黃筱君，虞麗娟，王嘉慶，夏 俊，趙軍民，王 杰

（1.上海體育學(xué)院 運(yùn)動科學(xué)學(xué)院，上海 200438；2.上海市政協(xié)，上海 200041；3.上海大學(xué)市北附屬中學(xué) 體育部，上海 200072；4.上海交通大學(xué) 體育系，上海 200240；5.上海體育學(xué)院 體育教育訓(xùn)練學(xué)院，上海 200438）

1 研究背景

2016 年，《國務(wù)院辦公廳關(guān)于強(qiáng)化學(xué)校體育 促進(jìn)學(xué)生身心健康全面發(fā)展的意見》[1]提出全面提高學(xué)生體育素養(yǎng)，開展運(yùn)動項目教學(xué)，提高學(xué)生專項運(yùn)動能力，運(yùn)用現(xiàn)代化手段對體育課進(jìn)行監(jiān)控。體育素養(yǎng)相關(guān)概念及測評體系研究開始引起國內(nèi)學(xué)者的關(guān)注。陳思同等[2]結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究，將體育素養(yǎng)界定為人類在生命過程中獲得利于全人生存發(fā)展的運(yùn)動要素的綜合。國內(nèi)部分學(xué)者開始借鑒國外成熟的體育素養(yǎng)評價和測評體系，并結(jié)合我國國情制定中國特色的學(xué)生體育素養(yǎng)測評體系，形成以體育意識、體育知識、體育行為、體育技能和體質(zhì)水平為主要維度的青少年體育素養(yǎng)測評體系[3]。

上海市作為國家教育改革綜合示范區(qū)，率先啟動了體育素養(yǎng)研究，大致分為4 個階段：第一階段為體育素養(yǎng)測評的策劃與建設(shè)階段；第二階段為體育素養(yǎng)評價的試點(diǎn)與推行階段；第三階段為體育素養(yǎng)指數(shù)提升的運(yùn)動指導(dǎo)階段；第四階段為體育素養(yǎng)數(shù)據(jù)分析與智慧服務(wù)階段。前2 個階段主要實(shí)施以學(xué)生體育素養(yǎng)評價代替學(xué)生體質(zhì)健康評價的改革，構(gòu)建相對科學(xué)、系統(tǒng)的學(xué)生體育素養(yǎng)評價體系，并在上海進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)上海市學(xué)生體育素養(yǎng)指數(shù)80 分的目標(biāo)[4]。第三階段通過實(shí)施教學(xué)方法改革，實(shí)現(xiàn)學(xué)生體育素養(yǎng)的整體提升，達(dá)到體育素養(yǎng)指數(shù)85 分的目標(biāo)。目前較多學(xué)者以營養(yǎng)處方、損傷康復(fù)處方、心理指導(dǎo)及運(yùn)動處方為主開展研究[5]，并依據(jù)不同學(xué)生體質(zhì)健康狀況推薦合適的運(yùn)動處方，達(dá)到健康促進(jìn)的目的[6]。為達(dá)到更好的運(yùn)動干預(yù)效果，部分學(xué)者提出體能訓(xùn)練與運(yùn)動技能相結(jié)合的綜合性運(yùn)動干預(yù)方案[7]，并通過實(shí)驗驗證其有效性[8]。雖然大部分運(yùn)動干預(yù)手段對學(xué)生體質(zhì)健康發(fā)揮著重要作用，但指導(dǎo)者與被干預(yù)對象間缺少交互，處方執(zhí)行情況得不到及時反饋，過程缺乏精準(zhǔn)運(yùn)動指導(dǎo)，未充分考慮被干預(yù)對象的個性化特征。相關(guān)研究也開發(fā)了學(xué)生體質(zhì)健康促進(jìn)系統(tǒng)[9]、運(yùn)動處方專家系統(tǒng)[10]，但其干預(yù)的依據(jù)是學(xué)生的體質(zhì)健康數(shù)據(jù)，未考慮學(xué)生的體育行為、體育技能等數(shù)據(jù)，未形成運(yùn)動干預(yù)閉環(huán)。此外，體育素養(yǎng)指數(shù)排名后10%的學(xué)生尚未受到學(xué)者們的關(guān)注，該類學(xué)生的體育素養(yǎng)一級和二級指標(biāo)得分往往低于60 分，且常常被貼上肥胖、近視、無體育技能、每日活動量較少等“標(biāo)簽”，往往是學(xué)校和家長關(guān)注的重點(diǎn)。對體育素養(yǎng)指數(shù)較低的學(xué)生進(jìn)行運(yùn)動指導(dǎo)以提升其素養(yǎng)成為提高全市體育素養(yǎng)指數(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。

上?！笆奈濉币?guī)劃提出全面推進(jìn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型，建成信息數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)平臺，為全民健身提供運(yùn)動指導(dǎo)[11]。學(xué)生體育素養(yǎng)提升第四階段的任務(wù)正是在教育數(shù)字化背景下提出的，其目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)學(xué)生體育素養(yǎng)提升的智慧化服務(wù)。但目前學(xué)生體質(zhì)健康數(shù)據(jù)仍采取人工測試和表格上傳的方式，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和上傳即時性無法保障[12]。部分研究[13]探討了基于“互聯(lián)網(wǎng)+”和可穿戴設(shè)備的學(xué)生運(yùn)動鍛煉狀態(tài)監(jiān)控，證實(shí)了信息技術(shù)對學(xué)生體質(zhì)健康的提升有較大幫助，但缺乏學(xué)生基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支撐，未形成真正意義上的學(xué)生體質(zhì)健康大數(shù)據(jù)。本文在知識表示的基礎(chǔ)上，將海量的學(xué)生體育素養(yǎng)數(shù)據(jù)、知識庫數(shù)據(jù)、規(guī)則庫數(shù)據(jù)等轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可識別的語言，將學(xué)生數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)平臺相連，從而全方位診斷、分析學(xué)生的運(yùn)動狀態(tài)，最大化發(fā)揮體育素養(yǎng)大數(shù)據(jù)的價值，為學(xué)校體育發(fā)展提供新路徑[14]。

綜上所述，學(xué)生體育素養(yǎng)提升相關(guān)研究主要集中在運(yùn)動處方和指導(dǎo)方案的制定、學(xué)生體質(zhì)健康提升的運(yùn)動干預(yù)、學(xué)生運(yùn)動過程的監(jiān)測、大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建等單一方面，未針對學(xué)生體育素養(yǎng)提升形成閉環(huán)系統(tǒng)?；诮逃龜?shù)字化轉(zhuǎn)型的時代背景，本文以智能系統(tǒng)理論和信息技術(shù)為支持，構(gòu)建集數(shù)據(jù)采集、智能分類、個性化指導(dǎo)、智能監(jiān)測、反饋與優(yōu)化為一體的高中生體育素養(yǎng)提升智能指導(dǎo)系統(tǒng)，解決高中生運(yùn)動過程數(shù)據(jù)自動采集、運(yùn)動狀態(tài)智能分析與評估、運(yùn)動指導(dǎo)方案智能優(yōu)選與自動推送等問題，從而提升運(yùn)動處方執(zhí)行的綜合效能，實(shí)現(xiàn)學(xué)生體育素養(yǎng)提升的目標(biāo)，為上海市開展群體性學(xué)生運(yùn)動干預(yù)提供方法支撐。

2 高中生體育素養(yǎng)提升智能指導(dǎo)系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

高中生體育素養(yǎng)提升智能指導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)可分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、智能支撐層、應(yīng)用層、用戶層，如圖1 所示。

圖1 高中生體育素養(yǎng)提升智能指導(dǎo)系統(tǒng)架構(gòu)Figure 1 Framework of intelligent guidance system for improving high school students' physical literacy

2.1.1 基礎(chǔ)設(shè)施礎(chǔ)設(shè)施層在搭建存儲、計算、網(wǎng)絡(luò)等硬件環(huán)境的基礎(chǔ)上，基于虛擬技術(shù)進(jìn)行資源監(jiān)控、負(fù)載調(diào)控、存儲優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效能的最大化，同時通過防火墻、網(wǎng)關(guān)及相關(guān)軟件保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2.1.2 數(shù)據(jù)資源據(jù)資源層構(gòu)建涉及學(xué)生體育素養(yǎng)智能測試和監(jiān)測等相關(guān)結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的體育素養(yǎng)數(shù)據(jù)湖，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理分析、數(shù)據(jù)反饋和數(shù)據(jù)管理的功能。

（1）數(shù)據(jù)采集。①基于移動終端和可穿戴設(shè)備采集的實(shí)時和每日運(yùn)動數(shù)據(jù)，通過建立行為數(shù)據(jù)平臺，完成對學(xué)生日常運(yùn)動行為數(shù)據(jù)、體育鍛煉評價數(shù)據(jù)的收集和存儲。②使用智能化測試設(shè)備對學(xué)生體育素養(yǎng)等相關(guān)階段性數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，構(gòu)建完整的數(shù)據(jù)庫，并以年度為周期進(jìn)行統(tǒng)計。

（2）數(shù)據(jù)處理分析。對不同來源、渠道、格式的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚歸類、清洗與轉(zhuǎn)換。同時，定位敏感信息并對數(shù)據(jù)進(jìn)行漂白、變形和去隱私化等一系列脫敏操作，構(gòu)建形成體育素養(yǎng)數(shù)據(jù)庫。利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計和比對分析等手段，幫助學(xué)生、教師等用戶了解體育素養(yǎng)指數(shù)、數(shù)據(jù)特征及分布規(guī)律，為匹配合適的分類類型和指導(dǎo)方案提供依據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)反饋。將不同時段監(jiān)測和采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，通過5G 技術(shù)將實(shí)時數(shù)據(jù)反饋到學(xué)生運(yùn)動手環(huán)，每日數(shù)據(jù)通過移動應(yīng)用反饋給學(xué)生和家長，主要包括對偏離既定目標(biāo)值的預(yù)警反饋、日常數(shù)據(jù)的信息反饋和評價反饋、階段性體育素養(yǎng)指數(shù)的反饋。

（4）數(shù)據(jù)管理。主要對數(shù)據(jù)的表結(jié)構(gòu)信息、讀寫記錄、權(quán)限歸屬和業(yè)務(wù)屬性等信息進(jìn)行收集和管理，通過在線應(yīng)用程序接口（API）提供各種場景的數(shù)據(jù)共享服務(wù)，建立訪問、存儲、內(nèi)容和運(yùn)維四位一體的安全保障體系。

2.1.3 智能支撐撐引擎是高中生體育素養(yǎng)提升智能指導(dǎo)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，包括檢索引擎、數(shù)據(jù)分析引擎、知識表示引擎、智能推薦引擎等。①檢索引擎。建立關(guān)鍵字及目錄搜索引擎，用戶可以通過關(guān)鍵字搜索調(diào)取與該關(guān)鍵字相關(guān)的所有案例信息；結(jié)合目錄架構(gòu)和搜索引擎，用戶可以通過可視化界面進(jìn)行知識信息的查詢。②數(shù)據(jù)分析引擎。基于學(xué)生體育素養(yǎng)、運(yùn)動狀態(tài)采集的數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)分析引擎，為數(shù)據(jù)挖掘分析、結(jié)果輸出、自動生成評估報告及可視化展示提供支撐。③知識表示引擎。知識表示引擎將大量不同的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表示成具有相同格式、規(guī)則統(tǒng)一的能夠讓計算機(jī)存儲和識別的知識，從而提升系統(tǒng)的計算效率。④智能推薦引擎。在知識表示的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)學(xué)生運(yùn)動項目的推薦與運(yùn)動指導(dǎo)方案的匹配：根據(jù)用戶的個人信息、運(yùn)動偏好等，智能推薦適合的運(yùn)動項目；根據(jù)學(xué)生人群分類和運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果，智能推薦學(xué)生個性化運(yùn)動指導(dǎo)方案。

2.1.4 應(yīng)用Web Service 為基礎(chǔ)，提供基于互聯(lián)網(wǎng)的“分類、指導(dǎo)、反饋、優(yōu)化”一體的高中生體育素養(yǎng)提升服務(wù)。①人群分類系統(tǒng)智能化采集學(xué)生體育素養(yǎng)等指標(biāo)并存入數(shù)據(jù)庫，以知識表示的方式將分類指標(biāo)表示為計算機(jī)可識別的語言，根據(jù)既定的分類規(guī)則對學(xué)生人群進(jìn)行智能化、自動化分類和管理。②個性化運(yùn)動指導(dǎo)系統(tǒng)將運(yùn)動指導(dǎo)的內(nèi)容和方案通過知識表示、推薦算法與人群分類進(jìn)行個性化指導(dǎo)方案匹配，并呈現(xiàn)給學(xué)生用戶。③監(jiān)測反饋與優(yōu)化系統(tǒng)對學(xué)生運(yùn)動過程進(jìn)行監(jiān)控和反饋，包括智能手環(huán)每日監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析與加工、數(shù)據(jù)預(yù)警與反饋、運(yùn)動指導(dǎo)方案優(yōu)化。

2.1.5 用戶能指導(dǎo)系統(tǒng)對各類用戶群體開放使用，面向教育部門、科研人員、學(xué)校、學(xué)生和家長提供不同的用戶服務(wù)。①教育部門。提供全體學(xué)生體育素養(yǎng)各維度整體數(shù)據(jù)匯聚總量、歷年數(shù)據(jù)匯聚發(fā)展趨勢，以及數(shù)據(jù)服務(wù)開展情況、數(shù)據(jù)使用效率，實(shí)現(xiàn)青少年體育素養(yǎng)的動態(tài)監(jiān)測、綜合評價、趨勢預(yù)測。②學(xué)校。提供本校學(xué)生的體育素養(yǎng)總體情況分析，以及本校學(xué)生與市、區(qū)級整體水平的比對分析。通過體育教育過程的記錄與監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的體育素養(yǎng)評價、發(fā)展趨勢預(yù)測、群體分析和智能干預(yù)，促進(jìn)學(xué)校青少年體育素養(yǎng)和體育教育效能的提升。③學(xué)生和家長。建立一生一檔，全程動態(tài)記錄體育素養(yǎng)的過程性和結(jié)果性評價數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生體育素養(yǎng)大數(shù)據(jù)分析，并提供基于移動應(yīng)用的個性化運(yùn)動指導(dǎo)方案智能推送，培養(yǎng)學(xué)生的主動健康意識，形成日常體育鍛煉習(xí)慣，提高學(xué)生體育素養(yǎng)水平。④科研人員。提供面向群體和個體的體育素養(yǎng)數(shù)據(jù)支持，為科研人員開展學(xué)生體育素養(yǎng)科研工作提供服務(wù)支撐，促進(jìn)學(xué)生體育素養(yǎng)領(lǐng)域的研究發(fā)展。

2.2 高中生體育素養(yǎng)提升智能指導(dǎo)系統(tǒng)功能

高中生體育素養(yǎng)提升智能指導(dǎo)系統(tǒng)的功能包括高中生人群分類、個性化運(yùn)動指導(dǎo)、運(yùn)動監(jiān)測反饋與優(yōu)化等。

2.2.1 高中生人群分中生人群分類功能包括高中生人群分類及學(xué)生體育素養(yǎng)評價。人群分類主要依據(jù)分類規(guī)則以及體育素養(yǎng)的二級和三級指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)生的分類，其中分類規(guī)則事先由人工設(shè)定。學(xué)生體育素養(yǎng)評價基于知識表示和評價規(guī)則對學(xué)生進(jìn)行體育素養(yǎng)特征刻畫，其中評價規(guī)則也由人工進(jìn)行預(yù)先設(shè)定。

2.2.2 個性化運(yùn)動指性化運(yùn)動指導(dǎo)功能包括運(yùn)動項目推薦和運(yùn)動指導(dǎo)方案匹配。運(yùn)動項目推薦采用針對高中生個人運(yùn)動偏好、學(xué)習(xí)經(jīng)歷和參與經(jīng)歷的混合評分的用戶協(xié)同過濾推薦算法，準(zhǔn)確推薦學(xué)生喜歡的運(yùn)動項目。運(yùn)動指導(dǎo)方案匹配將個性化運(yùn)動指導(dǎo)方案與基于體育素養(yǎng)的學(xué)生人群分類進(jìn)行適配，保證不同類別學(xué)生運(yùn)動指導(dǎo)方案的個性化和科學(xué)化，做到因材施教。

2.2.3 運(yùn)動監(jiān)測反饋與優(yōu)動監(jiān)測反饋與優(yōu)化功能包括運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測、運(yùn)動狀態(tài)反饋和運(yùn)動指導(dǎo)方案優(yōu)化。①運(yùn)動狀態(tài)監(jiān)測。使用自主開發(fā)的運(yùn)動手環(huán)采集動態(tài)數(shù)據(jù)，包括心率、運(yùn)動步數(shù)、睡眠時長等數(shù)據(jù)；使用自主開發(fā)的移動應(yīng)用采集每日運(yùn)動的主觀疲勞感覺、運(yùn)動評分等數(shù)據(jù)；使用智能化設(shè)備采集體育素養(yǎng)數(shù)據(jù)。該功能實(shí)現(xiàn)了各類運(yùn)動數(shù)據(jù)的自動采集、流轉(zhuǎn)和存儲。②運(yùn)動狀態(tài)反饋。對采集到的實(shí)時數(shù)據(jù)、每日數(shù)據(jù)、階段性運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析比對，通過系統(tǒng)服務(wù)器發(fā)送指令到移動應(yīng)用和運(yùn)動手環(huán)對學(xué)生運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警和反饋，以警示和鼓勵學(xué)生。③運(yùn)動指導(dǎo)方案優(yōu)化。根據(jù)學(xué)習(xí)效果、運(yùn)動狀態(tài)、體育素養(yǎng)等相關(guān)數(shù)據(jù)的反饋結(jié)果對學(xué)生指導(dǎo)方案進(jìn)行動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，主要解決2 個問題：①“查缺補(bǔ)漏”，部分學(xué)生達(dá)不到預(yù)期學(xué)習(xí)效果，需要在課后“補(bǔ)漏”學(xué)習(xí)，系統(tǒng)會自動推送“補(bǔ)漏”方案；②“升級”，部分學(xué)生經(jīng)過一段時間的運(yùn)動干預(yù)后，體育素養(yǎng)指數(shù)發(fā)生了變化，根據(jù)分類規(guī)則判斷其分類群體已經(jīng)發(fā)生了變化，需要生成新的個性化運(yùn)動指導(dǎo)方案并進(jìn)行新一輪的指導(dǎo)、監(jiān)測與反饋。

2.3 高中生體育素養(yǎng)提升智能指導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行

高中生體育素養(yǎng)提升智能指導(dǎo)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫、知識庫、規(guī)則庫等基礎(chǔ)資源的支撐下，通過分析學(xué)生體育素養(yǎng)大數(shù)據(jù)，對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)分類、運(yùn)動項目推薦，生成體能訓(xùn)練與體育技能相結(jié)合的運(yùn)動指導(dǎo)方案，并基于平臺進(jìn)行推送，同時對學(xué)生進(jìn)行運(yùn)動監(jiān)測、實(shí)施效果反饋、指導(dǎo)方案優(yōu)化與再推送，形成高中生體育素養(yǎng)提升運(yùn)動指導(dǎo)的閉環(huán)。系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖2 所示。

圖2 高中生體育素養(yǎng)提升智能指導(dǎo)系統(tǒng)運(yùn)行流程Figure 2 Operation process of intelligent guidance system for improving high school students' physical literacy

2.3.1 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)資源

高中生體育素養(yǎng)提升智能指導(dǎo)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫、知識庫等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)資源。數(shù)據(jù)庫管理和存儲學(xué)生的原始數(shù)據(jù)，規(guī)則庫基于機(jī)器自動生成，用于管理和存儲分類規(guī)則、預(yù)警規(guī)則和匹配規(guī)則等，知識庫用于管理和存儲體能訓(xùn)練和體育技能訓(xùn)練的指導(dǎo)內(nèi)容。

數(shù)據(jù)庫是智能指導(dǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵，存儲學(xué)生每年成長的所有數(shù)據(jù)：學(xué)生的基本信息以及興趣愛好、運(yùn)動習(xí)慣、傷病史等；體育素養(yǎng)指數(shù)中各個維度的成績和運(yùn)動監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括每次體育素養(yǎng)測試原始成績和相對應(yīng)的百分制成績，這是數(shù)據(jù)庫存儲的主要數(shù)據(jù)；學(xué)生運(yùn)動過程性數(shù)據(jù)，如每日中高強(qiáng)度運(yùn)動時間、睡眠時間等。同時，數(shù)據(jù)庫需保證數(shù)據(jù)信息的完整和準(zhǔn)確，以便系統(tǒng)快速獲取相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行人群分類和運(yùn)動項目推薦等。

知識庫是運(yùn)動指導(dǎo)的基礎(chǔ)，存儲基于專家知識的運(yùn)動指導(dǎo)內(nèi)容，包括體能訓(xùn)練內(nèi)容、體育技能訓(xùn)練內(nèi)容、學(xué)習(xí)課時和相應(yīng)的練習(xí)方法等，以確保高中生個性化運(yùn)動指導(dǎo)內(nèi)容的科學(xué)性和有效性。在知識庫的基礎(chǔ)上，依據(jù)學(xué)生的不同水平，匹配不同的運(yùn)動負(fù)荷、運(yùn)動周期、注意事項等，滿足不同類型學(xué)生的需求，形成完整、多樣的個性化運(yùn)動指導(dǎo)方案。

規(guī)則庫存儲限制性的條件規(guī)則，將信息表示成計算機(jī)可接受的符號描述知識和表示知識[15]。本系統(tǒng)主要使用產(chǎn)生式知識表示法，符合人們的正向思維過程，其基本結(jié)構(gòu)為：IF······，THEN······。IF是前件（antecedent），即條件部分；THEN 是后件（consequence），即結(jié)果部分。規(guī)則庫內(nèi)含分類規(guī)則、預(yù)警規(guī)則、匹配規(guī)則：分類規(guī)則適用于學(xué)生人群分類中所選取的分類指標(biāo)和分類規(guī)則比對，自動地將學(xué)生分到相應(yīng)的類型；預(yù)警規(guī)則用于對運(yùn)動監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)置的各類數(shù)據(jù)預(yù)警值、規(guī)則進(jìn)行比對，將異常數(shù)據(jù)反饋給學(xué)生；匹配規(guī)則用于將不同的運(yùn)動指導(dǎo)方案與高中生人群類別進(jìn)行匹配，生成符合學(xué)生類型特征的個性化運(yùn)動指導(dǎo)方案。

2.3.2 高中生人群分類

高中生體育素養(yǎng)提升的前提是對學(xué)生特征的準(zhǔn)確分析和精準(zhǔn)定位，這對學(xué)生的科學(xué)分類提出了較高要求。本文提出了“自上而下、由粗到精”的分類思路。

（1）體育素養(yǎng)二級指標(biāo)分類。高中生人群分類指標(biāo)選取體育素養(yǎng)、體質(zhì)水平、體育技能、體育行為。體育知識和體育意識為體育素養(yǎng)的二級指標(biāo)，以理論考試評定學(xué)生成績，可根據(jù)自身理論知識進(jìn)行習(xí)題練習(xí)以提高成績，因此，體育知識和體育意識不作為高中生人群分類指標(biāo)。另外，近些年高中生中出現(xiàn)了部分傷病、慢性病等患者，本文將該類傷疾病人群考慮在內(nèi)。綜上，高中生體育素養(yǎng)分類指標(biāo)選取體育素養(yǎng)、體質(zhì)水平、體育技能、體育行為和傷疾病。

高中生人群分類使用產(chǎn)生式規(guī)則表示，其知識表示為STUDENT={C，SL，PF，MSS，BPA，DOI}，其中，C 為學(xué)生唯一表示的學(xué)籍號，SL 為體育素養(yǎng)，PF 為體質(zhì)水平，MSS 為體育技能，BPA 為體育行為，DOI 為傷疾病。由于分?jǐn)?shù)是區(qū)間數(shù)據(jù)，需要設(shè)置數(shù)據(jù)的上限和下限，分?jǐn)?shù)不會為負(fù)數(shù)，下限為0，體質(zhì)水平成績有附加分，上限為120，其余指標(biāo)上限為100。SL={Good，Middle，Weak}，Good∈[80，100]，Middle∈[60，80），Weak∈[0，60），分類系統(tǒng)中分別對應(yīng)學(xué)生體育素養(yǎng)優(yōu)良（G）、及格（M）、不及格（W）。PF={Good，Middle，Weak}，Good∈[80，120]，Middle∈[60，80），Weak∈[0，60），分類系統(tǒng)中分別對應(yīng)學(xué)生體質(zhì)水平優(yōu)良（G）、及格（M）、不及格（W）。MSS={EVE，Level 0，Level 1，Level 2，Level 3}，分類系統(tǒng)中分別對應(yīng)學(xué)生參與測試的運(yùn)動項目、無運(yùn)動技能（0）、1 級、2 級、3 級。BPA={Good，Weak}，Good∈[60，100），Weak∈[0，60），分類系統(tǒng)中分別對應(yīng)學(xué)生體育行為及格（G）、不及格（W）。DOI={Disease or Injury，None}，分類系統(tǒng)中分別對應(yīng)學(xué)生有傷疾?。―）和無傷疾?。∟）。

依照上述基于體育素養(yǎng)的高中生人群分類標(biāo)準(zhǔn)，可自動將高中生分為73 類（表1），患有傷疾病學(xué)生分為一類且不考慮其他分類指標(biāo)（NaN），每類使用標(biāo)志代碼儲存在系統(tǒng)中，可自動、直觀地呈現(xiàn)學(xué)生的類型，便于有針對性地對各類學(xué)生進(jìn)行個性化運(yùn)動指導(dǎo)。

表1 高中生體育素養(yǎng)提升人群分類Table 1 Classification of physical literacy of high school students

（2）體育素養(yǎng)三級指標(biāo)分類。高中生人群的三級指標(biāo)分類主要考慮體育素養(yǎng)中體質(zhì)水平和體育技能2 個指標(biāo)的三級分類指標(biāo)。體質(zhì)水平成績參照《國家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》），包括身體素質(zhì)、身體機(jī)能、身體形態(tài)。身體形態(tài)以身體質(zhì)量指數(shù)（BMI）表示，計算公式為BMI=體質(zhì)量（kg）/身高2（m2）。身體素質(zhì)通過5 項測試衡量，包括50 m 跑、800 m 跑（女）/1 000 m 跑（男）、立定跳遠(yuǎn)、坐位體前屈、1 min 仰臥起坐（女）/引體向上（男），每個測試項目根據(jù)實(shí)際測試成績賦予一個分值。身體機(jī)能以肺活量評價其心肺功能，這在評價心肺耐力的800 m 跑/1 000 m 跑中已涵蓋，故在體質(zhì)水平三級指標(biāo)分類中不予考慮。

基于體質(zhì)水平的高中生人群分類指標(biāo)知識表示為STUDENT_PF={SR，LR，SLJ，SAR，SPU，BMI}，其中，SR 為50 m 跑，LR 為800 m 跑/1 000 m 跑，SLJ 為立定跳遠(yuǎn)，SAR 為坐位體前屈，SPU 為1 min 仰臥起坐/引體向上，BMI 為身體質(zhì)量指數(shù)。體質(zhì)水平中身體素質(zhì)成績評分參照《標(biāo)準(zhǔn)》，設(shè)置數(shù)據(jù)的下限為0，上限為100。使用產(chǎn)生式規(guī)則推理得出，以50 m 跑為例，SR={Good，Weak}，Good∈[60，100]，Weak∈[0，60），分類系統(tǒng)中分別對應(yīng)學(xué)生及格（G）和不及格（W）。BMI={Fat，Slim，Normal}，不同年齡和性別的值不同，分類系統(tǒng)中分別對應(yīng)學(xué)生身體形態(tài)超重肥胖（F）、偏瘦（S）和正常（N）。由于學(xué)生身體素質(zhì)和身體形態(tài)的差異性，每項成績大不相同，可將學(xué)生分成96 類（表2）。

表2 高中生體質(zhì)水平分類Table 2 Classification of physical fitness of high school students

體育技能分類參照《青少年運(yùn)動技能等級標(biāo)準(zhǔn)》，每個等級成績評定由若干考核科目或考核技術(shù)組成。以足球運(yùn)動為例，足球運(yùn)動技能測試項目為快速運(yùn)球、傳接球、運(yùn)球繞障礙、射門完成的總時間?；隗w育技能的高中生人群分類知識表示為STUDENT_MSS={SJ1，SJ2，SJ3，SJ4}，其中，SJ1 為快速運(yùn)球，SJ2 為傳接球，SJ3 為運(yùn)球繞障礙，SJ4 為射門。所有成績以百分制設(shè)置下限為0，上限為100。以技術(shù)一為例，SJ1={Good，Weak}，Weak∈[0，60），Good∈[60，100]，分類系統(tǒng)中分別對應(yīng)學(xué)生該項目良好（G）、薄弱（W）。由于學(xué)生差異性，每項技術(shù)評分略有不同，可分成16 類（表3）。

表3 高中生體育技能分類Table 3 Classification of sports skill of high school students

2.3.3 高中生個性化運(yùn)動指導(dǎo)

高中生個性化運(yùn)動指導(dǎo)包含運(yùn)動項目推薦、體育技能與體能訓(xùn)練運(yùn)動指導(dǎo)方案的生成。運(yùn)動項目推薦基于混合評分矩陣與用戶協(xié)同過濾推薦算法。體育技能與體能訓(xùn)練指導(dǎo)方案基于學(xué)生分類及相應(yīng)項目的練習(xí)流程進(jìn)行設(shè)計。

（1）運(yùn)動項目推薦?！渡虾Ｊ畜w育發(fā)展“十四五”規(guī)劃》[16]要求青少年掌握至少2 項運(yùn)動技能，科學(xué)且合理地選擇運(yùn)動項目，對學(xué)生通過體育技能測試至關(guān)重要。傳統(tǒng)用戶協(xié)同過濾推薦算法只考慮學(xué)生的運(yùn)動興趣，無法滿足學(xué)生項目推薦的要求。

用戶協(xié)同過濾推薦算法是一種經(jīng)典的用戶-項目推薦算法，應(yīng)用最為廣泛。本文以此為框架構(gòu)建運(yùn)動項目推薦方式[17]，提出將學(xué)習(xí)矩陣和參與矩陣納入評分矩陣計算，形成基于興趣矩陣、學(xué)習(xí)矩陣和參與矩陣3 個聯(lián)合矩陣的協(xié)同過濾推薦方式。評分矩陣rate 為：

其中，w1、w2是權(quán)重因子，考慮到興趣的重要作用，興趣矩陣分配權(quán)重占0.5，學(xué)習(xí)因素體現(xiàn)學(xué)生體育技能的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，因此也比較重要，分配權(quán)重占0.35，參與運(yùn)動的經(jīng)歷矩陣分配權(quán)重占0.15。設(shè)定w1=0.5，w2=0.35，最終評分矩陣為：

根據(jù)此評分矩陣進(jìn)行協(xié)同過濾推薦[18]，rate 矩陣的形式為：

利用Jaccard 算法計算學(xué)生評分矩陣的相似度為：

其中，N(a) 代表學(xué)生a的運(yùn)動項目評分，N(b) 代表學(xué)生b的運(yùn)動項目評分[19]。

評分相似的學(xué)生具有相同的運(yùn)動偏好，這是基于學(xué)生的協(xié)同過濾算法的基本假設(shè)[20]。其原理是2 個學(xué)生運(yùn)動偏好相似，其中一名學(xué)生適合的運(yùn)動項目，另一名學(xué)生也有可能適合。

協(xié)同過濾算法可分為三部分：①根據(jù)評分矩陣計算目標(biāo)學(xué)生（待推薦學(xué)生a）和其他學(xué)生之間的相似度；②找出與目標(biāo)學(xué)生相似度最高的前k個學(xué)生Nk；③根據(jù)前k個學(xué)生評分集合Nk對于所有運(yùn)動項目的評分，預(yù)測目標(biāo)學(xué)生對于運(yùn)動項目的評分。預(yù)測評分計算公式[21]如下：

至此得到了新學(xué)生對于運(yùn)動項目的評價矩陣P，可以按照評分對所有運(yùn)動項目進(jìn)行排序，將評分較高的運(yùn)動項目推薦給相應(yīng)的學(xué)生，經(jīng)驗證，此算法具有非常好的推薦效果。

（2）體育技能指導(dǎo)方案。針對不同高中生體育技能的差異，推薦個性化的體育技能指導(dǎo)方案。高中生體育技能指導(dǎo)方案的知識表示為Plan_MSS={EVE，OBJ，NUM，CON，PUR，ITS，TIM，ITM，F(xiàn)RE，PER，ATT}，其中，EVE 為運(yùn)動項目（學(xué)生運(yùn)動技能學(xué)習(xí)項目），OBJ 為適用對象（未通過運(yùn)動技能等級測試的高中生），NUM 為方案編號（每個方案有特定編號），CON 為訓(xùn)練內(nèi)容（針對每項運(yùn)動制訂的訓(xùn)練計劃），PUR 為運(yùn)動目的（提升某項體育技能并通過等級考試），ITS 為運(yùn)動強(qiáng)度（60%～80%HRmax的中高強(qiáng)度），TIM 為運(yùn)動量（持續(xù)運(yùn)動時間或組數(shù)），ITM 為間歇時間（組間休息時間），F(xiàn)RE 為運(yùn)動頻率（每周運(yùn)動的次數(shù)），PER 為運(yùn)動周期（系統(tǒng)推薦的學(xué)習(xí)課時），ATT 為注意事項（運(yùn)動中各環(huán)節(jié)的注意點(diǎn)）。

由于每個學(xué)生的運(yùn)動能力不同，體育技能各項技術(shù)水平和成績有所差異，因此指導(dǎo)方案中的學(xué)習(xí)課時略有不同。以足球運(yùn)動技能等級測試1～3 級標(biāo)準(zhǔn)為例，其包含快速運(yùn)球、傳接球、運(yùn)球繞障礙、射門4 個技術(shù)動作。體育技能運(yùn)動周期是4 個技術(shù)學(xué)習(xí)課時的綜合，P ER_MSS={SJ1n，SJ2n，SJ3n，SJ4n}，n∈{1，2，3，4，5，6}。以技術(shù)一為例：對于運(yùn)動技能等級測試科目或技術(shù)動作評分合格的學(xué)生（SJ1∈[60，100]），系統(tǒng)推薦方案SJ11、SJ13、SJ15，分別對應(yīng)1～3 級；對于運(yùn)動技能等級測試科目或技術(shù)動作評分不合格的學(xué)生（SJ1∈[0，60）），系統(tǒng)推薦方案SJ12、SJ14、SJ16。

（3）體能訓(xùn)練指導(dǎo)方案。高中生體能訓(xùn)練指導(dǎo)方案包含《標(biāo)準(zhǔn)》中身體素質(zhì)測試項目所對應(yīng)的力量、速度、速度力量、柔韌、耐力素質(zhì)、身體形態(tài)等訓(xùn)練內(nèi)容，以改善身體形態(tài)為優(yōu)先原則，循序漸進(jìn)地發(fā)展各薄弱項身體素質(zhì)，例如，超重肥胖高中生優(yōu)先進(jìn)行有氧耐力訓(xùn)練，偏瘦學(xué)生優(yōu)先進(jìn)行力量訓(xùn)練。

高中生體能訓(xùn)練指導(dǎo)方案的知識表示為Plan_PF={PUR，OBJ，NUM，CON，ITS，TIM，ITM，F(xiàn)RE，PER，ATT}，其中，PUR 為運(yùn)動目的（體質(zhì)水平成績的提升），OBJ 為適用對象（全市高中生），NUM 為方案編號，CON 為訓(xùn)練內(nèi)容，ITS 為運(yùn)動強(qiáng)度（60%～80%HRmax的中高強(qiáng)度），TIM 為運(yùn)動量，ITM 為間歇時間，F(xiàn)RE為運(yùn)動頻率，PER 為運(yùn)動周期（通常為8～16 周），ATT為注意事項。

由于每名學(xué)生的身體素質(zhì)和測試成績不盡相同，因此在制定指導(dǎo)方案時，不同的學(xué)生采用不同的體能訓(xùn)練運(yùn)動量和頻率。其知識表示為TIM_PF={SPUn，SRn，LRn，SARn，SLJn}，n∈{1，2，3，4，5}，其中，SPU 為力量訓(xùn)練，SR 為速度訓(xùn)練，LR 為耐力訓(xùn)練，SAR 為柔韌訓(xùn)練，SLJ 為速度力量訓(xùn)練。方案1 為體質(zhì)水平優(yōu)良、單項及格，方案2 為體質(zhì)水平及格、單項及格，方案3 為體質(zhì)水平及格或優(yōu)良、單項不及格，方案4 為體質(zhì)水平不及格、單項及格，方案5 為體質(zhì)水平不及格、單項不及格。以改善身體形態(tài)為優(yōu)先原則，超重肥胖高中生優(yōu)先進(jìn)行有氧耐力訓(xùn)練，即體能訓(xùn)練指導(dǎo)方案為LR5 和其他4 項體能訓(xùn)練指導(dǎo)方案的綜合；偏瘦學(xué)生優(yōu)先進(jìn)行力量訓(xùn)練，即體能訓(xùn)練指導(dǎo)方案為SPU5 和其他4 項體能訓(xùn)練指導(dǎo)方案的綜合。每項身體素質(zhì)對應(yīng)5 類指導(dǎo)方案，高中生體能訓(xùn)練指導(dǎo)方案共計3 125 類。

（4）個性化運(yùn)動指導(dǎo)方案匹配。將高中生人群分類與體育技能、體能訓(xùn)練指導(dǎo)方案進(jìn)行匹配，假設(shè)第k條規(guī)則的條件項為Z1bk、Z2bk······Znbk，結(jié)論為Xk，CF 為0.8，則高中生個性化運(yùn)動指導(dǎo)方案規(guī)則的知識表示[22]：

其中，a>1，b>1，k=1，2，···，r，Yk表示第k條規(guī)則，Xk表示第k條規(guī)則的結(jié)論，Zabk表示第k條規(guī)則的條件項，F(xiàn)M 表示來源，CF 表示置信度。

以高二年級男生為例，由產(chǎn)生式規(guī)則推得高中生某人群分類的知識表示如下：IF C=00001，AND SL=55，AND DOI=NONE，AND PF=50，AND EVE=FOOTBALL，AND LEVEL=0，AND BPA=40，THEN STUDENT=NWWW0，即該高二男生群體體育素養(yǎng)與體質(zhì)水平薄弱、運(yùn)動少、無技能（FM=體育素養(yǎng)）；IF STUDENT=NWWW0，AND PF=50，AND SR=70，AND SLJ=30，AND SPU=0，AND SAR=60，AND LR=20，AND BMI=30.1，THEN STUDENT_PF=FMWWMW，即該高二超重肥胖男生群體體質(zhì)水平低（力量、耐力和速度力量素質(zhì)弱，速度、柔韌素質(zhì)中等，F(xiàn)M=體質(zhì)水平）；IF STUDENT=NWWW0，AND EVE=FOOTBALL，AND LEVEL=0，AND SJ1=30，AND SJ2=30，AND SJ3=40，AND SJ4=40，THEN STUDENT_MSS=WWWW，即該高二男生群體無足球技能且4 項技術(shù)均弱（FM=體育技能）。

已知高中生人群智能分類，可以直接由產(chǎn)生式規(guī)則推得高中生個性化運(yùn)動指導(dǎo)方案，其知識表示如下：IF STUDENT=NWWW0，AND STUDENT_PF=FMWWMW，AND STUDENT_MSS=WWWW，THEN PLAN_PF=SR4，SLJ5，SPU5，SAR4，LR5，AND PLAN_MSS=SJ12，SJ22，SJ32，SJ42（FM=個性化運(yùn)動指導(dǎo)方案）。

2.3.4 高中生運(yùn)動監(jiān)測反饋與優(yōu)化

高中生運(yùn)動智能監(jiān)測反饋由運(yùn)動手環(huán)、移動應(yīng)用、智能化測試設(shè)備和系統(tǒng)服務(wù)器四部分共同完成。反饋機(jī)制包括獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)警值比對、計算數(shù)據(jù)偏差、實(shí)施反饋。

（1）實(shí)時運(yùn)動數(shù)據(jù)監(jiān)測反饋。主要在運(yùn)動期間使用運(yùn)動手環(huán)對心率、體溫、血壓進(jìn)行反饋，保證運(yùn)動中各項指標(biāo)在安全區(qū)間內(nèi)，體溫預(yù)警值為37.5 ℃，心率預(yù)警值為≤50%HRmax或≥90%HRmax，血壓預(yù)警值為收縮壓≥140 mmHg 或舒張壓≥90 mmHg。

（2）每日運(yùn)動數(shù)據(jù)監(jiān)測反饋。通過運(yùn)動手環(huán)采集運(yùn)動數(shù)據(jù)，分析中高強(qiáng)度運(yùn)動時間、運(yùn)動步數(shù)、睡眠時間等。中高強(qiáng)度運(yùn)動時間預(yù)警值為60 min/d，運(yùn)動步數(shù)預(yù)警值為9 000 步/d，睡眠時間預(yù)警值為8 h。此外，每日運(yùn)動數(shù)據(jù)反饋也包括高中生和教師的主動反饋。高中生通過移動應(yīng)用，填寫一日三餐的攝入食物名稱和質(zhì)量，系統(tǒng)服務(wù)器計算每天攝入熱量值（kcal）；并對主觀疲勞感覺進(jìn)行反饋，預(yù)警值為RPE<10、RPE>17。教師使用移動應(yīng)用對學(xué)生體能訓(xùn)練、體育技能學(xué)習(xí)中各個技術(shù)進(jìn)行評分。學(xué)生體能訓(xùn)練和體育技能評分預(yù)警值為60 分，當(dāng)學(xué)生評分低于60 分時，移動應(yīng)用界面會附上課后運(yùn)動指導(dǎo)方案。

（3）階段性運(yùn)動數(shù)據(jù)監(jiān)測反饋。主要針對高中生接受一段時間的科學(xué)運(yùn)動指導(dǎo)后最新的體育素養(yǎng)指數(shù)、體質(zhì)水平成績、體育技能成績、體育行為成績、體育意識成績、體育知識成績等進(jìn)行反饋，每項成績與上一次成績比對，通過移動應(yīng)用呈現(xiàn)。

（4）高中生運(yùn)動指導(dǎo)方案優(yōu)化。包括階段性的個性化運(yùn)動指導(dǎo)方案優(yōu)化和課后運(yùn)動指導(dǎo)方案調(diào)整。階段性的個性化運(yùn)動指導(dǎo)方案優(yōu)化指學(xué)生經(jīng)過一段時間的運(yùn)動干預(yù)，體育素養(yǎng)指數(shù)發(fā)生變化而進(jìn)行新的高中生人群分類，針對新的人群類別，系統(tǒng)自動適配對應(yīng)的體能訓(xùn)練和體育技能的個性化運(yùn)動指導(dǎo)方案，使學(xué)生循環(huán)遞進(jìn)，不斷挑戰(zhàn)新目標(biāo)，達(dá)到體育素養(yǎng)指數(shù)85 分的目標(biāo)。課后運(yùn)動指導(dǎo)方案調(diào)整指教師依據(jù)每個課次學(xué)生運(yùn)動鍛煉表現(xiàn)，使用系統(tǒng)服務(wù)對其進(jìn)行評價反饋?；趯W(xué)生體育技能和身體素質(zhì)的評價，系統(tǒng)服務(wù)器自動識別、推送課后運(yùn)動指導(dǎo)方案，包括某項體育技能和體能訓(xùn)練的指導(dǎo)內(nèi)容和教學(xué)視頻，學(xué)生需要在課后完成運(yùn)動鍛煉并在移動應(yīng)用中“打卡”和上傳訓(xùn)練視頻。

3 高中生體育素養(yǎng)提升智能指導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 對象選取

為驗證高中生體育素養(yǎng)提升智能指導(dǎo)系統(tǒng)的可行性，以上海市學(xué)生體育素養(yǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在上海市中心城區(qū)隨機(jī)抽取1 所公辦高中的高二年級學(xué)生共382名，選擇其中體育素養(yǎng)指數(shù)后10%的學(xué)生38 名作為調(diào)查與測試對象，發(fā)放《高中生日常運(yùn)動情況》問卷進(jìn)行調(diào)查，并通過用戶協(xié)同過濾算法推薦合適的運(yùn)動項目。經(jīng)高中生人群智能分類系統(tǒng)篩選出分類特征相似的12 名男生，進(jìn)行青少年足球運(yùn)動技能等級1 級測試。該類學(xué)生的特點(diǎn)為體育素養(yǎng)不及格、體質(zhì)水平不及格、體育技能不及格、體育行為不及格、BMI 超重或肥胖、年齡為15～17 歲、近3 個月內(nèi)無運(yùn)動損傷和重大疾病，運(yùn)動項目推薦為足球運(yùn)動。該類高中生人群分類標(biāo)志為“NWWW0”，即體育素養(yǎng)弱的超重或肥胖男生，平時運(yùn)動較少、體質(zhì)弱、無足球運(yùn)動技能。在實(shí)驗前告知受試者及其家長實(shí)驗內(nèi)容和方案，并簽署知情同意書。

3.2 運(yùn)動指導(dǎo)方案設(shè)計

在日常體育課中對12 名學(xué)生實(shí)施智能指導(dǎo)系統(tǒng)支持下的運(yùn)動干預(yù)，考慮到該類學(xué)生無足球體育技能、身體形態(tài)超重或肥胖，運(yùn)動指導(dǎo)方案采用足球運(yùn)動技能學(xué)習(xí)結(jié)合有氧運(yùn)動的方式，其余身體素質(zhì)的體能訓(xùn)練指導(dǎo)方案由學(xué)生課后自行完成。體育課程內(nèi)容：準(zhǔn)備部分（8 min）以訓(xùn)練球性、球感為主；基本部分（67 min）包括足球運(yùn)動技能學(xué)習(xí)（55 min）和有氧運(yùn)動（12 min）；結(jié)束部分（5 min）進(jìn)行全身拉伸放松。每節(jié)課的運(yùn)動強(qiáng)度參照教學(xué)要求規(guī)定，平均心率控制在140～160 次/min[23]。學(xué)生佩戴運(yùn)動手環(huán)，對運(yùn)動鍛煉過程中的心率、中高強(qiáng)度運(yùn)動時間、運(yùn)動步數(shù)、睡眠時間進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警反饋。另外，學(xué)生使用移動應(yīng)用在運(yùn)動鍛煉后填寫主觀疲勞感覺量表。教師在每次課后使用移動應(yīng)用對學(xué)生進(jìn)行體能訓(xùn)練和體育技能評分，對低于預(yù)警值的學(xué)生發(fā)送課后指導(dǎo)方案，并要求學(xué)生課后完成且進(jìn)行視頻打卡。

受試者在實(shí)驗前后進(jìn)行體育素養(yǎng)測試，且在熟悉所有測試過程并練習(xí)后開始測試，以確保結(jié)果準(zhǔn)確。受試者具有統(tǒng)一的鍛煉時間，運(yùn)動指導(dǎo)的時間為8 周，每周2 次，每次80 min。技能學(xué)習(xí)部分均由專業(yè)足球教練員設(shè)計與教學(xué)，除生病、急性損傷等特殊情況外不可缺席。同時，學(xué)校將本期足球運(yùn)動技能學(xué)習(xí)效果作為體育成績考核標(biāo)準(zhǔn)之一。

3.3 智能指導(dǎo)系統(tǒng)對高中生體育素養(yǎng)的提升效果

智能指導(dǎo)系統(tǒng)下個性化運(yùn)動指導(dǎo)對高中生體質(zhì)水平的提升效果明顯（表4）。BMI、1 000 m 跑成績的提高最明顯，且存在顯著性差異（P<0.01），肺活量、50 m跑、立定跳遠(yuǎn)成績的提高也存在顯著性差異（P<0.05），坐位體前屈和引體向上成績雖然有所提高但不存在顯著性差異（P>0.05）。坐位體前屈反映髖關(guān)節(jié)柔韌性，超重或肥胖高中生因體內(nèi)脂肪堆積較多造成髖關(guān)節(jié)活動受限，8 周個性化運(yùn)動指導(dǎo)雖對柔韌性有所改善，但顯著性提高需要更多時間。引體向上成績的提高不明顯，因為超重肥胖學(xué)生自身體質(zhì)量較大，導(dǎo)致相對力量較小，成績的提升需要加強(qiáng)自身力量、減輕體質(zhì)量。智能指導(dǎo)系統(tǒng)下個性化運(yùn)動指導(dǎo)方案可實(shí)現(xiàn)“對癥下藥”，同時通過運(yùn)動手環(huán)的監(jiān)測與反饋，引起學(xué)生的警覺，不斷督促學(xué)生在運(yùn)動鍛煉時保持較長時間的中高強(qiáng)度運(yùn)動。

表4 智能指導(dǎo)系統(tǒng)對高中生體質(zhì)水平的提升效果（M±SD）Table 4 The improvement effect of intelligent guidance system on high school students' physical fitness

在智能指導(dǎo)系統(tǒng)下個性化運(yùn)動指導(dǎo)對高中生體育知識和體育意識的提升效果不明顯（P>0.05），對體育行為（平均每日中高強(qiáng)度運(yùn)動時間）和體育技能（足球運(yùn)動技能等級測試完成時間）的提升效果明顯（P<0.01）（表5）。體育知識包括體育營養(yǎng)、保健、安全等方面，其提高需要通過相應(yīng)的傳授和講解，依靠運(yùn)動指導(dǎo)無法大幅提升體育知識的綜合成績。體育意識指學(xué)生自主參與體育活動的意識，可在運(yùn)動中不斷增強(qiáng)[24]。學(xué)生體育行為（每日中高強(qiáng)度運(yùn)動時間）的提高需要長時間進(jìn)行中高強(qiáng)度的運(yùn)動鍛煉，8 周的個性化運(yùn)動指導(dǎo)雖然短期內(nèi)改善了學(xué)生的體育行為，但距離達(dá)到每日60 min 中高強(qiáng)度運(yùn)動時間仍有差距。反饋是除練習(xí)外對運(yùn)動技能學(xué)習(xí)影響最大的因素[25]，指導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生體育技能學(xué)習(xí)的智能反饋，顯著提升了其體育技能水平。

表5 智能指導(dǎo)系統(tǒng)對高中生體育技能、體育知識、體育意識及體育行為的提升效果（M±SD）Table 5 The improvement effect of intelligent guidance system on high school students' sports skill,knowledge,awareness and behavior

4 結(jié)論

本文基于基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、智能支撐層、應(yīng)用層、用戶層的技術(shù)架構(gòu)，使用知識表示的方式將大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可識別和處理的內(nèi)容，開發(fā)了高中生體育素養(yǎng)提升智能指導(dǎo)系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于體育素養(yǎng)指數(shù)的學(xué)生人群科學(xué)分類、學(xué)生運(yùn)動指導(dǎo)方案的個性化精選及推送等功能，有助于“因材施教”和“對癥下藥”。該系統(tǒng)可自動監(jiān)測學(xué)生運(yùn)動狀態(tài)，智能分析學(xué)生的運(yùn)動量及強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)學(xué)生運(yùn)動狀態(tài)的實(shí)時預(yù)警與反饋及運(yùn)動指導(dǎo)方案的優(yōu)化，可有效提升高中生的體育素養(yǎng)水平。建議教育部門延伸“學(xué)生體育素養(yǎng)大數(shù)據(jù)平臺”的功能，構(gòu)建體能與技能相融合的運(yùn)動指導(dǎo)方案庫，使用智能指導(dǎo)系統(tǒng)對高中生進(jìn)行運(yùn)動指導(dǎo)，切實(shí)提升學(xué)生的體育素養(yǎng)水平。

作者貢獻(xiàn)聲明：

黃筱君：撰寫、修改論文；

虞麗娟：提出論文主題，指導(dǎo)論文；

王嘉慶、趙軍民：設(shè)計實(shí)驗，采集統(tǒng)計數(shù)據(jù)；

夏 ?。赫{(diào)研文獻(xiàn)，指導(dǎo)論文；

王 杰：提出論文主題，設(shè)計論文框架。