數字化體能在大學生運動訓練中的應用策略研究

高振興

（山西科技學院 山西 晉城 048000）

引言

當前數字化技術的發展日新月異，數字化與體能訓練的結合已應用至各專業運動隊，不少專業運動隊已經設定了專門的數據分析師崗位，皆在幫助運動員進行有針對性的體能訓練。物聯網、大數據和虛擬現實等數字化技術已廣泛應用于體能訓練中，并取得了不錯的效果。但是在大學生運動訓練中，數字化體能的應用范圍尚小，不少大學體育教師對于數字化體能的認識不足，數字化體能所需要的設備缺失。但是隨著大學生運動訓練水平的提升，原有的體能訓練方法會存在成績提升的瓶頸，數字化體能仍然是大學生運動訓練中體能訓練環節不可或缺的部分，研究數字化體能在大學生運動訓練中的應用策略，幫助大學生體能訓練精細化、科學化，將是未來發展的新趨勢。

1、數字化體能的概念

數字化體能與傳統體能訓練既有聯系，又有區別。數字化體能并非要推翻傳統的體能訓練理念，而是將原有的體能數據化，通過數字化技術進行監控、分析，使得體能訓練更加科學、合理。數字化體能是傳統體能訓練的一個雙向調控過程，其核心是要取得訓練的數據，并結合專項運動的要求，對被訓練人的訓練科目、負荷進行調控。當然隨著數字化技術與體能訓練結合度的增加，數字化體能的概念不僅僅是采集人體運動數據并分析，還延伸至虛擬現實“沉浸式”體驗教學領域，可以不受場地限制，開展滑雪、皮劃艇、沖浪、跑酷等難以在大學生運動訓練現實環境中開設的體育項目訓練。另外人工智能技術能讓“一對一”模式的大學生體能訓練成為現實，為每一位大學生制定個性化的訓練項目并進行監督，從一定程度上緩解目前大學生運動訓練中教師人數不足的問題。

2、數字化體能在運動訓練中的應用現狀

在19世紀，國外的游泳和田徑項目的訓練中已經出現了數字化體能應用的萌芽。當時多數教練員采用了手動記錄數據的形式，對運動員訓練和比賽的數據進行簡單的記錄并分析。上世紀80年代，以美國為代表的體能訓練發達國家開始邀請專業的數據分析專家對各級別田徑賽事的數據進行分析，其中運用了較多的數字化技術，加快了分析效率和準確率。在世界頂級的籃球、足球、網球職業聯賽中，通過數字化體能對運動員進行身體情況和運動狀況的分析已成為左右比賽勝負的關鍵。不少教練員通過對對手力量、速度、耐力、柔韌、協調和靈敏性的分析，讓自己的隊員在比賽中占得先機，數字化體能的應用已成為不少比賽勝負的關鍵。

近年來，在我國的不少專業運動隊中，體能師和數據分析師已成為團隊的必備。在備戰2016年里約奧運會的關鍵時期，我國成立了第一個專業的數字化體能實驗室，為我國運動員在里約奧運會上取得優異成績立下了汗馬功勞。當前通過我國自主研發的體能訓練管理平臺，能對運動員爆發力進行監視、對爆炸力進行測試，同時還具備心率監視、肌肉狀態監視等多項功能，完全能滿足體能訓練的需求。在下一個奧運周期中，充分發揮數字化體能的優勢，使得體能訓練的效率提升2倍左右。但是在大學生的體能訓練中，數字化體能的應用項目較少，并缺乏完整的規劃設計，需要進一步探索，走出一條適合大學生運動訓練的數字化體能之路。

3、大學生運動訓練中體能訓練存在問題

3.1、體能訓練中的數字化監控不到位

體能訓練中的數字化監控是通過攝像頭、人體傳感器等設備將采集到的身體圖像、數據轉換為數字信號，并送到相應的軟件系統中進行處理。在運動訓練中需要掌握人體的運動狀態、軌跡和之后的機能反應，這樣才能對體能訓練的效果進行量化評價。但是目前多數高校在大學生體能訓練的過程中，均只按照專項訓練的標準要求進行訓練，沒有對學生的個體差異進行數字化監控，未能獲取相應的監控數據，對于不同學生體能訓練沒有進行差異化的教學，使得體能訓練的效果不佳。

3.2、體能訓練中的數字化技術尚欠缺

數字化體能需要大量的硬件設備和軟件系統支撐，一般大學生運動訓練均為常規性體能訓練，受到場地、資金和人員的影響，設備、儀器和軟件等數字化體能基礎設施配備有限。大量的高校除了簡易的體脂儀、心率儀等小型設備外，沒有配套的數據采集軟件，這也使得體育教師獲取到的數據有限。另外不少高校缺乏此方面的專業規劃，對于體能訓練中所涉及的器材、設備和軟件未形成有效的聯系，使得部分數字化體能設備和技術閑置，數字化體能的阻力較大，難以得到有效的應用。

3.3、體能訓練中專業的數據分析師匱乏

大學體育教師多以專項體育運動訓練為主，對于專業項目的技能掌握度高，但是缺乏對運動訓練數據的分析能力。由于大學體育教師常年從事專項體育項目的教學和訓練工作，使得他們對于數據分析軟件的使用能力普遍較弱，不能進行系統的體能數據分析。大學生運動訓練非專業運動隊，在團隊較為緊湊時，不可能配備專門的數據分析師，這導致了多數大學生運動訓練中的體能訓練不能得到有效的數字化監控和分析，更無從與其他學校和項目進行比較，無法確定自身的運動訓練水平。

4、數字化體能的優勢

4.1、提升大學生運動訓練的整體效果

大學生運動訓練雖然以專項技術動作、戰術素養為主，也不能忽視體能在訓練中的重要支撐作用。數字化體能還能提升大學生運動訓練中運動節奏的掌控力，根據其生理數據與肌肉的疲勞程度，判斷其訓練負荷量，幫助大學生安全、科學地完成運動訓練內容，讓訓練方法更加具有針對性，做到“一人一案”，教師也不需要為每個人制定差異化的體能訓練計劃，讓其有更多的時間和精力投入到專項運動訓練的思考和規劃中，使專項運動的訓練效果得到提升，達到了一舉兩得的效果。

4.2、激發大學生運動訓練的熱情

運動訓練是一個重復并略顯乏味的過程，數字化體能能讓枯燥無味的訓練過程變得生動有趣。數字化體能能在運動效果相同的情況下，安排出不同的訓練內容和動作。各種訓練APP和小程序也是數字化體能的重要組成部分，它們不僅能針對性地制定出各種訓練方案，還能從背景音樂、節奏入手，讓訓練更富活力。不少數字化體能系統已拓展出云端教學、直播教學等功能，這讓大學生運動訓練的時間和地點得到了拓展，使大學生運動訓練的熱情更加高漲。

4.3、減少教師運動基礎訓練的工作量

數字化體能將教師從記錄數據、人工分析的工作中脫離出來，大大降低教師運動基礎訓練的工作量。讓其將有限的訓練時長和精力投入到專項運動動作的糾正和戰術能力提升中，同時將訓練后的時間，運用到自身專業素養的增強中，使其有更多的時間掌握專項運動的最新動態和流行趨勢，有利于大學生運動訓練綜合效果的提升。

5、大學生運動訓練中數字化體能的主要內容及所需設備

大學生運動訓練中數字化體能的主要內容包括了體能訓練的數字化監控、分析和自動生成個性化的體能訓練方案3個方面，其中體能訓練的數字化監控是基礎，分析讓體能訓練更科學、更安全和更有針對性，而自動生成個性化的體能訓練方案是大學生運動訓練中數字化體能應用的最終目標。

5.1、數字化體能監控的主要內容及所需設備

數字化體能監控的對象主要是大學生運動訓練時力量、速度、耐力、協調性、柔韌性和靈敏度等各項身體素質的變化情況。大學生體能的數字化監控主要圍繞力量和速度兩項基礎內容進行。在體能訓練的力量練習中，數字化監控更多的是圍繞某個或者某幾個部位的肌肉力量進行。其形式主要是通過數字化設備服務于力量專項體能訓練，使力量訓練更加科學有效，并提升其安全程度。目前在力量訓練方面運用的主流數字化設備為Gymware，這款力量評估設備的體積小、易于攜帶、不受使用場地的限制。在使用過程中，僅需將線拉出并懸掛在器械上，并在設備中輸入運動員信息和選擇正確的運動模式，體能訓練中力量練習的信息就會呈現在平板電腦上。通過設備自帶的軟件，將運動模式、學生體重、克服的阻力和克服阻力的速度進行計算，得到一個對應的數值，通過數字范圍，分析出不同的力量種類。最終得到的數據都會上傳云端，供后期分析時使用。速度練習時常使用的數字化設備是1080Sprint，1080Sprint采用的是機械阻力技術，將設備中的阻力繩綁在大學生的身體上，就能十分方便的獲取到大學生運動時的功率、速度和爆發力數據，這些數據會在平板電腦上自動生成圖像。

5.2、數字化體能分析的主要內容

數字化體能分析的主要內容，不僅包含數字化體能監控所獲得的所有數據，還包含大學生各項的生理機能數據，對大學生運動訓練的狀態進行綜合診斷，為下一步制定個性化的體能訓練方案奠定基礎。除運動時獲得的監控數據外，數字化體能分析的主要內容還包括心率（心電圖）、中樞神經系統（腦電波）、靜心率、訓練時安全心率閾值、心肺功能系統狀態、中樞神經系統狀態、心率變異性（HRV）、能量代謝指數、肌肉功能狀態（力量、速度、耐力、技巧）、疲勞指數、自主神經系統平衡指標（交感神經系統／副交感神經系統），進行特殊運算和分析，得出運動員狀態、疲勞程度以及后續體能的訓練建議。在這方面較為突出的是Omegawave系統，它包含了硬件與軟件。通過此系統4min便能獲取到身體機能的各項指標，特別是能分析人體的能量代謝準備狀態、有氧訓練能力和無氧訓練能力，這些都是分析運動訓練能力與效果的必備武器。數字化體能分析的基礎是各類動態監控數據和靜態的身體狀態數據，運用這些數據跟同年齡段、相同專項、不同競技水平的人做對比，分析每個大學生從事專項運動的體能缺點，對每個人在什么時間段進行何種訓練提供建議，有針對性的進行查缺補漏。

5.3、個性化體能訓練方案的主要內容

個性化體能訓練方案主要是在大數據分析之后，得到某位大學生體能訓練中的弱點，從而進行有針對性的體能訓練。數字化體能的監控和分析與個性化方案密切相關，可謂一環扣一環。個性化體能訓練方案主要在動作的選擇、負荷的考量方面多下功夫。當然個性化體能訓練方案也是一個動態調整的過程，動態已執行的個性化體能訓練方案所獲得的監控數據以及數據分析結論，動態評估個性化體能訓練方案的效果，如果效果佳，身體素質提升快，則沿用；反之，則需要對個別訓練內容進行調整并觀察效果。一般來說，在個性化體能訓練方案實行的初期，提升效果會較為明顯。如果進入體能訓練的瓶頸期后，則效果反之，需要進一步分析數據，找到問題的癥結所在，才能讓體能訓練更具科學性和安全性。在整個數字化體能系統建設完成后，個性化體能訓練方案一般由人工智能算法自動給出，無需過多的人為干預。

6、數字化體能在大學生運動訓練中的應用策略

6.1、做好數字化體能系統的整體規劃

數字化體能在大學生運動訓練中的應用必須在前期做好整體的規劃，這關系到數字化體能最終的應用率與應用效果。在進行高校數字化體能前期規劃時，應該明確數字化體能的應用范圍與重點監控、分析的項目；其次要明確數字化體能數據的采集方式、采集范圍、數據統計和分析的方法。如是否與其他專業運動隊進行體能數據的共享，是采用類比法還是其他方法進行數字化體能績效的判斷等。當然具體的數字化體能監控方法也需要在整體規劃中提及，規劃必要保持技術的前瞻性。例如，在目前較為先進的VBT方法，是一種基于速度的力量訓練法，這種訓練方法是通過監控杠鈴的移動速度來精準控制訓練的負荷。這就要求在前期規劃時，必須掌握數字化體能的最新技術，對比其與傳統體能訓練方法之間的差異，找到適合大學生運動訓練更優的方法，并在前期規劃中體現。在整體規劃的過程中，必須以大學生的在校人數、參與每個專項體育訓練的人數為規劃的基礎，避免在規劃階段的設計不合理，導致后期應用的困難。在數字化體能訓練的場地規劃時，需要按照綜合訓練區、手臂訓練區、肩部訓練區、背部訓練區、復合/腿部訓練區、胸部訓練區和有氧區等不同的訓練區進行單獨的規劃，保證體能訓練的合理性。

6.2、加大數字化體能基礎設施的投入力度

數字化體能需要的軟硬件設備眾多，既有基礎的物聯網傳感采集設備，也有基于大數據、人工智能算法的統計分析軟件。這些數字化體能基礎設施需要投入大量的資金和人力，需要學校各級部門的大力支持。數字化體能基礎設施的投入，可以先從單個產品開始，如，先采購Gymware、1080Sprint等數字化體能的監控設備，在資金充裕的情況下，再采購無創生理機能分析儀和各種智能化的采集和分析軟件。數字化體能系統中的軟件模塊是整個系統的核心部分，也是決定其智能化效果的關鍵，所以數字化體能基礎設施的投入不能只著眼于硬件，還需要突出軟件開發的投入力度，這樣才能保證系統的整體效果。有條件的高校可以設置單獨的計劃，對數字體能基礎設施的投入，設置年度的計劃表，監督基礎設施投資的投入力度。

6.3、促進科研與訓練的深度結合

數字化體能是一個持續性的優化過程，高校的人才、設備齊備，能為數字化體能的優化提供良好的技術支撐。數字化體能在大學生運動訓練中的應用，應該牢牢抓住這個優勢，將數字化體能應用中的痛點、需求及時反應給科研人員。當然體育教師需要及時將數字化體能在大學生運動訓練中的應用情況和效果反饋給科研人員，讓科研人員清楚的了解硬件設備或者軟件算法上的缺陷，第一時間進行改進。如，數字化體能系統通過人工智能算法給出了每位參訓大學生的個性化體能訓練方案，教師在按照方案訓練一段時間后，需根據綜合評估的效果，指出個性化方案中可能存在的問題，幫助人工智能算法中的機器學習技術不斷提升。數字化體能在大學生運動訓練中的應用能讓科研和訓練迅速結合，在一定程度上讓數字化體能相關研究提速。

6.4、培養數字化體能的專業人才

數字化體能在大學生運動訓練中的應用需要大量的專業人才，大學的職能恰好也是培養各專業類型的人才，這為數字化體能專業人才的培養提供了先天優勢。數字化體能需要精通體育、醫療、康復、數學分析與計算機科學等多學科的復合型人才，這就需要將部分有意愿、能力強的教學骨干選拔出來，通過集中培訓、個性化輔導、送入專業院系學習的方式，使其快速掌握數字化體能硬件設備和軟件系統的使用方法，并能充分利用系統，給出的建議，嚴格執行體能訓練。同時，這部分復合型人才也需要參與到數字化體能系統的持續性改善過程中，幫助科研人員查找系統的癥結，輔助針對性的改進。當然學校不能忽視對于數字化體能復合型人才的激勵力度，讓人才能夠心無旁騖地做好科研和訓練工作。

7、結語

綜上所述，雖然多數高校的數字化體能系統尚處在萌芽階段，但是數字化體能為大學生運動訓練帶來了較多的優勢。各大高校需要從整體規劃、基礎設施、人才培養和科研與訓練的深度融合入手，因地制宜地提出切實可行的數字化體能實施方案，才能讓數字化體能更好地服務于大學運動訓練，為提升大學生的運動訓練水平，提供大學生綜合身體素質效果奠定良好的基礎。