基于可穿戴设备的田径教学中心率检测器的应用研究

徐上升 杨博钧 李朝福

（牡丹江师范学院 黑龙江 牡丹江 157000）

前言

新时代教育背景下伴随经济全球化发展趋势应运而生的高端运动产品的产生，结合国家层面对高校体育教学和青少年体质健康相关政策的提出，学校体育教学在实施确认过程中也迎来了新的任务和挑战。教育部也在不断地深化改革学校体育教学的形式和方法，力求体育课程的开展既要丰富多彩，让学生放飞自我，更要确保体育课的强度从根本上能够促进学生体质健康水平的提升。体质健康测试是学校每年针对学生健康水平的测试，其中关于田径项目的部分，学生的测试表现差强人意。由此显现，在体育教学过程中，学生运动负荷的检测和把控至关重要。体育课的运动负荷对青少年来说，既是机遇也是挑战，当运动负荷达到临界值时的激发，从生理上可以给青少年的运动技能带来突破，但超过运动负荷过多或过久，就有可能会给青少年不只是生理上带来不可逆的运动损伤，还伴随着心理上的创伤。随着科技的不断发展，从传统的自我脉搏检测逐渐转变成被越来越认可的心率监测，心率监测设备越来越精细、佩戴方便、操作简单。本研究将可穿戴设备心率监测器应用到田径教学当中，通过对运动负荷的把控和调整，提升青少年运动水平，继而达到提升体质健康水平的目的。

1、学校田径教学的现状研究

体育课在学校的教育中占有重要的位置，体育课的教学质量直接关系到学生体质健康水平的高低。田径作为体育项目中的基础部分，有其不可撼动的地位，在学生体质健康测试中，田径类项目占据大部分内容，但在学校体育教学当中，尤其是低学段的体育教学，田径往往是被忽视的部分。教学过程中会默认为走、跑、跳、投是学生们经常活动的方式，没有完全了解田径这门课程开设的根本意义，所以都觉得已经掌握，但实际的情况却并非如此，学生们并未掌握田径项目的运动要领，经常出现的是核心不稳定无法提供足够支撑和动作的衔接、动作走形、力量不足、协调性欠缺、不够了解自身状态等情况，在体质健康测试中，很多学生的50m跑和800m/1000m跑成绩不合格，或者是运动结束后身体出现严重透支的情况，这会使得学生对田径课产生厌倦，无法快乐学习，更无法做到体能提升、同时面对突发情况下的紧急避险也未必有很好的把握。因此，注重田径教学、注重教学的形式和手段对于提升学生的身体素质方面至关重要；关键点在于教师、学生要对田径教学足够重视，并且要采用科学的、多样的手段进行全新的田径教学，以此达到提升学校田径教学的效果和提升学生体质健康水平的目的。

1.1、关于田径课堂运动负荷的研究

运动负荷不仅能够提升体育课堂的教学效果，更是奠定学生终身体育的必由之路。近年来，随着学生主体地位的提升和体育课改的推动，学校体育教学更多的趋向于趣味教学，更加关注学生的“快乐、开心”，忽视了运动负荷的强弱。田径课堂更是被体育游戏所填充，忽视了田径教学的根本教学任务，没有达到培养学生田径运动技能的目标。在很多田径教学当中，还是依据教师的经验对学生观察判断运动负荷来调节运动计划，缺乏科学的指导和依据。众所周知，心率与运动量和运动程度有着密切的关系，因此，从心率监测入手，可以更加合理的调节运动计划，检测学生运动水平。

1.2、关于心率与运动负荷的关系

经过实践和各种文献已经证实，当人的心率变化范围在110-180次/min，人体运动强度越大，心跳越快，可以说心率是反映人体生理功能的重要指标，能够客观的反映人体运动负荷的强度。在体育教学中，一般可以通过心率的情况反映出运动负荷的强度。但在田径教学过程中，心率的检测受仪器、教学方法、运动项目等不同问题的影响，没有很广泛地应用到田径教学当中，这对于教学过程中运动负荷把控的准确性提出了质疑，也是应该解决的问题。

1.3、关于运动负荷对体质健康的影响

在进行体育运动过程中，运动负荷的把控直接影响体质健康水平。达到运动负荷，但持续时间较短时，对于学生的体质健康水平影响不明显，也可以说运动负荷过小或者过大对于青少年身体生长发育均没有促进作用，反而会产生一定运动损伤。青少年生长发育未完全，运动负荷的强弱对其身体的生长发育影响较大，科学的把控运动负荷势必会产生积极促进的作用。因此，运动负荷对于体质健康影响深远，应该采用更为科学合理的方式对运动负荷进行把控，心率监测无疑是其中一种更容易实现的方式。

2、结果与分析

本研究采用实验组与对照组控制变量法实验。实验对象选择浙江省绍兴市某中学七年级两个班级，实验周期为10周。班级选取是根据同一教师、上课时间等情况进行确定，实验确保上课次数、教学内容、教学方法均一致，变量为上课过程中教师是否依据心率变化情况对学生进行干预与反馈。实验选用的仪器有腕带式心率监测仪、信号接收器、数据接收终端电脑等，在课前将信号接收器放置在实验场地中，确保学生活动的范围内均能接收到信号，在数据终端会将本节课的内容、课的时长等信息提前录入，然后组织实验组与对照组佩戴好腕带式心率监测仪器，学生个人信息也会与所佩戴的心率监测仪器保持一致，实时的心率变化情况会传输到数据接收终端的电脑中，对照组教师按照传统教学模式进行教学，实验组教师根据仪器显示心率情况，调节学生练习次数与频率。实验教学中的教学计划如表1。

表1 教学计划

2.1、教学实验前体质测试结果分析

实验开始前，针对两组学生进行体质健康测试，了解学生身体健康情况。测试人员共80人，每个班级40名同学。从表中可以看出，实验前，两个组别的学生的身体健康状况没有显著性差异，各项指标的P值均大于0.05。说明实验组与对照组在实验前期的体质健康状况可以进行对照实验。

表2 实验前学生体质健康测试数据

2.2、教学实验中学生心率变化分析

（1）田径教学中学生平均心率对比分析。

平均心率指的是一堂完整的田径课中学生心率的总数与课程时间的比值，平均心率能够直接地反映出课堂运动负荷情况，客观判定体育课是否合格。在新课标中，一节体育课的平均心率应达到130次/min是符合标准。此次实验中制定的教学计划为跑、跳、投3项内容，每周两节课，共计20节课。实验组与对照组的教学内容、教学进度和课程节数相同。通过对实验组与对照组学生心率的监测情况，根据图1可以得出对照组学生的平均心率在122.8次/min，最高心率为136次/min，是因为教学内容为冲刺跑练习。而实验组的心率均在130-140次/min之间，每节课的心率在达到课程标准的同时又在教师的干预下走势平稳。体现出了心率监测在田径教学过程中对心率的把控的有效性。

图1 实验组与对照组平均心率变化对比图

（2）田径教学中最大心率对比分析。

在进行体育锻炼的过程中，运动时间的长短、运动负荷的大小和大脑神经中枢都会对最大心率产生影响，运动时间的长短和运动负荷量都应在适度的范围内，过大的运动负荷和超长时间的运动都会对心肺造成不可逆的损伤，只有在合适的范围内运动，才会达到强身健体、增进运动技能的目的。根据指标评价与标准，最大心率≤200次/min为合格，通过10周田径课的监测，实验组与对照组的运动均合格，最大心率均≤200次/min。但在运动过程中，运动峰值的把控是复杂多变的，仅靠教师肉眼观察和经验的分析，很难精准的把控运动负荷和最大心率的变化。因此，在运动锻炼过程中，心率监测器可以很好的解决这一问题，进而帮助体育教师更为科学、更加准确的进行体育教学任务和训练任务。尤其是在田径教学过程中，分类的项目较多，不同的田径项目特点突出，更应该依赖科学的监测仪器辅助教学与训练。

（3）田径教学中各部分平均心率对比分析。

体育教学中分为准备部分、基本部分、结束部分3大部分，每一部分的内容不同、教学时间也不同，因此，每一部分的平均心率也会有差异。田径教学的模式和流程遵循传统体育课的模式，在不同的部分心率会显现出不同的数值特征。通过监测可以了解到，在准备部分和结束部分，实验组与对照组的心率差异不大，但实验组的平均心率要高于对照组，这是由于教师根据心率数值，在不改变教学环节的情况下，使实验组教学内容更紧凑，活动衔接更紧密所导致的。在基本部分，实验组与对照组的平均心率差异较显著。在20节课的教学活动中，由于教学内容的不同以及新知识传授中学生听讲解、看示范过程中导致的密度下降，均引起平均心率的降低，但实验组在教师监测反馈和调节的情况下，平均心率变化不大，对照组的心率变化较大，平均心率低于实验组。

2.3、教学实验后体质测试结果分析

在实验后，对两个组别再次进行体质测试，下表是实验后测试情况。在50m跑项目上两个组别有显著性差异（P＜0.05），在肺活量上产生非常显著性差异（P＜0.01），在1min跳绳上也产生了显著性差异（P＜0.05），因此，说明在田径教学过程中，运用心率监测器对教学进行指导，调节运动负荷和运动时间，对学生的体质健康具有积极的促进作用，同时助力田径教学更加的科学化，田径成绩更加优异化。

表3 实验后体质测试情况表

3、结语

从实验数据分析得出，可穿戴设备心率监测仪器在中学田径教学中，对于教师对学生心率的掌握、教学内容的选择与变化、运动时间与运动负荷的把控均具有积极的作用。在实验过程中，对照组学生虽然在体质健康测试成绩上也有所提升，但实验组学生的提升比较显著，并且在体育教学和训练过程中，平稳的心率对学生的身心健康更具有促进作用。体育教学的发展趋势势必要与信息技术和体育工程相融合，心率监测器的使用，是将中学田径教学乃至体育教学提升到了新的高度，通过心率监测，不仅给田径教学的效果带来了显著的差异，也为今后的学校体育教学开拓了新的思路，教师不仅要开展体育课，更要将科学的手段和先进的体育仪器融入到传统的体育教学当中，为提升青少年体质健康水平和培养学生的终身体育意识打下坚实的基础。