基于健康体适能的大学生运动处方专家系统设计研究

王雅卓，于红研，刘春颖，冯震亚

(上海交通大学体育系，上海 200240)

运动处方是指导人们有目的、有计划进行科学锻炼的一种方法，它具备科学性、简单性、安全性等特点，其提出的运动和锻炼模式有效避免当代大学生课外自我锻炼的盲目性；而运动处方专家系统作为一种操作简便的工具，能有效解决大学生体育锻炼中出现的缺乏科学锻炼方式和自我锻炼、自我监控、自我保健和自我评价的综合难题。

针对该问题，将运动处方与健康体适能有机结合，按照大学体育教学时间周期规律与特点，以学期、周、日三个阶段设计了一种运动处方模板，采用Visual Basic和Access实现了可视化功能的专家系统软件平台，为模板设计者和实际使用者提供了一个信息化平台；实证数据说明运动处方专家系统设计简洁，便于大学生操作和自我评估。

1 研究方法

1.1 文献资料法

收集整理有关运动处方和体适能的研究资料,建立相关概念、理论及研究方法等,确定处方模板的阶段和类型。

1.2 专家访谈法

采用面谈、电话和邮件的方式对有关体育教学专家和教师进行访谈。使用事先拟定的访谈提纲与主要问题对上海交通大学体育系、上海体育学院体育社会学和保健与康复方面的专家进行面谈、发送邮件及电话采访，交换对处方专家系统的看法，并对系统所选指标做界定。

1.3 现场观察法

研究者到体育教学现场进行了一个学期跟踪研究，结合教学和科研两方面选取记录内容。

1.4 实验法

研究者把设计出的处方模板，通过专家系统平台，在大学生体育课中试用一个学期，现场记录出现的问题并及时修整，最终确定处方专家系统的内容和形式。

2 运动处方模板设计

健康体适能是与健康有密切关系的体适能，是指心血管、肺和肌肉发挥最理想效率的能力，它是机体维护自身健康的基础、是机体以最大活力完成日常工作的条件。

表1 测试项目内容

引自“健康体适能”

通过表1 所列项目进行测试。选取指标和运动处方类型参考“健康体适能”体系，并结合大学生每学期体育课程所进行的相关指标测试项目，依据“大学生体质健康标准”和BMI(身体质量指数)评价标准取得结果。测试结果采用逐层筛选及挑选薄弱项的方法，具体流程如图1所示。第一层：通过人体质量指数：BMI=体重(kg)/[身高(m)*身高(m)]，参考标准体重为肥胖者直接进入运动与减肥类型。第二层：800/1000m测试结果为及格或不及格者，并综合肺活量体重指数与基础心率波动均值，

图1 运动处方制定准则与流程

全面评价自身有氧工作能力，薄弱者可选择心血管适能类型。第三层：通过仰卧起坐、俯卧撑、握力体重指数评价自身肌肉力量与耐力情况，薄弱者可选择肌适能类型。第四层：坐位体前屈测试，关节灵活度评价薄弱者可选择柔韧适能类型。

经过筛选后获得四类处方类型后，针对大学体育教学以学期为一个周期(一般为16周)特点，四类处方类型均分三个阶段：学期、周和次(图1中的周次M=16)。其中为了大学生在使用运动处方便于开展自评，选取的主要评价指标为：(1)生理指标：心率、RPE(个体疲劳程度自评表)。(2)一般客观指标：练习时间、周次、阶段、目的、运动方式、预期效果等。

综上，基于健康体适能并采用逐层筛选及薄弱选项法，开展大学生运动处方专家系统设计。

3 运动处方专家系统设计

3.1 专家系统实现及主要功能

为了便于大学生使用运动处方模板，及时开展评估与运动微调，实现处方模板信息化，基于上述模板设计分析与薄弱选项法具体流程，采用Visual Basic 6.0和Access 2003 数据库软件平台实现了大学生运动处方专家系统，系统主界面包括6项一级功能模块，分别是①学生登录；②教师登录；③专家登录；④数据查询；⑤系统管理和⑥系统介绍。

学生用户可以分为新用户和已有用户。新用户注册密码须为学生的学号，待注册后需进行个人资料录入，系统以“学号”为索引记录该条信息并存入后台Access数据库。已有用户采用学号登陆，系统自动以“学号”为索引记录显示该学生基本信息。如需进行修改密码并完毕；点击返回，回到主界面。

学生在功能模块下，可以浏览本人体质测试成绩(BPQ)，并可填写基础心率、安静心率等基本信息作为基础心率波动评价依据。

图2 大学生运动处方卡示例

在设定并获得基础数据，学生即可获得相应的运动处方卡。大学生运动处方卡界面如图2所示，在该处方卡内可以查看身体素质情况，以及专家系统的建议运动处方，还可以进行自我监督，学生可以点击“打印”，将该运动处方卡打印出来，方便查看，并进行自我监督。单个运动项目完成后，可以登录系统，填完相应对话框的内容，以便于系统根据运动反馈情况，及时微调运动处方内容或选项。

相对于学生在该系统中功能，教师在完成注册及必要密码设定后，具有“学生基本资料查询”、“录入学生体质(BPQ)测试成绩”、“查看运动处方及进行处方微调”(如图3)等主要功能。

图3 教师查看及微调运动处方界面

如图3所示，教师可以录入学生的体质测试成绩，录入完后点击“保存数据”，系统自动以“学号”为索引记录该条信息并存入后台Access数据库录。一条数据录入完毕后点击“下一条记录”，开始录入下一条记录，录入完毕，点击“保存数据”，依次类推，点击“返回”。

如图3所示，教师可以查看学生的运动处方，同时可以在“运功注意事项”中，提出运动和饮食方面的建议，输入“查询处方号”，点击“查询”，可以查看任意处方号的处方，点击“编辑”，可以输入“运动微调建议”和“控制饮食”，输入完毕，点击“保存数据”，完成数据保存。

此外，系统设立专家功能模块，以采用专家知识库逻辑进行运动处方制定准则的调整、运动微调建议及专家健康诊断，以增加系统的可扩展性和参数设计科学性。

3.2 运动处方专家系统设计有效性研究

实验选取上海交通大学教学班级60名女生，通过基本信息、身体形态指标、素质测试数据等信息录入，历时一学期的有氧运动处方中网球项目练习，验证系统有效性。

表2 女生参与者实验前、后指标对照

从实验研究对比数据分析可知，经过一学期运动处方试验后，实验组最初的人体质量指数BMI和肺活量体重指数没有发生显著变化(P>0.05)，由于有氧运动强度设定为最大脉搏的60～80%，通过定期定量的练习对受试者BMI指数偏高的个体确有改善效果；有氧运动处方以提高身体的有氧活动能力为主，而网球是一项具有改善练习者柔韧、力量、速度等素质特点的运动项目。通过试验前后素质指标变化可以看出，受试者在800米、握力体重指数、立定跳远、仰卧起坐和坐位体前屈能力上均有改善,其中握力体重指数和仰卧起坐呈显著性提高。实验结束对60名女生进行满意度调查，80%学员认为比较满意，系统操作简单便捷，方便自我评价和记录练习数据。

4 讨论与分析

基于健康体适能并采用逐层筛选及薄弱选项法，制定的大学生运动处方专家系统具有个性化特点。

4.1 运动处方专家系统是了解自身练习情况最直接、最简捷的途径。系统格式设计简洁, 便于操作；模板内容简明易懂，容易被大学生接受，收效快。为每次练习情况做记录，进而加深对自身情况、练习内容和监测指标关系的理解。

4.2 有利于大学生规划和针对性实施课外体育锻炼。学期、周、次处方专家系统是大学生从自身情况出发，先设定学期总目标，通过对周和次处方卡练习内容的详细记录进而总结和验证锻炼情况的有效工具，解决当代大学生课外自我锻炼的盲目性。

4.3 记录数据有利于教学和体育科研。模板记录的运动方式、持续时间、强度、心率和具体实施出现问题的总结，是有价值的研究数据，为体育科研积累数据；同时，对体育教师指导学生、社团活动等大学课外体育锻炼的开展意义深远。

5 结论与建议

运动处方专家系统是大学生课外自我锻炼、自我监控、自我保健和自我评价操作简便的工具。运动处方专家系统的效果评估具有连续性、阶段性和前后对比性特点。处方系统可在大学体育教学课程中和课外社团活动中推广和应用且进一步完善。