可穿戴設(shè)備在高校體育教學(xué)中的應(yīng)用

謝佳輝，林 萌，汪 焱

(福州大學(xué)體育部，福建 福州 350116)

近年來，大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息技術(shù)飛速發(fā)展，各類科技產(chǎn)品正改變著人們的生活方式，伴隨著新型傳感器技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進步，可穿戴設(shè)備逐步成為科技產(chǎn)業(yè)的新寵，進入一個飛速發(fā)展的時期。在高校體育中運用可穿戴設(shè)備的相關(guān)情況還比較少，國外高校已經(jīng)開始實踐，美國奧羅爾羅伯茨大學(xué)要求所有新生通過佩戴Fitbit手環(huán)來記錄他們的運動狀況，并將此作為學(xué)生體質(zhì)評價的一部分。將可穿戴設(shè)備應(yīng)用到高校體育教學(xué)中不僅能受到學(xué)生們的歡迎和喜愛，還能依托可穿戴設(shè)備的強大功能來指導(dǎo)學(xué)校體育教學(xué)。本文試圖通過調(diào)查可穿戴設(shè)備在高校中的使用現(xiàn)狀，研究其技術(shù)特點對高校體育教學(xué)的作用，并從大數(shù)據(jù)的角度出發(fā)，研究體育教學(xué)的發(fā)展前景，以期為未來學(xué)校體育的改革提供思路。

2 研究方法

2.1 文獻資料法

通過在圖書館查閱相關(guān)的書籍，通過中國知網(wǎng)、維普網(wǎng)等查閱國內(nèi)外有關(guān)可穿戴設(shè)備的文獻資料，為本研究的設(shè)計、分析提供客觀的理論依據(jù)。

2.2 訪談法

通過對體育教學(xué)方面的專家和相關(guān)教師進行訪談，針對可穿戴設(shè)備在高校體育教學(xué)中的應(yīng)用研究，廣泛征求他們的意見，以收集資料和完善研究框架。

2.3 調(diào)查統(tǒng)計法

通過隨機選擇我校大一、大二236名學(xué)生進行調(diào)查訪問，并運用統(tǒng)計的方法對學(xué)生中可穿戴設(shè)備的使用情況進行分析研究。

3 結(jié)果與分析

3.1 大數(shù)據(jù)、可穿戴設(shè)備與高校體育教學(xué)

2015年9月5日，《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要的通知》(國發(fā)[2015]50號)文件的發(fā)布標(biāo)志著我國已將大數(shù)據(jù)的發(fā)展應(yīng)用研究提升到國家層面[1]。大數(shù)據(jù)研究現(xiàn)已涉及到人們生活的各個方面，而教育大數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究必將是我國教育事業(yè)發(fā)展的趨勢。大數(shù)據(jù)并不僅僅指數(shù)據(jù)量大，更重要的是通過對海量數(shù)據(jù)的收集、整理、分類和分析，從中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律、知識和信息等。它的處理流程可分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與集成、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)解釋4個階段[2]。目前，高校體育教學(xué)過程中的數(shù)據(jù)采集量比較小，主要集中在學(xué)生體質(zhì)健康測試數(shù)據(jù)上，如何將高校體育教學(xué)過程數(shù)據(jù)化，運用大數(shù)據(jù)平臺來指導(dǎo)體育教學(xué)將是我們研究的方向?？纱┐髟O(shè)備正好作為橋梁解決了體育教學(xué)過程中大數(shù)據(jù)采集等問題。

可穿戴設(shè)備是融合了多媒體技術(shù)、無線傳播技術(shù)、計算機科技，以日常生活中便于攜帶的物品形態(tài)存在的，并能夠連接個人局域網(wǎng)，監(jiān)測即時情況來幫助用戶在動態(tài)過程中進行信息處理的智能化工具[3]。目前它已經(jīng)被普遍運用于體育健身、醫(yī)療衛(wèi)生、時尚娛樂、國防軍事等方面。市場上可穿戴產(chǎn)品多種多樣，主要有智能手環(huán)、智能眼鏡、智能手表、智能鞋等，可以通過智能傳感器監(jiān)測心率、GPS、步數(shù)等數(shù)據(jù)，及時傳遞到手機等移動通信設(shè)備上。可穿戴技術(shù)的發(fā)展非常迅速，心率、GPS、血壓、汗液、溫度、睡眠、卡路里、葡萄糖、UV、呼吸、動作捕捉等都能通過傳感器進行檢測分析，所以，各種新型的可穿戴設(shè)備被不斷創(chuàng)造出來，適合高校體育教學(xué)的可穿戴設(shè)備也會在不久的將來出現(xiàn)，并將影響體育教學(xué)的發(fā)展。

可穿戴設(shè)備在高校體育教學(xué)中的應(yīng)用研究是以大數(shù)據(jù)平臺為基礎(chǔ)，通過在學(xué)生中運用可穿戴設(shè)備，采集學(xué)生在體育教學(xué)過程中的各項指標(biāo)數(shù)據(jù)，并通過藍牙、無線網(wǎng)等技術(shù)對數(shù)據(jù)進行處理和集成，以云計算技術(shù)為手段進行數(shù)據(jù)存儲和分析，這樣可以有效地將大量多變的數(shù)據(jù)存儲下來進行分析計算，依據(jù)分析計算的結(jié)果，為高校體育教學(xué)實踐所用。

3.2 高校學(xué)生中可穿戴設(shè)備的使用現(xiàn)狀

手機目前已經(jīng)成為大學(xué)生必不可少的一部分，在學(xué)習(xí)、生活、社交等方面發(fā)揮著巨大的作用。而在體育鍛煉方面，則僅局限于通過微信等社交APP中的小程序——曬步數(shù)來體現(xiàn)，甚至出現(xiàn)了有些同學(xué)在上體育課的時候，偷偷將手機藏在身上來刷步數(shù)的情況?？梢姡苿油ㄓ嵔o我們帶來的便利并沒有在高校體育教學(xué)中發(fā)揮出其真正的作用，可穿戴設(shè)備正好可以解決其缺陷，發(fā)揮出其優(yōu)點。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，高校中學(xué)生的手機擁有量已經(jīng)近100 %，市場上可穿戴運動設(shè)備主要有運動手表、運動手環(huán)、能量手環(huán)、智能鞋、智能眼鏡等。通過對我校大一、大二236名學(xué)生進行隨機調(diào)查(表1)，發(fā)現(xiàn)有使用手機功能進行運動記錄的學(xué)生非常多，共188人將近80 %，還有少部分同學(xué)有通過手機測量心率的APP，對運動后的心率狀況進行測量，了解自己的身體狀況。調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，了解可穿戴設(shè)備的同學(xué)比較多，但真正使用的學(xué)生數(shù)量非常少，僅5名，占被調(diào)查數(shù)量的2.1 %，使用設(shè)備主要集中在運動手環(huán)上，基本沒有其他可穿戴設(shè)備，使用功能主要體現(xiàn)在記步數(shù)、消耗能量以及記錄運動路線上?？纱┐髟O(shè)備在高校中的使用量比較少，一方面是因為可穿戴設(shè)備的價格因素，最重要的一點是智能手機已經(jīng)具備了運動手環(huán)的很多功能，可穿戴設(shè)備的優(yōu)勢并不明顯。但是在體育教學(xué)中，手機有一定局限性，明顯不能替代可穿戴設(shè)備，所以可穿戴設(shè)備在高校學(xué)生中仍具有很大的潛力。

表1 可穿戴設(shè)備在高校中使用情況表

3.3 可穿戴設(shè)備在高校體育教學(xué)中的應(yīng)用

3.3.1 防范運動傷害

體育教學(xué)中的運動傷害事故是困擾體育教師和學(xué)校管理部門的重要方面，雖然國家有出臺學(xué)生運動傷害管理條例，但在實際運用時還是會困難重重，當(dāng)事故發(fā)生時還是會追究當(dāng)事體育教師的責(zé)任。因此，防范運動傷害，將學(xué)生運動中的傷害事故扼殺在萌芽狀態(tài)對體育教師和學(xué)校都至關(guān)重要。體育教學(xué)中的運動傷害除了體育教師組織教學(xué)的失誤以及非可控外在因素外，都有一個很明顯的特征，就是學(xué)生在參與運動時的身體狀態(tài)水平，當(dāng)學(xué)生處于運動疲勞，注意力不集中的時候，發(fā)生傷害事故的概率就會非常高，另外，學(xué)生有先天性疾病或是運動當(dāng)天身體健康狀況不佳也是造成傷害事故的主要因素。所以，及時掌握學(xué)生在體育運動中的身體機能水平對防范運動傷害有一定的作用?？纱┐髟O(shè)備能及時準確地對學(xué)生的心率、汗液、溫度、血壓、呼吸等進行監(jiān)測。目前，普通的運動手環(huán)已經(jīng)實現(xiàn)了對血壓、血氧、心率、卡路里、疲勞的監(jiān)測。監(jiān)測心率在運動中非常重要，心率的高低，直接影響到運動的效果和目的，當(dāng)心率過快的情況出現(xiàn)時，實際上是在給身體一個警告，避免意外發(fā)生，將學(xué)生運動時的心率水平保持在相應(yīng)的區(qū)域，這是心率監(jiān)測的重要作用。長春理工大學(xué)的翟紅藝等人設(shè)計了一種有鍍銀織物電極的穿戴衣，在走路、上下樓梯、搬運輕物等低強度環(huán)境下，該心電穿戴衣測量R波的平均識別準確率高達 96.37 %[4]。穿戴式汗液傳感器能夠檢測汗水中的分子，經(jīng)過汗液分析后，就能準確檢測出身體的健康情況。

3.3.2 監(jiān)測運動強度

體育教學(xué)中對學(xué)生運動量和運動強度的掌握一直都是考驗教師教學(xué)水平的重要因素。教學(xué)內(nèi)容和練習(xí)時間安排不夠，學(xué)生就會達不到體育鍛煉的效果，反之就會導(dǎo)致運動過量，容易造成疲勞，存在安全隱患，也影響學(xué)生的運動興趣。所以，對學(xué)生運動強度的監(jiān)測能給體育教學(xué)提供良好的參考?？纱┐髟O(shè)備能有效提供運動的時間、步數(shù)、GPS路線等數(shù)據(jù)，并依據(jù)數(shù)據(jù)分析，計算出消耗卡路里、里程等，這能有效評定是否疲勞等身體狀況。但運動是一個復(fù)雜的過程，因運動方式和項目等的不同，人體運動強度會有比較大的出入，運動手環(huán)等可穿戴設(shè)備只是通過單個部位的加速度傳感器來測量運動情況，僅能分析人體在跑步過程中的運動量。此外，如何判斷學(xué)生在體育課堂中進行的是有氧運動還是無氧運動，僅從運動項目上來評判也是片面的，可通過可穿戴設(shè)備中的心率監(jiān)測情況、運動路線上的速度情況、甚至通過對身體溫度以及汗液檢測等手段來分析，并依據(jù)科學(xué)的數(shù)據(jù)算法來評定運動強度。想要通過可穿戴設(shè)備來全面監(jiān)測學(xué)生的運動強度，還需要更加精密和高科技的儀器。韓國的 Si-Jung Ryu 等人使用綁在兩個小臂上的三軸加速度傳感器來測量記錄人們?nèi)粘Ｉ钪械倪\動情況[5]，這對運動強度的監(jiān)測具有一定指導(dǎo)意義。

3.3.3 規(guī)范技術(shù)動作

技術(shù)動作教學(xué)是體育教學(xué)的主要內(nèi)容，學(xué)生對技術(shù)動作的掌握程度，直接影響到體育教學(xué)效果的好壞。目前，在技術(shù)動作的教學(xué)中主要還是以教師講解示范、學(xué)生練習(xí)，老師糾錯指導(dǎo)的形式進行。雖有多媒體等新教學(xué)手段的加入，但教學(xué)形式基本沒有大的改變，技術(shù)動作教學(xué)效果沒有改進?？纱┐髟O(shè)備在技術(shù)動作中的指導(dǎo)運用其實早已存在，主要應(yīng)用于專業(yè)運動員的訓(xùn)練研究中。美國Zepp公司研制了針對棒球、高爾夫球和網(wǎng)球的傳感器佩戴設(shè)備，運動員通過可穿戴設(shè)備來捕捉他的動作，運動員和教練可以通過查看相關(guān)的數(shù)據(jù)來回放和分析當(dāng)時的技術(shù)動作，以完善自己的運動表現(xiàn)[6]。Spelmezan等人設(shè)計了滑雪運動的可穿戴系統(tǒng)，可以識別初學(xué)者常犯的錯誤，教練可以遠程指導(dǎo)他們的姿勢和動作[7]。醫(yī)療領(lǐng)域出現(xiàn)的可穿戴設(shè)備也可應(yīng)用于動作規(guī)范。意大利的E.Sardini 和M.Serpelloni等人設(shè)計了一款幫助脊椎受損的病人輔助康復(fù)訓(xùn)練的背心，能及時反映患者軀干的彎曲程度，康復(fù)訓(xùn)練過程中自動提示患者的訓(xùn)練姿態(tài)[8]。美國的 Swamy Ananthanarayan 等人設(shè)計了一款名為“PT viz”的可穿戴式膝蓋康復(fù)輔助設(shè)備，可以檢測膝蓋彎曲的角度[9]。目前國內(nèi)很多體育用品公司已經(jīng)開始推出智能鞋，通過在鞋子里加入傳感器，不僅能測量日常步數(shù)、里程、消耗等數(shù)據(jù)，還增加了專業(yè)運動數(shù)據(jù)的記錄功能，通過記錄前掌觸地、觸地時長和騰空比例等數(shù)據(jù)，可以實時調(diào)整運動方式方法，減少不正確運動帶來的身體損傷。這些可穿戴設(shè)備在將來都有可能運用到體育教學(xué)中，而且會不斷優(yōu)化和整合，更完整地規(guī)范運動中的技術(shù)動作，給體育教學(xué)提供更好的方法。陳立龍等已提出將可穿戴設(shè)備與虛擬現(xiàn)實、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)融合，實時采集學(xué)生的運動數(shù)據(jù)(時間、空間、速率等)，用其驅(qū)動虛擬場景中的角色模型，這能使運動數(shù)據(jù)實時可視化[6]。

3.3.4 激發(fā)學(xué)生興趣

培養(yǎng)學(xué)生參與體育運動的興趣是體育教學(xué)的主要目的之一?？纱┐髟O(shè)備作為高科技產(chǎn)品，通過體育教學(xué)應(yīng)用在學(xué)生身上，必然會引起同學(xué)們的好奇心，得到他們的喜愛。第一，可穿戴設(shè)備的功能強大，既能檢測學(xué)生在運動中的生理生化水平，檢測技術(shù)動作的規(guī)范水平，還能通過數(shù)據(jù)計算出消耗的卡路里等情況，甚至有檢測室外場地的紫外線強度及空氣質(zhì)量等功能，既滿足了學(xué)生對高科技產(chǎn)品的需求，還能減少學(xué)生對運動中傷害事故的擔(dān)憂。第二，可穿戴設(shè)備都能通過藍牙、無線傳輸?shù)仁侄渭皶r將各種運動數(shù)據(jù)顯現(xiàn)在手機、電腦上，這些數(shù)據(jù)在方便自己了解的同時，還可以通過各種移動APP、微信等網(wǎng)絡(luò)社交平臺體現(xiàn)出來，曬步數(shù)、比里程、算耗能、論排名等社交形式已經(jīng)成為很多人的習(xí)慣。體育教學(xué)中可穿戴設(shè)備的使用，必然讓學(xué)生們的社交形式成為技術(shù)動作，健康運動，“黃金心率”等交流的平臺。第三，運動參與是一個長期的過程，不能僅限于體育課堂教學(xué)中，學(xué)生們通過可穿戴設(shè)備了解到自身的不足，需要通過課外體育運動來彌補，通過可穿戴設(shè)備的大數(shù)據(jù)，學(xué)生能很快找到跟自己運動水平差不多的同學(xué)，有利于協(xié)同合作進行鍛煉，一起提升身體素質(zhì)，體育教師也可通過數(shù)據(jù)了解他們平時的鍛煉情況，給予適當(dāng)指導(dǎo)，起到更好的監(jiān)督和促進作用。

3.3.5 評價教學(xué)效果

教學(xué)效果評價是高校保障教學(xué)質(zhì)量的重要手段。教學(xué)效果評價對教學(xué)質(zhì)量具有重要的評價、監(jiān)督和促進作用[10]。目前教學(xué)效果的評估主體主要有督導(dǎo)專家、同行教師、領(lǐng)導(dǎo)、學(xué)生等，這都具有很強的主觀意識，對教學(xué)效果的評價存在片面性?？纱┐髟O(shè)備的運用能為教學(xué)效果的評價提供強大的數(shù)據(jù)支持，對體育教學(xué)效果的檢驗具有重要意義。第一，可穿戴設(shè)備的定位技術(shù)(GPS等)能將學(xué)生體育課中的運動軌跡通過圖像等完整地表現(xiàn)出來，而通過對全班學(xué)生的大數(shù)據(jù)進行匯總分析，能更清晰地展示出體育教師在課堂教學(xué)中的組織情況，可以對教師的教學(xué)組織能力進行合理評價。第二，可穿戴設(shè)備的生理生化監(jiān)測技術(shù)(心率、溫度、血氧等)能反映學(xué)生在體育課堂中的運動強度和心肺功能。根據(jù)體育教案安排，參照體育教學(xué)規(guī)律，分析學(xué)生在開始部分、準備活動部分、基本部分以及結(jié)束放松部分的心肺等功能變化情況，檢驗教學(xué)過程是否合理。第三，可穿戴設(shè)備的動作捕捉功能可以反映出學(xué)生對課堂內(nèi)容的掌握程度，能及時糾正錯誤動作，使學(xué)生加強對運動技能的掌握。通過對教學(xué)前和教學(xué)后的技術(shù)動作對比，以及對全班學(xué)生技術(shù)動作學(xué)習(xí)情況的大數(shù)據(jù)分析，能更清晰地展現(xiàn)所有學(xué)生對運動技能的掌握情況，更直觀地檢驗教學(xué)效果。當(dāng)然，可穿戴設(shè)備只是為教學(xué)效果的評價提供部分技術(shù)支持，對體育教學(xué)效果的評價不僅包括運動知識和技能的掌握,更應(yīng)注重學(xué)生運動興趣的養(yǎng)成和自覺鍛煉意識的培養(yǎng),這體現(xiàn)新時期體育教育觀念的轉(zhuǎn)變[11]。

3.3.6 創(chuàng)新教學(xué)模式

教學(xué)模式是在相應(yīng)的理論基礎(chǔ)上，為達成一定的教學(xué)目標(biāo)而構(gòu)建的較為穩(wěn)定的教學(xué)結(jié)構(gòu)或程序[12]。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和普及，移動通訊設(shè)備的飛速發(fā)展，高校教學(xué)模式也面臨新的變化，現(xiàn)代化的教學(xué)模式必然是通過網(wǎng)絡(luò)化和全球化的先進技術(shù)來改進教學(xué)，使學(xué)生更具創(chuàng)新能力。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式、聯(lián)合課程教學(xué)模式、創(chuàng)客教學(xué)模式等都是通過運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)實現(xiàn)知識傳授與知識內(nèi)化的教學(xué)模式?？纱┐髟O(shè)備是先進科技水平的產(chǎn)品，將可穿戴設(shè)備運用到高校體育教學(xué)中，是對多媒體教學(xué)模式的補充，真正體現(xiàn)了“以學(xué)生為中心”的教育理念。運用可穿戴設(shè)備使技術(shù)動作的掌握更加方便，對正確技能的理解更加簡易，還能及時準確地把握學(xué)生在體育課堂中的身體生理發(fā)展水平，為體育教師掌控教學(xué)過程提供方便。借助于電腦、手機等新媒體設(shè)備，將課堂大數(shù)據(jù)進行整理，再通過視頻、動態(tài)圖像等更清晰的方式表現(xiàn)出來，能激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，及時掌握不足和缺陷，有效提高對運動技能和水平的掌握?？纱┐髟O(shè)備還能增加學(xué)生與學(xué)生之間，學(xué)生與老師之間的互動性。通過運動數(shù)據(jù)的社交平臺分享和交流體育教學(xué)中以及課外體育活動中的問題和經(jīng)驗，教師可通過反饋出來的學(xué)生運動數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，找出學(xué)生在體育教學(xué)中存在的問題，并有針對性地提出解決問題的方法，這對提高教師的教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率具有重要作用。學(xué)生可以通過自己的運動數(shù)據(jù)與其他同學(xué)進行比較、交流，并通過協(xié)同合作，以及網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)的查詢，一起解決體育運動中出現(xiàn)的問題。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

可穿戴設(shè)備作為現(xiàn)代科技產(chǎn)品，必將受到高校學(xué)生的喜愛，在高校學(xué)生中具有很大的發(fā)展?jié)摿Α⒖纱┐髟O(shè)備運用到體育教學(xué)中，可以有效監(jiān)測學(xué)生在運動中身體的各項指標(biāo)，掌握他們在體育課堂中的運動狀況和身體健康水平，并有效避免運動傷害事故的發(fā)生，這有利于體育教師合理把握課堂運動強度，及時準確地發(fā)現(xiàn)學(xué)生技術(shù)動作的缺點和不足，并進行指導(dǎo)糾正，從而提高教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。通過對可穿戴設(shè)備收集的大量數(shù)據(jù)進行處理分析，對評價體育教學(xué)效果、創(chuàng)新體育教學(xué)模式也具有一定的指導(dǎo)意義。

4.2 建議

在體育教學(xué)領(lǐng)域，可穿戴設(shè)備還處在研究和設(shè)想階段，我們可借用的大多來自于醫(yī)療和體育健身領(lǐng)域的技術(shù)。雖然可穿戴技術(shù)在體育教學(xué)的應(yīng)用研究已經(jīng)沒有太多的技術(shù)難題，但要走向?qū)嶋H運用，還需要很多方面的支持和努力。首先是成本問題，雖然運動手環(huán)等產(chǎn)品的價格已經(jīng)達到大眾水平，但涉及到汗液檢驗、動作捕捉等技術(shù)時，還只能在專業(yè)運動員的身上使用。其次，可穿戴設(shè)備還必須考慮長期使用的舒適性和方便性問題，這會影響在動態(tài)測量時信息的及時性、可靠性和準確性。第三，大數(shù)據(jù)平臺的建立雖然方便了大家運動信息的共享，但還是會涉及到一些隱私問題，會有一些不愿讓老師和同學(xué)知道的數(shù)據(jù)被公開。第四，數(shù)據(jù)運算處理存在問題。計算消耗卡路里、評定疲勞、分析技術(shù)動作等需要進行數(shù)據(jù)運算的公式是否合理，能否成為評定的標(biāo)準還需要完善?？纱┐髟O(shè)備與移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析的結(jié)合，將給高校體育教學(xué)帶來新的機遇與挑戰(zhàn)，必將成為未來發(fā)展的重要方向。

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