“阳光体育”运动背景下学生体质信息分析管理软件的设计与实现

2018-07-12金宗强赵培军

山东农业大学学报(自然科学版) 2018年1期

鲍勇,金宗强,赵培军

1.山东农业大学体育与艺术学院,山东泰安 271018

2.天津体育学院,天津 300381

“阳光体育”运动是加强我国青少年体育锻炼、增强学生体质、强化素质教育的重要战略举措。各级各类学校都在积极贯彻“健康第一”的现代健康理念，全面实施国家制定的《学生体质健康标准》，组织丰富多彩的课外锻炼。学校在组织课外锻炼中利用各种体质健康测试仪器对学生体质进行测试工作，体育教师根据测试数据和《国家学生体质健康标准》对学生的体质健康状况进行评价，并根据评价结果提出一套学生最佳的、科学的课外锻炼方法，以达到《国家学生体质健康标准》要求。在上述过程中，仅靠体育教师本人一个个的对学生进行评价和“开处方”，相当麻烦，工作量很大，而且不规范。因此，本课题选择使用Visual Basic.NET作为系统的开发工具，开发出一套学生体质信息分析管理软件，旨在为“阳光体育”运动的开展，提供科学化、信息化、规范化地服务。

1 学生体质信息分析管理软件系统的设计基础

1.1 建立学生体质评价体系

1.1.1 建立学生体质单项指标评分标准按照《国家学生体质健康标准》，采用百分位数法分别建立男女学生评分标准——单项指标评分表，指标值定为从0～100分；并将《国家学生体质健康标准》的测试项目规定相应的权重值βi，各测试项目的权重βi（表1）。

1.1.2 建立学生体质综合评分标准将学生测试的单项指标加权得分相加求和，得到其体质综合得分，计算公式为：

公式中ni表示各单项指标的得分，βi表示各单项指标的权重。

表1 学生体质健康标准权重系数Table 1 Weight coefficient of students'physical fitness standard

1.1.3 建立学生体质等级评价标准用百分位数法重新对《国家学生体质健康标准》进行五等评价，大于90%为上等，75%～90%为中上等，25%～75%为中等，10%～25%为中下等，10%为下等；在获得学生体质单项指标得分和综合得分基础上，对照等级标准，即可得到学生体质等级评价。

1.2 建立学生体质诊断方法与标准

1.2.1 建立学生体质态势诊断方法与标准依据钟添发《运动员竞技能力模型与选材标准》构建的优秀运动员竞技能力结构模型理论，采用雷达分析法实现学生体质态势的个体化分析[1]。找出优势指标临界值与劣势指标的临界值；优势指标临界值半径的大小可采用《国家学生体质健康标准》的指标平均值+标准差（即M+std）表示，劣势指标临界值半径的大小可采用《国家学生体质健康标准》的指标平均值-标准差（即M-std）表示；创建每一位学生的雷达图，对雷达图进行研究分析，即可得到其单项指标的优劣之判别。

1.2.2 建立学生体质差距诊断方法与标准首先建立“体质目标挑战模型值M”，它是根据《国家学生体质健康标准》中，各项指标测试成绩前10%的平均值，是构成学生体质各有效指标最优集合体，体现了在一段时间内对学生体质发展的最高期望值。再计算距离目标模型值M的差距系数CX，差距系数CX=权重βi×（模型值-实际测试值）÷模型值×100[2]；通过公式得出每名学生的差距系数CX；根据对指标差距系数CX大小的排序，诊断出每名学生各项指标存在的个体差异，进而为其提供个性化、科学化的运动处方提供依据。

1.3 建立系统数据库

数据库设计是系统设计阶段的重要环节，数据库的设计是否满足系统需求，是否符合系统功能将直接影响整个系统开发的进程和成败[3]。本系统采用Access进行数据库设计，共设有男生测试指标及成绩表、女生测试指标及成绩表等29个数据表，用于存放测试的基础数据、评价指标、分析结果和运动处方等内容(图1)。

运动处方数据库地建立是通过对学生经常参加的体育锻炼项目问卷调查和专家认为哪些运动项目对学生具有显著锻炼效果进行选择，将选择结果列入运动处方数据库。数据库内容包括：运动方式、运动强度、运动频率和运动持续时间。运动方式是运动处方的主要内容，是根据学生的体质、爱好和场地、器械的不同，提供的多种可供选择的运动形式；运动强度主要是指运动时人体所承受的生理负荷，控制运动强度的常用指标包括心率、最大摄氧量、血红蛋白等指标，由于心率采集较为方便，优先采用心率指标，推荐心率指标为最大心率的70%～90%之内，最大心率按20年龄进行计算[4]。运动频率是指练习者每周的锻炼次数，根据学生个人体质状况、运动方式和运动强度的不同，推荐不同的运动频率，每周不少于2次。运动持续时间是指用于主要运动内容上的时间，不包括准备活动时间及放松活动时间；根据运动项目的、运动强度以及学生个人体质的不同进行确定，一般为40～60 min。

图1 系统数据表Fig.1 System data table

2 学生体质信息分析管理软件系统的设计与实现

“阳光体育”运动学生体质信息分析管理软件系统采用Visual Basic.NET和Access作为系统的开发工具，用Turbo-prolog人工智能语言进行知识推理过程的编程，用BASIC语言进行各模块间联系及解释接口的编程，后台数据拟采用Access保存采用数据。其包括：基础数据维护模块、评价与诊断模块、结论与建议模块、系统维护模块，且每个功能模块中又设有多个子模块。基础数据维护模块主要包括男生测试数据录入与女生测试数据录入两个子模块，点击“男生测试数据录入”命令，在弹出的对话框中，单击【添加数据】按钮，即可进行相关数据的录入。在完成数据录入后，还可以对数据进行修改、删除等操作。

评价与诊断模块系统的基石，它的设计关系影响整个系统的开发与运行，它含有评分评价、等级评价、总体态势诊断、个体态势诊断、差距诊断（图2）。

结论与建议模块储存着处理运动处方问题时所使用的有关知识，它与推理机制密切配合，是系统开发地重中之重，该模块主要包括个体体质分析报告和个体运动处方两个子模块如图（图3）。个体体质分析报告，根据测试的数据及评价指标，给出个人体质的综合评价；个体运动处方，根据测试数据及自身的实际情况，开具个性化的运动处方，系统提供了多个处方供用户选择。

图2 评价与诊断模块Fig.2 Evaluation and diagnosis module

图3 结论与建议模块Fig.3 Conclusion and suggestion module

还可通过人机对话，给学生介绍运动项目的背景知识，让学生在运动实践中得到理论支持，增加了学生的锻炼兴趣；通过信息反馈掌握学生锻炼的动态信息，以便及时对运动处方进行调整。系统采用窗口技术，下拉式菜单显示，操作方式灵活简便。同时，该系统可以与国内多家体质健康测试仪器相匹配。

3 学生体质信息分析管理软件系统的实证研究

根据《国家学生体质健康标准》中规定的必测项目和测试要求，对大学一年级学生裴某男和刘某女作为实验对象进行测试，说明本系统运行过程。测试结果如（表2）：

表2 一年级大学生体质测试数据Table 2 Physical test data of students in grade 1

启动计算机系统，手工输入上表测试数据，计算机系统根据录入的数据，运行评价指标体系程序，进行单项评分评价和综合评价，得出体质综合得分和等级。结果如下：裴某男生综合体质得分92.1分，等级评价为中等；刘某女综合体质得分102.7分，等级评价为中等。计算机系统根据录入的数据，运行诊断标准程序，得到测试对象的雷达分析图（图4、5）。

图4 裴某雷达分析图Fig.4 Pei's radar analysis diagram

从图中看出男、女生的体质优势和劣势指标及其数量清晰可辨。对雷达图进行分析，诊断出每名学生各项指标存在的优劣值和各指标差距系数，并按指标差距大小进行排序汇总成表（表3）。

表3 学生综合体质得分与等级评价Table 3 Students comprehensive physique score and grade evaluation

由表3可知，男生的优势指标是50 m、身高体重指数，弱势指标是1000 m、肺活量体重指数、坐姿体前屈；女生优势指标是坐姿体前屈、1 min跳绳，弱势指标是身体体重标准、握力体重指数、立定跳远。计算机系统根据评价等级结果和个体差距，按照“保优、提弱”原则，查找运动处方数据库，自动生成运动处方，运动处方如表4和表5所示。

表4 裴某10周运动处方主要内容Table 4 Main contents of Pei's exercise prescriptions in 10 weeks

表5 刘某10周运动处方主要内容Table 5 Main contents of Liu’s exercise prescriptions in 10 weeks

按照运动处方通过10周的锻炼，对裴某男和刘某女各项体质进行重新测试，测试数据如表6。

表6 实验前、后学生体质指标的比较Table 6 Comparison of physical conditions before/after the experiment

从上表4看出，经过10周运动处方的干预实验，女生体重指标由实验前的65.8 kg降为64 kg,使身高体重标准达到100分的优势半径。女生的身高及男生的身高、体重未表现出显著性变化，说明10周的实验虽然对身高和体重带来一定影响，但并不显著，也侧面说明大学一年级学生的身体形态发育已基本趋于稳定。

肺活体重指数是反映身体机能的重要指标，也是反映大学生体质健康的重要因素。在体重变化不大的情况下肺活量呈现显著性改变，说明经过运动处方的干预性锻炼，学生心肺功能得到明显改善。通过实验前、后各项身体素质的对比发现，男生的1000 m、肺活量体重指数、坐姿体前屈，女生的身高体重标准、握力体重指数、立定跳远，成绩提高明显。而其他指标成绩均有不同程度的进步，因此说明运动处方内容设计针对性强，锻炼方法较为科学、合理。