康原始數據

截至目前，由學校統一組織的全員監測，2014級158名學生共參加10次，2017級145名學生共參加14次，2020級147名學生共參加6次。加之學生利用課間自主參與的測試活動，學校體質健康數據平臺上已采集到近10萬條有效數據。通過個人數據的橫向對比，教師能了解學生成長發育的變化規律;通過個人與班級平均數、中位數的對比，學生能清楚自己在該項目上與他人的差距;通過同年級不同班級之間的對比，學校能評估不同體育教師在教育教學工作中的具體成效。

這些大數據的積累，增強了學校對小學生體質健康發展規律性的認識，為分析和改善學生體質健康水平提供了數據支持和經驗基礎，為普通中小學的智慧體育建設提供了科學指導。

2.提高了學生的體質健康水平

學校每年會將三道街本校區學生（實驗組）的體質健康數據和民主路分校區學生（對照組）進行對比，以論證智能手環和體測儀器共同構建的體育數據管理平臺對本校區學生健康狀況產生的影響。通過2019—2021年三個年度的數據對比，學校發現本校區學生的體質健康狀況均高于分校區，并逐年拉開差距。以2021年對比分析為例，本校區2017級男生的肺活量平均比分校區多出84 ml，坐位體前屈平均多出9.6 cm，一分鐘跳繩多出11個;本校區2017級女生的肺活量平均比分校區多出475 ml，坐位體前屈平均多出4.9 cm，一分鐘跳繩多出14個。

另外，三道街本校區2017級學生2021年因病請假的申請次數為64人次，遠低于2018年的231人次，課間操和陽光活動的出勤率也從2018年的91%上升到99%，這都充分驗證了基于大數據的學生體質健康監測與干預對于促進學生體質健康發揮著積極的影響。

3.引發了教師、學生、家長和學校的變化

體育教師通過閱讀學生體質健康數據更加了解學生，切實做到因材施教;班主任及時與家長溝通，確保學生在家的睡眠時間和用眼健康;任課教師也更加關注學生的作業時間、作業效率，并監督每位學生做好一天兩次的眼保健操等。

平時活潑好動的學生在教師的干預指導下，能夠有計劃、有秩序地開展各類體育鍛煉活動，選擇適合自己的運動項目，不斷提升自身體質健康水平;之前一些內向的學生逐步開始選擇踢毽子等單人活動和跳長繩等多人活動，在體育活動中打開心扉，增強了班級榮譽感，培養了交往能力。

根據學校體質健康平臺的實時數據查詢和每學期學校下發的學生體質健康報告單，家長能充分了解孩子的體質健康狀態，及時配合學校進行飲食、睡眠、視力、作業、體育鍛煉等方面行為的控制，增強了家校共育的實施效果。

學校不僅重視學生體質健康管理工作，積極推進綜合評價機制創新變革，還引導教師摒棄過分追求學生學習成績的觀念，而是多關心學生德智體美勞全方位的個性化發展，特別是學生身心健康的發展，樹立更加科學的人才觀。

（二）未來規劃

體質健康監測與干預工作的相關研究還要繼續推進，今后，學校將在以下方面進行探索。

第一，完善評價體系。一是添加體溫、血氧、卡路里、步數等數據，讓學生體質健康狀況更全面地展現;二是調整部分長期未更新的評價參數，讓學生的評價結果更加科學;三是設置各評價維度的權重，提高學生體質健康總評的準確性。

第二，優化監測方式。一是加強智能手環的無線充電能力，避免學生長期脫機充電造成的數據丟失;二是在體測儀器加入人臉識別模塊，跳過學生刷手環確認個人信息的步驟，提升學生在體育監測活動中的體驗感;三是豐富體質健康管理平臺數據的呈現方式，實現全自動的班級對比和兩個學生之間的對比。

第三，增強指導能力。一是提高對體質健康數據出現問題學生的研判能力，縮短必要干預的實施時間;二是加強對家長、學生在家飲食和運動的監控能力，保證個性化指導落到實處;三是關注本校區學生在身高上均低于分校區學生的現實，想方設法提高本校區學生身高。

第四，加大經費投入力度。一是做好智能手環和體測儀器的更新換代與日常維保工作;二是進一步開發體質健康數據管理平臺，引入人工智能技術，讓機器根據學生需求自動推送學習資源;三是走訪專家和擴大宣傳，在自身體質健康管理工作更加科學嚴謹的同時，用寶貴的經驗幫助區內、省內乃至全國學校提升體質健康管理能力和效率。

互聯網、大數據、人工智能等技術的更新迭代異常迅猛，抓住機遇才能成就未來。今后，學校將緊跟技術發展腳步，有計劃地更新和升級現有設備，注重對體育教師專業能力和信息技術應用能力的培養，實現教、學、評、研的一體化，構建智能體育教學應用新生態，讓現代信息技術更好地服務體質健康監測與干預工作。

（作者尹慧紅系湖北省武漢市武昌區三道街小學校長，正高級教師，特級教師;胡峰系湖北省武漢市武昌區三道街小學電教主任，中級教師）

責任編輯：孫建輝