数字化体能在大学生运动训练中的应用策略研究

高振兴

（山西科技学院 山西 晋城 048000）

引言

当前数字化技术的发展日新月异，数字化与体能训练的结合已应用至各专业运动队，不少专业运动队已经设定了专门的数据分析师岗位，皆在帮助运动员进行有针对性的体能训练。物联网、大数据和虚拟现实等数字化技术已广泛应用于体能训练中，并取得了不错的效果。但是在大学生运动训练中，数字化体能的应用范围尚小，不少大学体育教师对于数字化体能的认识不足，数字化体能所需要的设备缺失。但是随着大学生运动训练水平的提升，原有的体能训练方法会存在成绩提升的瓶颈，数字化体能仍然是大学生运动训练中体能训练环节不可或缺的部分，研究数字化体能在大学生运动训练中的应用策略，帮助大学生体能训练精细化、科学化，将是未来发展的新趋势。

1、数字化体能的概念

数字化体能与传统体能训练既有联系，又有区别。数字化体能并非要推翻传统的体能训练理念，而是将原有的体能数据化，通过数字化技术进行监控、分析，使得体能训练更加科学、合理。数字化体能是传统体能训练的一个双向调控过程，其核心是要取得训练的数据，并结合专项运动的要求，对被训练人的训练科目、负荷进行调控。当然随着数字化技术与体能训练结合度的增加，数字化体能的概念不仅仅是采集人体运动数据并分析，还延伸至虚拟现实“沉浸式”体验教学领域，可以不受场地限制，开展滑雪、皮划艇、冲浪、跑酷等难以在大学生运动训练现实环境中开设的体育项目训练。另外人工智能技术能让“一对一”模式的大学生体能训练成为现实，为每一位大学生制定个性化的训练项目并进行监督，从一定程度上缓解目前大学生运动训练中教师人数不足的问题。

2、数字化体能在运动训练中的应用现状

在19世纪，国外的游泳和田径项目的训练中已经出现了数字化体能应用的萌芽。当时多数教练员采用了手动记录数据的形式，对运动员训练和比赛的数据进行简单的记录并分析。上世纪80年代，以美国为代表的体能训练发达国家开始邀请专业的数据分析专家对各级别田径赛事的数据进行分析，其中运用了较多的数字化技术，加快了分析效率和准确率。在世界顶级的篮球、足球、网球职业联赛中，通过数字化体能对运动员进行身体情况和运动状况的分析已成为左右比赛胜负的关键。不少教练员通过对对手力量、速度、耐力、柔韧、协调和灵敏性的分析，让自己的队员在比赛中占得先机，数字化体能的应用已成为不少比赛胜负的关键。

近年来，在我国的不少专业运动队中，体能师和数据分析师已成为团队的必备。在备战2016年里约奥运会的关键时期，我国成立了第一个专业的数字化体能实验室，为我国运动员在里约奥运会上取得优异成绩立下了汗马功劳。当前通过我国自主研发的体能训练管理平台，能对运动员爆发力进行监视、对爆炸力进行测试，同时还具备心率监视、肌肉状态监视等多项功能，完全能满足体能训练的需求。在下一个奥运周期中，充分发挥数字化体能的优势，使得体能训练的效率提升2倍左右。但是在大学生的体能训练中，数字化体能的应用项目较少，并缺乏完整的规划设计，需要进一步探索，走出一条适合大学生运动训练的数字化体能之路。

3、大学生运动训练中体能训练存在问题

3.1、体能训练中的数字化监控不到位

体能训练中的数字化监控是通过摄像头、人体传感器等设备将采集到的身体图像、数据转换为数字信号，并送到相应的软件系统中进行处理。在运动训练中需要掌握人体的运动状态、轨迹和之后的机能反应，这样才能对体能训练的效果进行量化评价。但是目前多数高校在大学生体能训练的过程中，均只按照专项训练的标准要求进行训练，没有对学生的个体差异进行数字化监控，未能获取相应的监控数据，对于不同学生体能训练没有进行差异化的教学，使得体能训练的效果不佳。

3.2、体能训练中的数字化技术尚欠缺

数字化体能需要大量的硬件设备和软件系统支撑，一般大学生运动训练均为常规性体能训练，受到场地、资金和人员的影响，设备、仪器和软件等数字化体能基础设施配备有限。大量的高校除了简易的体脂仪、心率仪等小型设备外，没有配套的数据采集软件，这也使得体育教师获取到的数据有限。另外不少高校缺乏此方面的专业规划，对于体能训练中所涉及的器材、设备和软件未形成有效的联系，使得部分数字化体能设备和技术闲置，数字化体能的阻力较大，难以得到有效的应用。

3.3、体能训练中专业的数据分析师匮乏

大学体育教师多以专项体育运动训练为主，对于专业项目的技能掌握度高，但是缺乏对运动训练数据的分析能力。由于大学体育教师常年从事专项体育项目的教学和训练工作，使得他们对于数据分析软件的使用能力普遍较弱，不能进行系统的体能数据分析。大学生运动训练非专业运动队，在团队较为紧凑时，不可能配备专门的数据分析师，这导致了多数大学生运动训练中的体能训练不能得到有效的数字化监控和分析，更无从与其他学校和项目进行比较，无法确定自身的运动训练水平。

4、数字化体能的优势

4.1、提升大学生运动训练的整体效果

大学生运动训练虽然以专项技术动作、战术素养为主，也不能忽视体能在训练中的重要支撑作用。数字化体能还能提升大学生运动训练中运动节奏的掌控力，根据其生理数据与肌肉的疲劳程度，判断其训练负荷量，帮助大学生安全、科学地完成运动训练内容，让训练方法更加具有针对性，做到“一人一案”，教师也不需要为每个人制定差异化的体能训练计划，让其有更多的时间和精力投入到专项运动训练的思考和规划中，使专项运动的训练效果得到提升，达到了一举两得的效果。

4.2、激发大学生运动训练的热情

运动训练是一个重复并略显乏味的过程，数字化体能能让枯燥无味的训练过程变得生动有趣。数字化体能能在运动效果相同的情况下，安排出不同的训练内容和动作。各种训练APP和小程序也是数字化体能的重要组成部分，它们不仅能针对性地制定出各种训练方案，还能从背景音乐、节奏入手，让训练更富活力。不少数字化体能系统已拓展出云端教学、直播教学等功能，这让大学生运动训练的时间和地点得到了拓展，使大学生运动训练的热情更加高涨。

4.3、减少教师运动基础训练的工作量

数字化体能将教师从记录数据、人工分析的工作中脱离出来，大大降低教师运动基础训练的工作量。让其将有限的训练时长和精力投入到专项运动动作的纠正和战术能力提升中，同时将训练后的时间，运用到自身专业素养的增强中，使其有更多的时间掌握专项运动的最新动态和流行趋势，有利于大学生运动训练综合效果的提升。

5、大学生运动训练中数字化体能的主要内容及所需设备

大学生运动训练中数字化体能的主要内容包括了体能训练的数字化监控、分析和自动生成个性化的体能训练方案3个方面，其中体能训练的数字化监控是基础，分析让体能训练更科学、更安全和更有针对性，而自动生成个性化的体能训练方案是大学生运动训练中数字化体能应用的最终目标。

5.1、数字化体能监控的主要内容及所需设备

数字化体能监控的对象主要是大学生运动训练时力量、速度、耐力、协调性、柔韧性和灵敏度等各项身体素质的变化情况。大学生体能的数字化监控主要围绕力量和速度两项基础内容进行。在体能训练的力量练习中，数字化监控更多的是围绕某个或者某几个部位的肌肉力量进行。其形式主要是通过数字化设备服务于力量专项体能训练，使力量训练更加科学有效，并提升其安全程度。目前在力量训练方面运用的主流数字化设备为Gymware，这款力量评估设备的体积小、易于携带、不受使用场地的限制。在使用过程中，仅需将线拉出并悬挂在器械上，并在设备中输入运动员信息和选择正确的运动模式，体能训练中力量练习的信息就会呈现在平板电脑上。通过设备自带的软件，将运动模式、学生体重、克服的阻力和克服阻力的速度进行计算，得到一个对应的数值，通过数字范围，分析出不同的力量种类。最终得到的数据都会上传云端，供后期分析时使用。速度练习时常使用的数字化设备是1080Sprint，1080Sprint采用的是机械阻力技术，将设备中的阻力绳绑在大学生的身体上，就能十分方便的获取到大学生运动时的功率、速度和爆发力数据，这些数据会在平板电脑上自动生成图像。

5.2、数字化体能分析的主要内容

数字化体能分析的主要内容，不仅包含数字化体能监控所获得的所有数据，还包含大学生各项的生理机能数据，对大学生运动训练的状态进行综合诊断，为下一步制定个性化的体能训练方案奠定基础。除运动时获得的监控数据外，数字化体能分析的主要内容还包括心率（心电图）、中枢神经系统（脑电波）、静心率、训练时安全心率阈值、心肺功能系统状态、中枢神经系统状态、心率变异性（HRV）、能量代谢指数、肌肉功能状态（力量、速度、耐力、技巧）、疲劳指数、自主神经系统平衡指标（交感神经系统／副交感神经系统），进行特殊运算和分析，得出运动员状态、疲劳程度以及后续体能的训练建议。在这方面较为突出的是Omegawave系统，它包含了硬件与软件。通过此系统4min便能获取到身体机能的各项指标，特别是能分析人体的能量代谢准备状态、有氧训练能力和无氧训练能力，这些都是分析运动训练能力与效果的必备武器。数字化体能分析的基础是各类动态监控数据和静态的身体状态数据，运用这些数据跟同年龄段、相同专项、不同竞技水平的人做对比，分析每个大学生从事专项运动的体能缺点，对每个人在什么时间段进行何种训练提供建议，有针对性的进行查缺补漏。

5.3、个性化体能训练方案的主要内容

个性化体能训练方案主要是在大数据分析之后，得到某位大学生体能训练中的弱点，从而进行有针对性的体能训练。数字化体能的监控和分析与个性化方案密切相关，可谓一环扣一环。个性化体能训练方案主要在动作的选择、负荷的考量方面多下功夫。当然个性化体能训练方案也是一个动态调整的过程，动态已执行的个性化体能训练方案所获得的监控数据以及数据分析结论，动态评估个性化体能训练方案的效果，如果效果佳，身体素质提升快，则沿用；反之，则需要对个别训练内容进行调整并观察效果。一般来说，在个性化体能训练方案实行的初期，提升效果会较为明显。如果进入体能训练的瓶颈期后，则效果反之，需要进一步分析数据，找到问题的症结所在，才能让体能训练更具科学性和安全性。在整个数字化体能系统建设完成后，个性化体能训练方案一般由人工智能算法自动给出，无需过多的人为干预。

6、数字化体能在大学生运动训练中的应用策略

6.1、做好数字化体能系统的整体规划

数字化体能在大学生运动训练中的应用必须在前期做好整体的规划，这关系到数字化体能最终的应用率与应用效果。在进行高校数字化体能前期规划时，应该明确数字化体能的应用范围与重点监控、分析的项目；其次要明确数字化体能数据的采集方式、采集范围、数据统计和分析的方法。如是否与其他专业运动队进行体能数据的共享，是采用类比法还是其他方法进行数字化体能绩效的判断等。当然具体的数字化体能监控方法也需要在整体规划中提及，规划必要保持技术的前瞻性。例如，在目前较为先进的VBT方法，是一种基于速度的力量训练法，这种训练方法是通过监控杠铃的移动速度来精准控制训练的负荷。这就要求在前期规划时，必须掌握数字化体能的最新技术，对比其与传统体能训练方法之间的差异，找到适合大学生运动训练更优的方法，并在前期规划中体现。在整体规划的过程中，必须以大学生的在校人数、参与每个专项体育训练的人数为规划的基础，避免在规划阶段的设计不合理，导致后期应用的困难。在数字化体能训练的场地规划时，需要按照综合训练区、手臂训练区、肩部训练区、背部训练区、复合/腿部训练区、胸部训练区和有氧区等不同的训练区进行单独的规划，保证体能训练的合理性。

6.2、加大数字化体能基础设施的投入力度

数字化体能需要的软硬件设备众多，既有基础的物联网传感采集设备，也有基于大数据、人工智能算法的统计分析软件。这些数字化体能基础设施需要投入大量的资金和人力，需要学校各级部门的大力支持。数字化体能基础设施的投入，可以先从单个产品开始，如，先采购Gymware、1080Sprint等数字化体能的监控设备，在资金充裕的情况下，再采购无创生理机能分析仪和各种智能化的采集和分析软件。数字化体能系统中的软件模块是整个系统的核心部分，也是决定其智能化效果的关键，所以数字化体能基础设施的投入不能只着眼于硬件，还需要突出软件开发的投入力度，这样才能保证系统的整体效果。有条件的高校可以设置单独的计划，对数字体能基础设施的投入，设置年度的计划表，监督基础设施投资的投入力度。

6.3、促进科研与训练的深度结合

数字化体能是一个持续性的优化过程，高校的人才、设备齐备，能为数字化体能的优化提供良好的技术支撑。数字化体能在大学生运动训练中的应用，应该牢牢抓住这个优势，将数字化体能应用中的痛点、需求及时反应给科研人员。当然体育教师需要及时将数字化体能在大学生运动训练中的应用情况和效果反馈给科研人员，让科研人员清楚的了解硬件设备或者软件算法上的缺陷，第一时间进行改进。如，数字化体能系统通过人工智能算法给出了每位参训大学生的个性化体能训练方案，教师在按照方案训练一段时间后，需根据综合评估的效果，指出个性化方案中可能存在的问题，帮助人工智能算法中的机器学习技术不断提升。数字化体能在大学生运动训练中的应用能让科研和训练迅速结合，在一定程度上让数字化体能相关研究提速。

6.4、培养数字化体能的专业人才

数字化体能在大学生运动训练中的应用需要大量的专业人才，大学的职能恰好也是培养各专业类型的人才，这为数字化体能专业人才的培养提供了先天优势。数字化体能需要精通体育、医疗、康复、数学分析与计算机科学等多学科的复合型人才，这就需要将部分有意愿、能力强的教学骨干选拔出来，通过集中培训、个性化辅导、送入专业院系学习的方式，使其快速掌握数字化体能硬件设备和软件系统的使用方法，并能充分利用系统，给出的建议，严格执行体能训练。同时，这部分复合型人才也需要参与到数字化体能系统的持续性改善过程中，帮助科研人员查找系统的症结，辅助针对性的改进。当然学校不能忽视对于数字化体能复合型人才的激励力度，让人才能够心无旁骛地做好科研和训练工作。

7、结语

综上所述，虽然多数高校的数字化体能系统尚处在萌芽阶段，但是数字化体能为大学生运动训练带来了较多的优势。各大高校需要从整体规划、基础设施、人才培养和科研与训练的深度融合入手，因地制宜地提出切实可行的数字化体能实施方案，才能让数字化体能更好地服务于大学运动训练，为提升大学生的运动训练水平，提供大学生综合身体素质效果奠定良好的基础。