小学校园脊柱健康管理服务系统设计研究

汤宇萱，石慧淼

引 言

脊柱侧弯，特发性脊柱侧凸等脊柱疾病很容易发生在青少年时期。严重的脊柱侧弯会导致腰肌劳损，身体变形，肩胛骨外凸等病症。同时严重的特发性脊柱侧凸（adolescent idiopathic scoliosis，AIS）甚至会导致心、肺功能障碍，危及生命。而脊柱畸形很大程度上是在患者毫无察觉的情况下进行的，可能直接失去保守治疗的机会。 因此，加强学校、家长、医院对小学生脊柱健康问题的重视与监督管理尤为重要。

一、青少年脊柱健康问题基本情况

1.1 青少年脊柱健康问题现状

脊柱健康问题伴随城市化和现代化广泛存在于各年龄阶段的问题，其主因并非生理因素，而是复杂的社会组成方式和生活方式。现代社会的生产生活方式多以久坐为基础，在学习、工作、交通等场景中对久坐的结构性依赖让人们不得不接受久坐不动的作息方式。我国在少年儿童时期的形体习惯培养上意识较差。我国小学授课的形式，从二三年级开始学习压力骤增，根据去年我国教育部和卫健委的联合抽样调查报告显示，我国有七成中小学生有体态问题，他们的脊柱健康状况令人担忧。

1.2 家长对脊柱健康的了解程度

通过对江苏、河北、河南等地80位3-5年级家长进行访谈调研，整理获得以下信息：大部分家长对脊柱健康问题的了解不够，不了解各种病症以及其对孩子带来的危害。其中少数对脊柱健康问题有所了解的家长有42.5%认为监督青少年脊柱健康状况是老师的任务。87.5%的家长希望有相应的措施来帮助监督小孩的脊柱健康状况。

60.5%的家长认为学校、家长、医院联动对孩子的脊柱健康状态尽情监管是有必要的。给孩子购买过脊柱矫正类产品的家长占42%。

1.3 学校现状

大部分小学会每年给全校学生进行一次脊柱健康体检。课堂上老师仅会偶尔提醒学生挺直腰背，注意坐姿。除此之外，几乎没有涉及针对青少年脊柱健康问题的措施。学校对于学生脊柱健康状况的关注度整体较低。

只有每个家长都积极参与到学校教学管理工作中，肩负起自身责任，携手教师共同管理，学生的脊柱健康才能得到保障。

二、基于基本情况的需求分析

2.1 用户定位

通过对青少年脊柱健康的基本情况分析与调研发现，3-5年级的青少年脊柱尚未定型，且正处在习惯养成的关键阶段；青少年难以自主保持良好坐姿及家长、学校缺乏对青少年坐姿的监督提醒，是儿童脊柱健康问题的两大成因。因此，我们将目标场景定位在小学校园与课堂，针对3-5年级学生，利用成熟的移动网络与APP技术，结合学生、家长、校方、技术平台等多方相关者，形成一个有机互联的服务系统，期望解决儿童脊柱健康的监管与提醒问题。

3-5年级学生为最主要的用户群体，家长、学校（教师）、医院为主要相关群体。最终产品可能是一套集合手机与电脑端APP、穿戴式交互智能终端及相关服务的完整产品服务系统。

2.2 用户关键需求

对于3-5年级青少年来说，他们的核心需求是尽可能保持正确坐姿、养成良好坐姿习惯；对于家长和教师来说，密切地、全面地、高效地监督孩子的坐姿，帮助他们养成良好坐姿习惯是关键需求；对于医院来说，了解青少年的日常坐姿习惯及行为报告能更高效地了解脊柱病症成因，并形成个性化解决方案。

因此，解决3-5年级学生的脊柱健康监管问题需要的是一款监督提醒青少年不良坐姿，并增加家长、学校与医院在青少年脊柱健康管理问题中参与度的产品系统。

三、产品系统概念初步设定

3.1 竞品分析

现有坐姿矫正类硬件产品多种多样，价格分布较广，其中100元以下区间产品大致包括背部穿戴类、前胸及领口佩戴类、桌面放置类，主要功能包括坐姿监测震动提醒等，都没有配套APP。功能较多且包含配套APP的产品价格集中在200-300元，部分包含强制矫正带的产品价格在500元左右。

目前市场上坐姿监测类产品主要采用陀螺仪与红外测距的技术原理，各种穿戴方式层出不穷。功能方面，多数穿戴方式导致测量不够精准，容易错误触发警报，影响青少年的学习活动，降低用户信任度。精准度较高的佩戴方式较为生硬，舒适感较低。且大部分产品都没有配套的APP进行监控与数据收集，从交互体验上无法满足家长的监管需求。此外，市面上所有产品都未能构建出一个多位一体的产品服务系统。外观方面，多数产品采用的材料观感较为廉价，且外形缺乏设计感，难以吸引青少年的兴趣，易引起抵触情绪。

3.2 产品定位

该产品主要包括产品硬件与线上服务系统。产品硬件包含有内部的陀螺仪、红外测距传感器等，及外部的外壳、穿戴结构；线上服务系统包括数据分析系统、互联平台及分别面向家长、学校、医院的APP。

因建立家长、学校、医院三位一体服务系统的需要，这款产品定位于中高端脊柱健康监测产品。根据竞品及技术成本分析，一款包含穿戴式硬件、监督提醒功能、数据分析功能、服务系统平台及3个APP终端的产品成本在200-300元，因此产品定价大约在300元左右。

四、设计方案的形成与发展

4.1 产品App设计方案

4.1.1 教师端App设计

教师端App的重点是高效获取信息。平台通过分析计算后，将数据简化成二元判断标准，直接用是否健康概括学生状态，让教师能够快速掌握全班学生的脊柱健康状态，并作出相应措施。

4.1.2 家长端App设计

家长对App的需求是更直观的信息展示方式，即将原本冗杂的数据凝练和量化成脊柱健康分数，并给出面向家长们的直接可行的改善建议。

4.1.3 医院端App设计

医院是最对学生身体状态缺乏了解的一方。因此医院端App需要的是更完整全面的数据链条，不但要获得学生的脊柱状态、保持时长，而且要与学生的病历档案相对接，综合判断整个学校学生的脊柱健康状态。

4.2 穿戴方式与最终外形确定

市面现有的挂肩佩戴产品舒适性较差。设计产品的第一步是寻找新的佩戴形式，用更少的存在感换来同样的可用性。但在一系列草图推演后发现想同时满足这两点几乎不可能，起初的背带式则是一种不得已的折衷方案。再对各个方案的舒适度、灵敏度、智能化等进行评估后，我们认为肩章是能够最大程度兼顾可用和友好的一种形式，即佩戴在双肩上的方式，通过磁吸将主机固定在双肩的衣服上。

五、设计方案的推敲与深化

5.1 产品硬件设计方案

5.1.1 穿戴方式设计

这款产品采取双肩佩戴的肩章形式，两个主机佩戴于左右两肩的水平面上，有利于内置传感器实现精准测量与监督提醒。主机下方置有软质强力磁铁，采取磁吸式结构将主机固定于双肩上方的衣服上，佩戴稳定，不易滑落，相比于其他方式提高了穿戴的舒适度与友好度。在交互方面，肩章的形式功能性与装饰性并存，更富有趣味性和吸引力，符合3-5年级儿童的年龄偏好与视觉体验。

5.1.2 监测功能的实现

肩章的佩戴方式为左右两肩分别佩戴一个单体。陀螺仪与位置传感器感应双肩倾斜角度，计算得出脊柱角度，并在倾角超出健康范围时实时触发震动或声音提醒。通过双肩位置计算获得的坐标轴，不仅能判定脊椎弯度，还能通过加速度传感器和位置传感器判定肩膀的开合。从驼背和含胸两个角度双重监控，实现对坐姿的监测与提醒。

5.1.3 交互体验设计

产品包含主机及从主机延伸出来的透明软质塑料片。主机正面的品牌Logo采用呼吸灯设计，两种不同颜色的灯光分别代表坐姿状态健康与否，闪烁时代表电量即将耗尽；透明软质塑料片内含可变色光导纤维。光导纤维勾勒成电路形式，增加趣味性，光纤的不同色代表坐姿的健康程度。当使用者出现坐姿不端时，主机可进行震动或声音提醒，使用者可根据需求选择合适的提醒方式。

5.1.4 充电与续航设计

产品搭配具有蓄电功能的充电底座。蓄电式的设计主要为解决学校插座有限的情况，使学生在学校也可以为电量耗尽的主机充电。充电底座通过Type-C充电接口进行充电，主机与充电底座则通过线圈采用了吸附式无线充电设计。配套的充电底座本身有蓄电功能，充电底座充满电时可供主机充电2-3次，即是本产品专属的移动电源。

5.2 产品App设计细节

5.2.1 教师端

教师是负责第三方监护儿童脊柱健康的关键角色，也是最能体现我们服务系统中以人为中心而非以设备为中心这样特点的一方。针对他们的脊柱健康管理终端，其重点是能够统筹掌握所有学生的即时状态，这就要求信息需要尽可能简洁明了地呈现。所以我们最终的高保真原型采用了扁平架构的设计思路，用堆叠卡片的形式尽可能在第一界面就把规整过的信息展示清楚。

第一主页是以一整班为单位的学生的矩阵阵列，每一隔间表示的是一名学生，我们将姓名的尾字作为唯一的身份标示用来精简首页内容，只有在具体点击某一学生时才会在底栏卡片上显示其具体情况，并对自制力较差的同学在课下进行相关提醒；系统采集到的学生脊柱健康信息主要是从犯错误的频次、改正率和静坐时长来综合判定的，以两分法进行判定，当分数低于及格线的时在阵列中显示桔红色角标，这样就能在矩阵中清晰明了地显示整个班级的脊柱健康状况。一旦超过一个临界值手机或者手环会发出警示信息，建议老师带领学生站起来集体放松1到2分钟。

首页的另一标签页是根据学生脊柱健康综合分数高低而得出的排行榜，针对这个以周为单位的排行榜，老师会在每周班会上给前三名的同学发放小红花小星星健康卡之类的奖品，学生可以通过这些小奖品兑换5次以内的暑假作业题目减免的机会。肩章每周会对不同排位的同学示意不同的颜色，针对每班名次最低的10名同学在大课间需要依据肩章颜色而额外组织进行保健操等相关舒缓活动，直到下一周从名单上消失。

5.2.2 家长端

家长需要更细致了解自己孩子的脊柱健康状况，重点是提供给家长有实际意义数据。我们最终是采用了4底栏的设计，主要选取的是学生的实时健康综合分数、地理位置信息、矫正次数、纵向分数对比这四大方面，主页是所有信息的汇聚，第二页是学生的实时位置信息，用来满足健康以外家长对学生去向的关注；第三页是学生脊柱健康分数的详细，具体给出学生的脊柱状态、有什么样的问题还有矫正的注意事项；除此之外还有学生每周生成的分数比对图标，用来直观感受学生的进步。第四页是常规的设置界面，用以调节账户和设备的参数。家长通过这套软件能够非常容易获知学生平时到去向，脊柱问题，理解这些脊柱问题所意味着什么、以及如何改正，并在学生返回家后继续监督其姿态习惯，敦促其早日养成良好的体态。

5.2.3 医院端

医院作为整个联动系统的最上游，通过本产品与学校建立起健康数据库，可以在实地体检和历史病例的基础之上实时把握各学校学生的脊柱健康指数，以及相关横纵向数据对比，并通过可视化形式表现出来。

最终产出的网页客户端包括三大板块，第一个是校际间的数据总览以及时间线对比；其次是完整的学生档案以及相对应的脊柱健康数据、问题和历史病例对接，第三个是与家长直接的点对点沟通服务，由此构建出一套全面把控合作学校学生的脊柱健康管理档案，提高摸排效率，更有针对性地提出和改善意见，并以专业背书的形式提高系统的服务质量，赢取家长们的信任。

六、结语

本文从设计层面解决小学生脊柱健康问题需要考虑到的社会、学校、家长三大系统的方方面面，从大层面出发，发掘解决问题的环节，再退回到大的系统层面来给出解决方案，从而得到产品落地的可能性。

在以上软硬件产出的支持下维护预设系统的流畅运行，形成协同监督、自主纠正的脊柱健康三边联动管理模式，系统性优化小学生改善脊柱问题的主客观条件。