基于可穿戴設(shè)備的教育數(shù)據(jù)分析研究

吳至榕 吳佳逸 劉旭 盧政宇

摘 要：現(xiàn)代可穿戴技術(shù)被定義為將微處理器和互聯(lián)網(wǎng)連接在一起?？纱┐髟O(shè)備通常用于跟蹤用戶的生命跡象或與健康、位置、甚至人們的生物反饋有關(guān)的生命跡象或數(shù)據(jù)片段，以指示情緒?？纱┐髟O(shè)備模型可能依賴于短距離無線系統(tǒng)，如藍牙或本地Wi-Fi設(shè)置?？纱┐髟O(shè)備的例子包括各種類型的電腦化手表，移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶動了可穿戴技術(shù)的發(fā)展。健身活動追蹤器是第一波流行于消費者的可穿戴技術(shù)。然后，手表變成了一個屏幕，并增加了更健壯的移動應(yīng)用程序。藍牙耳機、智能手表和網(wǎng)絡(luò)眼鏡都允許人們從Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)。游戲行業(yè)增加了更多的可穿戴設(shè)備，包括虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實耳機。當智能手表/手環(huán)產(chǎn)品出現(xiàn)后，運動監(jiān)測變得前所未有地簡單。而得益于核心部件的成本下降，最新的智能手環(huán)產(chǎn)品，也能在健康數(shù)據(jù)的多樣化上做到極致，并把形態(tài)做到與智能手表趨同。為此，我們通過一系列的分析研究可穿戴設(shè)備在教育領(lǐng)域是否能夠為教育教學(xué)提供更大的幫助，諸如在測量人體心率、血壓值的高低以及血氧飽和度等功能情況下得出的可視化圖表。

關(guān)鍵詞：可穿戴設(shè)備;教育;數(shù)據(jù)分析

1、概述

1.1、可穿戴設(shè)備在教育領(lǐng)域的研究背景

人的體育史一直與數(shù)據(jù)有關(guān)。正因為有對運動數(shù)據(jù)的無限分析，才能夠適應(yīng)減肥的過程。人類在奧運會上可以不斷突破自己。智能服裝把人們收集數(shù)據(jù)的方式分為兩個階段。在智能服裝出現(xiàn)之前，人們對自己的運動一無所知。初期，體育愛好者掌握戶外手表和心率帶子等零件，出門的時候跑步變得非常儀式。之后，人們在智能手機上安裝各種各樣的健康應(yīng)用軟件，運動時可以拿著手機記錄步數(shù)和速度等信息。

智能手表/處理產(chǎn)品一出現(xiàn)，運動監(jiān)控就變得前所未有的簡單。由于核心部件的成本降低，最新的智能手鏈產(chǎn)品也變得越來越多樣化，可以和智能手表一樣。為此，我們通過一系列的分析，研究在教育領(lǐng)域，是否能為教育教育教育提供更大的幫助，如人體心率、血壓值高低、氧氣飽和度等功能的視覺化圖表。

1.2、可穿戴設(shè)備課題的主要研究內(nèi)容和任務(wù)

在過去是十年里，我們可以看見大量的可穿戴技術(shù)被使用和研究開發(fā)[1]。從手表到可穿戴設(shè)備，創(chuàng)造了大量的運動數(shù)據(jù)。測量人類運動使得我們能夠在醫(yī)療健康、體育教學(xué)、人體工程學(xué)等應(yīng)用中構(gòu)建解決方案。精英運動員已經(jīng)廣泛應(yīng)用于動畫制作，現(xiàn)在使用運動傳感器來提高他們的表現(xiàn)。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，可穿戴設(shè)備技術(shù)正在幫助人們監(jiān)測他們的心率、睡眠模式和健身水平?，F(xiàn)在很多智能設(shè)備和傳統(tǒng)的體育監(jiān)控設(shè)備相比可以使用[2]。更重要的區(qū)別是時尚的設(shè)計和手機的使用程度。

移動平臺與可使用設(shè)備的結(jié)合可以實現(xiàn)人與計算機之間的信息交互，通過時間和空間的限制，可使用設(shè)備將活動間的鍛煉與個性相結(jié)合，模式化、便攜化，不僅外觀設(shè)計美觀獨特，更便于科技與人機交互，研究實驗室有專門的設(shè)備來研究運動與健康的關(guān)系。但是這些設(shè)備成本高、體積大、空間有限，但是隨著科學(xué)技術(shù)的進步，目前的智能和可用設(shè)備簡化了專業(yè)設(shè)備的功能。隨著材料的現(xiàn)代化，這些器件變得體積小、重量輕、適用范圍廣。但是，缺點是有些功能并不像專業(yè)設(shè)備那樣采集穩(wěn)定，會影響數(shù)據(jù)的準確性和用戶的運動體驗。

2、可穿戴設(shè)備

2.1 可穿戴設(shè)備發(fā)展

可穿戴技術(shù)是一組設(shè)備（包括健身跟蹤器和智能手表）的通用術(shù)語，這些設(shè)備設(shè)計用于全天佩戴。這些設(shè)備通常簡稱為可穿戴設(shè)備?？纱┐髟O(shè)備在顛覆我們的生活之前，首先要改變的是我們對這個世界的認識與思考方式?？纱┐髟O(shè)備通常用于跟蹤用戶的生命跡象或與健康、位置、甚至人們的生物反饋有關(guān)的生命跡象或數(shù)據(jù)片段，以指示情緒?？纱┐髟O(shè)備模型可能依賴于短距離無線系統(tǒng)，如藍牙或本地Wi-Fi設(shè)置。

2.2可穿戴設(shè)備的分類及其特點

近年來，可穿戴設(shè)備的內(nèi)涵、體系結(jié)構(gòu)、形式和功能都在不斷演變和變化，目前，典型的可穿戴設(shè)備按應(yīng)用類型可分為以下幾個方面：通信猶大、醫(yī)療保健、安全應(yīng)用等[3]。

通信輔助。目前，屏幕智能手機的大趨勢使其在使用上受到更大的限制。與手機相比，可用的設(shè)備更便于運輸，能夠及時告知用戶重要的通知信息。它們可以補充UNS，并與智能手機協(xié)同工作。它們主要用于彌補智能手機便攜性的不足，完善、補充和提升手機通信服務(wù)。

保健醫(yī)療衛(wèi)生設(shè)備主要包括醫(yī)療設(shè)備和與身體健康有關(guān)的設(shè)備，測量心率和血壓的腕表，記錄行走、距離和能量消耗速度的計步器[4]。

安全應(yīng)用。此類設(shè)備的主要功能是根據(jù)位置或范圍識別位置[5]。例如，基于手環(huán)或項鏈識別佩戴者當前地理位置的設(shè)備，有助于了解老人或兒童的位置和安全狀況，可穿戴設(shè)備使信息獲取和傳輸?shù)穆窂桨l(fā)生巨大變化，信息采集更加零碎精確，了解信息更加全面，接收信息和處理信息同步。

3、可穿戴設(shè)備在教育領(lǐng)域的統(tǒng)計分析

3.1 影響學(xué)生可穿戴設(shè)備心率的因素

可視化圖表如下：

從圖中可看出大學(xué)英語這門課程對學(xué)生心率影響波動比較大，心率比例在區(qū)間80～100之間。受氣溫影響，環(huán)境溫度高了，人體代謝率增加，相應(yīng)的心跳也就快點，體發(fā)熱時，心率會加快，體溫每升高1℃，心率平均增加12～18次/分;而低溫麻醉時，心率會減慢，表明心率明顯受體溫的影響。由圖表可知，氣溫在9--11C°之間學(xué)生心率變化波動峰值是最高的。此外，晴天學(xué)生的心率達到最高值。在下午的2：30-4：20之間學(xué)生心率波動較大。中午上課一般學(xué)生比較困，所以來上課的時間還需做出相應(yīng)的調(diào)整。

3.2 影響學(xué)生可穿戴設(shè)備中血壓的因素

影響人體血壓水平的因素，種類特別多。在圖表中可以看出，高等數(shù)學(xué)、大學(xué)英語和物理這三個科目可以影響學(xué)生的血壓，但變動的數(shù)值比其他學(xué)科要大。早上的時間段由于學(xué)生們都剛吃完早餐，所以容易犯困，血壓會比價高，而相比于在晚上上課，學(xué)生的血壓會比較小，起伏大。

4、結(jié)論

我們使用的是華為手環(huán)型HUAWEI WATCH GT2進行測試兩位學(xué)生的心率的起伏，血壓的變化，來反映學(xué)生上課的生理狀態(tài)。實驗的時候，在手表的主頁上按上面的按鈕滑動，點擊后，可以測定相關(guān)數(shù)值，簡單方便。

本次實驗不足的地方是，測試學(xué)生數(shù)量有限，測量結(jié)果可能不正確，沒有進行深度的數(shù)據(jù)挖掘和分析。測量數(shù)據(jù)的精度應(yīng)該進一步提高。

參考文獻：

[1] 陳蹇.全球智能可穿戴設(shè)備發(fā)展特點與趨勢[J].上海信息化，2019（4）：78-80.

[2] 趙亦俊，張濤.智能穿戴在健康領(lǐng)域發(fā)展的現(xiàn)狀分析[J].中國衛(wèi)生管理信息雜志，2015，12（4）：354-358.

[3] 羅曉蘭，樊衛(wèi)國.基于醫(yī)療健康可穿戴設(shè)備的城市智能養(yǎng)老服務(wù)模式研究[J].蘭州學(xué)刊，2017（10）：199-208.

[4] 章勇.教育信息化中數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)可視化研究[J].華中師范大學(xué)，2015，G632.4

[5] 基于可穿戴設(shè)備的教育應(yīng)用案例分析.《科技傳播》黃川2018年第21期