智慧化物聯網技術在中考體育測試中的應用與成績分析

程德福 羅亞和 黃武 李黎 鄭榮焦 楊彬 黃俊 陳莎

1.成都怡康科技有限公司 四川成都 610100;2.成都市教育科學研究院 四川成都 610031;3.成都泰盟軟件公司;4.成都市龍泉驛區教育科學研究院 四川成都 610100

據全國青少年體質健康調查報告結果顯示，盡管青少年的體質有所增強，但近視和肥胖問題仍然突出［1-4］。其中，缺乏日常鍛煉是導致這些健康問題的主要原因之一［5］。為了鼓勵青少年增加鍛煉時間，教育部發布了《國家學生體質健康標準（2014 年修訂）》，要求將中考體育成績作為升學考核的重要依據之一。自此，中考體育成為提升青少年體質健康的重要手段［6］。然而，當前中考體育存在著各種問題［7］，如隨著中考體育分數占比增大，考試項目變得更加靈活多樣且測試流程復雜，不同地區之間的師資和設備差異較大，導致一些考試項目無法在相對落后的地區開展，從而導致項目參與機會不公平。同時，中考體育的過程性考核比重增加，不同學校和教師之間存在評分標準的差異，這容易造成考試成績的不公。因此，如何充分利用智能化技術來建立一套公平的中考體測系統，是當下亟須解決的問題。基于此，為實現體測過程的智慧化、公平化、高效化，本文提出將智慧化物聯網技術引入中考體測系統。

1 基于智慧化物聯網的中考體測系統

本文提出的中考體測系統運用智慧化物聯網技術，將傳統考試方式轉變為智能化模式，實現了從人工評判、記錄和分析，向自動評判、數據自動上傳以及分析的轉變，涵蓋了整個考務流程，全方位保障了考試的公平性。

1.1 物聯網體測系統結構

智慧化物聯網體測系統由4 部分組成，包括感知層、網絡層、平臺層和應用層（見圖1）。

圖1 “學生中考體質測試系統”架構

感知層是體測系統中用于接收外界數據的層級，是直接和學生進行互動的設備，支持多種體測項目的測試。每個體測項目中使用到的儀器主要包括3個部分，即主機、單機成績顯示模塊、傳感器。傳感器會將感知到的物理信號轉換成電信號，之后在單機成績顯示模塊上顯示出學生的得分情況，并通過2.4G 無線通信傳輸到與之綁定的體測主機。不同體測項目的區別在于采用的傳感器不同。

網絡層則是在體測主機收集到學生的體測成績之后，將記錄其考試過程及成績的數據通過Wi-Fi 局域網或4G/5G網絡上傳至云服務器。

平臺層的云服務器提供可擴展的存儲空間和強大的數據處理能力，用于存儲和處理各體測設備和監控設備生成的龐大數據，形成“中招體育考試云平臺”。

應用層是把學生的考試數據經過云端服務器計算后，通過“中考體育實時管理軟件”向考務人員展示出來。考務人員或主管部門可以通過手機、平板、電腦和大屏等智能終端實時訪問“中招體育考試云平臺”，實現對整個考試過程的監督和管理，包括考前學生信息整理和分組、考試過程中學生具體的考試表現及成績、考試后學生的成績分析和建議。

1.2 中考體測系統中的考務流程

如圖2所示，該體測系統從實際考試出發來設計，分成了考前準備、體測考試和考后數據管理3個階段。每個階段包含多種功能，可減少人工干預，實現體育考試過程的智慧化和高效化，進而保證了考試各個環節的公平性。

圖2 基于智慧化物聯網體測系統的中招體育考務流程概述

在考試的前期準備階段，主要的考務工作是對考生信息進行整理。體測系統采用了智能編排技術，可以根據導入的原始Excel 表格中的學生名單信息，自動設定免考資格、編排考試人員名單，以及生成準考證。同時引入隨機化元素來對考生進行分組，以消除潛在偏差，確保每位考生都享有相同的機會，從而有效促進考試分組的公正性。智能檢錄系統能實現考生的檢錄入場功能，通過掃碼的方式，自動對比準考證信息和系統中的考生信息是否一致，給出“駁回”和“入場”指令，從而減少了人工干預，防止代考等不正當行為的出現。

考生在完成檢錄入場后，根據提示完成自己對應的體測項目考試。所有項目的考試成績實時上傳至云服務器，該過程提供智能校驗，保障了數據的準確性和安全性。所有上傳數據存儲于云服務器，以杜絕成績被非法篡改。同時，為了確保數據的完整性，該體測系統引入了一套雙重安全備份體系，能夠實現數據的實時采集、傳輸和分區域實時備份。這種并行的技術手段，為每個單項測試提供了額外的雙重保險功能，使得每個單項測試均具備設備自動計時、計數和PDA（Personal Digital Assistant）備份計數的雙保險職能。實時監控功能則有利于教育主管部門監管整個考試流程，有效保障了考試過程的公平性。同時，體測系統引入了緩考和爭議解決流程。

考試結束后，體測系統云平臺會將考試成績進行數據整理和上報，并生成評估報告。其內容涵蓋多項數據的統計分析，包括考試人數統計、各項平均分統計等，為主管部門規劃體育相關政策提供了充足可靠的數據來源。并且可以查看每個學校具體的項目表現，為教師調整體育教學和訓練計劃提供了參考。學生可登錄系統對考試成績進行確認，以便對自己考試中的得分細節有更多了解。

2 體測系統實際應用及成績分析

2.1 體測系統應用情況分析

本文提出的體測系統應用于2023年成都市某區中考體育。此次考試為期10天，測試人數共計8 137人。根據考生人數和考務安排配置考試設備：籃球運球測試儀3套、足球運球測試儀2套、排球墊球測試儀4套、引體向上測試儀3 套、斜身引體向上測試儀4 套、實心球測試儀2套、立定跳遠測試儀4套。根據該區教育局考試數據記錄，該流程和系統的應用使得中考體測效率較2022 年提升約70%。具體而言，測試效率從2022年的每天8 h測試700人提升至2023年的每天6 h測試900 人。同時，考生的申訴率也有顯著下降，由前年的2%下降至0.2%。

2.2 考試成績分析

2.2.1 某區2023 年中考體育報名/免考情況和總成績分數分布

圖3 的數據顯示，該區2023 年中考體育考試總報名人數為8 137 人。其中，男生4 196 人（51.6%），女生3 941 人（48.4%），報名性別比例接近。在免考統計方面，一、二、三類項目的免考人數分別占比17.5%、45.9%和36.6%。其中，二類項目的免考人數最多，一類項目的免考人數最少。在總成績分數分布方面，50分人數占23.3%，45～50 分人數占48.5%，40～45 分人數占19.8%，35～40 分人數占7.8%，35 分及以下人數占比0.6%。整體而言，學生的得分主要集中在中高分區間，低分段學生人數較少。

圖3 某區2023年中考體育成績情況

2.2.2 不同考試項目男女生成績比較

圖4的折線圖顯示，在一類項目中，籃球項目的得分最高，足球項目得分最低，男女平均得分相近。在二類項目中，實心球是所有體測項目中得分最低的項目，男女生的表現均較差，沒有明顯區別。引體向上項目是男生的引體向上和女生的斜身引體的統稱，其中，女生整體表現好于男生。從三類項目中的立定跳遠成績可以看出，女生的表現會略好于男生。總體而言，在不同的體育考試項目中，性別差異不明顯，共性在于實心球項目均需要加強訓練。實心球作為一項技術和力量結合的運動，在擲遠過程中受到多個因素的影響［8］。王育林［9］建議從功能性力量訓練著手，全方位地實現實心球成績的提升，包括完善運動鏈的完整表達、形成正確動作表達模式、加強核心肌群的鍛煉，以及提升整體身體素質。

圖4 某區2023年中考體育不同項目中的男女成績平均分情況

3 討論

綜上所述，基于智慧化物聯網技術的中考體育測試系統為解決考試不公平問題提供了一種創新的途徑。在考前，系統通過智能編排自動生成準考證，并利用智能檢錄驗證考生信息，以提供入場指令，有效避免了代考等作弊行為。在考試過程中，系統通過自動犯規判定、計時、計數和測距等功能，為成績判定提供了公平公正的保障。同時，采用無線攝像對考試過程全程錄像，所有數據實時上傳至云服務器進行存儲，確保了數據的完整性，并便于實時監督。考后，系統自動完成數據收集和整理，并提供成績追溯和復議功能，進一步提高了考試的公平性和可信度。成都市某區教育局數據顯示，相較于2022年，2023年采用該體測系統后，考試效率提高約70%，考生的申訴率由2%下降到0.2%。這一實際應用的成功，不僅證明了該系統在提高考試公平性和效率方面的有效性，還顯著提升了學生的滿意度。此外，本文還對該區2023年中考體育成績現狀進行了分析，結果顯示，此次中考體育成績中高分（總分>45分）占比71.8%。在各考試項目中，實心球項目表現相對較差，可能是由于相關技巧訓練不足且力量欠缺所致。總之，這一創新將為我國青少年體育教育事業開辟更廣闊的前景，為實現青少年體質健康的可持續發展提供更有力的支持。