數(shù)智賦能大學(xué)生體質(zhì)健康智慧系統(tǒng)構(gòu)建的研究

摘要：數(shù)智時(shí)代是以大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)驅(qū)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)變革的時(shí)代，大數(shù)據(jù)技術(shù)作為教育信息化的核心能力，為實(shí)現(xiàn)規(guī)?；逃c個(gè)性化培養(yǎng)提供了必要技術(shù)支持。本文通過(guò)文獻(xiàn)資料、專家訪談等方式，提出以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，從硬件層、數(shù)據(jù)層、組件層、應(yīng)用層、服務(wù)層五個(gè)層面構(gòu)建基于云端的大學(xué)生體質(zhì)健康智慧系統(tǒng)，為形成大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)促進(jìn)高校體育教學(xué)數(shù)智化變革的新模式、新方法提供理論依據(jù)和實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)智賦能" 新一代信息技術(shù)" 大學(xué)生體質(zhì)健康" 智慧系統(tǒng)

在當(dāng)今教育信息化和大數(shù)據(jù)的發(fā)展浪潮中，信息化技術(shù)推動(dòng)教育變革已是不可小視的力量。大數(shù)據(jù)技術(shù)作為教育信息化的核心能力，為實(shí)現(xiàn)規(guī)?；逃c個(gè)性化培養(yǎng)提供了必要技術(shù)支持。根據(jù)教育部、國(guó)家衛(wèi)生健康委等部門開展的第八次全國(guó)學(xué)生體質(zhì)與健康調(diào)研工作顯示，近年來(lái)我國(guó)學(xué)生體質(zhì)與健康狀況總體改善，呈現(xiàn)穩(wěn)中向好趨勢(shì)，但形勢(shì)依然嚴(yán)峻，大學(xué)生身體素質(zhì)下滑，學(xué)生視力不良和近視率偏高、體能指標(biāo)、心肺功能指標(biāo)持續(xù)下降，超重率、肥胖率和心理疾病增加。因此，借助大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段來(lái)解決這一問(wèn)題顯得尤為重要。本文旨在構(gòu)建基于云端的大學(xué)生健康管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)體育教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用、個(gè)性化運(yùn)動(dòng)處方推薦、實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)及評(píng)估、運(yùn)動(dòng)損傷預(yù)防及干預(yù)等功能。

1、大學(xué)生體質(zhì)健康智慧系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)

1.1、國(guó)外研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)

文獻(xiàn)資料表明國(guó)外關(guān)于新一代信息化技術(shù)與現(xiàn)代化教育研究開展較早，主要集中在應(yīng)用層面，如Cui（2022）運(yùn)用深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，建立了多模態(tài)數(shù)據(jù)特征融合的情緒疲勞檢測(cè)示范平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、情緒疲勞檢測(cè)和情緒反饋功能，完成了智能分析系統(tǒng)的開發(fā)，并進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試。Yang K（2020）從數(shù)據(jù)挖掘的角度分析了基于大數(shù)據(jù)理論的體育文化產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)預(yù)測(cè)的可行性，提出了基于遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的體育文化產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型，并實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)背景下的體育文化產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)規(guī)律預(yù)測(cè)。仿真結(jié)果表明，優(yōu)化后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠有效提高預(yù)測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，在預(yù)測(cè)體育文化產(chǎn)業(yè)規(guī)律方面表現(xiàn)出較強(qiáng)的準(zhǔn)確性。

1.2、國(guó)內(nèi)相關(guān)研究的梳理及趨勢(shì)

目前，我國(guó)新一代信息化技術(shù)發(fā)展較為成熟，已全面服務(wù)于社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。其中，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)已廣泛運(yùn)用于競(jìng)技體育、群眾體育、智慧場(chǎng)館、體育旅游等體育產(chǎn)業(yè)中，與本文相關(guān)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：

（1）體育信息化的研究：王佳茵（2020）、王石峰等（2021）等學(xué)者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，開發(fā)、創(chuàng)新體育教學(xué)資源，改進(jìn)教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生自主建構(gòu)體育知識(shí)的能力，才能實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，促進(jìn)人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新。祝楊等（2020）、劉富強(qiáng)（2021）基于大數(shù)據(jù)技術(shù)提出體育精準(zhǔn)教學(xué)，認(rèn)為應(yīng)當(dāng)從教學(xué)目標(biāo)確定、教學(xué)過(guò)程框架設(shè)計(jì)、教學(xué)評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)3個(gè)維度對(duì)體育精準(zhǔn)教學(xué)模式進(jìn)行主體建構(gòu)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)建構(gòu)體育精準(zhǔn)教學(xué)模式；

（2）信息技術(shù)在體育領(lǐng)域的具體應(yīng)用：李國(guó)民等（2022）運(yùn)用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)，選取大學(xué)生在校期間的身體形態(tài)機(jī)能、身體素質(zhì)、課外鍛煉以及生活行為等海量數(shù)據(jù)，構(gòu)建學(xué)生體質(zhì)健康水平結(jié)構(gòu)方程模型，開發(fā)高校體育信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了高校體育信息管理及大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用。李昊（2021）基于運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)開發(fā)了一款運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練管理系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)情況和身體狀況，為教練員提供科學(xué)的訓(xùn)練建議；

（3）信息技術(shù)與體育鍛煉的研究：尹忠根等（2020）以在校學(xué)生為調(diào)查對(duì)象，實(shí)施基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能手環(huán)結(jié)合體育網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)APP的大學(xué)體育課內(nèi)外健康數(shù)據(jù)一體化教學(xué)實(shí)踐研究，構(gòu)建了集數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)應(yīng)用為一體的實(shí)踐模型并探析其實(shí)踐成效。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化管理體育課程、促進(jìn)學(xué)生體質(zhì)健康的提升、達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生自主鍛煉狀況的目的，讓學(xué)生走出宿舍、走進(jìn)操場(chǎng)。

縱觀上述，國(guó)外信息化技術(shù)嵌入現(xiàn)代教育的研究注重多方法運(yùn)用和多視角探索，研究體系已趨于成熟，具有較高的參考意義。國(guó)內(nèi)相應(yīng)研究也為本文提供了大量思路借鑒和理論支撐，從現(xiàn)有研究來(lái)看，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于新一代信息化技術(shù)嵌入體育教學(xué)領(lǐng)域的理論研究及方案設(shè)計(jì)做了很好的探索，取得了豐富的成果。但研究運(yùn)用的理論與技術(shù)手段單一，重理論研究，輕實(shí)踐研究；重靜態(tài)研究，輕動(dòng)態(tài)研究的現(xiàn)象較普遍。

2、大學(xué)生體質(zhì)健康智慧系統(tǒng)數(shù)智化變革的現(xiàn)實(shí)困境

2.1、資源與技術(shù)瓶頸制約

數(shù)智化轉(zhuǎn)型過(guò)程中，首要困境在于資源投入的局限性與先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用的雙重挑戰(zhàn)。一方面，部分高校在體質(zhì)健康管理信息化平臺(tái)建設(shè)的資金、硬件配置和軟件開發(fā)、運(yùn)維管理等方面資源配置有限，導(dǎo)致數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)緩慢，新技術(shù)應(yīng)用滯后；另一方面，對(duì)大數(shù)據(jù)、人工智能等尖端技術(shù)的實(shí)際采納和融合尚不夠充分，使得數(shù)據(jù)采集、分析及決策功能無(wú)法達(dá)到理想效果。因此，加大投資力度，完善數(shù)智化設(shè)施建設(shè)與應(yīng)用，是解決這一困境的關(guān)鍵。

2.2、數(shù)據(jù)品質(zhì)和隱私保護(hù)挑戰(zhàn)

數(shù)據(jù)質(zhì)量的高低以及隱私保護(hù)的嚴(yán)謹(jǐn)性在體質(zhì)健康數(shù)智化過(guò)程中尤為關(guān)鍵?，F(xiàn)實(shí)中面臨著數(shù)據(jù)源多樣化不足、標(biāo)準(zhǔn)化程度低、錄入誤差頻繁等問(wèn)題，使得數(shù)據(jù)的可靠性和分析結(jié)果受到影響。同時(shí)，在追求數(shù)據(jù)價(jià)值最大化的過(guò)程中，如何妥善平衡學(xué)生隱私權(quán)益的保護(hù)與數(shù)據(jù)合理利用，構(gòu)建牢固的信息安全屏障，是另一個(gè)亟待解決的重要問(wèn)題。

2.3、復(fù)合型人才短缺與參與積極性問(wèn)題

數(shù)智化轉(zhuǎn)型需要一支兼具體育教育專業(yè)知識(shí)與信息技術(shù)能力的復(fù)合型人才隊(duì)伍。目前高校在這方面的師資力量?jī)?chǔ)備并不充足，難以有效推動(dòng)和實(shí)施體育數(shù)智化變革。此外，學(xué)生對(duì)于數(shù)智化健康管理的認(rèn)知和參與熱情也有待提高，如何激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與體質(zhì)監(jiān)測(cè)，熟練使用數(shù)字化工具，也是轉(zhuǎn)型進(jìn)程中的一大關(guān)注點(diǎn)。

2.4、制度規(guī)范與持續(xù)發(fā)展機(jī)制的缺位

體質(zhì)健康數(shù)智化管理在標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)與持久運(yùn)作機(jī)制方面存在明顯短板。具體表現(xiàn)為缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以指導(dǎo)數(shù)據(jù)的有效采集、共享和分析，同時(shí)也未形成穩(wěn)固的制度框架和持續(xù)優(yōu)化的運(yùn)營(yíng)策略來(lái)保障系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定和高效服務(wù)。為此，急需制定科學(xué)的管理體系、確立適用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，并構(gòu)建能夠適應(yīng)未來(lái)發(fā)展需求的持續(xù)改良和發(fā)展策略。

3、數(shù)智化賦能大學(xué)生體質(zhì)健康智慧系統(tǒng)的模型構(gòu)建

3.1、硬件層（Physical Layer）

這是最底層的基礎(chǔ)設(shè)施部分，涵蓋了所有硬件資源，包括計(jì)算機(jī)硬件、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、嵌入式設(shè)備等。在大學(xué)生體質(zhì)健康智慧系統(tǒng)中，硬件層主要指用于收集學(xué)生體育鍛煉數(shù)據(jù)的物理設(shè)備和設(shè)施，包括智能穿戴設(shè)備（如運(yùn)動(dòng)手環(huán)、心率監(jiān)測(cè)器等）、校園體育設(shè)施中的傳感設(shè)備（如運(yùn)動(dòng)軌跡捕捉系統(tǒng)、體能測(cè)試儀器等）以及數(shù)據(jù)采集與傳輸所需的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、校園物聯(lián)網(wǎng)等）。

3.2、數(shù)據(jù)層（Data Layer）

數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和管理從硬件層收集來(lái)的體育鍛煉數(shù)據(jù)，包括但不限于學(xué)生的運(yùn)動(dòng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)類型、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、心率、卡路里消耗、體質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。該層需要建立數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、整合、標(biāo)準(zhǔn)化處理，以便后續(xù)分析。同時(shí)，還要確保數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)與合規(guī)使用。

3.3、組件層（Component Layer）

組件層是指系統(tǒng)內(nèi)部的模塊化部件，主要包含健康信息數(shù)據(jù)庫(kù)、運(yùn)動(dòng)損傷數(shù)據(jù)庫(kù)、運(yùn)動(dòng)處方數(shù)據(jù)庫(kù)三大功能單元。例如，健康信息數(shù)據(jù)庫(kù)用于發(fā)現(xiàn)隱藏的運(yùn)動(dòng)習(xí)慣與體質(zhì)健康的相關(guān)性；運(yùn)動(dòng)損傷數(shù)據(jù)庫(kù)用于建立預(yù)測(cè)模型，評(píng)估不同鍛煉方案對(duì)體質(zhì)提升的影響；運(yùn)動(dòng)處方數(shù)據(jù)庫(kù)健康評(píng)估組件則用于計(jì)算和跟蹤學(xué)生的體質(zhì)指數(shù)變化。組件層實(shí)現(xiàn)了大學(xué)生體質(zhì)健康智慧系統(tǒng)的具體業(yè)務(wù)邏輯和功能，它封裝了數(shù)據(jù)處理、業(yè)務(wù)規(guī)則以及與其他組件交互的能力。

3.4、應(yīng)用層（Application Layer）

應(yīng)用層是模型與用戶交互的接口，此層關(guān)注用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)、業(yè)務(wù)流程集成、功能模塊的組織與調(diào)度等。應(yīng)用層負(fù)責(zé)將業(yè)務(wù)邏輯組件組合起來(lái)，將分析的結(jié)果以用戶直觀、易用的功能界面和交互體驗(yàn)呈現(xiàn)給體育教師、學(xué)生以及管理人員，使他們能夠根據(jù)數(shù)據(jù)指導(dǎo)日常體育教學(xué)、制訂個(gè)性化鍛煉計(jì)劃、監(jiān)控鍛煉效果和評(píng)估健康狀況。

3.5、服務(wù)層（Service Layer）

服務(wù)層為整個(gè)系統(tǒng)提供了對(duì)外的功能接口，包括公開的API接口（應(yīng)用程序接口）、數(shù)據(jù)服務(wù)接口和Web服務(wù)等。例如，服務(wù)層可以提供精準(zhǔn)教學(xué)服務(wù)、健康監(jiān)測(cè)及評(píng)估、個(gè)性化運(yùn)動(dòng)處方推薦、運(yùn)動(dòng)損傷預(yù)防及預(yù)警、社交媒體打卡服務(wù)等。

這五個(gè)層次構(gòu)成了一個(gè)完整的信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，每一層都依賴于其下層提供的支持，并為其上層提供功能支撐，共同確保大學(xué)生體質(zhì)健康智慧系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定和功能完備。

4、大學(xué)生體質(zhì)健康智慧系統(tǒng)的驗(yàn)證與優(yōu)化

大學(xué)生體質(zhì)健康智慧系統(tǒng)的驗(yàn)證與優(yōu)化是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它涵蓋了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)施后對(duì)其有效性和效率的全面檢查，以及根據(jù)反饋和數(shù)據(jù)分析持續(xù)改進(jìn)的過(guò)程。具體可分為以下幾個(gè)階段：

4.1、驗(yàn)證階段

（1）功能驗(yàn)證：對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)功能進(jìn)行全面測(cè)試，包括數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性（如各類體質(zhì)測(cè)試項(xiàng)目的自動(dòng)測(cè)量與記錄）、數(shù)據(jù)處理的有效性（如體質(zhì)指標(biāo)計(jì)算是否符合《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》要求）、數(shù)據(jù)上傳和同步的穩(wěn)定性（如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至云端服務(wù)器），以及前端展示和后臺(tái)管理界面的操作便捷性；

（2）性能驗(yàn)證：檢驗(yàn)系統(tǒng)的響應(yīng)速度、并發(fā)處理能力、安全性（數(shù)據(jù)加密和隱私保護(hù)），以及在大規(guī)模使用環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行情況；

（3）實(shí)用價(jià)值驗(yàn)證：通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，考察系統(tǒng)是否能切實(shí)改善學(xué)生體質(zhì)健康管理工作，包括個(gè)性化運(yùn)動(dòng)處方的生成、體質(zhì)健康預(yù)警的及時(shí)性，以及對(duì)學(xué)生個(gè)體和整體健康水平提升的實(shí)際影響。

4.2、優(yōu)化階段

（1）數(shù)據(jù)分析與反饋：基于系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，深入探究學(xué)生體質(zhì)變化趨勢(shì)、鍛煉行為模式，以及影響體質(zhì)健康的潛在因素，并據(jù)此提出優(yōu)化建議；

（2）系統(tǒng)升級(jí)迭代：根據(jù)驗(yàn)證階段發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和改進(jìn)建議，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，包括修復(fù)已知bug、提升用戶體驗(yàn)、增強(qiáng)功能模塊，甚至引入新的健康干預(yù)策略；

（3）智能化提升：利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，提升系統(tǒng)對(duì)于學(xué)生體質(zhì)健康預(yù)測(cè)和干預(yù)的精準(zhǔn)度，比如優(yōu)化個(gè)性化運(yùn)動(dòng)方案推薦算法、強(qiáng)化預(yù)警機(jī)制等。

5、結(jié)語(yǔ)

隨著數(shù)智時(shí)代的不斷發(fā)展和應(yīng)用場(chǎng)景的拓寬，未來(lái)的體質(zhì)健康智慧系統(tǒng)將在數(shù)據(jù)采集范圍、分析深度、干預(yù)精度等方面持續(xù)優(yōu)化升級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)向知識(shí)驅(qū)動(dòng)、從單純技術(shù)應(yīng)用向深度內(nèi)涵挖掘的轉(zhuǎn)變。大學(xué)生體質(zhì)健康智慧系統(tǒng)的構(gòu)建研究體現(xiàn)了科技創(chuàng)新在教育領(lǐng)域的深度應(yīng)用，為形成大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)促進(jìn)高校體育教學(xué)改革的新模式、新方法提供嶄新思路和實(shí)踐路徑。

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作者簡(jiǎn)介：羅鵬（1990-），男，漢族，湖南永州人，碩士研究生，講師，研究方向：體育教學(xué)、民族傳統(tǒng)體育。