智能可穿戴設備在校園體育應用中的SWOT分析

【中圖分類號】G807 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-2813（2025）16-0181-06

[Abstract] Thanks to the rapid development of AI technology，smart sports have stoodout，and wearable devices have risenrapidlyasabridgebetween human dataandartificial intellgence.Thispaperfrstly introduces thecurrentresearch status of wearable devices at home and abroad，then uses SWOTanalysis to analyze the currnt application status of wearabledevices in the fieldofcampus physical educationandsports training，and gives suggestions based on the SWOT analysis results，and finaly the future prospect of wearable devices in the field of youth sports training.Through the current situationresearchandSWOTanalysis，thefeasibilityanddilemmaofwearabledevices inthefieldof youth sports and training areexplored，and thecoresponding countermeasuresarefoundfor practical problems，soas toprovide theoreticalsupportforthebeterapplicationof wearabledevices inthefieldofschoolsports training in China，sothat young students can beter benefit from smart sports. Smart wearable devices have many advantages such as convenience， timelinessnon-invasive，intelligence，etc.，buttheaccuracy needs tobeoptimized and limited bytechnologyand materials，makefulluseof thedevelopmentachievementsofnewmaterialsand artifcial intellgence technology to improve the market environment and break through technical problems can promote the development of wearable"devices towards high integration and diversification.Its wearing is more convenient and comfortable，power consumption willeeduced，measurement ismoreaccurate，and itcanuseartificialintellgencetoonductscientific analysisof humanmotiondata.Inthe future，smart wearable devices willbewidelyused inschool physical education teaching and training，providing students with more scientific and efective teaching and training methods.

作者簡介：楊晨（1991一），男，碩士，助教，研究方向為運動健康促進、智慧體育。

在數字化、智能化的當下，各個領域均正經歷著激烈的更新與迭代，人工智能（AI）的應用正引發新一輪教育變革。教育部的《高等教育人工智能創新行動計劃》和《教育數字化戰略行動計劃》強調了AI與教育的深度融合。在體育領域，尤其是體育教學和運動訓練方面，AI推動了高質量發展，預示著智慧體育時代的到來。

隨著信息科技的進步以及新材料的研發，電子設備不斷小型化甚至微型化，為可穿戴設備提供了更多的應用可能。物聯網、大數據和智能算法將便攜傳感器收集的運動人體數據進行匯總分析，提供科學化建議，使體育教學和訓練更加高效。智能體育強調數字化和時效性，能夠根據個人情況制定個性化教學方案。新型設備在運動生理、生物力學、人體運動捕捉[等領域提供了便利，實現了運動中的實時監測和無創檢測[2-3]，但仍存在測量精度和數據維度單一等問題。

人工智能的研究以及新一代信息技術在體育行業的應用推動了學校體育訓練的智能化升級。智能技術結合數據模型測算為學生提供了可靠的評價和訓練建議，可穿戴設備在其中發揮了不可替代的作用[4]。我國的可穿戴設備研發起步較晚，種類和使用率較低，存在諸多問題。該文通過SWOT分析法探討可穿戴設備在青少年體育訓練中的應用，分析其可行性與困境，并提出對策，旨在使青少年更好地受益于智能體育。

1體育領域可穿戴設備的發展現狀

在體育科學領域，傳統的測試設備因體積龐大、移動不便，受實驗室條件限制，且生化測試存在創傷性等問題，面臨諸多挑戰。智能可穿戴新型設備作為一種在軟件支持下能夠感知、記錄和分析人體生理參數的非侵人性設備，具備無線傳輸功能，可實現對人體數據的采集、傳輸與分析。該設備能夠在用戶自由運動狀態下，實時監測身體狀態、運動功能和新陳代謝等指標，實現人體生理特征數據的數字化和可視化。近年來，國內外可穿戴設備技術迅速發展，大量新型設備涌入市場，在體育領域呈現出多樣化的便攜式設備形態。隨著信息科學技術的不斷進步，可穿戴設備正朝著生活化應用、微型化體積和親民化價格的趨勢發展[5]

1.1國外可穿戴設備研究進展

可穿戴技術最早于20世紀60年代由美國麻省理工學院提出，世界上第一臺可穿戴計算機設備是由ClaudeShannon研制的鞋式穿戴機，主要用于移動醫療、通信和輕工業領域。CaptiksEnterprise公司研發的Movit用于運動表現領域，可佩戴于任何部位，能夠收集速度、加速度、旋轉、角度和能量等數據，并且可以合成人體三維圖像，用于評估和分析身體狀態以及對特定運動的反應等[6]。肌肉的酸性積累會給運動鍛煉帶來極大困擾，HumanHex記錄儀是一款經醫學認證的用于測量肌肉氧含量的設備，可用于改善訓練強度并最小化運動損傷，通過ActiGraphGT3X+可估計活動期間的能量消耗7]。

歐美發達國家對柔性電子技術的開發較早，相關產品較多。柔性電子具有輕柔、精準、舒適且可長期佩戴的特點，與傳統可穿戴設備相比更加便攜高效8]傳統生化分子檢測均需對人體血液、尿液等進行生化分析，尤其是血液采集需要一定條件且會給受測人員帶來痛苦，電化學傳感器的出現為生化檢測帶來了便利。它能夠對血液、尿液、汗液（包括 Na⁺，K⁺ 等生物體液進行檢測，識別葡萄糖、雌二醇、乳酸等物質。血糖監測在訓練監控以及制訂運動處方中具有重要意義，電化學葡萄糖生物傳感器的研究已有半個世紀，主要用于醫學中糖尿病患者的血糖監控，近十年取得了突飛猛進的發展。基于新傳感原理、先進柔性材料，在傳感器電極的酶界面采用納米材料，可實現高度穩定可靠的實時無創葡萄糖監測。但仍面臨采用生物相容性涂層以保護電化學葡萄糖傳感器免受表面生物污染的挑戰[2]。

近幾年，國外研究在材料以及技術上取得了許多新的突破，例如采用金納米顆粒（AuNPs）與MXene復合電極，提升電活性表面積與電荷轉移效率，大幅提高測試靈敏度；開發全集成智能系統，實現微流控多變量校準并支持智能手機數據分析[9]

1.2國內可穿戴設備研究進展

相較于國外，我國可穿戴設備發展起步較晚。身體機能狀態測試的設備大多應用于醫療領域，主要設備有持續動態心電監測系統、可穿戴關節活動度測量儀、關節角度傳感系統、貼片式柔性心電傳感器和可穿戴運動步態量化評估系統等。用于運動方面的智能可穿戴體育用品主要有華為和小米的智能手環、手表、運動服和計步鞋等，大多面向大眾健身，具有記步數、測量心率以及監測睡眠狀況等功能。對于校園體育以及科研級設備，目前仍在研發中。隨著技術的不斷更新，測試內容更加豐富，適用范圍也越發廣泛。

卓浦士旗下TROPS致力于利用人工智能和數據科技，實現校園體育產業和足球產業的數據化、智能化發展，助推中國校園體育教育體系和足球青訓體系改革。其智能運動腳環可以實時檢測控球、傳射、速度、耐力、活躍度和爆發力6個維度20余項數據。劉慶廣等人[10]研究發現，卓浦士智能腳環在校園足球中可使控球成功率提升 8% 。

動量MT—Sports足球運動監控系統，包括GPS系統和HRM心率監測背心，用于監測隊員內部負荷和外部負荷，能直觀反映學生的運動情況，在校園足球訓練中可降低運動損傷率 15%^[11] ，現已開始應用于中小學足球訓練和比賽的研究中[10]。

我國在柔性電子技術研發中已取得許多突破，在新型高靈敏柔性健康傳感器的研制方面也取得了一定成就[12]。復旦大學王明研究員和劉琦教授團隊研發的抗摩擦柔性/可拉伸電子器件，滿足了可穿戴設備在運動訓練情況下信號采集的高保真率要求[13]。

1.3 可穿戴設備的分類

近年來，可穿戴設備迅速發展，其功能多樣、形式多樣，有多種劃分方式。根據用途可分為普通類、訓練類和科研類；根據運動特征可分為體能類和技能類設備；根據傳感方式可分為化學傳感器、光學傳感器和機電傳感器設備。本文根據人體運動發出的不同信號源進行分類，包括運動生物化學信號、運動電生理信號、運動學信號和動力學信號。

運動生化信號是人體在運動過程中機體內部某些生物化學指標的變化，如血糖、乳酸、尿素以及汗液等，主要采用電化學傳感器來檢測，可評價運動量和運動負荷等。

運動電生理信號是人體細胞組織產生的動作電位變化，主要有腦電、心電、肌電、血氧飽和度等信號，可通過光學和機電兩種傳感器監測，可評價運動強度、運動疲勞等。

運動學信號主要反映人體姿態，包括關節角度和環節的位移，主要通過陀螺儀、GPS等進行測量，可評價動作的合理性。

動力學信號主要指加速度、爆發力、彈跳力等指標，主要使用加速計來測量，可評價肌肉力量、爆發力等身體素質。

2基于可穿戴設備在青少年體育訓練中應用的SWOT分析

可穿戴設備的應用主要集中在人體體征、生理以及動力學、運動學等方面的監測，將人體各項指標數據傳輸到終端[14]，通過大數據、人工智能等技術對訓練數據、靜息心率、睡眠質量和運動表現等進行后續分析，從而得出優化方案，避免運動損傷[15]。

隨著智能時代的發展，可穿戴設備在競技體育、大眾健身領域已有了較廣泛的應用，但在學校體育中使用率仍較低。大眾健身領域注重的是運動量以及睡眠情況，競技體育則是從運動學和動力學方面測量動作技術，從運動強度上監控生理生化指標。學校體育訓練應結合兩者特點，既要對人體機能特征進行監測，又要對運動表現進行測量，通過多種信息源傳感器捕捉學生的技能動作和生理生化指標，為個性化體育教學和科學合理的運動訓練提供直觀的理論支持。本文通過SWOT分析，分別從內部因素（優勢、劣勢）和外部環境（機遇、挑戰）來分析可穿戴設備的應用情況。

2.1可穿戴設備在體育訓練應用中的優勢（S）

2.1.1 實時監控

傳統的數據采集大多依賴于體積龐大的設備，其價格昂貴、資源有限且測試條件苛刻，在對運動中的人體測試時只能在相對靜態下進行。而可穿戴設備不需要復雜的流程，近幾年由于材料的突破，柔性電子醫療器械可監測心電、血壓、血糖以及體溫等多種生理學參數。其優勢在于緊貼人體皮膚表面，測量相對精準，既保證舒適又不影響其功能，可以無線連接并長時間佩戴進行數據采集，可連續實時監測人體生理狀態[3]。柔性電子的出現為運動中實現實時監測提供了可能，在運動中的每一個階段都可以做到實時監測，同時也大大減少了體育教師或科研人員的工作量。

2.1.2 無創檢測

對于一些生理生化指標的獲取，傳統的測試方法依賴于血液樣本的采集，該過程具有創傷性和感染的風險，導致大多數學生較難接受。相比之下，新型可穿戴設備通過電化學傳感器可以做到無創檢測，更容易被人們接受。如智能手環和貼片式傳感器能夠監測心率和血氧飽和度，電化學傳感器可通過皮膚接觸及汗液等檢測血糖與乳酸等物質。對于正在運動的學生來說，無創檢測的優勢更為突出，可以在不間斷訓練的情況下進行檢測，從而確保數據的連續性和準確性，同時也避免了因血樣采集而產生的疼痛等不適感，提高了學生的接受度和參與度。

2.1.3 減少運動風險

借助可穿戴設備，可對身體機能狀態和運動情況進行實時監控。通過實時采集并分析運動過程中的心率、血氧飽和度、體溫等生理指標，以及運動強度、持續時間等運動表現信息，能夠有效避免因運動過量及動作技術不正確造成的潛在運動風險，時刻監測身體生理狀態的變化趨勢，及時發現異常狀況，預警運動損傷，大幅降低運動過程中的風險。

2.1.4智能化與可視化

智能可穿戴設備融入了智能技術，能夠便捷、有效地直接獲取人體綜合指標以及運動學、動力學等多項指標。一方面，可直接反映自身機能狀況和運動能力；另一方面，通過將數據匯總到數據庫進行智能分析，可根據學生個體情況，客觀地為其提供個性化運動方案，從而真正做到因材施教。智能跳繩應用于小學體質測試中，可通過實時姿勢糾正使及格率有所提高。

2.1.5提高學生運動興趣和訓練效果

采用智能可穿戴設備進行體育教學或運動訓練，可極大地提高學生對體育訓練的興趣。學生能夠直觀地了解自己的身體狀況和運動能力，并可根據自身機能反應調整運動方案，增加挑戰性和趣味性。有研究報道，使用可穿戴設備對青少年兒童進行身體活動十預， 47.06% 的研究結果顯示干預有效[6]

2.2可穿戴設備在體育訓練應用中的劣勢（W）

2.2.1測量準確性較差

便攜式設備的最大缺點在于測量的準確性和穩定性有待優化。基于光電原理的傳感器，雖具有便攜性、可穿戴性等優點，但在實際監測過程中，容易受到環境因素（如皮膚濕度、顏色及溫度）的影響。在運動過程中，可能會產生運動偽影，最終影響測試結果。運動中測量不同于安靜狀態下的檢測，有研究報道，隨著運動強度的增加，一些可穿戴設備實時心率監測的準確性會降低[17]

2.2.2 設備風險

由于材料和使用方式的特殊性，設備自身存在一定的風險，主要表現在材料穩定性、結構可靠性等方面，包括機械風險、電學風險、生物學風險等。機械風險方面，硬性電路板結構不能很好地貼合身體，柔性材料雖能夠適應人體軟組織產生形變，但有一定限度。電學風險方面，形變可能會導致電學性能失效，同時汗液會侵蝕設備，造成漏電問題。生物學風險主要指生物相容性，即身體或身體分泌物與設備材料之間產生的相互影響，如某柔性傳感器因汗液腐蝕導致數據漂移率增加30%[18]。

2.2.3 成本較高

可穿戴設備目前仍處于開發階段，更新迭代速度較快，新型材料研發存在瓶頸且較難突破，一些關鍵材料的合成過程復雜且效率低下，因此其生產成本居高不下。與此同時，由于這些新型材料的應用領域狹窄且尚未完全拓展，使用人群有限，市場需求相對較小，進一步抬高了價格。在多因素共同作用下，新型材料可穿戴設備在校園中的普及難度大大增加。

2.3可穿戴設備在體育訓練應用中的機遇（O）

2.3.1AI助力訓練效果的提升

人工智能正處于快速發展階段，AI技術的進步也將推動可穿戴設備的發展。智能體育離不開可穿戴設備的橋梁作用，若要將人工智能技術充分利用到學生體育訓練中，智能可穿戴設備同樣需持續發展。數字孿生技術可構建動態的虛擬模型，實現虛實交互與同步優化[19]。學生通過可穿戴設備生成身體數字模型，可實時分析運動姿態和肌肉負荷，降低損傷風險。結合可穿戴設備數據（心率、肌電、運動軌跡），構建學生的數字孿生，可分析動作效率并制訂訓練計劃。

2.3.2新材料改善穿戴設備的功能

新型材料的研發使可穿戴設備更加便捷高效，從部分柔性發展為全柔性狀態。可穿戴設備將更加貼合人體皮膚，并能夠長久佩戴以實現實時監控，省去不必要的繁雜流程。可穿戴設備將進一步廣泛應用于學生群體，如基于長短記憶網絡模型的個性化訓練建議系統，同樣可用于學校青年團體。

2.3.3 政策支持

教育數字化戰略積極推動智慧體育校園快速轉型與發展，國家健康中國戰略的實施，鼓勵運用多種方法促進青少年的體質健康。可穿戴設備作為智慧體育數據采集的重要組成部分，對于構建校園健康數據具有至關重要的作用。

2.4可穿戴設備在體育訓練應用中的挑戰（T）

2.4.1 市場環境的影響

歐美柔性電子技術之所以領先，得益于大量經費資助研發，如歐盟“Horizon2020\"計劃等。我國可穿戴設備研發仍處于初級發展階段，由于產業環境和產品服務等多方面原因，其實際作用并未真正顯現。目前，可穿戴設備注重商業價值，更多面向大眾健身，大多數學校對其了解甚少，且由于價格昂貴，學生使用率較低。相信隨著新型材料、傳感器、芯片以及柔性電子等相關技術的發展和普及，其個性化服務將進一步提升。

2.4.2 面向學校體育訓練的使用率低

目前，體育領域的智能可穿戴設備主要面向大眾健身，而人體機能監測方面的可穿戴設備又偏向于醫療領域，較少針對體育教學和運動訓練進行應用。此外，教師和教練對于設備的使用也需進一步學習，教學量化評價標準尚未形成體系。

2.4.3 技術限制

近幾年，可穿戴設備雖然得到了快速發展，但技術上仍存在許多未能突破的難題。電化學傳感器技術存在瓶頸，如汗液中葡萄糖濃度與血液濃度的非線性關系；此外，測試準確性、生物相容性、設備電池耐用性低，柔性電子尚未實現全柔狀態等問題，均存在較大挑戰。

3基于SWOT分析的戰略性建議

可穿戴設備SWOT因素矩陣見表1。

3.1優勢（S）與機遇（O）戰略

發揮可穿戴設備自身內部優勢，抓住一切有利機會，實現高品質、多需求的產品供給，此為SO戰略。隨著信息科技、柔性技術、人工智能等領域的快速發展，可穿戴設備應抓住新材料和人工智能時代帶來的機遇，研發出更加舒適、便捷、智能化的全柔式可穿戴設備（FlexibleWearableDevices，FWD）。在政策的大力支持下，快速更新迭代技術，發展新技術，以滿足青少年體育及訓練的需求。

3.2 劣勢（W）與機遇（O）戰略

利用機遇彌補并改善自身缺點，找出抓住機會的方法，避免機會流失，此為WO戰略。借助人工智能以及新材料技術的提升，進一步優化可穿戴設備的測量準確性，降低使用風險。抓住政府政策紅利，助力健康中國以及智慧教育的平臺搭建，以彌補過高的成本。

3.3優勢（S）與挑戰（T）戰略

利用可穿戴設備的自身優勢，突破不利因素的威脅，此為ST戰略。在青少年體育訓練中，首先應選用效果好、準確性較高且具有代表性的可穿戴設備，以滿足體育訓練的最基本需求，進而推動校園可穿戴設備市場的發展。其次，為進一步放大柔性可穿戴設備的諸多優點，未來其將向全柔狀態發展，這就要求在柔性技術以及材料方面實現突破。此外，隨著人工智能算法的突飛猛進，結合智能數據分析可進一步提升可穿戴設備的競爭力。

3.4劣勢（W）與挑戰（T）戰略

理解自身弱點，盡可能減少自身弱點帶來的威脅，此為WT戰略。使用前需先了解傳統監測設備與可穿戴設備之間的誤差，通過大數據、人工智能進行數據測算以彌補誤差。根據特殊需求條件以及側重點，在設備風險、數據準確性和便捷性之間做好取舍。努力創新突破技術局限，目前許多科研團隊在新型材料以及數據精準度上取得了較大突破，用戶接受程度大大提升，通過為大眾建立良好的使用體驗，進一步向校園拓展普及。

4結語

可穿戴設備作為人體運動數據載體與人工智能建立連接，實現了智能體育。智能體育為人們的生活、工作和學習帶來了新的視野、新的思維方法，極大地推動了學校體育訓練的現代化、信息化建設。可穿戴設備在智能體育工程發展過程中起到了不可或缺的作用，“柔性傳感器 +AI 算法\"是未來校園體育智能化的關鍵技術路徑。

但目前可穿戴設備仍處于探索發展階段。智能可穿戴設備具有便捷、時效、無創、智能等諸多優點，但仍存在數據準確性等問題。應充分利用新型材料和人工智能技術的發展成果，改善市場環境，突破技術難題，使其更廣泛地應用于學校青少年體育訓練。可穿戴設備將向高度集成化、多元化方向發展，開發適用于青少年的多模態傳感器融合系統，該系統更具針對性，佩戴更便捷舒適，功耗降低，測量更準確，且能夠利用人工智能對人體運動數據進行科學分析。未來，智能可穿戴設備將廣泛應用于學校體育訓練，為學生提供更加科學有效的教學和訓練方式。

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