高校对大学生体育锻炼监控管理模式研究 ——基于智能穿戴设备的应用

摘要

我们处在万物互联时代，情报和信息相交。云计算，大数据和物联网等创新技术的蓬勃发展为体育运动带来了更多可能性，并且智能穿戴设备已得到广泛使用。智能可穿戴设备可监控体育活动和体育锻炼。国家鼓励和支持高科技信息技术与体育的融合。如何通过智能穿戴设备的应用来扭转大学生身体健康的下降是亟待解决的问题。在这种情况下，一些大学使用智能可穿戴设备和其他方法来鼓励大学生参加体育锻炼，以监控和管理大学生的体育锻炼。

在中国xxx第十九次全国代表大会上，XXX总XX作了报告，对加强社会建设提出了明确要求。通过不断的技术创新，互联网，物联网，大数据，云计算，人工智能和其他信息得到了促进。技术与实际产业的有效结合促进了祖国网络的加速，数字化和升级。陈宝生部长在全国教育大会上强调，高等学校应将现代信息技术深入融入教育学生的体育锻炼中，以创造学习环境。国家政策指导教育和信息技术的融合。我们正处于万物互联的时代，信息化和情报相交。云计算，大数据，物联网和移动互联网等创新技术的蓬勃发展为教室提供了技术支持。传统体育教室存在很多问题。年轻人的健康状况不容乐观。高校体育课程改革势已如火如荼展开，但是体育锻炼的监测与管理研究却相对空白。因此，本研究旨在调查大学生对运动终端应用程序和智能穿戴设备的使用情况，该设备的使用为高校体育锻炼监测管理的建设和管理提供理论和实践参考。

本研究主要采用问卷调查法调查川渝地区大学生使用运动器械和可穿戴设备的情况，并分析大学生使用运动终端设备的情况；通过专家访谈，分析大学体育锻炼的监控和管理所面临的挑战和机遇；通过逻辑分析，探索体育运动锻炼管理的未来建设。

本文得出以下结论和建议：

（1）川渝地区大学生高度依赖互联网和体育应用，有积极的态度，兴趣和强烈的动机；大量安装了各种各样的体育应用程序；使用体育应用程序进行大学生体育锻炼的频率对时间长短和使用程度具有积极影响；但是，存在内容同质性高，功能单一的问题，有必要加强体育APP的管理标准。

（2）川渝地区大学生体育可穿戴设备使用率高，态度积极，兴趣浓厚，积极性强；他们可以通过多个渠道了解可穿戴设备的信息；持续时间存在一定的性别差异；运动可穿戴设备的使用对大学生的体育锻炼的频率和持续时间有积极的影响，使用满意度很高。但是，存在单一功能，计算错误和安全性较差的问题。需要加强可穿戴设备的研发和功能安全设计。

（3）一方面，体育锻炼的监督管理是基于学生体育锻炼的观念，发挥了学生体育锻炼的主动性。以学生为主体，以人为本的建设性，主观性和积极性，促进了学生体育锻炼监测管理的全面发展。另一方面，它是基于智能信息技术来改变学生的体育锻炼设备，学生的体育锻炼环境和学生的体育锻炼。

（4）建立完善的高校体育监控管理模式至关重要，本论文提出既有起止端又有过程监控的大学的体育锻炼监控管理模式，这个模式包含:个人识别系统（学生端）、智能穿戴设备、PC端平台、大数据库和校方教师等模块。

关键词：大学生体育锻炼；体育锻炼监控管理；可穿戴设备

1绪论

1.1选题依据

1.1.1方针政策支持

2017年1月13日，教育部部长陈宝生在全国教育工作会议上指出，把促进身心健康作为第一要求，牢固树立健康第一的教育理念，帮助学生养成终身锻炼的习惯，掌握一两项终身受益的技能。同年9月，中共中央政治局委员、xxx副XX刘延东在全国学校体育工作座谈会上强调，要认真贯彻XXX总XX关于建设体育强国、教育强国重要论述，大力推进学校体育改革发展，强化体育课和课外锻炼，促进青少年身心健康、体魄强健、全面发展，培养堪当重任的XXX事业建设者和接班人。2019年《健康中国行动2019-2030年》的颁布亦是凸显了党和国家整体提升国民健康的决心：到2030年我国城镇居民经常参加体育锻炼人数比例大于40%，并对参与体育锻炼人群运动频率、运动时间、运动强度等进行了量化，目的在于通过体育锻炼提高国民的健康水平。各项方针政策的颁布切实保障了基层工作的开展，亦体现了国家对全民健康、全民健身的重视程度，强身健体的必要性毋庸置疑。

1.1.2大学生体质健康状况堪忧

《经济学人》中有文章指出截止到2017年我国仅有34%的人口符合世界卫生组织给定的体育人口的标准，西方国家的体育人口平均占比在58%，英国、德国、X等国家的体育人口占比更是高达70%，巨大的差距表明国人体育锻炼意识与习惯较差的严峻形势。身体是革命的本钱，没有健康的身体就无法为中华民族伟大复兴的中国梦做出自己应有的贡献，高校莘莘学子担负着国家未来，影响着民族的兴衰，然而每5年通报一次的国民体质监测公报显示：从1985年以来大学生体质健康每况愈下，肺活量、女生800米和男生1000米跑的体测数据都下降了10%以上。反观日本，其青少年的体质健康水平是逐年攀升，平均身高远超我国青少年的平均水平。由我国青少年体质健康情况可见发展体育运动，増强人民体质刻不容缓，其中大学生体育锻炼情况更不容乐观，大学生拥有优厚的锻炼资源和条件，而其体质健康却令人担忧，深入分析大学生体育锻炼行为，促进大学生体育锻炼情况好转，形成运动习惯，促进其健康是首要任务。

1.1.3教育信息化浪潮信

我们正处于万物互联互通、信息迅速普及，急速发展的信息技术时代，一场场信息技术革命接踵而至，移动互联网、物联网、大数据、云计算等信息技术蓬勃发展。2014年4月，教基二（2014）4号文件《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中提出，在全球化进程不断加快，信息技术飞速发展，思想交流碰撞日益激烈的趋势下，要通过信息化手段，深化教育改革，整合优质教育资源，打造良好学习环境，形成长效机制。2015年9月，教技厅函（2015）76号文件中提出要融合网络学习空间，加强教育资源共享。2016年6月，教技（2016）2号文件《教育信息化“十三五”规划》，明确提出通过云端的大数据信息平台，对学生有关数据进行逐步取得采集处理分析，用信息技术促进教育发展，深度融合技术与教育。对于加强信息技术与教育的深度融合，通过国家陆续出台促进高校教育化改革创新的相关政策，国家的重视程度可见一斑，政策的出台为高校体育发展指明方向，做出引导，提供支持。

体育与移动互联网、大数据相结合已经成为时代发展的必然的趋势，在大数据时代背景下，高校如何打破常规的大学生体育锻炼模式，将体育与互联网、大数据、云计算相结合，建设、完善大学生体育锻炼监测新平台，实现有效、准确、防作弊且高可行性地监测大学生的体育锻炼情况是关键。

1.2研究目的

本文通过调查高校对大学生参加体育锻炼的监控管理模式，找出其中存在的不足与可改进之处，厘清原因，并借助可穿戴设备、互联网、云计算等现代化手段，完善高校监控管理大学生体育锻炼的模式，形成更为合理的闭环监控管理模式：借助可穿戴设备监控大学生体育锻炼，上传所得的数据至校方云端服务器，经过处理数据之后再反馈给学生与校方和教师。从而遏制大学生在体育锻炼时的作弊现象，促进大学生积极主动体育锻炼，提高大学生的身体素质，最终达到“终身体育”的目的。

1.3研究意义

国民的体质健康状况不容乐观，大学生作为国家的重点培养对象，担任建设祖国未来的重任，拥有健康的身体尤为重，而体育锻炼是影响体质健康水平的重要原因，本文通过分析借助智能可穿戴设备、互联网等现代化方式监测学生体育锻炼的可行性，并重点研究其智能监控模式的具体实施方案，规避大学生体育锻炼时的作弊现象，提高大学生体育锻炼的效率，促进学大生体质健康水平的提高，配合学校体育工作的开展。

借助可穿戴设备与互联网和云计算形成高校对大学的体育锻炼监控管理体系的构建与完善，对现有监控管理模式进行创新，能对相关学术理论内容进行补充与丰富，体现一定的学术价值。

目前，在体质健康监测方面，对于学生体育锻炼过程监测的研究还很少，大多是对于学生体质健康水平测试的研究，而作为影响体质健康水平重要因素的体育锻炼的监控与管理的研究却还有待加强。体育锻炼的监测与数据采集能够进一步分析体育锻炼对学生体质健康的作用，有效的构建学生体质健康监测体系。有助于完善大数据在学校体育工作领域的理论研究。完善高校监控与管理大学生体育锻炼的体系，在大数据应用发展的大趋势下，还可以丰富大数据在学校体育工作应用中的理论研究。

1.4创新之处

通过查阅文献了解，智能穿戴设备与大数据应用已逐渐应用于校园，但主要集中在体育学生体育锻炼方面，且对于应用之后出现的情况也鲜有研究，本文创新点在于着重于研究借助了智能穿戴设备与大数据手段的高校对于大学生体育锻炼监测管理，与其现状并致力于完善现有监测管理。已有的体育与可穿戴设备的研究主要基于“互联网+”视角，以休闲娱乐、医疗保健的角度研究问题，本文不同之处在于本文基于大数据视域，充分挖掘数据的潜在价值，研究如何在具体运用中实现数据的价值，以此达到增强学生体质健康的目的。

2文献综述

2.1概念界定

2.1.1大学生

高校大学生，在本研究中，因为体育专业大学生人数占比较少，并且有关体育类ＡＰＰ及可穿戴设备的使用状况与非体育专业大学生差别不大，并未对大学生是否是体育专业进行细分，保证数据的广泛性，代表性。

2.1.2体育锻炼

本文所指的体育锻炼为体育锻炼监控管理体育锻炼，这一概念具有相对性，广义是指学生从事的不包括体育课在内的其他体育锻炼活动；狭义角度：其特指学生在学校的体育锻炼监控管理时间中为实现增强体质、强化运动技能，放松身心等，通过身体练习来参与的，不包括体育课课程在内的体育活动，体育锻炼不仅是学校体育的主要组成部分，还是课外体育活动的关键部分。

2.1.3智能可穿戴设备

智能可穿戴设备是指通过智能信息技术，由高密度集成技术等先进科学技术上衍生出的，能够对身体有关数据进行采集存储、运输及处理，最终可视化反馈的便携的、易于穿戴的或是整合进用户的衣服或配件上的智能终端设备，运动监控系统主要借助穿戴设备来实现。通过CNKI搜索主题词“可穿戴设备”搜到文献2853篇，发文从2012年开始在2015年达到发文量峰值，近几年有所回落，但仍处于高发文量，是研究的热点。通过检索式SU（主题）=可穿戴设备体育，搜到文献86篇，其中硕博士论文3篇。关于可穿戴设备大多数集中技术研究层面，可穿戴设备和体育相关的研究大致分布在可穿戴设备使用现状，在体育学生体育锻炼中的应用，有关体育项目的可行性研究三个方面。最早的研究，严欣怡（2014）首次针对可穿戴设备及物联网技术在体育用品研发运用领域进行了研究，并对可穿戴设备有关主流产品进行了分类，第一种分类方式，按照功能可以分为运动量化产品和体质监测产品，运动量化主要是将运动时间，运动轨迹，运动频率，运动距离，运动趋势等数据进行量化，体质监测主要是测量人体体质包括心率，体温，肌肉运动强度等数据；第二种分类，按照穿戴部位，可以分为头部的眼镜、耳机、头戴式设备类，手部的手表、手环类，躯干部的服装及配件类，脚部的鞋袜类等。

2.1.4体育运动类APP

通过CNKI搜索主题词“体育类APP”搜到文献177篇，其中硕博士论文77篇，发文集中在2017年和2018年，是近期的研究热点，研究多集中于体育健身指导，研究主体多集中于高校大学生。最早的研究，王子朴等（2014）归纳了移动应用发展特点，一是规模越来越大、种类越来越多，二是不断朝着垂直细分的方向防战；并对体育移动应用进行了分类，一级分类为运动服务、新闻资讯、体育视频、体育社交、体育游戏、体育电商六类；从全民健身新手段、体育竞赛新媒介、体育产品销售新渠道、体育服务行业新平台四个方面给出了体育移动应用的发展前景。关于山东大学生健身APP的使用状况研究，张宗耀（2018）在硕士毕业论文中通过对山东省18所高校全日制在校本科生进行问卷调查，研究体育健身APP的使用状况及对于运动动机的影响，得出结论大学生使用体育类APP最多的种类的健身指导类，乐趣动机是内部主要动机，制动动机是外部主要动机，使用APP健身时间不同会影响内部动机，对APP概念的不同认知会影响外部动机。关于体育类APP对大学生体育锻炼行为影响的研究，刘传海（2015）通过为期16周运动类APP的干预实验，借助毛荣建等修改的《锻炼态度量表》，从锻炼行为态度的8个维度分析数据得出，使用运动类APP能够有效培养体育锻炼习惯，促进体育锻炼行为；并构建了刺激感、成就感、暗示、惯常行为的四要素体育锻炼行为习惯模型。关于体育类APP在高校体育学生体育锻炼中应用的研究也是最新的研究，王茂利（2019）归纳了运动类APP在高校体育学生体育锻炼中面临的问题主要有:移动学生体育锻炼资源不足，运动类APP无法满足学生移动学习与训练要求，运动类APP在体育课堂应用空间狭小等方面。并提出了培养大学生移动学习意识，开发基于运动类APP的体育学生体育锻炼资源，创设基于运动类APP的混合学习模式等建议回。

综上所述，关于体育类APP作为近几年研究的热点，研究的广度和深度都比较好，大多集中在体育类APP发展现状，传播推广，各地区使用现状，对于健身行为态度的分析，问题建议等等，但是针对于山东大学生体育类APP的使用状况研究没有，关于体育类APP辅助高校体育课堂学生体育锻炼的研究较少且不够深入，通过体育类APP实现高校体育锻炼监控管理的研究更是没有。

2.1.5体育锻炼监控管理模式

体育锻炼监控是指在日常的体育锻炼过程中，对锻炼者的身心负荷、运动能力以及体能特征以及锻炼后的锻炼评估等进行全方位的监测与评价。本研究在可穿戴式研发基础之上，通过体育锻炼的前、中、后期的实时监测服务，达到防止大学生在体育锻炼中作弊的目的。

监控，《汉语大词典》的解释：“监”即监查督促；“控”即驾驳控制，使之不任意活动或超出范围。监控是一个为了使被控制者保持某种相对稳定的运动状态，而由参与监控的双方或多方相互作用的过程。从管理学的角度看，控制与计划和组织过程相关联，它既是一个过程也是一个结果，对监督和激励人员的行为有重大影响。监控过程一般可以分为制定标准、检测信息和对行为的调控三个部分，其中对行为调控的基础是制定目标和检测信息。

2.1.6体育锻炼监控管理

体育锻炼监控管理是课堂的一个分支，准确的说是课堂的下位概念，通过查阅文献，关于体育锻炼监控管理的研究较少几乎没有，目前并没有对学者对体育锻炼监控管理进行明确的概念界定。课堂作为研究热点有关成果较多，国内很多专家学者对于课堂提出了不同的概念阐述。有关课堂的概念大致可以从两个角度来进行归类，一类是教育角度，侧重于教育理念，主要代表有祝智庭提出的，课堂是基于以学生为主体的教育理念，借助智能信息化学生体育锻炼设备的辅助，对翻转式课堂学生体育锻炼成功实践案例进行的化改造创新；以及邱健筠提出的，课堂是以完善学生人格，发展学生智能，提高学生素质，促进学生全面发展为目标的新型数字化课堂。另一类是基于技术视角，侧重于教育手段，主要代表有孙曙晖提出的，课堂是通过云计算、大数据、物联网、移动互联网等最新的科学信息技术创造智能互通高效科学的学生体育锻炼环境，对传统课堂的学生体育锻炼形式进行改造升级，实现网络课堂资源线上推送，学习数据可视化动态分析，师生实时互联互通，评价及时多元的学生体育锻炼组织形式。

2.2国内研究现状

通过中国知网、维普、万方等数据库，以“大学生体育锻炼”、“智能穿戴设备、体育运动”、“体育监控”、“体育管理”、“运动APP”为主题词检索近10年的相关文献。关于“大学生体育锻炼”的文献有1614篇，其中核心期刊165篇，硕博论文840篇，地域性的研究较多，主要是现状调查与影响因素分析。“智能穿戴设备、体育运动”为主题词的文献有168篇，其中核心期刊38篇，主要涉及市场推广等方面。“体育公共服务”和“平台”为主题词文献119篇，主要研究在互联网+的背景下，体育公共服务平台构建的研究。而目前关于“体育公共服务移动平台”的文献仅3篇，涉及体育公共服务平台构建的可行性与必要性和移动平台的运行管理。

通过文献检索发现目前对于大学生体育锻炼情况的研究主要集中于区域性的现状调查与行为分析，还有影响体育锻炼的因素研究，关于智能穿戴设备与体育锻炼相结合的研究占比例较小，且偏向运动APP与“互联网+”对体育锻炼的影响研究，这为本文进一步探索提供了空间。为了促进智能穿戴设备运用于高校体育锻炼监控管理发展，笔者归纳总结相关文献，将从大学生体育锻炼、高校体育监控管理和智能穿戴设备与体育运动等方面进行归纳总结和研究评述。

2.2.1大学生体育锻炼情况的研究现状

有的研究者对影响大学生体育锻炼行为的因素进行研究。邱芬、崔德刚、杨剑学者从构建运动承诺模型的视角出发，用运动承诺检验锻炼动机、锻炼条件和锻炼效果的调查数据，从而进一步运用运动承诺模型检验影响大学生体育锻炼行为的因素。初少玲通过对家庭体育氛围对大学生参加体育锻炼行为影响的研究表明，影响大学生参加体育锻炼行为的家庭因素有：家庭成员的体育锻炼习惯、家庭体育态度、家庭经济状况、城乡家庭状态、家居环境。王跃武通过比较参加高校体育社团大学生与不参加高校体育社团大学生的体育锻炼行为，对影响大学生体育锻炼行为的因素进行研究，研究表明参加高校体育社团大学生的锻炼次数、锻炼强度、锻炼时间、健康状况、运动氛围均比不参加体育社团大学生的情况好。

一些研究者对影响大学生坚持参加体育锻炼的因素进行研究。法超学者针对大学生在课外体育锻炼行为中退出锻炼不能坚持锻炼的现象，通过构建的模型对大学生课外体育锻炼行为进行了验证性研究。研究者指出，大学生不能坚持参加课外体育锻炼的原因为，大学生在从小学到大学参加的体育课程中心理倾向不是坚持参加课外体育锻炼的方向，更没有形成良好的体育锻炼习惯。该研究运用结构方程模型方法对大学生参加课外体育锻炼的心理机制进行了验证性分析。研究表明，个体锻炼坚持行为能通过锻炼承诺进行预测和解释；在个体因素及环境影响因素中17个变量能积极影响体育锻炼行为，另外3个变量具有不积极影响的作用。冯金玲通过调查大学生体质与身体自尊的情况并研究与体育锻炼坚持性的关系，为更好的认识体质健康问题提供新的途径。研究表明，大学生体质健康的优秀率、良好与及格率呈现严重不均衡的现象；大学生体育锻炼坚持性的情况不是很好，并且在性别上存在显著的差异，男生的情况优于女生；坚持体育锻炼与不坚持体育锻炼的身体自尊比较，坚持体育锻炼的身体自尊水平较高，且证明了体质与心理健康能影响大学生体育锻炼的坚持性。

有的研究者对干预大学生体育锻炼行为效果进行研究。章青松针对有锻炼意识无锻炼行为的大学生，利用自我效能与社会支持两个变量，对大学生进行实验干预研究，检验两个干预变量对大学生有锻炼意识无锻炼行为有无促进作用。研究表明，大学生锻炼阶段分布特点呈现倒U形曲线，自我效能、社会支持对意向到行为转变都具有支持作用。通过比较两个因素之间的干预效果发现，这两个变量因素对有锻炼意识无锻炼行为的大学生的锻炼行为没有促进作用。

一些研究者通过对大学生的体育锻炼行为阶段进行研究。程小虎、卢标、张凯学者通过对大学生体育锻炼行为阶段特点进行调查，通过研究得出大多数的大学生未形成体育锻炼习惯，男女生在体育锻炼行为的不同阶段中出现相同的特点。司琦学者在研究中引入西方的阶段变化理论及测试工具，将西方测试工具进行更改，成为适用于我国的测试工具，再利用测试工具对我国大学生参与体育锻炼行为的变化及影响因素进行研究。研究表明，我国大学生的体育锻炼行为通过漠视、条件依存、准备、行动、维持5个步骤改变，与西方比较存在很大的差异。华中师范大学霍方文学者依据锻炼行为阶段变化理论研究男大学生锻炼态度与心理健康的关系。研究表明，男大学生的体育锻炼行为在锻炼行为阶段变化理论的5个阶段中呈现出了阶段性的特征；男大学生的锻炼态度、心理健康水平在不同年级中的差异显著；男大学生的心理健康水平在不同锻炼行为阶段中也存在显著差异。

通过上述的研究发现，国内外研究视角即有相似之处也有不同之处，且对大学生体育锻炼行为均进行了不同程度的调查与研究，为改善大学生体育锻炼行为及促进其形成良好的体育锻炼习惯提供了不同的研究思路与途径。

2.2.2智能穿戴设备与体育运动的研究现状

在体育领域中，运动监控系统多以可穿戴技术为技术核心。随着社会发展、科技的进步，可穿戴设备将是未来体育用品行业的必然趋势。可穿戴技术属于我国工业中重要的内容之一，其所占的比重偏低，需求收缩，导致普及率低。在可穿戴市场，各种功能、样式的可穿戴设备随着科技技术的不断更新与突破，未来的发展前景将成为我国体育事业的重要技术支柱。基于可穿戴技术与设备，构建起以互联网+新思维相结合的健康运动于一体的产品定位服务系统实为重要。

当前我国正在积极探寻智能可穿戴设备与学校体育工作的结合。以智能穿戴设备先进的技术支持，便携性与交互性等特点，应用到学校体育工作中为学校体育服务。唐国瑞、秦洪敏在《“互联网＋”向体育教育的延伸——智能穿戴设备在学校体育中的应用展望》中指出：随着无线传输技术与智能穿戴设备的出现，这一切变成了可能并成为了现实。智能穿戴设备在学校体育中有着非常广阔的应用前景，是学校健康教育的移动终端，同时又是“互联网＋”向教育延伸的中间桥梁，未来将成为学校体育产业的关键部分。赵松、须小莉在《可穿戴设备在体育教学中的应用—基于 SWOT 模型的分析》中提到智能可穿戴设备具有交互性、便携性、数据性等特点，对于学生体育锻炼数据的收集、分析具有很好的借鉴意义。并从智能穿戴设备在中小学体育教学中的运用进行优势、劣势、机遇与挑战的分析。李冰冰、俞帅东等人在《基于可穿戴的运动强度监测系统》研究中提到，当前学生体质状况呈下滑的趋势，可通过研发可穿戴的智能人体运动强度监测系统，监测学生的体育锻炼过程，使学生的体育锻炼处在一个合理的强度过程中，能够有效的提高学生的运动效率，增进学生的身体健康水平。张超在其硕士毕业论文《互联网+可穿戴式体育锻炼监控服务系统的理论构建》中提及：通过研究可穿戴技术与网络社交平台的有机结合，可有效的构建人体体育锻炼监控系统模式，既可以防范人们在运动过程中发生猝死的意外情况，也可以对亚健康人群的早期慢性疾病起到预警作用，还可以提高人们锻炼身体的积极性，达到科学锻炼身体和释放压力的双重效果。当前，已经有智能设备应用于体育课堂实时监测学生体育活动的实例。北京桂花网科技有限公司通过智慧校园体育课运动监测系统，实时监测学生心率、卡路里等运动指标，进而通过管理平台对采集的学生进行数据分析，帮助体育教师完成教学目标以及给管理决策者提供更加科学准确的数据支撑。

2015年郭妍研，解毅飞提出从优势、劣势、机遇和挑战四个方面对我国智能可穿戴设备在健身行业发展状况进行SWOT分析。赵哲同志着重分析了在运动市场中智能可穿戴设备扮演的角色，和在体育界产生的影响。赵哲同志的论文《智能穿戴设备在体育领域的价值研究》探讨智能可穿戴设备在体育领域中的应用价值，对智能穿戴设备在体育领域中的推广应用具有一定的实践意义。另有论文提到在现今的健身类智能可穿戴设备是发展的速度具有高效性，设备种类繁多，款式多样，逐渐实现全面普及目标。智能可穿戴设备让运动更加科技范儿，可以让健身者更加科学的监测出运动和身体机能数据。2015年邹月辉和谭利表述了要想促进中国体育用品的新发展，首先需要寻求一个固定的切入点，由于智能可穿戴设备具有科学性和个性化的特点，将该优势与各类健身活动进行融合，促进中国智能化健身用品的发展，那么穿戴式运动产品就可以成为这一个很好的着手点。贺文以咕咚运动手环为例，当使用者在运动过程中，位于手环内的加速度传感器就能实施监测功能，将监测到运动状态信息存储于手环中。运动状态停滞后，将手环与装有咕咚APP的手机相连接，用户就能在手机上查找到数据信息。

综上所述，将可穿戴技术应用于大众健身领域已然在不断发展创新中，若将可穿戴技术应用于运动监控服务系统中，构建出互联网+新思维与运动健身指导于一体的产品定位服务系统实为重要。

2.3国外研究现状

日本规定学校在体育课外还要为学生安排如保健活动、体育活动等，时长为100分钟的特殊活动，同时要求这些特殊活动需每日进行。在德国，大学生不仅要参与课外体育活动，另外还要参与社会体育组织。学生除了加入学校体育俱乐部，而且还是社会体育协会的一员，许多学生还加盟了单项俱乐部。德国的社会体育系统己经包含了大学生课外体育活动。波兰在开展学校体育学生体育锻炼的同时还按照运动项目与活动内容的不同来组建相应的体育小组，在体育锻炼监控管理体育活动中，老师作为组织者对学生的体育锻炼活动进行负责，同时积极促使学生参与体育活动的积极性有效提高。X大学体育教育协会以学生能力、兴趣爱好等为依据来安排相应的课外体育锻炼项目，通过体育锻炼监控管理体育锻炼鼓励学生放飞个性，充分展现自我。相关的数据反映X参与体育锻炼监控管理体育锻炼的人数已经超过80%。除此之外，X教委与体委明确要求大学生每日的课外体育锻炼要达到或超过2个小时。同时，由于国外校园健身俱乐部数量大、形式多，对国外体育锻炼监控管理体育生活起到丰富的积极作用。由此可见，西方国家十分重视大学生的体育锻炼监控管理体育锻炼，同时逐渐形成传统性。在界定体育锻炼监控管理体育活动的形式和功能时，不同的国家有着一定的差别，但是，各国对体育锻炼监控管理体育锻炼的作用和效果有着相同的追求。

我们可以发现，在西方国家中，教育与生活的重心包含体育锻炼监控管理体育锻炼这一方面，在社会经济不断发展的影响下，人们对运动健身的理解得以持续深化，西方国家非常重视体育锻炼监控管理体育锻炼与保持机体健康之间的关系，从而形成了国外教育领域以体育锻炼为主的传统。现阶段，在体育锻炼监控管理体育锻炼方面，我国高校没有建立起足够的重视，相关措施没有落实到位，导致管理效果不佳。在大部分情况下，高校学生自发组织体育锻炼监控管理体育锻炼，大多数高校尚未对此营造出一个良好的运动氛围，缺少有关大学生体育锻炼监控管理体育锻炼监督管理方面的研究成果。所以，本文以体育锻炼监控管理体育锻炼监督管理为切入点，针对加强学生体育锻炼监控管理体育锻炼监督展开研究，对高效、科学、合理的体育锻炼监控管理锻炼监督管理模式进行积极的构建，以其能够为高校体育工作提供相关的经验借鉴。

国外关于智能穿戴设备的研究也广泛开展，第一届国际可穿戴计算机学术会议在1997年举办，从此智能穿戴被人们所广泛关注。2004年，欧盟委员会启动了历时五年的wear IT @work，这是迄今为止世界上最大的单项民用可穿戴计算研究项目。随后X、韩国、法国、加拿大和日本等国也专门为此设立了实验室，各国的科技龙头企业也纷纷试水，并取得了不俗的成绩。在X，谷歌公司生产了智能眼镜、智能手表，苹果生产了智能手表、Health Book，英特尔生产了可穿戴的Quark处理器及二代的Edison处理器，Lively生产了老年人健康芯片，Sproutling生产了婴儿智能脚环；韩国的三星生产了智能手表；法国Within生产了健康手环，加拿大的Recon生产了智能太阳镜，OM Signal生产了智能T-short；日本的Telepathy生产了智能眼镜等数之不尽的产品。国外关于智能穿戴产品的研发可以说是让人目不暇接，但是X著名风投公司Bessemer Venture Partners关注健康领域的投资专家史蒂芬·克劳斯（Stephen Kraus）指出，穿戴设备的研发重点应该针对拥有特殊需求的人群，这其中不仅蕴含着巨大的财富，并将帮助可穿戴设备从“拥有很好产品”向“必须拥有产品”过渡。

X运动医学会2016年对X2800名健身专家展开年度调查，结果显示：使用智能穿戴设备成为七大健身趋势的第一位。精准的数据、贴心的服务、便携的特点，为智能穿戴设备的普及提供了强大的支持，当前人们生活水平提高，越来越重视自身身体健康状况，可穿戴设备为用户提供全天候的服务，能够激励用户选择更加健康的生活方式。国外消费者购买智能穿戴设备的主要目的是对身体健康进行监控，GFK调查表明，德国、英国和X的消费者将健身监测视为最重要的功能，而中国消费者认为最重要的功能是记录健康数据，韩国消费者则最关注的是个人的健身、健康和睡眠数据。

2.4研究评述

综上所述，学生体质健康工作是学校体育工作的主要内容，当前增强学生体质健康的工作面临着不小的挑战，如何有效的促进学生体质健康水平提高成为各个国家相关部门迫切关注的问题。另一方面，智能穿戴设备飞速发展，有望成为继智能手机后又一个移动智能终端的增长爆发点，以其设备特有的便携性、智能性、功能性，正逐步的受到各类使用者的青睐。基于以上原因，有不少的研究者尝试着将智能穿戴设备与学校体育工作相结合，以期望能够有效的提高学校体育工作的质量，增强学生的体质健康水平。当前的智能穿戴设备与学校体育工作结合还处在探索阶段，主要是对于体育学生体育锻炼过程的管理，而可穿戴设备用于体育锻炼监测还主要集中在成年人以及一些身体不适的特殊群体，对于智能穿戴设备与中小学生体育锻炼监测结合，研究的内容还比较少。本文主要研究智能穿戴设备用于监测学生体育锻炼过程，采集体育锻炼数据及相关数据，并对数据加以分析和运用，实现提高学生体育锻炼效率，增强学生体质健康的目的。在互联网+可穿戴式体育锻炼监控服务系统的国内外研究进展现状中，以个人、家庭和社区为应用对象的可穿戴式医疗监护仪器设备发展日新月异；国内外可穿戴式医疗设备主要应用于运动保健领域，测量指标较为单一；无配套的服务体系等。本研究在此基础之上不断研究与完善。体现时代的发展性特点，体育锻炼监控系统的研发与后期的应用作为体育锻炼与指导和亚健康人群早期病预防的基础。以网络社交服务为平台，提出构建集数据搜集、分析与运用以及健康运动的全新服务模式，此模式的构建研究将为我国国民体质健康工作的“加速器”。

3研究对象与研究方法

3.1研究对象

本文以大学生体育锻炼情况为研究对象，通过调查大学生体育锻炼情况和高校体育锻炼监控管理模式，并对情况与模式存在的问题进行探讨分析，最终完善高校体育锻炼监控管理模式。

3.2研究方法

3.2.1文献资料法

通过中国知网、维普、万方等数据库，以“大学生体育锻炼”、“智能穿戴设备、体育运动”、“体育监控”、“体育管理”、“运动APP”为主题词检索近10年的相关文献。关于“大学生体育锻炼”的文献有1614篇，其中核心期刊165篇，硕博论文840篇，地域性的研究较多，主要是现状调查与影响因素分析。“智能穿戴设备、体育运动”为主题词的文献有168篇，其中核心期刊38篇，主要涉及市场推广等方面。“体育公共服务”和“平台”为主题词文献119篇，主要研究在互联网+的背景下，体育公共服务平台构建的研究。而目前关于“体育公共服务移动平台”的文献仅3篇，涉及体育公共服务平台构建的可行性与必要性和移动平台的运行管理。

同时，通过Web of science以“Sports、wearabledevices”为主题词进行搜索，近10年有270篇文献，，以“physicalexercise”为标题进行检索得到660篇相关研究。对文献进行筛选、分类和研读并梳理，了解国内外在该领域的研究现状并进行分析评述，为本文的观点提供有力的理论支撑。

3.2.2问卷调查法

3.2.2.1问卷的设计

根据研究需要制定《大学生体育类APP及可穿戴设备的使用状况调查问卷》，开题后先在校内进行小范围的预调查，针对问卷调查的逻辑性，调查的广度，深度进行修改，并最终完成两个方面四个维度的调查问卷。从移动互联网APP和物联网智能可穿戴设备两个方面，使用前的意识动机调查，使用中的行为影响调查，使用后的反馈及问题调查，以及大学生对体育类APP和可穿戴设备辅助体育课堂学生体育锻炼的看法，以上四个维度来进行调查，分析大学生体育类APP及可穿戴设备的使用状况以及体育类APP及可穿戴设备辅助体育课堂学生体育锻炼的优势劣势机遇威胁，为后续体育锻炼监控管理相关研究提供数据支持。

3.2.2.2问卷效度检验

信度检验是对调查问卷的稳定性进行检验，为了保证问卷的信度，对问卷进行信度检验，首先找山东大学本科生10人，硕士生8人，博士生2人，共20人发放问卷并回收统计结果，间隔两周后再对该20人进行问卷调查，并把前后两次问卷调查的数据通过SPSS进行统计并分析，得出R=0. 876>0.8，最终检验得调查问卷的信度较高。

效度检验是对调查问卷的准确性进行检验，为了保证问卷的效度，对问卷进行效度检验，通过导师的帮助，在山东大学体育学院找到体育学相关专家老师5名，对修改完的问卷进行审阅评定，评定结果2名老师非常符合，2名老师比较符合，1名老师一般符合，最终检验得调查问卷的效度较高。

表调查问卷效度检验情况表

3.2.2.3问卷发放与回收

体育锻炼监控管理仍处于萌芽阶段，本研究关于大学生体育类APP及可穿戴设备的使用状况的调查是整体使用状况的调查，该调查为了体育课堂与APP及可穿戴设备联动化学生体育锻炼提供数据支撑，因此为了保证数据的随机性，广泛性，本问卷采用线上调查的方式，通过问卷星进行放发，并没有对学校层次，地域差异进行区分。于2018年12月展开调查，问卷调查时间一直延续到2019年3月，共回收问卷953份，删除填写时间少于120秒的问卷，删除无效问卷，剩余有效问卷815份，有效率为85. 52%。

3.2.2.4问卷的信度检验

采用重测法验证问卷的信度。从第一次被调查的对象中，随机抽取30%，约97份进行二次调查，运用SPSS对两次样本最终统计数据进行相关性R检验，检验结果R1=0.732，R2=0.741，有较高的可信度。

3.2.3数理统计法

根据研究目的，运用SPSS计算重测后两次取样R系数相关性，进行问卷信度检验；运用Microsoft Excel软件对所得数据进行相关计算，获取相关数据并采用常规处理、标准百分换算以及相关系数统计方法对数据进行比较分析，采用SPSS.23统计软件对数据进行描述性分析、T检验以及卡方检验。

3.2.4访谈法

本研究的访谈拟对山东大学体育学院，曲阜师范大学体育学院，山东体育学院等的专家教授、公共体育课任课教师进行现场采访，访谈前先拟定访谈提纲，主要对高校大学生体有课堂基本情况进行访谈，访谈过程中在征求专家同意后进行录音，方便后期整理分析专家的观点，有疑问的地方再次找专家讨论，最后总结归纳专家观点为本研究提供理论支撑。

4结果与分析

4.1智能穿戴设备在高校体育锻炼监控管理中的基本应用情况

表智能穿戴设备在高校体育锻炼监控管理中的基本应用情况

4.2大学生借助智能穿戴设备进行体育锻炼的情况

4.2.1大学生在体育锻炼时的作弊频率

作弊率高达92%，说明高校现有的体育锻炼监控管理方式存在极大的纰漏，亟需完善。男生作弊的人数高于女生，与随机抽选的院校有一所综合性院校、一所财经类大学、一所工科类大学、一所工程类大学、一所师范院校，其中男生所占比例较大有关，其次是因为女生对身材的要求高于男生，自律性高于男生，故作弊人数低于男生。

4.2.2大学生在体育锻炼时的作弊方式

所调查的学生中有297人有过作弊经历，其中root手机（手机“越狱”）所需的成本与技术含量最高，故所占人数最少。“以走代跑”的学生人数最多，采访中大部分学生的心理是“满足学校要求的运动时间就行”，至于真正的运动量、是否达到运动负荷，是否真的进行体育锻炼以增强体质并不在考虑范围内。体育锻炼流于形式，并没有起效。

4.2.3大学生对学校监控管理的满意程度

　　非常满意8.1%，比较满意18.7%，一般 22%，比较不满意20.2%，非常不满意31%，不满意及以上的占半数，学生对高校体育锻炼监控管理方式的认同感非常低，从侧面说明高校体育锻炼监控方式还有待改进。

4.2.4大学生认为学校监控管理的不足之处

　　手机跑步APP的里程算法，是依靠手机自带的GPS芯片模块在不同时点的信号定位来完成的。所以，从理论上讲跑步APP的定位准度和APP本身没关系，而和不同手机及不同质量的GPS模块有关系。GPS存在误差，就会造成里程的误记。而且软件耗电量高且占手机内存大，跑步运动不是一蹴而就的，跑步需要软件来记录，然而跑步软件长时间开启会导致耗电量增加，此外跑步软件占手机内存也较大，造成手机运行缓慢。软件容易自动掉线部分跑步软件在使用过程中需要长时间处于APP界面，不能后台运行，经常会出现自动掉线的情况，掉线后还需要重新打开连接，影响用户的正常使用。在硬件方面，硬件故障率高，由于所占内存大，所以经常会出现触屏不灵敏的状况。另外，智能运动硬件里含有精密器械，稍不小心，进水、受潮或高温都可能导致硬件损坏。数据维度少，硬件显示的数据维度少，硬件一般显示的数据只有人在地面位移的距离，不显示海拔或爬升高度的变化。另外运电池续航乏力，需要频繁充电。

4.2.5大学生对完善学校监控管理的情感态度

　　4.4高校体育锻炼监控管理存在的问题及原因分析

4.4.1学生因素

学生是高校体育锻炼监控管理的主人，高校体育锻炼监控管理的主体是学生，学生体育锻炼的主要矛盾是学生的现有知识水平和学生体育锻炼目标要求学生所要达到水平之间的矛盾，实际上也就是学生认识过程的矛盾，是认识主体与客体之间的矛盾。高校体育锻炼监控管理开展的首要影响因素就是学生。

第一，学生的态度，经过前面关于高校大学生对于使用体育类APP及可穿戴设备的兴趣和态度分析，学生对于体育终端的使用态度还是比较积极乐观的，但根据传统体育课堂的现状分析和专家访谈，是同学对于体育课的态度却不容乐观，往往大多数同学对于体育课的态度是不积极，不认真，不重视，而这种消极的态度将会是影响高校体育锻炼监控管理开展学生层面的一大因素。

第二，学生的配合度，高校体育锻炼监控管理的开展会从学生体育锻炼方法，学生体育锻炼手段，学生体育锻炼评价等几个方面进行改革，学生作为课堂的主体肯定需要学生的配合，受传统体育课堂“放羊式”学生体育锻炼的影响，同学们在体育课上已经散漫惯了，体育课成了自由活动课，而最终的体育课成绩考核大多数学生也能够蒙混过关，体育锻炼监控分管理开展伴随着对学生管理的严格要求和成绩考核的严格把控，转型变革的过程总是痛苦的，学生不免会有抵触情绪，这时候学生能否认真配合，全程配合将会是影响高校体育锻炼监控管理开展学生层面的另一个因素。

4.4.2高校体育锻炼智能监控管理的重要性

传统考勒制度占据了管理工作人员大量的时间，导致其他工作的分配时间不足，统计结果不及时，易出现数据遗漏，进而影响学生的处分情况。管理人员、教师等对于考勤与锻炼的具体情况没有及时掌握，严重影响监控效果；教师、管理员无法对学生进行及时的教育和自我教育，使得其管理积极性被消磨殆尽。要想从根本上解决大学生体质下降这一难题，高校的体育教育必须要与时俱进，持续创新。现阶段，学生对体育锻炼的兴趣与积极性不足是大学体育所遇到的最大障碍。我们提出对高校课余体育锻炼进行智能化管理是想利用现代计算机网络、数据库技术、智能监测设备等结合实现大学生个人日常课余体育锻炼数字化与自动化管理，来督促新形势下大学生积极的进行课余体育锻炼。在现代社会，计算机是必不可少的办公用具，在进行大学生课余体育锻炼管理的过程中，借助计算机来对相关系统进行构建与完善，有利于深入研究大学生体育锻炼的具体状况。互联网信息技术正在渗透于我们生活中的方方面面，然而，通过对我国高校课余体育锻炼情况进行分析可知，都实际上是沿用了传统意义上的校园的管理和教学，当前高校对学生日常的课余体育锻炼实际上大部分都是自由进行、没有组织的，没有安排学生日常课余锻炼要求，没有对经常性的课余体育锻炼有一个统一的、高效的体育锻炼监督管理。这导致我们在很大程度上浪费了我们现代信息技术，而且为校园体育教学和课余体育锻炼管理效率总体的提升带来很大的消极影响，进而使得学校体育与学生的发展出现落后时代的情况。大学生体质问题在近几年校园长跑猝死事件频发的影响下引起了社会的高度关注。在全国青少年体质近30年连续下滑的情况下，高校需要提出强有力的措施提升青少年身体素质与体质健康水平。面对这种状况就需要我们利用互联网通信技术结合智能设备对学生课余锻炼进行智能化管理，对学生课余锻炼做出一定的要求。通过建立更符合现阶段年轻人运动习惯的“互联网+体育锻炼”这一创新模式，在保证学习质量的前提下，对学生的体育锻炼进行积极的引导与鼓励，让学生在课余时间真正动起来，让体育锻炼成为一种习惯，从而全面提高学生身体素质。

4.3.4监控管理环节的缺失

高校体育锻炼监控管理存在的问题主要集中在学生的认同度不高，变现于作弊现象严重，有九成以上的学生存在作弊行为，作弊的常用方式有找人代跑、借助交通工具等，归其原因是因为高校监控管理方式存在纰漏，例如项目单一、GPS不精确、携带不便、运动的同时还要兼顾设备存在不安全隐患、运动场地部分在交通要道同样存在安全问题、设备不合理、耗费数据流量，还有数据上传之后校方无反馈学生无法了解自身的运动情况等等。

人类具有一种深层的心理机制，即“目标反馈系统”。人们做出一个行为，如果得到及时的正反馈，那么这个行为再次出现的可能性会提升；而如果这个行为没有得到反馈或者得到消极反馈，那么其出现的可能性会下降。学生对于体育锻炼兴趣不足，一个重要的原因就是学生在进行体育锻炼后，没有得到及时的正向反馈。如学生在做完一组引体向上之后，并不清楚自己哪些肌肉得到锻炼，更不清楚每块肌肉提升了多少。学生和体育教师都无法量化锻炼成效，而以训练成绩作为评价标准，容易让学教师可以实时监控学生的运动状态，了解学生身体状况，通过感测异常数据，及时分析处理，减少运动伤害的发生；学生在跑步测试后，可以对比心率曲线、速度曲线，了解自身运动特点，修正运动策略，取得更好的成绩；学生在力量训练后，可以清楚地知道自己的力量提升程度，设立合理的运动目标，培养运动信心。社会各界对学生体质健康的持续关注、学生运动数据低成本获取、人工智能的蓬勃发展以及广阔的应用前景，都是学生运动目标反馈系统的建立基础。因此，学生体育锻炼数据化、游戏化是可行的，这能够改变传统体育学生体育锻炼的课堂模式，更好地服务于学生以及运动员的素质提升。

5完善高校体育锻炼监控管理的优化对策

5.1高校体育锻炼监控管理建设指导思想

充分认识做好高等学校体育工作的重要意义，牢固树立“健康第一”的指导思想，帮助学生在体育锻炼中享受乐趣、增强体质、健全人格、锤炼意志。高校体育要面向全体学生，坚持对学生在校全过程的体育教学，促进学生身心全面发展。以素质教育为基础，在终身体育指引下，以课程改革为主线，推动智慧体育全面健，康可持续发展，不断满足高校大学生多层次多样化的智慧体育需求，提高学生健康水平。

5.2高校体育锻炼智能管理的制度与实施方案

5.2.1建立管理制度

对学生的体育锻炼监控管理体育锻炼实施强制性行政手段规定“运动打卡”，让学生在体育锻炼监控管理时问必须完成一定的锻炼任务，运动打卡要求打卡的次数、时间、距离等作为个人体育锻炼监控管理体育锻炼的一部分，而且体育锻炼监控管理体育锻炼的次数达到规定要求者体育课成绩才能获得合格或者占体育课成绩的一定比例。并且与学生体育课程、评奖评优、推免以及毕业等相挂钩，迫使大学生积极主动的进行体育锻炼监控管理体育锻炼。体育锻炼监控管理体育在不断进行管理形式创新中，在满足学生体育锻炼习惯的同时，激发学生锻炼热情，鼓励学生积极参与运动锻炼，这种打卡式“强迫”运动是一种更有效的方法，针对懒惰、厌烦运动的学生来说是一种有效的激励方式，能够促进学生身体素质提高的同时，发展校园体育文化。在信息化监督管理作用下，激励高校学生规范展开体育锻炼监控管理锻炼，促进学生科学管理自己的身体健康，按照标准规范展开体育锻炼监控管理锻炼，同时有利于数据统计。另一方面，“打卡”运动减少体育教师的监管负担，有利于学生养成自觉锻炼的习惯，从而提高身体素质，最终达到“终身体育”。

5.2.2实施方案

从科学地角度来分析，体育锻炼对人体产生的的影响除了在于运动量的多少，还包括运动负荷即运动强度和运动数量的结合。大学生展开课余锻炼时应该关注运动负荷，处理好运动量与运动强度的关系，根据自身身体情况、锻炼目标等适当调整运动强度。如果大学生进行体育运动目的在于锻炼，那么运动过程中应该关注运动量，根据锻炼后的身体反应和精神状态决定运动量。如果运动后让人感到神清气爽、精神充沛，不会出现疲累犯困等现象，说明运动量适合。反之意味着运动负荷对身体来说承受过大，身体无法适应这个程度的锻炼，应适当调整。在运动过程中，大学生可利用心率控制满足最佳锻炼需求，有氧运动的目标区间=最大心率的70%- 80% （最大心率=220-年龄）为有氧的适宜负荷量，可提高学生心肺功能。

5.2.2.1高校体育锻炼监控管理需要采集的相关数据

心率

心率是指人体心脏跳动的频率，心脏在一定时间内跳动的次数，也就是在一定时间内，心脏跳动的快慢，心脏一般占到人体体重的比例是0.5—0.6%，心脏跳动是人体维持运动的最基本形式。人体心率是反映机体能量代谢的有效指标，同时能够有效的反映运动强度，它是评定一个人运动强度、人体机能状态、运动训练水平和运动消耗后恢复能力的最常用的简易指标。运动负荷一定的情况下，心率和运动强度成正比，心率越高，说明运动强度越大；运动强度较小，心率也相对较低。心率可间接衡量运动强度的大小，但是每个人的心率都有最大上限和下限，最大心率=220-年龄安静心率。

安静心率，也称之为静息心率，指的是人在清醒、不活动的状态下的每分钟心跳的次数，准确的安静心率计算可用连续五天早晨刚起床时测得的心率，加起来的总和除以五。例如，安静心率=（day1+day2+day3+day4+day5）÷5，（day1、day2、day3、day4、day5表示连续五天刚起床时心率）。安静心率是衡量人体身体健康质量的重要指标，安静心率每分钟达到50-65次，睡觉心率每分钟达到38-50次，是健康心脏的标志，它能够降低相应的高血压、心血管等疾病的患病几率，Framingham的流行病学研究表明，安静心率超过84次每分钟，高血压患者的心血管事件危险率将增加；心率快是高血压和心血管死亡的独立危险因素，心率每增加10次，将增加20%全病因死亡和14%心血管死亡。控制安静心率区域稳定和较低的状态，对于人体健康有着不可替代的作用，保持适当的体重和生活习惯、戒烟与限酒均可以使安静心率保持在一个相对稳定的区间，但是长期合理强度的体育锻炼，对于心肺功能的刺激，以及整个体质健康的改善作用，能够降低人体的安静心率，使之保持在一个科学健康的范围。

靶心率是通过有氧运动提高人体心血管循环系统安全而有效的运动心率，简而言之，靶心率就是希望在运动中达到并保持目标心率，就体质较好的人群来说，有氧心率一般是在120次到180次，进一步细分为小运动量、中运动量和大运动量，分别心率范围是120-140次每分钟、140-160次每分钟和160-180次每分钟。但是由于每个人的体质和身体状况不同，靶心率的具体数值也不相同，它的范围是在人体最大心率的60%到80%之间，一个20岁的男子，最大心率是200次，那么他的靶心率范围就是120-160之间。进行体育运动时，心率维持在一定范围之内，才能够达到运动的最佳锻炼效果，当运动心率小于靶心率下限，则运动强度太低，锻炼效果不明显；当运动心率大于靶心率上限，则运动强度过高，机体将分解蛋白质等人体基本构成物质，导致人体的基础代谢水平下降，进而降低人体的免疫水平。目前有两种计算靶心率的公式：一种是人体最大心率承受量乘以运动强度，也就是220减去年龄乘以百分比；另一种计算方式则是利用心率储备法计算靶心率，先收集到一个人的安静心率，通过最大心率计算出储存心率，储存心率等于最大心率减去安静心率，再乘以运动强度百分比，最后再加上安静心率。

运动心率常见监测方法有 2 种：心电电流测量法和光电透射测量法。心电电流测量法主要应用于医疗，该测量方法相对精准正确。但是绝大部分的智能运动手环采用的是光电透射测量法，光电透射测量法很容易受到外界环境干扰，比如汗水、与皮肤接触的程度等，都会影响智能运动手环监测心率数据。

5.2.2.2卡路里

卡路里是热量的简称，单位是cal，其定义是在一个大气压下，将1克水提升一摄氏度所需要的热量，当前广泛的运用到营养计量和健身手册上。热量的使用包括两个方面，一方面热量为人体运动提供动力的来源，而人体热量摄入，主要是通过蛋白质、脂肪和碳水化合物的摄入，因为食物中本身带有能量，人体吃进的食物，在体内经过复杂的化学反应，转换成热量的形势提供给人体使用；热量的另外一个重要部分是消耗，释放的热量一部分用于维持人体基础代谢，一部分用于保证人体运动的消耗，卡路里不仅能够保证人体平时进行体育运动的消耗，还能够维持人体进行呼吸、血液循环、消化食物等基础代谢的需要，诸如电器的使用需要使用电能，汽车的行驶需要消耗汽油，而卡路里就是人体热量的普遍使用的符号。卡路里的消耗和摄入是密切相关的，当人体摄入的卡路里大于消耗的卡路里时，多余的热量容易在体内储存形成脂肪，导致肥胖；当人体消耗的卡路里大于人体摄入的卡路里时，人体将会调用机体组成部分，脂肪、蛋白质等物质保证人体的能量供给，导致人体消瘦。

目前，基于可穿戴设备的人体卡路里估计研究主要是基于加速度传感器的回归预测方法，然而系统能耗和电池容量的问题成为了该研究的技术瓶颈。针对目前人体卡路里消耗估计所存在的问题与挑战，本章将对基于运动能量的人体卡路里消耗估计方法展开研究。以往大多数人体卡路里消耗估计的研究都以提高回归预测准确率为优化目标。测定氧气代谢量是目前医疗机构测定人体热量消耗的主要方式，然而智能手表及智能运动手环的热量消耗是软件算法根据步数、步幅、年龄、身高、心率等数据推算出来的。

5.2.2.3计步及运动轨迹

步数和运动轨迹是综合判断人体运动状态的指标。智能穿戴设备的计步原理，有几种不同的计算方式，目前比较常用的一种计步方式是采用三轴加速度传感器计步原理，通过实时监测捕捉X轴、Y轴、Z轴三个维度的数据，经过滤波和峰谷检测等过程，通过相应的逻辑计算方式，计算人体的步数。而人体运动轨迹的记录就相对简单一些，通过GPS全球定位系统，人体戴上智能手环可实现实时运动轨迹记录和分享，通过智能穿戴设备内置GPS定位系统，运动轨迹就可以实时的记录下来。

　　5.2.2.4血压和血氧

血压是血液在血管流动过程中，作用于血管壁的压力，血压过高时，有可能会损坏血管，血压过低时，血液将无法供应全身。我们通常所说的血压都是指的动脉血压，影响心输出量和血管外周的阻力因素都能够影响动脉的血压，心输出量越多，血压升高；心输出量少，血压降低，心输出量多少取决于每博输出量和每分钟的心搏频率。当前智能穿戴设备测量血压的方法主要有光电感应法、心电法以及示波法，光电感应主要通过光电传感器采集手腕部位的脉搏波形，估算血压数值。比如血压高时，射血期上升波段的斜率会增加。血氧是指人体血液中氧气的含量，正常的人含氧量在90%左右，含氧量越高，人体的新陈代谢的能力越好，当然不是越高越好，以达到一定的饱和程度为标准，低于这个标准，可能导致机体的供氧不足，高于这个标准，人体细胞容易出现老化。

5.2.2.5学生个人数据

智能穿戴设备一方面要监测学生的各项体育锻炼数据，另一方面系统要录入学生的个人数据，包括：性别、身高、体重、年龄、身体成分，另外还可以记录学生的其它数据，如学习成绩、各个体育考试项目的体育成绩等。通过录入这些数据，可以在系统内部形成个人的小型数据库，达到追踪个人各项数据的变化过程的目的，同时可以探究体育锻炼与各项数据之间的关系，以及各项数据之间的相互关系。中小学生处在生长发育的关键时期，各项身体指标都处在积极发展的阶段，研究体育锻炼对身体各项指标的影响，有利于更好的发挥体育锻炼的积极作用，在基础能量消耗和运动能量消耗、最大心率计算中，也要用到基本的个人数据，因此录入这些学生的数据，有利于更好的发挥穿戴设备的功能，提供更加精确的数据。

5.3设置高校体育锻炼监督控制中心

为了保证体育锻炼的安全，提高体育锻炼的质量，提升学生的学习水平，在体育锻炼建设的过程中要加强监督，成立专门的高校体育锻炼监督控制中心，并安排好责任人，由该中心负责高校体育锻炼的日常教学，学生的平时锻炼的监督工作，并参与对体育锻炼的评价过程，在监督控制中心的基础上建立高校体育锻炼的监督控制体系。

智能可穿戴设备是一种可以穿在身上或贴近身体并能发送和传递信息的计算设备，它可以利用传感器、射频识别、全球定位系统等信息传感设备，接入移动互联网，实现人与物随时随地的信息交流。如智能手环、智能手表、智能眼镜等。其核心功能分为两种：一种是利用穿戴设备中的GPS定位、陀螺仪等技术，实时记录用户的运动轨迹。第二种是利用传感器测量运动者的身体数据或者外界气压等数据，如心率、血压、血氧、气温、气压、步频、步幅等。此外，智能可穿戴设备还可以内置久坐提醒、睡眠检测等功能。

设计并实现基于Android芯片和Android移动端的健身手环系统，对健身者实现动作判断，健身强度分析，饮食调养推荐等科学指导功能。该设计利用陀螺仪和加速度计采集健身者肢体动作的角度与加速度数据，使用心率传感器采集健身者心率状况，采用Android控制芯片通过算法对数据进行计算分析，通过蓝牙模块将综合数据传输到手机端应用直观地呈现。

人体姿态识别系统的框架分为硬件和软件两个部分进行阐述，在硬件部分介绍了可穿戴设备的主要硬件组成及各部分的功能，在软件部分本文介绍以手机App为载体的客户端和依托于云计算平台采用微服务架构进行设计的服务端的主要功能，最后简述客户端工作流程。

5.2.1硬件部分

该系统硬件设计的主要目的是实现一个轻量级的人体运动和姿态识别的信息采集设备，可以安放在使用者的腰部，从而不会影响使用者的正常生活。其中硬件的核心是印刷电路板（PCB）的设计，目前可穿戴设备的印刷电路板中集成了多种传感器，本文主要介绍如何使用可穿戴设备中惯性测量单元（IMU）以及三轴电子罗盘（磁力计）采集人体的运动信息。图2展示了一个目前常见的可穿戴设备中印刷电路板的物理组成，它集成了USB连接器，微控制器模块，3轴电子罗盘，电池充电器及LED灯等常用模块。

5.2.1.1三轴加速度传感器

三轴加速度传感器也称加速度计是一种能够测量载体的加速力（加速力即质点加速过程当中作用在该质点上的力，它可以是常量，如重力g，也可以是变量），并将加速度转换成为可输出的电信号的典型的MEMS力学传感器，并且，加速度计能提供相关速度和位移信息，对加速度信号进行监听与分析便能得到其载体当前的运动状态。目前大多数民用的智能手表都内置了加速度计。目前主流的加速度计主要是通过其敏感元件的不同来进行分类的，主要分为压电式、电容式、隧道电流式和谐振式加速度传感器。这些加速度计的工作原理都是相似的，都是在外力的作用下敏感元件发生形变或位移等从而产生不同的电压变化，即将加速度信号转变为电信号，再经过一系列处理，最后进行模数转化得到加速度计数字信号，最终将其送给操作系统进行下一步操作。

一般情况下，可穿戴设备加速度传感器三轴方向的坐标系和设备是一致的，如图所示。在通常情况下加速度传感器采集到的加速度除了包含由外力所产生的线性加速度外，也包含了重力加速度，这是由重力传感器受到垂直向下大小为1G的重力影响，并根据加速度传感器坐标轴进行计算得到每个轴上的重力加速度分量所引起的。

5.2.1.2陀螺仪

类比于加速度传感器，陀螺仪又被称为角速度传感器，它测量的是物体偏转或倾斜时的转动角速度，分为测量单个方向的单轴陀螺仪和测量至少三个方向的三轴陀螺仪两种，本研究采用的是后者。陀螺仪主要由旋转轴、转子、方向坐标系、陀螺帧组成，如图所示。陀螺仪的应用很是普遍，如作为汽车、舰船或航天飞机的导航，作为稳定器使列车在单轨道上运行等。同时，因其对角度变化的敏感性，也有一些研究学者通过陀螺仪来进行人体行为识别的研究。现在通用的MEMS陀螺仪的工作原理主要是应用了科里奥利效应，通过测量陀螺仪的敏感元器件所受到的科里奥利力来计算出设备在单位时间内的旋转角度其中科里奥利力。

5.2.1.3连接器

USB连接器除了为电池充电外，还用于与个人电脑或便携式设备通信。当连接时，该设备被识别为一个通用的存储设备。在PC端，通过定制软件可以和穿戴设备进行通信。软件用于从设备下载数据并将信息上传到云端，清除设备数据（清空内存存储），以及通过USB接口进行固件升级等功能。

5.2.1.4无线通信模块

无线通信模块通常支持蓝牙4.0规范，和传统蓝牙（蓝牙3.0以下）相比，其最显著的特点就是具备了低功耗模式，低功耗蓝牙的前身是诺基亚开发的Wire技术，本是作为一项专为移动设备开发的极低功耗的移动无线通信技术，在被蓝牙技术联盟接纳并规范化之后重命名为Bluetooth Low Energy。除此之外，蓝牙4.0还降低了信息传输的延迟，延长了休眠时间，仅在需要执行动作时才被唤醒，使用AES-128加密算法对数据包进行加密和认证等特点。

5.2.1.5IMU模块

通常一个IMU由一个三轴加速度传感器和一个三轴陀螺仪构成。加速度传感器检测物体在载体坐标系独立三轴的加速度信号，而陀螺仪测量载体相对于载体坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。相较于只使用加速度传感器采集数据，利用加速度传感器和陀螺仪相结合的方式可以更精确的体现出可穿戴设备所在身体部位的方位变化，从而更精确的识别人体的姿态，显著提高姿态识别系统的性能。

5.2.1.6数据处理模块

微控制器模块还具备一定的数据处理能力，方便对采集到的加速度信号和角速度信号进行滤波，其数据处理能力来自于其中集成的微处理器，静态随机存取存储器（SRAM）以及闪存（flash），这样的配置对于开发大部分的姿态识别功能绰绰有余。

5.2.2软件部分

该系统的软件部分主要由客户端和服务端两部分组成，客户端主要依靠用户手机中的App，当用户打开手机App通过蓝牙与可穿戴设备建立连接后整个系统才正式开始运行。手机通过蓝牙接收可穿戴设备中的传感器信号，由于目前的智能手机中都普遍配有GPS模块，可以利用GPS模块将用户个人的地理位置信息和传感器数据打包，然后以一定的时间间隔通过互联网发送到服务端，为实现更加丰富的功能提供支持。另一方面，手机App还需要提供UI界面，对服务端返回的姿态识别结果进行显示，从而实现人与姿态识别系统的交互。服务端则是依托于云计算平台使用微服务的架构进行设计，提供了数据的存储，姿态识别的功能并且能够针对用户需求实现丰富的服务端逻辑。云计算是指通过互联网（“云”）的方式提供了计算能力，并且以服务的方式抽象出了复杂的底层技术架构（服务器、网络、数据库等），允许用户随时随地通过互联网访问他们的数据和应用程序。这种方式将会减少客户端对硬件的需求，使用者不需要专门架设服务器、独立的数据中心等基础设施，有助于减少姿态识别系统的运营开销。而微服务架构按照功能将系统划分为多个服务实例，每个服务实例相对独立、相互隔离，方便对其进行扩容缩容以及升级，这就意味着系统可以按需提供云端资源。云端对每个用户的资源使用情况进行监控，可以根据实际情况自动增加或者减少用户的计算资源、存储资源或是网络带宽，这种方式可以在保证原有功能不受影响的情况下，更加灵活的应对业务需求产生的变化。云计算拥有大量的计算资源，从而增加了整个系统对大数据的处理能力。机器学习以及深度学习算法往往需要大量的数据对模型进行训练，以保证模型拥有较好的识别精度，随着系统使用人数的增加，姿态识别模型可能会随着数据量的增长而产生改变，所以云端的计算能力在姿态识别领域显得尤为重要。

目前的移动客户端开发主要有三种模式：第一种是使用原生应用（Native App）进行开发，针对特定的平台构建，例如使用Objective-C、Swift开发IOS应用或是使用Java开发Android应用；第二种是基于web技术的混合开发模式（HTML5Hybrid），采用Cordova、Ionic等框架；最后则是原生混合的开发模式（Native Hybrid），采用X marine或React Native框架。

客户端工作的流程由两大部分组成：第一，作为GATT客户端接收可穿戴设备通过低功耗蓝牙发送的数据；第二，与云端的人体姿态识别服务系统进行数据交互，并提供人机交互界面对识别结果进行显示，本章节将具体介绍这一部分的内容。客户端初始化完成后，与服务器建立Web Socket连接，向服务端传输可穿戴设备中的数据和GPS地理位置信息，同时对服务端返回的姿态识别结果进行显示。

5.2.3个人识别系统

基于学生姓名、学号、性别、专业等基本资料，个人识别登录，构建数据库，进行分类管理，针对不同类别学生数据进行分析，及时发现群体锻炼中存在的问题。在数据库中可以按照不同发展要求提取相应锻炼数据，查看学生锻炼情况，分析其锻炼科学合理性，在相应锻炼任务中，判断学生是否达标。分类管理生成不同运动数据，对比分析找出数据差异和问题，完善运动锻炼的数据管理。

5.2.4构建完整的高校体育锻炼监控管理模式

起始端监控：

高校需要完善运动场地设施，在运动场馆的出入口放置人脸识别设备或指纹打卡设备，由于每名学生已提前将的个人信息录入个人账户，所以学生在运动场所的入口可通过人脸识别或指纹进行打卡，一对一确认身份信息。

过程监控：

学生佩戴相关智能穿戴设备在运动场地上进行运动，智能穿戴设备实时监控、收集数据。

终止端监控：

学生运动结束之后，在运动场地出口再次进行人脸打卡或指纹打卡。

数据辨别分析处理：

确认符合个人信息之后，智能穿戴设备将数据上传到PC端平台，平台分析处理数据之后，将所得结果发送至三方，一方为高校大学生的体育信息数据库，建立档案可用作上级大数据分析；一方发送给校方教师，以便教师对每位学生的体育锻炼进行考勤记录，用作评奖评优依据；还有一方反馈给学生本人，既可以让学生对自身的体育锻炼产生直观的认知，作为后续的锻炼参考，亦可以形成每位学生终生体育锻炼诚信档案。

　总结：

对于高校体育锻炼管理的整体监控，是从宏观的视角来监督控制高校体育锻炼监控管理的整体运行，一般由学校的体育主管部门或者学校相关领导对于高校体育锻炼监控管理的体系监督；对于高校体育锻炼监控管理的个体监控，就是从微观的视角来具体监督控制体育锻炼监控管理教学过程中出现的问题，一般会具体监控到人或者课堂，个体监控可以是由体育锻炼监控管理监督控制中心来进行，也可以由师生互相监督，自我监督来进行。对于高校体育锻炼监控管理实施全过程与重点过程的监控，一方面满足了体育锻炼监控管理建设的需要，

另一方面更是满足了提升大学生体育课的课程质量。全过程监控是指监督控制要落实到体育锻炼监控管理的每一节课，每一个教学环节，重点过程监控就要在重点的部分比如大学生的体质健康，教师的教学方法，课程的评价，等进行重点的监控。同时注意树立科学合理的监控理念，不断创新监控的方法手段，完善监督控制体系来提高体育锻炼监控管理的监控水平。

可以通过多途径了解可穿戴设备信息，在可穿戴设备的使用功能，使用时间，使用频率，使用时长方面存在一定性别差异性；使用体育类可穿戴设备对大学生体育锻炼的频率和时长有积极影响，使用满意较高；但存在功能单一，计算失准，安全性差等问题，需加强可穿戴设备的功能性和安全性研发设计。受到学生、教师、学校、设备四方面因素的影响；因为智慧社会建设需要，体育课程改革需要，学生身心发展需要，势在必行；同时由于政策指导，财政保障，技术支持，切实可行；在建设过程中，要注意以人为本，加强规范监督，统一标准体系以防止人的异化，保障个人隐私，促进教育公平。

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高校对大学生体育锻炼监控管理模式研究 ——基于智能穿戴设备的应用

价格 ¥9.90 发布时间 2023年5月13日

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