基于SunFitLink运动负荷测评系统的教学设计与实践——以《花样跳绳个人绳案例》为例.pdf

体育教学/2023年第10期P82体育教学科技赋能体育教学TECHNOLOGY-EMPOWERED PHYSICAL EDUCATION 基于SunFitLink运动负荷测评系统的教学设计与实践以花样跳绳个人绳案例为例摘 要：本文以一节花样跳绳复习课为教学设计基础，基于运动负荷监测设备和系统，建模运动负荷监测指标和观察指标，通过数据分析和问卷比较，进行花样跳绳案例教学的反思、总结，并基于课堂结构中合理运动负荷的区间，经过两年的实践经验，提供花样跳绳课例运动负荷的测评模型。关键词：运动负荷测评；教学设计；花样跳绳；智能化体育中图分类号：G623.8 文献标识码：B 文章编号：1005-2410（2023）10-0082-03文/王 玮1 殷从建2在体育“智能化”背景下，各种运动负荷监测设备和系统逐步进入课堂，有利于体育教师提高运动负荷监测的认识，且对体育课堂质量、学生体质与技能水平的提升有着十分重要的实践意义。然而，教师如何通过心率等监测指标和“劳累程度”问卷指标进行综合分析，如何通过出汗、脸红、气喘等观察指标进行过程运动负荷调控，仍然缺乏科学、便捷、高效的运动负荷测评模型。因此，本文基于课堂结构中合理运动负荷的区间，经过两年的实践经验，提供花样跳绳课例运动负荷的测评模型。一、运动负荷测评指标的分析与设计（一）本课运动负荷测评指标的确定义务教育体育与健康新课程标准（2022年版）以下简称课程标准（2022年版）明确指出“科学设置运动负荷，每节课达到中高强度”，即“每节课群体运动密度应不低于75%，个体运动密度应不低于50%；每节课应达到中高运动强度，班级所有学生平均心率原则上在140160次/分”。在实际的体育教学活动中，我们也会通过学生体表特征来监控运动负荷，如学生上完体育课脸是红扑扑的，学生上体育课时要有中等的出汗，学生在体育课有几次中度急促的气喘，学生在体育课的第二天会感到肌肉酸痛。虽然看着不那么精确，但用“脸红、出汗、气喘、肌肉疼”也可以评析学生运动负荷的情况。基 于 上 述，依 据 课 程 标 准（2022年版）中相关运动负荷要求，基于SunFitLink运动负荷监测系统（中国教育科学研究院健康体能课题组指导）已有指标，结合授课的课程类型、课次、教学对象的学情、上课具体要求，观察课中学生的监测数据、体表特征和课后“劳累程度”的调研，本课的运动负荷主要测评指标设计如表1。（二）本课运动负荷测评指标的分析运动密度、心率120次/分持续时间、平均心率、最大心率、平均心率指数等指标由系统自设、自动计算，该系统的研发经过多轮专家论证，结合文献研究成果且已投入应用数年时间，所测量的主要指标能够满足初中体育课堂运动负荷的测评需求。RPE量表、Borg量表的问卷部分，是体育科学研究中常用的科学量表，能够科学、直观地反映学生真实的运动负荷感受。二、运动负荷测评系统操作流程设计与实践运动负荷测评系统由心率监测手环、信号接收器、终端显示设备、WIFI发射器、投屏器等硬件设备构成，它依托于智能穿戴设备、显示设备、云计算技术、数据分析等软硬件，提供可视化、便于操作使用的数据采集与分析功能。具体设计如下。（一）课前准备：确定测评对象，信息对接实施课堂运动负荷测评前，笔者先确定授课即测评对象，将学生的基本信息，如学号、年龄、性别等上传至测评平台；在终端显示器（iPad）上，依据课程标准（2022年版）及教学计划，设置好本课学习目标、课程类型（新授课或复习课）、项目分类（具体项目名称）、授课内容、上课时长等基本信息。（二）课堂导入：测评设备调试，教学导入课前5分钟，笔者组织学生按照学号领取并佩戴好对应编号的心率测评手环，指导学生检查手环开机与佩戴状态，保证手环的正常感应。同时，作为课前知识点切入，使学生明确运动心率监测的概念、意义，了解不同心率区间的意义及系统中相对应的色块，为整节课“学、练、评”提供相应知识储备（图2）。随即，组织学生进行第一次心率测试，即安静心率、心率起点，便于后期心率变化的对比研究。体育教学/2023年第10期P83TECHNOLOGY-EMPOWERED PHYSICAL EDUCATION 体育教学科技赋能体育教学图2 本课以“年龄=13”得出的不同目的心率区间数值（三）课中测量：观察运动负荷，实时呈现课中，伴随着学练活动的进行，教师与学生可通过平板电脑或者投屏到显示器上的数字，直观了解实时的运动心率、运动强度等多项体现运动负荷与强度指标（图3）。此外，上课过程中，教师用语言或各种提醒，刺激尚未达到有效区间及部分心率过高的同学进行负荷调整；鼓励学生结合自己的心率变化情况，提高练习的积极性和主动性。图3 学生心率实时显示情况（四）课中调控：运动负荷调控，学练合一 借助运动负荷监测系统，教师可以及时调控学生的运动负荷。例如，本课笔者采用了分组轮换练习法和间歇性训练法，即将学生分为6个组，每组对应本课学练的一个内容，每个动作练习1分钟，随即轮换到相邻的下一组，直至6个动作全部循环一遍，“练习一分钟休息20秒”的时间间隔，保证学练的重复次数，也给了学生合理的间歇休息时间。同时配以提前制作好的学练指导视频与音乐，控制练习时间与间歇时间，学生可结合视频自主跟练，教师巡回指导，重点帮助学练有困难的学生。课堂上，笔者除了通过显示屏了解学生上课实时心率外，也会结合传统的观察询问法，通过观察学生的面色、出汗量、肢体动作、微表情、喘气频率等外显特征判断运动的负荷强度；通过询问、调查、了解学生锻炼过程中不同阶段的本体感受，来判断学生对运动负荷的接受度。（五）课后反思：测评数据汇总，优化设计课堂学练结束后，系统会根据设置的上课时长自动完成保存数据等过程，自动生成测评报告，教师可直接看到班级整体（图5）及每一位学生的个人心率、运动强度等指标。分别测定了5分钟及10分钟后的安静心率，保证课后安全，并回收运动心率手环，做好相应的消毒整理工作。随堂心率测评结束后，笔者将系统生成的评价报告和数据导出，由心率曲线图、课堂各环节平均心率等数据（图6），分析整节课上学生的心率变化情况，对本课学生运动心率负荷有了一个直观、准确的认知。分析负荷预设与生成之间的差别和原因，优化教学设计和实施步骤，完善运动负荷安排，使下一个班级教学更加科学、实效。此外，为了了解学生本体感受与实际运动负荷之间的关联性，笔者使用RPE量表及Borg量表，调查与测评学生本课授课过程中的本体感受。三、基于运动负荷测评教学的应用分析（一）整体运动负荷的设计与生成对比分析基于平时的教学经验，笔者在教学设计时绘制了课堂心率预估曲线，预设的课堂练习密度为55%60%，平均心率约为130140次/分钟左右。比对实际课后系统生成的数据及心率曲线图（图8）发现：本课被测学生的运动密度为83%、有效锻炼密度为59%，心率大于120次/分的持续时间为27分36秒，都达到基本适宜心率水平；60%70%运动强度的持续时间大于30分钟，但平均心率距离课程标准预设的140160次/分钟尚有一定的差距。大部分的曲线符合教师预设，最大班级平均心率出现在准备部分结束时与基本部分结束时，呈现双峰曲线；基本部分的心率较平稳，能够持续维持在一定的合理区间；课后810分钟学生心率基本能够恢复到安静状态。在实际授课过程中，笔者发现授课班级之间的生均差异较大，体现在体能、练习态度、协调性等各方面。于是分层改变了练习的重复次数，延长了部分同学的间歇时间，同时调整了练习速度，通过变换场地、变换练习方向等，有效地调整了运动负荷，本节课整体心率区间处于正常的有效范围之内。（二）学生课堂心率曲线、各阶段运动负荷与自述本体感受关联模型为进一步探究学生运动负荷与本体感受的规律与关系，笔者自制了相关调查问卷，基于运动负荷监测系统，利用SPSS软件对问卷进行分析，初步构建了本课学生各阶段课堂心率曲线、运动负荷与自述本体感受关联模型。1.研究对象与方法以RPE量表及Borg量表对体育课的学生进行问卷调查，选取对象均为身体健康且正常参与本课学练活动的学生，确定已采集的数据无遗漏指标，发放与收集36名学生，问卷回收率100%，有效率100%。2.RPE量表、Borg量表分析基于运动过程中心理、生理对运动强度的整体感知与反应，RPE量表(Rating of Perceived Exertion)已成为目前对运动强度控制、指导最为常见的表 1 花样跳绳个人绳教学运动负荷主要测评指标评价指标测评方法本课评价标准运动密度（课堂运动时间/课的总时间）100%（系统自动生成）75%心率120次/分持续时间心率维持在120次/分及以上的持续时间（系统自动生成）25分钟平均心率班级学生整节课运动心率的平均值（系统自动生成）140160次/分最大心率学生运动心率的最大值（系统自动生成）200次/分平均心率指数心率指数=平均心率/安静心率（系统自动生成）1.61.8学生本体感受调查问卷RPE量表、Borg量表体表特征课堂观察、询问反馈分析比较体育教学/2023年第10期P84体育教学科技赋能体育教学TECHNOLOGY-EMPOWERED PHYSICAL EDUCATION 运动感知量表之一，其应用价值得到美国运动医学会(ACSM)的认可与推荐。Borg量表即主观疲劳程度量表，常使用15级Borg量表表示运动强度，分别取值620分，主观感觉的分值乘以10即为其运动时的心率。两份量表的信度、效度都经过学者的检验。此外，笔者邀请了本专业6位专家，采用德尔菲法对问卷的结构和内容的有效性再次进行评估，分别设定“非常有效、有效、一般、基本无效”等四个维度的标准。经检验表明，两份量表的内容能够满足调查需要，具备有效性。3.研究结果结果显示，绝大部分同学能够接受本节课的整体运动强度，本体感受与心率情况契合度较高，身体表征与靶心率区间数值高度相关,体现出的身体状态也能够匹配心率曲线“双峰”的形态。具体的数据如下（表2）。根据SPSS数据分析、统计，38.9%的学生表述为“微微出汗，喘气均匀，脸颊微红”，36.1%的学生表述“大量出汗，喘气较快，脸颊滚烫”，两部分学生人数几乎相等，呈现正态分布。其中，课的开始部分，班级平均心率为92次/分，94.4%的学生表示运动负荷与上课前没有变化，较静息心率上升幅度较小，学生身体各部分感受均易于适应，对应本课心率指征灰色区间。准备部分时的班级平均心率为122次/分钟，66.67%的学生自述为“微微出汗，喘气均匀，脸颊微红呼吸舒适”，本体指征表现为“肌肉负荷少，少量出汗”，匹配本课心率指征蓝色区间数值。基本部分时，该阶段的班级平均心率为129次/分，有61.11%的学生感觉到“大量出汗，喘气较快，脸颊滚烫”，另有13.88%的学生表述“上气不接下气，无法继续坚持”。结束部分，班级平均心率为117次/分，有69.4%的学生表述“微微出汗，喘气均匀，脸颊微红”。四、基于运动负荷测评系统建模的教学反思基于运动负荷监测系统，学生能够了解或掌握一定的运动负荷监测知识及方法，并结合自身在课堂及运动中的本体感受，在体育锻炼中活学活用，运用所掌握的知识来监测自己的运动情况。明确不同锻炼目的合理心率区间，引领学生自主学练、实践，从而真正将“提高学生体质”落实到每一天每一节体育课上。主要优势如下。（一）实现体育学习方式的可视化、差异性借助于信息技术，将运动心率可视化，无形中给学生确定了自己课堂学练的目标，笔者留意到本课开始前，佩戴好运动手环以后，学生看着屏幕上的心率数值都不由自主地开始了原地跑跳，力争将自己的心率提升再提升，无形中将被动的安排型学习转化为积极的主动型学习。可将体育课堂教学内容以视频等多种多媒体形式呈现，实现教学内容的可视化。教师可从示范讲解中脱离出来，将更多关注指向对差异学生的指导与纠错上。此外，学习内容可视化，也可以从另一方面提高学生自主学习力，并将其迁移到其他项目或学科的学习之中，跟踪每一位学生一学期甚至学段内所有体育课的练习情况，实现学生体育与健康课堂表现的过程性评价。（二）体现体育教学干预的可控化、科学性根据课例建模，分析心率、运动负荷与本体指征三者的关系，笔者发现：整节课堂结构中运动负荷强度适中，预设与生成一致性较高，可以通过观察面部特征，指导和干预学生练习负荷。从学生负荷强度自述情况看，强度分布较为合理，但平均心率偏低，排除设备的佩戴及传输问题，有几点原因：第一，两位身体机能较弱的学生，自主练习及分组轮换练习时频繁的断绳、休息，心率值始终处于较低水平；第二，分组轮换练习时，部分学生由于体能下降，停下来休息的时间较长，导致该部分的实际心率情况弱于预设负荷情况。借助运动负荷监测系统，体现了教学干预规范化、可回放、易操作。（三）突出运动负荷测评的个性化与安全性在传统体育课堂上，学生的练习次数与练习强度的要求较为统一，不能科学涵盖所有。不同身体素质的学生运动能力是不同的，承受的运动负荷也会有所差异。运动负荷监测系统准确地反映了不同学生的心率及运动负荷承受程度，帮助教师得以实现教学的差异化指导，体现在对心率指数及运动负荷承载过高的同学及时预警，提示降低运动强度或速度；对心率指数及运动负荷承载不足的同学，及时鼓励与刺激，以提高运动速度等方式进一步提高其运动负荷，帮助学生在安全的生理环境下进行体育课的学练。此外，运动负荷监测系统还可以对部分心率过高或过快学生提出预警，便于教师及时调控学生运动强度，保证学练安全。基金项目：本文系江苏省教育科学“十三五”规划课题：江苏省中小学体育与健康课程核心素养的评价指标体系研究(课题批号：C-c/2020/02/06)阶段性成果 表2 不同教学环节学生的运动负荷、本体感受关系 （n=36）开始部分准备部分基本部分结束部分综合整节课频数百分比频数百分比频数百分比频数百分比频数百分比与上课前，没有变化3494.44%1027.78%00%719.44%719.4%微微出汗，喘气均匀，脸颊微红25.56%2466.67%925%2569.4%1438.9%大量出汗，喘气较快，脸颊滚烫0025.55%2261.11%38.3%1336.1%上气不接下气，无法继续坚持0000513.88%15.6%25.6%对应心率变化范围90100次/分120140次/分110145次/分115125次/分90145次/分班级平均心率92次/分122次/分129次/分117次/分125次/分对应本课心率负荷区间区间1区间12区间23区间21区间2部 分表 征（1.南京师范大学附属中学新城初级中学 210019）（2.江苏省南京市建邺区教师发展中心 210017）（E-mail:）