稀疏表示和彈性網絡對體能訓練教學結果預測模型的影響研究*

賀 波 王夢軼 夏廷富

稀疏表示和彈性網絡對體能訓練教學結果預測模型的影響研究*

賀 波1王夢軼1夏廷富2

（1.重慶郵電大學 體育學院，重慶 400065；2.四川大學 體育學院 四川 成都 610065）

落實立德樹人根本任務，著眼建設高質量學校體育教學體系，強化學校體育教育重要作用，深化體育教學對學生體質健康改革，構建良好體育教學生態，促進學生全面發展、健康成長。實施素質教育，加強學校體育建設，詮釋了體育教育在全民健身、健康中國、體育強國發展中的重要意義。本研究應用交叉學科知識，通過體能訓練教學數據建立了預測模型，探究稀疏表示和彈性網絡對體能訓練教學結果預測模型的影響，以2020級必修體育“體適能”課程5個班的學生作為測試對象，分為實驗組和對照組建立實驗模型，最后得出稀疏表示和彈性網絡對體能訓練結果模型具有良性的影響，更好反饋體育教學。

稀疏表示；彈性網絡；體能訓練；影響研究

2016年國務院辦公廳印發的《關于強化學校體育促進學生身心健康全面發展的意見》強調體育教學要加強健康知識教育，注重運動技能學習，科學安排運動負荷，重視實踐練習，關注學生體育能力和體質水平差異。素質教育開展對學生的要求也相應地提高，特別是體育方面，因此學生在注重學習同時也應加強體能訓練，以提高自身素質。高校大學生身體健康狀況更為重要，各高校積極貫徹實施《大學生體育標準》。鑒于此，廣大高校體育教師進行著辛勤的工作，取得了可喜的成績，但在工作中也發現了許多問題；由于缺乏對學生的各項身體運動能力的認識，盡管花費了大量的時間、精力，收到的效果并不理想。建立一套有效科學的體能訓練體系，顯得尤為重要。目前，對于體能訓練方法有效性的評儀模型，大多不能實現對于結果的科學預測，具有盲目性，缺乏說服力。2018年6月陳寶生作為教育部長在成都高等教育工作會議里面指出：“學校體育有‘邊緣化’的危險，體質下降和視力下降仍是學生素質的不足；加大力度發展素質教育。著實把關學校體育工作，深切促進體育教學改革，使學生綜合素質評價重要指標含有運動技能和體質健康”。因此，基于交叉學科優勢構建體能訓練預測模型，監控學生身體素質狀況，提升學生身心健康已經成為我國學校體育教育正式邁入的主題時代。

1 相關概念

1.1 彈性網絡

Elasticnet是一不斷疊代的方法。第一個式子是繩上的點每一次疊代改變的量，第一項是吸引力，第二項就是張力。第二個方程式是城市Xi對點Yj的影響，就是在給定的數據中用盡可能少的信息來表示信號，可以獲得信號更為簡潔的表示方式，從而使我們更容易地獲取信號中所蘊含的信息，更方便進一步對信號進行加工處理，如壓縮、編碼等。

1.2 稀疏表示

稀疏表示指在給定的數據中用盡可能少的信息來表示信號，可以獲得信號更為簡潔的表示方式，從而使我們更容易地獲取信號中所蘊含的信息，更方便進一步對信號進行加工處理，如壓縮、編碼等。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

重慶郵電大學2020級必修體育“體適能”課程5個班的學生作為測試對象。實驗組：4個班，學生152人（男：121人，女：31人）；對照組：一個班，30人（男：14人，女：16人）。

2.2 研究方法

2.2.1 文獻法

根據本課題的研究需要，在中國知網（CNKI）、萬方數據庫和維普數據庫中，結合搜索出的研究成果，來探析稀疏表示和彈性網絡對體能訓練結果預測模型的影響研究。

2.2.2 調查法

運用訪談、問卷、測驗等科學方式，了解“體適能”課程5個班學生的身體情況和體能狀況，并進行記錄。

2.2.3 實驗法

對“體適能”課程5個班的學生的體能狀況進行研究與分析，其次對實驗組參加“體適能”課程的同時進行專項體能訓練的實驗，對照組參加“體適能”課程但不訓練；實驗組與對照組實驗周期為2個月，2個月后進行數據對比。

實驗組進行專業體適能訓練，主要以強化核心力量，上下肢力量、心肺能力水平的為主，運用多種器材進行輔助訓練；對照組只進行體適能課程的訓練，只具備最基本的輔助器材。具體如下：

實驗組所進行的特化體適能訓練內容主要包括熱身托尼訓練、變速跑訓練、波比跳訓練、弓步跳訓練、后蹬跑訓練、后肌靜拉訓練、雙腿繞欄，鉆欄組、收腳跳欄等。

實驗組和對照組所進行的體適能課程內容為TABATA練習。

表1 訓練情況

2.2.4 定量分析法

運用SPSS軟件和Excel進行統計與數據處理，從而得到預測模型與分析結果。

3 研究結果與分析

實驗組與對照組為本校2020級公共體育學生，本次實驗前均未受過專業體能訓練。為減少實驗誤差，實驗對象是經過體能測試得到數據后，根據數據分成的實驗組和對照組，兩組學生的身體能力水平不存在顯著性差異。

3.1 實驗前后數據分析與討論

3.1.1 實驗前后體測數據變化結果分析

實驗前假設，對照組學生實驗前后部分項目有顯著性差異，部分項目無顯著性差異；實驗組學生實驗前后所有項目成績有提升，且所有項目實驗前后有顯著性差異。

表2 體測指標在實驗組、對照組前后計算結果（平均值）

由表2得，對照組50m跑、立定跳遠、800m跑（女）、1000m跑（男）、1min仰臥起坐（女）、引體向上（男）成績都略有上漲；但50m跑、立定跳遠、坐位體前屈、1000m跑、1min仰臥起坐（女）實驗前后無顯著性差異（P＞0.05），800m跑（女）、引體向上（男）實驗前后有顯著性差異(P＜0.05)，由此得出對照組并不是所有項目都有顯著性提升。

實驗組所有項目成績都有一定程度提高，實驗前后有顯著性差異（P＜0.01）。

以上分析得出，假設成立。總之，有計劃有針對的體能訓練對提高各項身體能力提升具有重要作用。

3.1.2 實驗組學生訓練前后成績的線性關系分析

表3 實驗組訓練前后數據線性關系分析表

由表3看出實驗前后的七項體測數據呈正相關（ρ＞0），其中50m跑（R2=0.918）、立定跳遠（R2=0.969）、坐位體前屈（R2=0.937）、1min仰臥起坐（R2=0.977）、引體向上（R2=0.987）這五個項目的數據所構成的回歸方程擬合程度高；實驗組訓練前和訓練后之間的線性關系顯著（七項體測數據均P＜0.001）。

4 預測模型影響研究

4.1 準備階段

準備電腦、坐位體前屈測試儀、瑜伽墊、跑表等工具。

4.2 實現階段

4.2.1 第一階段

（1）進行第一階段體能訓練；

（2）測得2020級實驗組訓練數據并與原始數據進行歸總；

（3）對測得的數據預處理并檢測異常值；

（4）通過普通方法建立模型；

（5）代入數據使用ADMM算法迭代求解；

（6）得出最終預測模型，并驗證擬合可靠性，結束第一階段；

（7）再次預測數據，并作為第二階段原始數據，并預測數據。

4.2.2 第二階段

（1）利用2020級實驗組訓練數據，通過稀疏表示和彈性網絡建立模型；

（2）將實際數據與預測數據進行殘差分析，并進一步驗證模型可靠性；

（3）通過模型所得擬合曲線對訓練方法進行評價分析并結束第二階段；

（4）根據特征選擇權重系數優化模型，對比第一階段與第二階段兩模型的差異。

5 結論與對策

5.1 結論

對實驗組和對照組配對樣本進行的t檢驗得出，對照組無計劃的體適能訓練對身體能力提升沒有顯著性影響，實驗組有計劃提高了訓練強度與頻率的體適能訓練對身體能力提升有顯著性影響。運用兩種不同的方式模型建立，普通建立的模型面臨著數據繁多，獲取核心信息困難、數據分散等諸多問題，而基于稀疏表示和彈性網絡的體能結果預測模型得到的擬合直線，具有獲取核心信息簡潔、方便模型建立、建立模型進準等優勢，能在很大程度上預測體適能訓練后身體素質增長的趨勢與程度，能為將來新制定的體適能計劃提供參考，提高訓練效率、強化訓練效果。

5.2 對策

5.2.1 明確教學目標，按需施教

堅持把立德樹人作為教育教學的根本任務是教育教學發展的歷史需求和時代使命。學生身體綜合素質明顯下降，存在骨生長質量差、力量耐力不足、柔韌性差、肺活量較差、肥胖體質較多、近視眼高發，肥胖率和近視率居高不下。體能訓練為實驗方法通過對比實驗分析教學班級體質數據，得出一周5次體能訓練利于增加學生運動能力，提高學生整體素質。將體能訓練以特色課程開設公共體育體能課程或專業體育體能課程，大學體育課程以“教會、流汗、增肌”為教學目標，把控學生自身學習需求，結合教學課程設定的教學目標，讓“教會、流汗、增肌”的教學理念得以落實，語言激勵、動作輔助、理念灌輸是大學體育教學目標的重要實施手段。專業體育課程以“教會、勤練、常賽”為教學目標，基于專業基礎知識，把握專業方向課程，打牢基礎知識根基，牢抓專業運動技能，結合市場對人才的需求，完善教學目標，與時俱進，讓學生根據自身發展需求與市場對人才驗證標準確立自身學習目標，學校根據市場對人才驗收標準制定教學目標，教師根據學生個性發展和市場對人才驗收標準實施教學目標。體質健康測評數據是反饋教學目標實施到何種進程、達到何種程度的重要指標，落實每一堂課教學任務，達到每一堂課教學要求，實現每一堂課教學目標，突出每一堂課教學重難點是師生共同努力的結果。

5.2.2 重構教學內容，因材施教

體質測試數據得出的結果，凸顯了教學質量高低，彰顯了教學過程艱辛，顯示了教學效果好壞。體能訓練內涵多元化訓練方法，蘊含多層級訓練體系，富含多維度訓練指標，相比傳統體育教學更富有教學吸引力和教學趣味性，相比傳統體育教學其教學器材更豐富，教學形式更多彩，教學效果更顯現。HIIT、TABATA、星型訓練等教學內容相比傳統體育教學更富有時代感、時效性和新鮮感，既能滿足大學體育“教會、流汗、增肌”為教學目標，又能達到體育專業課程“教會、勤練、常賽”的教學目標。重構教學內容除了給學生基本的新鮮感以外，還將引入科學的、系統的、完整的體能訓練技術和體能歷史，以此激發學生探究體能訓練內容和體能訓練方法的興趣，鼓勵學生對未來體育教育教學內容、方式、效果的大膽探索和思考。將體質測試數據與體育教育教學緊密銜接，凸顯教學內容的針對性，彰顯教學內容與學生身體素質的銜接性，樹立體育教學銜接體質測試開創性科研思維，以實踐模式“反哺”科研和教學，在知識探究中激發學生對教學內容的探索潛能，激發教師對教學內容重構的可持續規劃，實現知識傳道授業與世界觀、價值觀和人生觀教育的同頻共振。

5.2.3 創新教學方法，多元施教

教學銜接體質測試，明確教學目標，豐富教學內容，體現體育教育教學的針對性，是體育教育教學創新教學方法，緊密聯系學生身體素質的重要改革舉措。傳統的“滿堂灌、哪弱練哪”的教學方法逐漸被新時代學生不斷發展和完善的健康與健身需求所替代，結合體質測試數據分析結果銜接體育教育教學是教學方法的創新，也是教學改革的重點，充分利用互聯網+、大數據、新媒體、MOOC等教學平臺資源，結合電子設備、網絡設備等新興教學設備、教學器具，收集體能鍛煉的國內外訓練方法，將傳統體育課堂改造為互動充分、學習氛圍良好、學習情景充實的新時代課堂，避免填鴨式教學。面對教學方法創新，規整傳統講授式教學法，引入特色鮮明的案例教學、小組談論式教學法，融合探究為基礎的教學模式，結合思政教育，遵循學科教學特色，順應因事而化、因時而進、因勢而新的學科教育教學規律，采用多元化教學方法，實施多元化教學。融合思政元素于大學體育和體育專業課程中，把思政元素融合體育學科中，潤物無聲地進行思政教育教學改革，將愛國主義、為國爭光、永爭第一的精神注入體育教學思政目標中，讓體育教育教學在新時代賦予愛國情懷，激勵學生愛國情、強國志、報國行，鼓勵學生積極專研，刻苦奮斗，激發其愛國熱情，凝聚其奮進力量，弘揚愛國精神，增強國家意識，增強課程教學的思想魅力。

5.2.4 完善教學評價，精準施教

教學評價是教學效果的客觀反應，教育的直接目的是培養人格健全、愛國、護國的社會主義建設者和接班人，培養國家和社會需要的新型人才。引入客觀評價和主觀評價，銜接師生互評與教師間互評，納入思政元素于教學評價，利于教學評價趨于完善，促進教學模式改革創新，客觀反應教學評價的真實性。增加體質測試數據作為評判教學效果的標準；基于體能訓練教學班級實驗，通過實驗班級體質測試數據整體發展趨勢，比較對照班級體質測試數據，以體質測試數據體現教學效果高低，直觀形象地體現教學效果。針對數據結果，篩選優良數據，剔除體質測試數據較低項目，結合項目特點，實施以游戲為基本形式的教學內容，激發學生主動鍛煉的樂趣，注重素質培養，讓教學興趣回歸本真，達到精準施教的教學目的。體現師生教學互評的客觀評價；師生教學互評指標定時、定量、定額完成，提升教師對學生教學任務的引導，發揮學生對教師教學手段、方法、內容實施的監督作用。提高教師之間的教學評判標準；增進教師之間交流、學習、互評，增加教研活動頻率、步驟，督促教師間相互學習，利于讓教師找到自身不足，通過加強自身學習，完善自身綜合能力，提升教學水平，實現教學評價的全面性和客觀一致性，精準施教。

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The Influence of Sparse Representation and Elastic Network on the Prediction Model of Physical Training Teaching Results

HE Bo, etal.

(Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China)

基金項目：重慶市社科聯社科規劃培育項目，項目編號：2022PY25；重慶市教育委員會大學生創新創業訓練項目，項目編號：S202010617020。

賀波（1991—），碩士，講師，研究方向：學校體育理論與方法。