楊雙燕

1 研究的背景和意義

“ 健康中國2030 ” 規(guī)劃綱要中明確了青少年體育活動促進計劃目標，到2030年，青少年學(xué)生每周參與體育活動達到中等強度3次以上，國家學(xué)生體質(zhì)健康標準達標優(yōu)秀率25%以上［1］。提出這樣一個向世界都要做出交待的國家發(fā)展目標，充分說明中國已經(jīng)決心把增強學(xué)生體質(zhì)作為實現(xiàn)健康中國的明確標志與主要途徑［2］。但相關(guān)研究表明：近30年來我國中學(xué)生體質(zhì)健康達標優(yōu)秀率呈波動趨勢，距離 “ 健康中國2030 ” 規(guī)劃綱要的目標差距較大［3］。同樣地，一直秉承優(yōu)良的體育運動傳統(tǒng)的南開大學(xué)，在2017年公布畢業(yè)生體育成績及格率只有37.1%，與國家95%的及格率要求相差甚遠［4］。雖然2019年合格率有所上升，但離95%的及格率目標還是有差距。南開大學(xué)學(xué)生體質(zhì)健康的現(xiàn)狀反映了目前高校學(xué)生體質(zhì)健康的一個狀況。

造成學(xué)生體質(zhì)健康水平現(xiàn)狀有諸如學(xué)生學(xué)習(xí)壓力過大、運動場所缺乏、運動中缺乏積極的體驗感、缺乏有效的指導(dǎo)和監(jiān)測等因素。

另據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）在京發(fā)布《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展狀況統(tǒng)計報告》截至2017年12月，我國網(wǎng)民規(guī)模達7.72億，學(xué)生群體規(guī)模最大，占比為25.4%，約為1.96億；10－19歲占比為19.6%，約為1.51億［5］。同時，隨著以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新媒介深度介入青少年日常生活，其健康行為與網(wǎng)絡(luò)行為的交集不斷擴大，媒介傳播深刻改變了其生活方式， “ 日常生活媒介化 ” 成為當前青少年的基本生存事實［6］。

隨著智能手機的普及以及國家 “ 互聯(lián)網(wǎng)＋ ” 規(guī)劃的推進，手機已成為用戶線上與線下、軟硬件共同發(fā)展的多樣化平臺，如何利用手機來加強學(xué)生鍛煉過程監(jiān)測和管理，提高學(xué)生體質(zhì)健康水平也成為了一個當前體育界急需解決的課題。

針對以上情況，本文提出了一種基于智能手機的學(xué)生體質(zhì)健康監(jiān)測系統(tǒng)的方案，該方案能夠?qū)崟r監(jiān)控學(xué)生運動狀態(tài)和體質(zhì)健康現(xiàn)狀，并為學(xué)生體質(zhì)下降查找原因，并有針對性地采取干預(yù)措施。本方案的實現(xiàn)能對學(xué)生體質(zhì)健康數(shù)據(jù)的利用率和教學(xué)質(zhì)量提高都會起到重要的促進作用。

2 智能手機監(jiān)測與利用研究

2.1 手機傳感器分類

系統(tǒng)的建立首先需要了解手機自身的感知能力，目前學(xué)生普遍使用的都是智能手機，且大部分都支持多種傳感器，主要如下包括幾類：

1）重力感應(yīng)器、加速度感應(yīng)器、方向感應(yīng)器、陀螺儀：利用這些傳感器，能夠感知手機橫豎姿勢、旋轉(zhuǎn)、傾斜、左右擺動等狀態(tài)，通過該感知器能夠感知手機是否處于運動狀態(tài)以及處于怎樣的運動狀態(tài)，從而判斷持有該設(shè)備的人的相應(yīng)運動情況。

2）光線感應(yīng)器：也就是感光器，能感知手機正面的光線亮度，此器件（與后臺程序一起）有助于估算手機所處的外部環(huán)境。

3）位置感知器：主要包括GPS和手機基站兩種方式（前者精度更高，通常要求在室外）感知手機當前所處的地理位置信息。

4）距離感應(yīng)器、霍爾傳感器、觸屏：與后臺運行的程序一起能夠感知手機的工作狀態(tài)。

5）語音和視頻感知等器件。

2.2 系統(tǒng)框架設(shè)計

以下從數(shù)據(jù)流動的方向角度（主要包括學(xué)生與學(xué)校數(shù)據(jù)中心之間、學(xué)生與學(xué)生之間）方面描述系統(tǒng)的研究思路，其中學(xué)生與學(xué)校之間主要包括學(xué)生體質(zhì)數(shù)據(jù)采集、運動場館預(yù)約與管理、運動數(shù)據(jù)分析與處方推送等功能，學(xué)生之間包括運動伙伴尋找、運動場館預(yù)約、伙伴交流平臺，其整體框圖如圖一。

圖一 學(xué)生體質(zhì)健康系統(tǒng)框架

2.2.1 手機體質(zhì)數(shù)據(jù)采集

根據(jù)前面提到的現(xiàn)有智能手機的傳感器，開發(fā)相應(yīng)的手機后臺服務(wù)程序，持續(xù)間隔采集手機這些傳感器的信息，并以手機狀態(tài)信息的方式保存，一次狀態(tài)信息記錄包括：當前時間、手否觸控、光感強度、位置、方位、重力加速度、陀螺儀角度、屏幕上方物體距離、視頻播放是否打開、揚聲器是否打開、Mic是否打開。后臺服務(wù)將狀態(tài)信息離線保存到手機本地，當手機網(wǎng)絡(luò)在線時，自動將這些信息傳輸給學(xué)校數(shù)據(jù)采集接收服務(wù)器并入庫保存。

2.2.2 運動數(shù)據(jù)分析與挖掘

針對學(xué)生采集的記錄單條本身包含的信息量較少，但大量學(xué)生的持續(xù)的多條狀態(tài)記錄則能夠分析并推斷出大量信息，推斷主要從針對個體學(xué)生進行縱向分析和針對群體的橫向分析兩方面。針對個體的縱向分析至少有如下5方面：

1）根據(jù)觸屏記錄能夠分析出學(xué)生使用手機的習(xí)慣、每天使用手機多長時間；

2）根據(jù)位置、地圖數(shù)據(jù)、重力加速度和陀螺儀數(shù)據(jù)，能夠推斷學(xué)員行走或跑步時是否使用手機，或者推斷攜帶手機時的運動項目（如：時度不大于5公里時，可以推斷為普通行走，10公里左右時推斷為跑步，在籃球場旁時推斷為打籃球等）；

3）根據(jù)一天的觸屏?xí)r間可以推斷學(xué)生使用手機的時長；

4）根據(jù)位置、地圖數(shù)據(jù)以及時間長度，可以推斷學(xué)員學(xué)習(xí)和生活軌跡。

5）根據(jù)推斷的學(xué)員運動時間，可以推斷平均鍛煉時間，與相關(guān)的體育鍛煉標準相結(jié)合，可以進一批推斷學(xué)生運動量是否合理等。

此外，針對多個學(xué)生的群體，可以進行橫向分析，分析和推斷群體的行為，如從以下幾個方面分析：1）不同專業(yè)、學(xué)生生源運動鍛煉的差異和傾向性分析進行橫向性分析。2）利用這個差異性，可以調(diào)整學(xué)校體育資源（如：場地建設(shè)、器材采購的合理規(guī)劃）。3）整個學(xué)校學(xué)生鍛煉狀況的分析。

2.2.3 運動處方推送和提醒功能

根據(jù)手機上傳的信息，可以分析學(xué)生的運動量和運動強度、身體健康等基本情況，并根據(jù)他們不同的年齡、不同的性別給出健身運動處方的意見和建議，形成運動處方。內(nèi)容包括：健身項目和鍛煉方法的選擇，運動中身體活動的量和強度的安排、自我的運動醫(yī)務(wù)監(jiān)督、飲食建議和注意事項等。同時，還可以針對手機收集上來的信息，學(xué)生的鍛煉進行提醒。如：對那些一周不能保證2－3次鍛煉的學(xué)生進行提醒，這種提醒可以采用線上和線下相結(jié)合的方式，督促學(xué)生進行合理的健身運動。如：如果該學(xué)生每次運動的量和強度都很低，其身體健康程度存在著一定的隱患，針對這樣的學(xué)生，體育教師應(yīng)特別地關(guān)注，經(jīng)常提醒和監(jiān)督他們的訓(xùn)練狀況。

2.2.4 體育伙伴尋找與約定

針對群體或?qū)剐缘倪\行，利用運動伙伴APP，可以為學(xué)生提供一個尋找合適運動伙伴的功能，可以預(yù)先針對學(xué)生的不同項目劃定一個項目運動等級（如在學(xué)校體育課程期間可由體育老師確定），當學(xué)生項目水有改變后，可以通用向?qū)W校體育機構(gòu)申請并審核后進行改變。這樣有助于項目（如乒乓球、羽毛球等）水平接近的學(xué)生進行運行伙伴尋找和運動預(yù)約，有助于運動項目的有效進行。當有學(xué)生想進行某項需要伙伴的運動是，可以通過該伙伴APP，很容易地尋找到類似需求且水平相當?shù)幕锇?，并能夠方便地預(yù)定好場館和設(shè)施，從而有效降低運動的 “ 難度 ” ，達到 “ 想運動，就能運動 ” 的目的。

2.2.5 運動場館資源預(yù)定與管理

學(xué)校場館經(jīng)常會處于這樣的現(xiàn)象，一方面場地有時候不夠用；另一方面，場地空閑沒人使用，導(dǎo)致體育場館利用率低下。利用該系統(tǒng)，可以更加合理有效地管理和使用運動場館的資源。學(xué)生在手機上查詢到學(xué)校體育館開放的時間、地點、運動項目、人流量的多少等情況后，便可根據(jù)自己的興趣愛好隨時預(yù)定運動場館及運動項目，場館管理員根據(jù)學(xué)生相應(yīng)的需求匹配給學(xué)生合適的場地、時間和運動項目，確保他們的鍛煉。

該功能包括三部分，其一為學(xué)生手機APP，主要提供運動資源狀況查看、預(yù)定申請等功能，有效注冊的學(xué)生能夠通過該APP查看和預(yù)定各類開放給學(xué)生使用的場館、運動器材等資源。其二為場館管理APP，該APP主要維護運動資源的管理服務(wù)，包括審批預(yù)定、資源開放設(shè)置等功能；此外，針對運動資源還需提供一套設(shè)備基本管理的相同，包括新資源入庫、使用日志、利用分析等功能。

2.2.6 運動激勵

對學(xué)生運動的表現(xiàn)進行個人、學(xué)院、全校的排名，個人可以采用運動達人，一周排名一次，并適時通過手機APP公告給學(xué)生，半年對學(xué)院的運動健身達人進行排名，并記錄學(xué)生鍛煉的檔案，每年進行全校學(xué)生體育達人的評比。對于運動表現(xiàn)好的學(xué)生可以采取頒發(fā)運動達人的證書、體育免考、加學(xué)分、給其校園卡充值一定的費用等激勵措施。對于那些在運動中表現(xiàn)不好而且體質(zhì)測試又不能過關(guān)的學(xué)生，如果經(jīng)過多次談話勸勉仍然不改的同學(xué)，實行體育考試一票否決制。對于那些表現(xiàn)好，但體育成績?nèi)匀惶岣卟幻黠@的同學(xué)，可以集中起來進行培訓(xùn)。

3 平臺部署

整個平臺的部署包括兩部分，其一是在學(xué)生的手機端，運行集運動數(shù)據(jù)采集、運動伙伴、場館預(yù)定、激勵公告、運動處方等功能一體的學(xué)校運動APP，此外系統(tǒng)APP的正常運行需要后臺數(shù)據(jù)存儲和處理的軟件系統(tǒng)做支撐，因此平臺的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析與挖掘、數(shù)據(jù)展示、場館使用管理和運動激勵管理等功能以服務(wù)器軟件的方式運行在學(xué)校的特定服務(wù)器中。整個平臺軟件的部署構(gòu)思如圖二。

圖二 學(xué)生體質(zhì)健康系統(tǒng)部署圖

4 結(jié)語

隨著電子產(chǎn)品技術(shù)的不斷發(fā)展，未來手機的各項功能也會不斷地增加，手機的使用已經(jīng)成為當代大學(xué)生不可分開的一部分，合理規(guī)范地利用手機功能，對學(xué)生體質(zhì)健康和運動相關(guān)方面的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和利用，是促進學(xué)生體質(zhì)健康的一種有效途徑。