学生体质健康测试数据的异常分析判断与研究

刘勇 宁夏大学

少年强则国强，学生体质健康不仅关乎青少年自身的成长，而且对于国家和民族的未来发展都至关重要。关于体质一词，我国学者认为体质是人体的质量，它是在遗传性和获得性基础上表现出来的人体形态结构、生理功能和心理因素[1]。美国学者Corbin（1991）、Shephard、Bouchard、Stephens（1994）提出了“体质实质是包含运动技能体质、身体健康体质和生理功能体质的三维结构模型”[2]。2002 年，我国在全国范围内试行《国家学生体质健康标准》（下文简称《标准》），在该《标准》落实以后，教育部要求所有学校将最后的测试结果进行上报。但是由于数据量太过庞大复杂，在上报过程中存在工作强度大、数据可信度不高等问题[3]。

一、研究对象与方法

（一）研究对象

本文是以对学生体质健康测试数据进行异常分析与判断为研究对象。根据《国家学生体质健康标准（2014 年修订）》的要求，各学校每学年都要开展覆盖本校各年级学生的《标准》测试工作，测试数据经当地教育行政部门按要求审核后，通过“中国学生体质健康网”上传至“国家学生体质健康标准数据管理系统”。此次研究的数据来源为某省2015 年-2019 年五年间的体质测试上报数据。

（二）研究方法

1.文献资料法

根据本文的研究目的和意义，通过中国知网、维普、万方等数据库，以“数据真实性”“体质测试”等为关键字进行文献检索，并整理了这些数据库中与本研究相关的文献资料，为本文的研究奠定了理论基础。

2.统计学方法

本研究主要运用Excel 和Spss 统计软件对数据进行统计分析。

3.计算机程序设计法

本研究的学生体测数据异常检测程序基于Python 语言实现，使用了sci-kit-learn，pandas 等算法包，使用MySQL 作为数据库，使用vue 作为创建用户界面的开源JavaScript 前端，使用echarts 实现数据的可视化。

二、研究结果与分析

（一）t 检验的应用

本研究用t 检验的方法将班级与该班级所在的年级数据做对比，以班级作为检验样本，年级作为检验总体，目的是评估这个班级的体测结果是否整体异常。

t 检验计算公式如下：

该项目中运用单总体t 检验量的计算方法，以2019 年体重数据为例：

某小学1 年级（3）班体重结果均值μ=26.7，该班学生数n=30，该校一年级体重结果均值μ0=28，S=4.1，判断该学校1 年级（3）班体重均值与整个一年级体重均值是否有差异。

1.建立假设、确定检验水准α

H0（零假设）：μ=μ0 即1 年级（3）班体重结果均值与该校一年级体重结果均值相等，其当中的差异是由抽样误差引起的，无统计学意义。

H1（备择假设）：μ ≠μ0 即1 年级（3）班体重结果均值与该校一年级体重结果均值不相等，其当中的差异属于本质性差异，有统计学意义。

该检验目的是推断班级与年级总体均数是否相等（即μ＞μ0 和μ＜μ0 可能性同时存在），所以采用双侧检验，检验水准（显著性水准）：α=0.05，参考值设定为p（即H0 发生的概率）。

2.计算检验统计量

3.确定P 值，下结论

通过查询T 检验临界值表，得到t0.05（df=29）的临界值为2.045，计算得出的t 值为1.7075，1.7075＜2.045，t 值小于临界值，P＜0.05。因此接受零假设，不能认为某小学一年级（3）班体重结果均值与该年级体重结果均值有差异，所以某小学一年级（3）班体重结果数据正常。

（二）学生个人体测数据的检测方法

个人体测数据异常的评估方法由于个体数据的差异性，采用历史数据对比法（即某学生2019 年体测结果与2018 年该学生体测结果数据一一对应做比较）。以每个年龄的变化的+10%，-40%作为异常判断依据可以有效检测出体测中的异常结果，例如表1 所示。

表1 身高数据异常检测表

个人异常结果对比中两个样本属性高度相关（同一名学生2018 年和2019 年的体测数值变化），评估采用给定变化值域区间的方法，实际变化落在区间之内则正常，落在区间之外则判定为异常。特殊体测项目依据年龄及性别划分值域区间。该异常检测方法结论仅作为参考，不排除有个别学生进行针对性训练或身体素质下降等因素引起的测评结果异常。

（三）学生体质测试数据检验平台的构建

1.程序设计简介

此平台基于Python 语言实现，Python 语言作为目前最流行的编程语言之一，具有开发效率高、面向对象、免费、开源、简单易学等优点，使用MySQL 作为后台数据库，MySQL 运行速度快，与其他大型数据库的设置和管理相比更容易使用，具有丰富的接口，可以利用pymysql 工具与Python 连接。使用vue 渐进式框架构建用户界面，Vue 相对而言是一个轻量级的框架，可以通过简单的API 提供高效的数据绑定和灵活的组件系统。使用echarts 实现数据的可视化，其可提供直观、生动、可交互、可个性化定制的数据可视化图表，最终的数据检测结果，可通过echarts 提供的统计图表直观地展示出来。

2.系统功能模块

本系统的用户主要分为三类，学校、管理单位、个人（学生），根据学校体质测试工作的流程以及此系统所需要实现的基本功能，每一类用户下又设有若干个功能模块，每个功能模块实现特定的功能（如图1）。

图1 系统功能结构图

在学校这一模块下设有三个子模块，分别为学生管理、班级管理、成绩管理。管理单位模块下也设有三个子模块，分别为后台管理、单位管理、成绩管理。后台管理模块主要实现成绩修改、查询、添加、等功能。单位管理模块主要实现单位导入、导出、单位详细信息、查找等功能。成绩管理模块主要实现成绩审核、成绩导出、查找、统计等功能。

个人（学生）模块下设有两个子模块，分别为个人信息管理和成绩管理，个人信息管理模块可以显示学生的基本信息以及联系方式，成绩管理模块主要实现个人成绩查看、导出、查找等功能。

三、结论与建议

对学生个人、班级、年级分别使用历史数据对比以及灰色预测的方法，对体质测试数据的有效性进行全面的检测，通过对学生体质测试成绩进行检验，发现确实有部分班级、部分学生的体测数据存在异常，鉴于目前体质测试的情况，特提出以下几点建议仅供参考：

1.教育、体育等相关部门要加大对学生体质健康方面的重视程度，对学生体质健康测试方面存在的问题要有相应的解决措施并加大监管力度，督促各级各地学校贯彻落实国家的规定和要求。

2.各级各类学校要加大对体育工作的重视程度，引导和督促学生积极进行体育锻炼，全面提高身体素质，养成体育锻炼的习惯、树立终身体育的意识。加强体育师资队伍建设、组织教师定期进行学习培训，成立专门的体质测试管理中心，全面负责学生体质测试及上报工作。

3.学生个人要树立正确的体育观、充分认识到体育锻炼、身体健康的重要性，积极参加课内外体育活动、提高自身素质的同时也达到了国家的要求。