佘如辰 封又民

“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下智能可穿戴設(shè)備在學(xué)校體育教學(xué)中的應(yīng)用潛力探析*

佘如辰 封又民

（湖南師范大學(xué)體育學(xué)院，湖南 長沙 410081）

在“互聯(lián)網(wǎng)+”和“大數(shù)據(jù)”時代到來的背景下，對智能可穿戴設(shè)備能否有效地提高學(xué)校體育教學(xué)的成果進(jìn)行分析和推理，并以此作為判斷智能可穿戴設(shè)備是否可在學(xué)校體育教學(xué)中普遍使用的依據(jù)。

智能穿戴設(shè)備；學(xué)校體育；教學(xué)；應(yīng)用前景

近年來，我國對于體育發(fā)展的重視程度不斷加大，2019年9月2日國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《體育強(qiáng)國建設(shè)綱要》說明了國民體育在當(dāng)代社會和國際背景下的重要性。在一系列政策下，首當(dāng)其沖的便是學(xué)校體育。而現(xiàn)如今的學(xué)校體育教學(xué)依然存在很多的短板，如何一改以往陳舊的教學(xué)模式，充分挖掘?qū)W生潛力，為體育教學(xué)增添新動力是廣大的體育教育工作者的致力所向。要想突破滯后的教學(xué)模式，當(dāng)下最盛行的方法之一便是與科技結(jié)合起來。

但是,體育教學(xué)與信息技術(shù)之間的結(jié)合還有很多困境亟待突破，包括一些體育活動需要較大的場地、室外運(yùn)動的不確定性、教學(xué)地點(diǎn)與教學(xué)對象不固定等一系列問題，這些都是體育教學(xué)與信息技術(shù)結(jié)合中不可忽視的阻力因素。而且，在體育課上學(xué)生屬于“運(yùn)動的主體，移動的個體”，要想對每個學(xué)生進(jìn)行生理狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控，在過去很難實(shí)現(xiàn)。但智能可穿戴設(shè)備技術(shù)出現(xiàn)使得這一窘境有望改變，因?yàn)槿缃袷忻嫔虾芏嗟闹悄芸纱┐髟O(shè)備都可以對人體生理狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，如運(yùn)動強(qiáng)度的判斷、運(yùn)動軌跡的追蹤、能量消耗的計(jì)算，睡眠時間和質(zhì)量的科學(xué)分析等等。市面上在售的有關(guān)穿戴設(shè)備如小米手環(huán)、華為watch和蘋果watch等基本等同于一塊電子表的價格，很多學(xué)生都可以負(fù)擔(dān)得起[1]，并且運(yùn)動手表或是運(yùn)動手環(huán)的使用已常見于在校學(xué)生。所以智能穿戴設(shè)備的發(fā)展為更好地開展學(xué)校體育教學(xué)提供了一個很好的契機(jī)。

1 研究背景

1.1 智能可穿戴設(shè)備概述

可穿戴設(shè)備是一種新興的電子智能科技產(chǎn)品，以手表、手環(huán)等小配件的形式供人們隨身攜帶，一是可以用來監(jiān)測日常生活的相關(guān)活動，包括睡眠質(zhì)量、血壓、心率等；還可以記錄一天內(nèi)的運(yùn)動量（步數(shù)，爬樓梯層數(shù)、消耗能量等）。其中，使用最為廣泛的便是以手表或手環(huán)形式存在的智能穿戴設(shè)備。智能手表是新興起的一個科技領(lǐng)域。它可以監(jiān)測使用者的身心健康及活動環(huán)境狀況，將采集的數(shù)據(jù)與移動平臺同步，監(jiān)測和分析使用者的健康狀況、運(yùn)動情況，實(shí)現(xiàn)用戶活動體驗(yàn)及活動心得共享[2]。

1.2 智能可穿戴設(shè)備在當(dāng)代大學(xué)生中的使用情況

本次問卷調(diào)查采用網(wǎng)絡(luò)發(fā)放的形式，在問卷內(nèi)對智能可穿戴設(shè)備進(jìn)行了一個簡單的定義，對不同專業(yè)、不同地區(qū)的在校大學(xué)生發(fā)放問卷，共收回有效問卷159份。其中有64人在日常生活中都在使用智能可穿戴設(shè)備，設(shè)備的類型基本是運(yùn)動手環(huán)。另外還有95人未曾使用過智能可穿戴設(shè)備，但對其都有一定的了解。

分析調(diào)查數(shù)據(jù)可得：使用智能可穿戴設(shè)備的人群有50%都是認(rèn)可其在日常生活中的重要性，持中立態(tài)度的占41.67%，認(rèn)為作用不大的只占了8.33%；反觀未使用可穿戴設(shè)備的人群，持中立態(tài)度的占57.14，只有28.56%的人認(rèn)為智能可穿戴設(shè)備在日常生活中有一定的作用。得出這樣的結(jié)論也是情理之中，正因?yàn)槿绱?，這些人群才會選擇不使用可穿戴設(shè)備。

綜上所述，智能可穿戴設(shè)備在各個專業(yè)的學(xué)生群體中已然流行開，在調(diào)查中顯示有近乎一半的學(xué)生在使用智能可穿戴設(shè)備，即使那部分未使用穿戴設(shè)備的學(xué)生，也對其有一定的了解。這也間接說明了此課題的研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2 智能穿戴設(shè)備應(yīng)用于學(xué)校體育教學(xué)的必然性

2.1 當(dāng)下國內(nèi)學(xué)校體育教學(xué)亟待解決的問題

雖然從建國至今國家對體育的重視程度不斷提高，出臺的相關(guān)政策和文件也很多，這么多年來體育行業(yè)確實(shí)也得到了長足的發(fā)展，但是距我們要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)也還無法望其項(xiàng)背。學(xué)校體育一直作為重中之重，對其進(jìn)行的教育改革也開展來多次，但依然存在著一些棘手的問題。

2.1.1教學(xué)內(nèi)容上缺乏系統(tǒng)性、連貫性，課程枯燥乏味

由于目前的學(xué)校體育的教學(xué)內(nèi)容陳舊、單一，采用的依然是很多年前的教學(xué)方案，因此也很難基于原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新教學(xué)?？v向上，教育體系未處理好上下銜接關(guān)系。教材大多以竟技體育項(xiàng)目為主 ,大中小學(xué)重復(fù)內(nèi)容過多,不同學(xué)段的教材內(nèi)容既沒有體現(xiàn)出階段性、延續(xù)性,也沒有體現(xiàn)出學(xué)校體育的總體目標(biāo)。在橫向上對不同學(xué)段的教學(xué)、訓(xùn)練、競賽以及與相應(yīng)的師資水平等沒有做具體的、明確的規(guī)定,使得三者之間的關(guān)系難以處理。由于大中小學(xué)的教學(xué)缺乏系統(tǒng)的科學(xué)的安排,嚴(yán)重地影響了學(xué)校的體育教學(xué),使得體育教學(xué)難以適應(yīng)素質(zhì)教育的要求[4]。除此之外，課程內(nèi)容包含了太多基礎(chǔ)性和重復(fù)性的練習(xí)，長此以往可能讓學(xué)生對訓(xùn)練課產(chǎn)生枯燥感，甚至抵觸心理。

2.1.2采用集中教學(xué)的模式，很難做到因材施教

我國現(xiàn)階段下的學(xué)校體育教學(xué)大多采用集中教學(xué)的模式，在一節(jié)體育課上，分配到每個學(xué)生的教學(xué)任務(wù)基本一致，因此一節(jié)課下來每個學(xué)生的訓(xùn)練時間、訓(xùn)練強(qiáng)度等也都相同。這一訓(xùn)練模式就忽略了學(xué)生間的個體差異，每個學(xué)生在一節(jié)訓(xùn)練課上所能接受得內(nèi)容有多有少，能夠承受得訓(xùn)練強(qiáng)度也有大有小，這就使得很多學(xué)生不能物盡其用，人盡其才。若訓(xùn)練任務(wù)過少，訓(xùn)練量過小，那么這節(jié)訓(xùn)練課的效果就不明顯；反之對于某些學(xué)生而言就是訓(xùn)練過量，超過了其所能承受的負(fù)荷，有可能導(dǎo)致過度疲勞，甚至?xí)a(chǎn)生運(yùn)動損傷。

2.1.3難以及時掌握學(xué)生的身體基礎(chǔ)機(jī)能情況，可能會引發(fā)教學(xué)事故

如上所述：在一節(jié)訓(xùn)練課上，學(xué)生較多，而教師只有一個，在以往的教學(xué)模式下教師根本不可能做到對每個學(xué)生生理情況的精確掌控。若只是通過觀察來判斷學(xué)生是否能夠繼續(xù)課程，一是學(xué)生過多教師難免會產(chǎn)生疏忽；另一方面主觀性太強(qiáng)，僅僅通過觀察難以對每個學(xué)生的生理情況有一個較準(zhǔn)確的判斷。假設(shè)某個學(xué)生的運(yùn)動狀態(tài)到達(dá)了他的極點(diǎn)，而此時教師判斷錯誤，依然覺得該學(xué)生可以繼續(xù)訓(xùn)練，那么在此種情況下就很容易導(dǎo)致該學(xué)生過度疲勞，甚至運(yùn)動猝死，引發(fā)教學(xué)事故。

2.2 智能可穿戴設(shè)備可以為學(xué)校體育教學(xué)帶來的改變

2.2.1防止運(yùn)動損傷、教學(xué)事故的產(chǎn)生

目前，普通的運(yùn)動手環(huán)已經(jīng)可以對血壓、呼吸、心率、能量消耗等一些身體指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。在所有的運(yùn)動中心率變化是尤為重要的，心率的高低，既可以反應(yīng)運(yùn)動的強(qiáng)度，也可以作為是否可以繼續(xù)運(yùn)動的參考指標(biāo)。假如在運(yùn)動過程中出現(xiàn)心率過快的情況，甚至超出了安全閾值，那么出于安全考慮，學(xué)生應(yīng)即刻停止運(yùn)動，將心率恢復(fù)到安全的水平。長春理工大學(xué)的翟紅藝等人設(shè)計(jì)了一種有鍍銀織物電極的穿戴衣，在低強(qiáng)度的運(yùn)動環(huán)境下，該穿戴設(shè)備R波的識別準(zhǔn)確率高達(dá)96.37%[5]。穿戴式汗液傳感器能夠通過穿戴者所分泌的汗液來精確地檢測出身體機(jī)能各項(xiàng)理化性質(zhì)的情況。若有某項(xiàng)指標(biāo)超出閾值則設(shè)備會自動報警，提示終止運(yùn)動狀態(tài)，這就有效地保證了在訓(xùn)練過程中出現(xiàn)運(yùn)動損傷。

2.2.2規(guī)范技術(shù)動作

目前雖然一些學(xué)校在訓(xùn)練課上有些采用了高薪科技的教學(xué)方法，但其所進(jìn)行的僅僅停留在基礎(chǔ)生理指標(biāo)的監(jiān)控，有關(guān)動作的捕捉和分析設(shè)備也僅在國家訓(xùn)練隊(duì)有所使用，所以從教學(xué)形式來看還是沒有本質(zhì)上的改變，技術(shù)動作的教學(xué)也沒有擺脫陳舊的那一套。若將可進(jìn)行動作捕捉和分析的穿戴設(shè)備應(yīng)用于學(xué)校體育教學(xué)，就有望使學(xué)生的技術(shù)訓(xùn)練方式煥然一新，大大提高技術(shù)訓(xùn)練的效率。對于相關(guān)技術(shù)在國際上其實(shí)早已成熟，例如美國Zepp公司針對羽毛球、高爾夫球和網(wǎng)球等運(yùn)動，開發(fā)出了相關(guān)穿戴設(shè)備，此設(shè)備可以在運(yùn)動過程中實(shí)時捕捉運(yùn)動員的技術(shù)動作，在運(yùn)動結(jié)束后，運(yùn)動員和教練可以通過查看當(dāng)時所采集的數(shù)據(jù)和回放來分析運(yùn)動員的技術(shù)動作，并以此作為改良運(yùn)動員動作的參考依據(jù)[6]。除此之外，為了幫助滑雪初學(xué)者更快的掌握滑雪運(yùn)動的正確姿勢，Spelmezan團(tuán)隊(duì)專門設(shè)計(jì)了滑雪穿戴設(shè)備，此設(shè)備可以識別初學(xué)者犯的高頻錯誤，然后將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送到教練的終端上，教練就可以遠(yuǎn)程指導(dǎo)糾正他們的姿勢和動作，這就大大的減少了時間和空間上的限制[7]。在國內(nèi)相關(guān)設(shè)備的研發(fā)也一直層出不窮，如一些公司已經(jīng)開發(fā)出了“智能鞋”，他們在鞋子里安裝傳感器等微縮電子設(shè)備，除了可以記錄運(yùn)動距離、能量消耗等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，還可以測量跑步的專業(yè)運(yùn)動數(shù)據(jù)，包括腳掌觸地的角度、在地面的停留時間和騰空時間等數(shù)據(jù)，在終端上對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整合計(jì)算，便可以按照標(biāo)準(zhǔn)動作為運(yùn)動者提出改良運(yùn)動姿勢的建議，減少因錯誤運(yùn)動而帶來的身體損傷。陳立龍等人提出將可穿戴設(shè)備與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)時采集學(xué)生的運(yùn)動數(shù)據(jù)，再利用這些數(shù)據(jù)使學(xué)生的運(yùn)動狀態(tài)在虛擬現(xiàn)實(shí)中展現(xiàn)出來，使運(yùn)動數(shù)據(jù)實(shí)時可視化。在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的不斷發(fā)展下，這一系列的可穿戴設(shè)備在將來都有可能普遍應(yīng)用到教學(xué)中，為體育教學(xué)開拓出一片新天地。

2.2.3激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

普遍來說，目前大多數(shù)體育課上的學(xué)生都存在著缺乏學(xué)習(xí)興趣的問題。原因在于授課方式依然是陳舊的那一套，學(xué)生難免會在課上提不起興趣，也難以做到全力以赴、保質(zhì)保量的完成每一個訓(xùn)練環(huán)節(jié)，如此一來就大大降低了訓(xùn)練效果。若將這種智能技術(shù)應(yīng)用到體育教學(xué)中來，讓每個學(xué)生穿戴這種設(shè)備，在訓(xùn)練過程中自主的去操作，通過此先進(jìn)的技術(shù)實(shí)時的掌握自己的身體機(jī)能情況，了解自己動作的偏差，及時修正，在一節(jié)課結(jié)束后可以通過設(shè)備的數(shù)據(jù)分析了解自己這節(jié)課的訓(xùn)練成果，可以一改以往訓(xùn)練的枯燥乏味，為學(xué)校體育教學(xué)增添了新動力。

調(diào)查顯示，有近80%的高校學(xué)生對于智能可穿戴設(shè)備在學(xué)校體育教學(xué)中的發(fā)展前景都是極其看好的，他們認(rèn)為智能可穿戴設(shè)備在學(xué)校體育教學(xué)中能夠發(fā)揮重大的作用。本次的調(diào)查對象的主體是學(xué)生，他們站在學(xué)生的立場上能夠發(fā)現(xiàn)當(dāng)前體育課的模式存在的不足，在對智能可穿戴設(shè)備有一定了解的基礎(chǔ)上做出了判斷，也從一定程度上說明了智能可穿戴設(shè)備在體育教學(xué)上能夠發(fā)揮作用。

圖1 智能可穿戴設(shè)備在學(xué)校體育教學(xué)中的發(fā)展前景調(diào)查

3 對于智能可穿戴設(shè)備的未來展望

3.1 在課堂上

按學(xué)號給穿戴設(shè)備編號，分發(fā)給每個學(xué)生，每個設(shè)備的終端都為教師的電腦，可穿戴設(shè)備在課程進(jìn)行中可實(shí)時的將數(shù)據(jù)發(fā)送到終端上，教師通過電腦查看就可以精確的了解到每個學(xué)生的生理狀況，針對學(xué)生不同的情況進(jìn)行區(qū)別教學(xué)，也能有效地預(yù)防學(xué)生因超負(fù)荷訓(xùn)練而導(dǎo)致的運(yùn)動損傷。

3.2 在課堂外

在體育課結(jié)束后，教師通常會布置給學(xué)生額外的訓(xùn)練任務(wù)，有些學(xué)生可以不折不扣地完成，但存在一部分學(xué)生出于惰性不能盡心盡力地完成，到下節(jié)課謊稱自己已完成。教師則不能準(zhǔn)確的了解每個學(xué)生的課外訓(xùn)練情況。若將這種已編號的穿戴設(shè)備發(fā)給每個學(xué)生，教師則可以通過自己的終端清楚地了解到哪些學(xué)生是真正地完成了課外的訓(xùn)練任務(wù)，這就有效避免了教師僅僅通過學(xué)生的一面之詞來了解任務(wù)的完成情況的尷尬情形。

3.3 教學(xué)評價方面

目前對于教師的教學(xué)評價僅僅是通過向?qū)W生發(fā)放問卷或讓學(xué)生進(jìn)學(xué)校的教學(xué)評價系統(tǒng)對教師進(jìn)行一個評價。這種方法雖然一直沿用，但其可信度和準(zhǔn)確度還有帶考究，難免會有學(xué)生對教師存在偏見，在填寫問卷時不能實(shí)事求是。若將智能穿戴設(shè)備給出的每個學(xué)生這一學(xué)年的數(shù)據(jù)作為一個參考項(xiàng)，通過學(xué)生技能水平和身體素質(zhì)地提升程度來對教師作出教學(xué)評價，那將會大大地提高其準(zhǔn)確度，對教師教學(xué)的促進(jìn)作用也是極大的。

到目前為止，雖然智能可穿戴設(shè)備的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，在醫(yī)療和健身領(lǐng)域應(yīng)用較多，但并未真正地吸納到體育教學(xué)中來。若想從理論走向?qū)嵺`，還需要多方面地努力。首先就是成本問題，雖然市面上如小米手環(huán)、華為watch、蘋果watch等，價格也都在大眾水平，但其功能也就僅僅停留在檢測心率、血壓和能量消耗等，要想涉及到汗液檢驗(yàn)、動作捕捉等技術(shù)時，還僅在專業(yè)運(yùn)動員的身上有所應(yīng)用。最后，現(xiàn)階段可穿戴設(shè)備的疲勞判定、能量消耗地計(jì)算以及動作捕捉等技術(shù)都需要運(yùn)用特定的公式，這些公式是否合理還有待考究。

總的來說，要想從根本上改良體育教學(xué)模式，將智能可穿戴設(shè)備應(yīng)用到體育教學(xué)中是大勢所趨。這將是一個嚴(yán)峻地考驗(yàn)同時也是難得的機(jī)會。

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[7]DANIEL SPELMEZAN，ADALBERT SCHANOWSKI，JAN BORCHERS. Wearable Automatic Feedback Devices for Physical Activities[C]/ / ICST. Body Nets '09 Proceedings of the Fourth International Conference on Body Area Net- works. Brussels，Belgium:ICST，2009.

Analysis of the Application Potential of Intelligent Wearable Devices in School PE under the Background of "Internet Plus"

SHE Ruchen, etal.

(Hunan Normal University, Changsha 410081, Hunan, China)

湖南省社科項(xiàng)目（16YBA277）；湖南省教育廳項(xiàng)目（16C1012）。

佘如辰（1996—），碩士生，研究方向：民族傳統(tǒng)體育學(xué)。

封又民（1972—），博士，副教授，研究方向：民族傳統(tǒng)體育。