大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動處方系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究

賀 慨

（首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)體育部，北京 100070）

1 概 述

科學(xué)研究表明，科學(xué)合理的運(yùn)動能促進(jìn)人體健康、提高生活品質(zhì)，而根據(jù)個人的身體狀況制定合理的運(yùn)動運(yùn)動處方對于提高身體健康水平，避免對身體的傷害至關(guān)重要。當(dāng)前，高校的教學(xué)模式以及教學(xué)環(huán)境無法為每個學(xué)生制定完全適合其自身的運(yùn)動處方，因此設(shè)計(jì)出一款學(xué)生日?？梢宰晕覒?yīng)用的運(yùn)動處方軟件系統(tǒng)，并結(jié)合體育課程教學(xué)，將給學(xué)生日常鍛煉、形成良好健身意識起到至關(guān)重要的作用。

2 大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動處方的技術(shù)架構(gòu)

大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動處方系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用成熟的建模工具、開發(fā)工具和軟件工程方法。軟件系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)，同時考慮到開發(fā)效率，使用.NET作為開發(fā)平臺，Microsoft.NET C# 作為編程語言，數(shù)據(jù)庫采用先進(jìn)的Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。（圖1）

圖1 NET框架體系結(jié)構(gòu)

C#程序在.NET架構(gòu)上執(zhí)行，為Windows的整體元件之一，包括稱為Common Language Runtime（CLR）的虛擬執(zhí)行系統(tǒng)，及其統(tǒng)一的類別庫集。CLR是建立執(zhí)行和開發(fā)環(huán)境基礎(chǔ)的國際標(biāo)準(zhǔn)，能夠使得語言和程序庫合作無間。（圖2）

圖2 C#與.NET框架關(guān)聯(lián)性

SQL Server 2005將.NET框架功能移植到了數(shù)據(jù)庫引擎中（SQL CLR），它將.NET框架中的CLR服務(wù)注入到了SQL Server中，使得SQL Server中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)庫對象夠使用.NET框架的編程語言開發(fā)（目前支持C#和VB.NET），包括觸發(fā)程序、預(yù)存程序、用戶自定義類型、用戶自定義程序及用戶自定義匯總函數(shù)等功能。（圖3）

圖3 SQL Server與.NET架構(gòu)關(guān)聯(lián)性

3 大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動處方系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

3.1 大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動處方系統(tǒng)

大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動處方系統(tǒng)主要通過結(jié)合綜合測試者的基本信息，包括姓名、年齡、性別、身高和體重，通過對提供的測試方案所獲得的測試結(jié)果來獲取測試者的測試指標(biāo)。整個處方系統(tǒng)由5大模塊組成：基本信息模塊、方案選擇模塊、測試結(jié)果模塊及計(jì)算結(jié)果模塊，其中為了便于用戶運(yùn)動處方信息查詢，在本運(yùn)動處方系統(tǒng)中還加入了一個用戶信息查詢模塊，通過用戶名即可完成信息檢索。（圖4）

圖4 全身耐力運(yùn)動處方計(jì)算器模塊組成

測試結(jié)果模塊包含序號、練習(xí)名稱、測試重量、重復(fù)次數(shù)、重量單位5項(xiàng)，其中序號為系統(tǒng)自動生成并增序編號，練習(xí)名稱為各項(xiàng)測試項(xiàng)目名稱。例如，啞鈴坐位屈肘聯(lián)系、啞鈴頭后舉等，測試重量與重量單位則依據(jù)測試器械不同而不同，重復(fù)次數(shù)表示在動作標(biāo)準(zhǔn)的前提下最多能連續(xù)完成的次數(shù)，考慮到大多數(shù)受測者身體素質(zhì)，在重復(fù)次數(shù)上進(jìn)行有效范圍約束，重復(fù)次數(shù)在3～15次之內(nèi)屬于正常有效范圍，若重復(fù)次數(shù)小于3次，則認(rèn)為測試重量過重導(dǎo)致重復(fù)次數(shù)過小，系統(tǒng)給出提示：“測試重量太重”；若重復(fù)次數(shù)大于15次，則認(rèn)為測試重量過輕導(dǎo)致重復(fù)次數(shù)過多，系統(tǒng)給出提示：“測試重量太輕”。計(jì)算結(jié)果模塊包含練習(xí)重量（10RM）和練習(xí)重量（15RM）2項(xiàng)，其中RM表示相對重量，10RM是指練習(xí)者最多能夠連續(xù)完成10次的重量，也即練習(xí)者能夠連續(xù)完成10次的最大重量，前提是動作標(biāo)準(zhǔn)，無借力作弊現(xiàn)象。與此對應(yīng)的，15RM即指練習(xí)者最多能夠連續(xù)完成15次的重量，也即練習(xí)者能夠連續(xù)完成15次的最大重量。

3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與目標(biāo)

基于國家和有關(guān)部委制定的標(biāo)準(zhǔn)，大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動處方系統(tǒng)采用現(xiàn)代信息技術(shù)，綜合了體質(zhì)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)、ETT測試、力量測試、運(yùn)動處方管理、健身知識普及教育、運(yùn)動效果趨勢分析和評價、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析、系統(tǒng)管理等功能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動處方個性化服務(wù)，使廣大大學(xué)生能夠方便、簡捷地針對自身身體素質(zhì)獲取所需的運(yùn)動處方，從而促進(jìn)大學(xué)生體育教學(xué)質(zhì)量的不斷提高。（圖5）

圖5 大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動處方系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

合理的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)有利于用戶信息管理，因此數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最為重要的部分之一。在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的時候必須要以系統(tǒng)所需訪問數(shù)據(jù)庫的功能作為基礎(chǔ)，利用盡可能少的數(shù)據(jù)表構(gòu)造最優(yōu)化結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)需求，使得數(shù)據(jù)庫的檢索簡單而高效。根據(jù)本系統(tǒng)的功能需求分析，總共設(shè)計(jì)了4個表，以下列出主要數(shù)據(jù)表及其主要用途。

3.3.1 學(xué)生基本信息表（TPerson）：主要負(fù)責(zé)存放學(xué)生的基本信息，只要內(nèi)容包括姓名、性別、年齡，以及身體形態(tài)數(shù)據(jù)，如身高、體重。

3.3.2 全身耐力測試數(shù)據(jù)表（THeartTest）：主要記錄對學(xué)生進(jìn)行全身耐力測試時的數(shù)據(jù)，如測試方案、測試級別、測試強(qiáng)度、測試心率。

3.3.3 全身耐力結(jié)果數(shù)據(jù)表（THeart Result）：主要負(fù)責(zé)存放學(xué)生的基本信息，只要內(nèi)容包括姓名、性別、年齡，以及身體形態(tài)數(shù)據(jù)，如身高、體重。

3.3.4 力量耐力測試結(jié)果數(shù)據(jù)表（TPower Result）：主要負(fù)責(zé)存放學(xué)生的基本信息，只要內(nèi)容包括姓名、性別、年齡，以及身體形態(tài)數(shù)據(jù)，如身高、體重。

由圖6中可以看出，學(xué)生基本信息表中以信息ID（FID）作為主鍵的，F(xiàn)ID是數(shù)據(jù)庫表中自動增長的字段，只用來做檢索；在全身耐力測試數(shù)據(jù)表中，F(xiàn)ID既為外鍵同時又作為主鍵，測試級別（FLevel）是索引字段；在全身耐力結(jié)果數(shù)據(jù)表中，F(xiàn)ID既為外鍵同時也作為主鍵存在；在力量耐力測試結(jié)果數(shù)據(jù)表中，測試號（FTestNo）是作為主鍵，F(xiàn)ID既為外鍵同時又是索引字段。

圖6 大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動處方系統(tǒng)界面

圖7 大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動處方系統(tǒng)界面

圖8 測試結(jié)果模塊顯示

3.4 系統(tǒng)特色

系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)是使用當(dāng)前主流的軟件建設(shè)技術(shù)，都屬于很成熟的技術(shù)，因此在較短時間內(nèi)很難進(jìn)行技術(shù)上的創(chuàng)新。本系統(tǒng)的特色在功能設(shè)計(jì)上，使大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動處方系統(tǒng)成為高校教師和大學(xué)生進(jìn)行互動的處方運(yùn)動教育平臺，并且突出個性化服務(wù)，且該系統(tǒng)具有規(guī)范化、運(yùn)動處方個性化、簡潔易用、易擴(kuò)充性及構(gòu)架靈活性等特點(diǎn)。

3.5 系統(tǒng)開發(fā)工具與運(yùn)行環(huán)境

由于Windows XP系統(tǒng)的廣泛使用性、穩(wěn)定性及其界面友好性，本系統(tǒng)在Windows XP進(jìn)行開發(fā)；考慮到開發(fā)效率問題，系統(tǒng)使用.NET架構(gòu)，由于SQL Server數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性、成熟性、易用性以及管理方便的特點(diǎn)，系統(tǒng)采用SQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。考慮到用戶友好性，系統(tǒng)采用OOP思想，對系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，也為今后需求變更和數(shù)據(jù)維護(hù)提供了可擴(kuò)展性。

圖9 計(jì)算結(jié)果模塊顯示

表1 學(xué)生基本信息表(TPerson)結(jié)構(gòu)

表2 全身耐力測試數(shù)據(jù)表(THeartTest)結(jié)構(gòu)

表3 全身耐力結(jié)果數(shù)據(jù)表(THeartResult)結(jié)構(gòu)

表4 力量耐力測試結(jié)果數(shù)據(jù)表(TPowerResult)結(jié)構(gòu)

3.6 大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動處方系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.6.1 視圖層的實(shí)現(xiàn) 視圖即呈現(xiàn)給用戶的使用界面，視圖組件包括文本框、輸入框、下拉框、表格、按鈕等。在大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動處方系統(tǒng)中只有一個主頁面（圖7），在該頁面下再通過標(biāo)簽頁來分別顯示全身耐力及力量耐力運(yùn)動處方測試結(jié)果。

通過圖7可以看出，整個系統(tǒng)只由一個界面完成，分為4個模塊，即基本信息、方案選擇、信息查詢及計(jì)算結(jié)果模塊。首先通過點(diǎn)擊下方的“新增”按鈕，來新增一個用戶，再在基本信息中填入用戶姓名、身高、體重、性別及年齡等基本信息；接著在標(biāo)簽頁中選擇對應(yīng)的運(yùn)動處方系統(tǒng)（全身耐力運(yùn)動處方／力量耐力運(yùn)動處方），選擇不同的標(biāo)簽頁時，測試結(jié)果模塊對應(yīng)顯示也不同。全身耐力運(yùn)動處方計(jì)算器中對應(yīng)著5種不同的測試方案，有功率車SMT、臺階SMT、跑臺SMT、功率車GXT、跑臺GXT 5項(xiàng)測試方案，其中SMT表示次大強(qiáng)度，GXT表示遞增負(fù)荷運(yùn)動；通過在方案右側(cè)下拉框中來對5種測試方案進(jìn)行選擇，測試方案不同，全身耐力運(yùn)動處方計(jì)算器所對應(yīng)的測試結(jié)果模塊顯示也不同，如圖8所示。

測試結(jié)果模塊中主要是針對不同的運(yùn)動記錄下測試者的測試結(jié)果，例如在全身耐力-功率車中是記錄測試者每次在特定功率下的心跳，為了計(jì)算對應(yīng)運(yùn)動處方，功率車項(xiàng)目必須錄入至少兩項(xiàng)測試等級，再記錄下各測試級別測試強(qiáng)度及心率測試結(jié)果后，點(diǎn)擊“計(jì)算結(jié)果”按鈕，在計(jì)算結(jié)果模塊中則會開始根據(jù)當(dāng)前測試的結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算完畢后在對應(yīng)界面中顯示計(jì)算結(jié)果：心臟功能能力F.C.、運(yùn)動能力E.C.、靶心率THR；不同于全身耐力訓(xùn)練，力量耐力測試并未將計(jì)算結(jié)果放在一個單獨(dú)的模塊中實(shí)現(xiàn)，而是直接與測試結(jié)果集成在同一個表格中，根據(jù)測試結(jié)果錄入實(shí)時顯示計(jì)算結(jié)果，不需要按鈕來激活計(jì)算事件。（圖9）

由于力量耐力測試中關(guān)于力量的測試項(xiàng)較多，因此在大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動工處方系統(tǒng)中未對其一一列出，而是將其設(shè)計(jì)成為一個表格格式，需要指導(dǎo)人員填入對應(yīng)所測試的練習(xí)名稱，該記錄塊能夠輸入多條測試數(shù)據(jù)，當(dāng)單項(xiàng)的測試數(shù)據(jù)填寫完畢后，對應(yīng)練習(xí)重量（10RM）和練習(xí)重量（15RM）列下將實(shí)時生成對應(yīng)的建議練習(xí)強(qiáng)度。

3.6.2 中心處理層的實(shí)現(xiàn) 從視圖層的表格（tgd_Result1）獲得每個級別的強(qiáng)度、心率，使用CalculateMet()函數(shù)獲得各個強(qiáng)度的MET值，并通過GetFC()函數(shù)分別計(jì)算2個強(qiáng)度（220-年齡、195-年齡）的靶心率（THR）、心臟功能能力（F.C.）、運(yùn)動能力（E.C.），最后將這些數(shù)據(jù)在文本框（lbl_Result）中顯示出來。

3.6.3 數(shù)據(jù)庫層的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)本系統(tǒng)的功能需求分析，總共設(shè)計(jì)了4個表，列出主要數(shù)據(jù)表的定義。（表1～表4）

4 結(jié) 語

相比于過去的傳統(tǒng)體育教學(xué)模式，大學(xué)生體質(zhì)健康運(yùn)動處方系統(tǒng)更為安全、科學(xué)、有效，對于培養(yǎng)大學(xué)生終身鍛煉的意識起到了很大作用，大大減輕了高校體育教師的授課負(fù)擔(dān)，該系統(tǒng)目前已在部分學(xué)校及商業(yè)環(huán)境中部署應(yīng)用。然而本系統(tǒng)僅僅針對于大學(xué)生的耐力訓(xùn)練，因此下一步工作中將為該系統(tǒng)加入更多的訓(xùn)練項(xiàng)目，更為全面地為大學(xué)生體質(zhì)鍛煉服務(wù)。

[1]楊靜宜，徐峻華. 運(yùn)動處方[M]. 北京：高等教育出版社，2005.

[3]張華.淺談我國高師院校大學(xué)體育課程的整體性改革[J].中國校外教育：理論，2008（7）.

[4]虞榮娟.體育教學(xué)考核評價與學(xué)生終身體育能力的培養(yǎng)[J].上海體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（4）.