智能運動手環在高校體育教育中的應用研究

王銳 鄒雨軒

（南京理工大學體育部 江蘇 南京 210094）

1、智能運動手環概述

伴隨當今社會的高科技發展，可穿戴智能設備產品越來越多，因可穿戴式人工智能產品具備便攜性、可視性、社交性、針對性、實時性、安全性和科技性的基本特征，越來越受到年輕人群體的歡迎?？纱┐魇饺斯ぶ悄墚a品的產生主要來自于互聯網背景，其硬件核心是各種生理信息的傳感器和可穿戴技術，核心技術是通過無線網絡傳輸和數據統計處理。實現對運動過程中的全程人體生理參數實施采集，通過大數據的分析系統為鍛煉者提供具有針對性科學合理的個體運動處方和營養建議。對于可穿戴式人工智能產品研究，歐美的發達國家起步早處于領先位置，而國內由于受到產品核心硬件和軟件的研發的限制，目前可穿戴式人工智能產品尚處于成長的階段，近年來對相關產品的研發也有了長足的進步?？纱┐魇饺斯ぶ悄墚a品的迅猛發展，使國內市場呈現巨大潛力，順應世界物聯網快速發展的大勢，世界范圍內可穿戴式人工智能產品將高速發展。就可穿戴式人工智能產品的應用來看，目前主要應用于競技運動和民眾健身健康方面。近年來,中國可穿戴設備市場呈現高速增長態勢，具有非常巨大的發展潛力和廣闊前景。

互聯網經濟下辦公族因為長期缺乏鍛煉指導，體能素質越來越差。另外，目前我國高校大學生的國家體質健康測試結果令人堪憂，大學生的部分體能素質指標呈逐年下降的態勢。隨著當今社會經濟的快速發展、人們生活水平的提高、健康知識的不斷普及以及醫療水平的提高，人們的健康意識也在不斷地增強，越來越多的人開始關注自己的健康狀況，積極投身運動與健身實踐。無論是辦公族還是高校大學生都已經逐漸認識到在工作和學習之余進行身體鍛煉的重要性?？纱┐魇饺斯ぶ悄墚a品以其對個體運動狀態的監控與評價的優勢，已日益受到人們的追捧。

智能運動手環作為一種高科技的智能設備，通過設備中傳感器檢測用戶心率、血氧濃度、睡眠狀況、能量消耗等信息，以監測用戶健康狀態、運動表現，通過大數據可以記錄使用者運動鍛煉、睡覺休息以及飲食的數據。智能運功手環通過藍牙與手機、電腦、平板等新媒體設備進行連接，將記錄智能運動手環上的數據同步到這些設備上，智能運動手環能夠將人們運動的數據通過大數據進行收集、整理，并能夠系統地分析出佩戴該智能手環的人的健康與運動情況，為人們提供健康的運動指導。

智慧體育已經成為當下體育界的研究熱點，其研究成果必將推動人工智能應用與大學生體質健康促進的融合。借助可穿戴式人工智能設備，體質測試大數據處理平臺和移動智能終端，重構學生體育鍛煉評估監管和干預執行，可客觀準確地評估和反饋學生的體質健康狀況，并依據監測結果定制多維度、個性化、針對性強的運動干預健身處方，并以智能終端作為媒介督促和反饋后期運動處方干預效果，實現大學生鍛煉動機的內化，大學生體質健康的“智能化”促進。

體育教育作為為國家培養德智體美勞全面發展的人才的有效路徑，智能運動手環通過記錄學生的運動數據，給教師設置體育教學方案提供數據基礎。為學生提供智能服務，如計步、測距、卡路里、脂肪，監測睡眠等，還可以在智能手環上設置運動量值，當運動量超過這個值的時候就會發出報警，提醒注意安全等功能。智能運動手環在體育教育中的應用呈現出獨特的優勢。

2、智能運動手環在高校體育教育中的應用現狀

2.1、監測大學生公共體育課的身體運動指標

據學者杜春杰通過對運動手環在高校公共籃球課教學改革的研究發現，利用智能運動手環監測大學生公共體育籃球課上的身體運動指標，能夠減少學生們的運動意外事故，有利于教師對運動負荷、教學效果的監測，更科學、合理地安排課的運動強度，手環智能設備有助于教師了解上課時的身體運動指標如：每次課的運動距離、平均消耗卡路里、平均步數、每次課平均心率、平均最大心率、平均步頻、最高步頻、平均速度。這為智能運動手環監測應用于更好監測大學生公共體育課的身體運動指標提供了較好參考。

2.2、分析學生體育鍛煉項目情況，為開展課外體育活動提供參考

運動手環具有分析用戶當前動作、識別運動項目的功能。據學者鄧歌相關研究發現，昆明高校在校大學生體育鍛煉項目的選擇存在不均衡的現象。選擇最多的是球類、跑步與跳繩，選擇健步走的人數較少，選擇有氧操舞類的比例最低。通過人工智能手環的應用，有利于發現大學生課外體育鍛煉項目選擇特點，以便于管理者制定更好的決策，幫助大學生有效開展課外體育鍛煉。

2.3、佩戴運動手環能夠有效激發大學生的鍛煉興趣與滿意度

據學者羅杰對哈爾濱市本科高校大學生佩戴智能手環進行體育鍛煉的效果滿意程度調查發現：絕大多數哈爾濱市本科高校大學生體育鍛煉人群對使用智能可穿戴設備進行體育鍛煉的效果比較滿意，智能可穿戴設備不僅能有效激發學生體育鍛煉的興趣，還有利于科學體育鍛煉習慣的養成?？梢?，佩戴智能運動手環進行體育鍛煉能夠有效激發大學生的鍛煉興趣，有利于培養較好的體育鍛煉習慣，鍛煉的效果能夠得到學生的認可。

3、智能運動手環在高校體育教育中的應用價值

3.1、收集學生運動數據，為教師課堂教學提供依據

體育課程教學具有一定的特殊性，教學過程伴隨著趣味性，學生在教學過程中較難保持高度的注意力，發生傷害事故在所難免。教師對于學生的運動狀況只能有大概的了解和把握，無法清晰量化地觀察到學生的情況。而智能運動手環能夠將學生的心率、血氧飽和度、能量消耗等數據實時性地可視化呈現給教師，教師在課前可根據前一次課時收集的學生運動數據來編寫本課時的教學計劃，做到科學合理的安排訓練內容、運動強度和量，從源頭上抑制傷害事故的發生。在課程教學中，教師也可以根據學生即時的運動數據，針對不同的個體進行差異化的調控，做到因人制宜，差異化、個性化發展。在課后，教師也可以根據本次課程中學生平均心率、最大攝氧量等數據評價學生的運動表現與上課狀態，同時也可以作為修正教學計劃的依據。

3.2、提高學生參與體育的積極性和趣味性

將智能運動手環應用到高校體育教學中，可以改變以往體育教學“吃大鍋飯”的教學方式，體育教師通過監測每個學生的運動數據，可以為每個學生的學習內容以及運動量進行個性化定制，學生也能根據自己的興趣愛好和身體健康狀況，自由靈活的選擇學習內容，決定運動強度，大大激發了學生參與體育活動的積極性。同時，市場上的部分運動手環設計了運動勛章、友人PK等功能，學生為了刷新自己的個人紀錄或者是為了與同學競賽比拼，利用課余甚至課間碎片時間，自主自發地鍛煉身體，贏得獎章和勝利。在這過程中學生的體育態度，鍛煉的自覺性都得到了提升。

3.3、改進教學評價體系

傳統的對于學生體育課的評價，主要通過學生的運動表現，如技能展示、流汗情況等等，教師通過觀察和語言的評價方式帶有強烈的主觀色彩，難免有失公正。而穿戴智能運動手環采集學生的運動數據和健康信息，對于數據進行分析加工，能使評價更加客觀，有據可循。教師不僅可以橫向比較學生A與學生B、C等人的運動表現、班級排名，也可以縱向比較學生個人的進步程度，從而做出更客觀的評價。與此同時，學生也可以更加直觀地通過個人運動數據了解自己的成長狀況、健康情況，得出對于自己的個人評價。

3.4、建設校園健康管理服務系統

傳統的學生健康監測，大多通過體質測試、體檢等方式進行，其頻次少、周期長的特點導致學生的健康狀況沒有及時得到監控，是導致大學生體質下降、肥胖率升高的眾多原因之一。而將智能運動手環普及，作為學校校園健康管理服務系統的重要反饋環節，建立由學校統一領導，校體育部或體育教研室利用智能設備（運動手環等）或儀器開展體質健康測試、體育課程教學、課外體育活動以及運動訓練競賽為一體的健康管理體系。通過智能運動手環收集學生的運動數據、身體數據和運動頻率，建立學生健康管理檔案，根據國家文件標準，結合專家建議分析評估數據內容，從而得出個性化的體育健康指導計劃，此后，通過不斷地收集、評估、指導、再收集、再評估、再指導的干預模式，建設學校的健康管理體系。

3.5、助力推動《“健康中國2030”規劃綱要》建設

《“健康中國2030”規劃綱要》是為推進健康中國建設，提高人民健康水平而制定，明確了加強健康教育，提高全民健康素養，加大學校健康教育力度。高等院校作為我國教育體系中極其重要的一環，是培養新時代社會主義建設者的主戰場，學生的健康問題不容忽視。智能運動手環能夠實時收集、顯示運動者的運動數據和健康狀況，與此同時手環內各種運動記錄和紀念勛章的達成能夠提高學生參與體育的積極性、趣味性，將體育運動融入到每日生活中去，形成體育鍛煉的習慣，培養健康的生活方式，這些有利于推進健康中國建設。

4、智能運動手環在高校體育教育中應用路向

4.1、日常健康管理

伴隨我國人工智能行業發展迅速發展，智能技術已經運用到商場、酒店、銀行、博物館、醫院、教學等許多行業與領域中。目前，體育智能運動設備已經成為居民健身不可缺少的運動產品，它可以實時監測用戶的健康數據，及時反饋運動效果，使居民可以準確了解自身的健康狀態。實現為個人健康的預防、干預、改善提供依據與服務。智能運動手環作為普及程度最廣、性價比最高的可穿戴智能設備，受到廣大高校學生的喜愛，其內部配備了日常步數記錄、熱量消耗、卡路里計算等功能，學生在一日生活中，可以清晰地了解自己一天的運動量、消耗量以及攝入能量，從而自我評估。學校也可以通過學生手環中的數據，結合專家分析，提出指導意見，督促學生完成每日運動量，達到強身健體、預防疾病的目的。

4.2、體育教學

體育的教學過程本來就可能出現傷害事故，甚至危害學生的生命安全。智能運動手環能夠及時準確地收集反饋學生的心率、體溫、血壓、最大攝氧量等數據，監測心率在運動過程中十分重要，心率數值的大小直接影響到運動效果和身體健康，在教學過程中，教師應實時監控學生的心率，將其運動心率水平保持在適合的區間范圍內。另外，需要對有先天性疾病或是當天身體健康狀況欠佳的學生進行專門的觀察和調控，避免運動事故的發生；其次，在體育教學過程中，對于學生運動量和運動強度的調控是對教師教學水平的考核。教學內容安排的不合理、練習時間不充分，學生會達不到鍛煉效果。反之就會導致運動過量，容易造成疲勞，存在著安全隱患。運用運動手環對于學生運動強度進行監測，能夠給體育教學提供重要的參考數據。手環提供的運動時間、步數、GPS路線，依據此可以計算出卡路里的消耗狀況和里程，從而判斷個體的疲勞程度。

4.3、運動訓練

近年來，隨著全民健身意識的提高，越來越多的大學生積極地參與跑步運動，以馬拉松為例，跑步姿勢是跑步過程中重要的影響因素，高校學生往往專業性訓練不足，跑步姿勢存在差異，不正確的跑步姿勢可能會導致膝蓋、腳踝和韌帶等受傷。華為在2018年發售的一款華為榮耀4 running版手環既可佩戴在手腕，也可佩戴在足部，能在跑步過程中監測佩戴者的步頻、步幅、觸地時間、外翻幅度、擺動角度和著地沖擊等參數。訓練結束后，由學生運動員本人上傳數據至數據庫中，教練員分析、判斷數據，給出專業的指導意見，及時的糾正運動員的錯誤，從而有效預防運動損傷的發生。

4.4、課外鍛煉

課外體育鍛煉是學校體育課外學生自由選擇體育項目、地點，自行安排時間的體育活動，由于體育課時間的限制，教師要在完成教學任務的同時使學生達到鍛煉效果，二者兼顧就會導致鍛煉時間的不足，所以課外體育鍛煉是彌補體育課鍛煉時長的最佳方式。肥胖是困擾青少年身體健康最大的問題，學生體質下降問題引起了社會各界高度關注，通過人工智能手環的應用能夠現實學生自我運動監測，了解到每天真實的運動情況，消耗多少卡路里等。學生可以根據手環反饋的數據對攝入的食物量進行控制，有利于合理飲食習慣的養成，從而使整體肥胖率下降，亦可減少因肥胖所帶來疾病的困擾。

4.5、體育比賽

高校體育比賽不僅是校園文化的重要組成部分，也是高水平運動員檢驗訓練結果的試驗場。運動手環根據陀螺儀以及三軸加速度計等傳感器實現了記錄運動時間與距離的功能，應用到高校體育比賽如：定向越野、中長跑中，可以有效減少人工計時帶來的誤差，通過監測運動員的心率數據，可以有效預防心源性猝死等事故的發生，分析比賽記錄的運動數據，如賽前心率、熱身活動消耗熱量等維度，與日常訓練數據進行對比，可以針對運動員的個人情況進行心理、生理干預訓練，在日后的比賽過程中有效發揮自身的訓練效果，奪取優勝。

4.6、體質測試的中長跑測試

長期以來，盡管國家不斷要求重視學生體質健康，但是地方許多高校落實國家政策不夠到位，30多年來大學生耐力素質、力量素質持續下降，近視率很高，健康狀況不容樂觀。目前大學生不愛運動、不會運動、不想運動的人為數不少，目前大學生體質測試的中長跑在室外運動場跑道進行，每學期學生體測工作量很大，測試準確度差，缺乏體測監測設備實時跟蹤，但作為大學生運動主體，他們也希望能夠有一種運動智能產品服務自身的自我鍛煉和體質測試，以便于現實科學合理鍛煉監測和及時有效的體質測試。

中長跑運動作為高校體育教學與國家體質健康標準測試內容，在高校普遍開展，中長跑走進教學與測試已經成為常態化的任務要求，中長跑的成績直接影響到學生的體育成績高低與體質健康標準的等級。由于目前各大高校在校生體量龐大，大部分院校本科生人數逾萬人，體測工作量任務繁重。傳統的耐力跑人工計時不僅工作量較大，且多人跑步時存在計時誤差大、存在安全隱患問題，對于跑步過程的全程監督更是無法準確掌握。目前我國高校在大學生中長跑練習、測試中基本采用人工計時與電動計時的方式，只關注最終的成績，不關注大學生中長跑過程中表現狀態，故人工智能手環在大學生體質測試中的應用具有積極意義。將人工智能手環應用于大學生耐力跑體質測試，通過人工智能手環內的相應設備，快速智能獲取相應體測數據，大大減輕教師工作量，保證測試結果準確，確保對大學生在跑步過程中的實時跟蹤和意外情況的及時發現與處理，通過智能手環負責監控距離，記錄時間，實時跟蹤、數據及時同步、高效便捷、便于監測，保證學生安全，人工智能手環應用于大學生中長跑運動體現出較好的優勢。首先，大幅減少教師體測工作量。每年的大學生體測存在項目雜、人次多、時間久、體量大的特點。高校體育教師不得不放棄數個休息日來從事該項工作。耐力跑往往是一組學生出發，數名老師于終點等候服務，以便掐表記錄相應的同學成績。極大的浪費了人力資源，通過該項目的實施，可以通過該人工智能手環根據男女測試的不同距離要求設置相應的參數，當手環測距達到考核指標時，自動記錄成績并上傳至相應設備，極大的減少了教師的工作量；其次，大幅提升測試質量。由于參與測試的學生人次較多，其測試時間往往達到數日，對教師的體力耐力均提出了較高的要求。測試過程中難免會產生學生不按要求跑圈或由內外圈長短不一致導致的距離不準問題。通過該手環的測距裝置，在達到相應測試距離時，手環通過響鈴或震動的方式提醒學生完成耐力跑，并保存相應時間，可大幅提升測試質量。另外，大幅保障學生安全。測試過程中，學生難免會產生碰擦、暈倒等意外，由碰擦等導致的學生摔倒受傷現象屢見不鮮。其手環內置的跌落傳感器可實時監控學生跑步過程中的狀況，發生摔倒等狀況時第一時間上傳至主機提醒相應教師，并發出相應警報提醒，確保了學生的安全。

選擇人工智能手環應用于大學生中長跑體能測試、中長跑體育課堂教學練習、課余體能鍛煉，實現人工智能手環應用普及推廣，形成具備可操作、能推廣、高效便捷、實時準確。大學生中長跑體質測試的人工智能新方法，將助推大學生中長跑測試與教學的科學、安全、有效開展。

5、智能運動手環應用于高校體育教育的展望

智能可穿戴設備是現代智能技術的產物，智能可穿戴設備將智能技術融入到設備中，可以有效地直接獲取人體的綜合身體指標，測試手段簡單，隨時隨地都可以實施監測。在大學生體育教學、運動訓練、課外活動、體質測試與定向越野教學與中長跑比賽等等教育實踐中，運用智能運動手環均可測得學生在運動狀態或者非運動狀態下身體指標，做到個體化差異表現與相對化比較，為教師與學生提供幫助與參考。通過運用智能運動手環，吸引學生，增強大學生對于體育運動的興趣，改變了大學生對于體育運動的片面認識，養成大學生良好鍛煉習慣與行為。另外有佩戴手環者可以與微信同步，了解自己每天的運動狀況，在微信朋友圈進行曬步，獲得每日排行與成就感等等，幫助學生形成良好互動，激勵大學生相互促進，共同鍛煉，實現體育鍛煉習慣養成、興趣培養、體能素質全面提高。盡管人工智能技術在體育教育中應用已經越來越廣泛，但是，智能運動手環在促進體育鍛煉行為的持久性上表現得還不盡人意，其功能仍然較簡單，反映的體能素質的數值存在一定的誤差，運動手環測量精度與擴展功能仍然有較大開發空間，這些智能運動手環面臨的問題，還有待于不斷完善與改進。建議智能運動手環在促進人們體育鍛煉與健康行為發展方面，進一步加大對體育人工智能人才的培養力度，促進產學研有機結合，加強體育教師等體育從業人員的人工智能培訓，培養其人工智能應用意識和信息素養。大膽在體育教學與大學生運動和健康指導方面嘗試引導與鼓勵大學生應用智能運動手環，實施運動與健康的高效智能管理，培養習慣、激發興趣，提高體質與健康水平。

6、結語

智能運動手環以其豐富的功能，逐漸成為高校體育教育的日常教具，通過手環，教師、學校、專家能夠及時地收集、分析學生的運動數據，比如心率、卡路里消耗指數、運動時間與頻率等等，從而達到評價教學效果、監測體質健康、預防傷害事故等作用。人工智能手環在能夠激發學生參與體育運動的積極性，提高運動的興趣，逐漸養成體育鍛煉的習慣。在未來，人工智能手環會逐漸普及到高校體育教育實踐中，為學生享受樂趣、增強體質、健康身心和學校體育高質量發展助力。