稀疏表示和弹性网络对体能训练教学结果预测模型的影响研究*

贺 波 王梦轶 夏廷富

稀疏表示和弹性网络对体能训练教学结果预测模型的影响研究*

贺 波1王梦轶1夏廷富2

（1.重庆邮电大学 体育学院，重庆 400065；2.四川大学 体育学院 四川 成都 610065）

落实立德树人根本任务，着眼建设高质量学校体育教学体系，强化学校体育教育重要作用，深化体育教学对学生体质健康改革，构建良好体育教学生态，促进学生全面发展、健康成长。实施素质教育，加强学校体育建设，诠释了体育教育在全民健身、健康中国、体育强国发展中的重要意义。本研究应用交叉学科知识，通过体能训练教学数据建立了预测模型，探究稀疏表示和弹性网络对体能训练教学结果预测模型的影响，以2020级必修体育“体适能”课程5个班的学生作为测试对象，分为实验组和对照组建立实验模型，最后得出稀疏表示和弹性网络对体能训练结果模型具有良性的影响，更好反馈体育教学。

稀疏表示；弹性网络；体能训练；影响研究

2016年国务院办公厅印发的《关于强化学校体育促进学生身心健康全面发展的意见》强调体育教学要加强健康知识教育，注重运动技能学习，科学安排运动负荷，重视实践练习，关注学生体育能力和体质水平差异。素质教育开展对学生的要求也相应地提高，特别是体育方面，因此学生在注重学习同时也应加强体能训练，以提高自身素质。高校大学生身体健康状况更为重要，各高校积极贯彻实施《大学生体育标准》。鉴于此，广大高校体育教师进行着辛勤的工作，取得了可喜的成绩，但在工作中也发现了许多问题；由于缺乏对学生的各项身体运动能力的认识，尽管花费了大量的时间、精力，收到的效果并不理想。建立一套有效科学的体能训练体系，显得尤为重要。目前，对于体能训练方法有效性的评仪模型，大多不能实现对于结果的科学预测，具有盲目性，缺乏说服力。2018年6月陈宝生作为教育部长在成都高等教育工作会议里面指出：“学校体育有‘边缘化’的危险，体质下降和视力下降仍是学生素质的不足；加大力度发展素质教育。着实把关学校体育工作，深切促进体育教学改革，使学生综合素质评价重要指标含有运动技能和体质健康”。因此，基于交叉学科优势构建体能训练预测模型，监控学生身体素质状况，提升学生身心健康已经成为我国学校体育教育正式迈入的主题时代。

1 相关概念

1.1 弹性网络

Elasticnet是一不断叠代的方法。第一个式子是绳上的点每一次叠代改变的量，第一项是吸引力，第二项就是张力。第二个方程式是城市Xi对点Yj的影响，就是在给定的数据中用尽可能少的信息来表示信号，可以获得信号更为简洁的表示方式，从而使我们更容易地获取信号中所蕴含的信息，更方便进一步对信号进行加工处理，如压缩、编码等。

1.2 稀疏表示

稀疏表示指在给定的数据中用尽可能少的信息来表示信号，可以获得信号更为简洁的表示方式，从而使我们更容易地获取信号中所蕴含的信息，更方便进一步对信号进行加工处理，如压缩、编码等。

2 研究对象与方法

2.1 研究对象

重庆邮电大学2020级必修体育“体适能”课程5个班的学生作为测试对象。实验组：4个班，学生152人（男：121人，女：31人）；对照组：一个班，30人（男：14人，女：16人）。

2.2 研究方法

2.2.1 文献法

根据本课题的研究需要，在中国知网（CNKI）、万方数据库和维普数据库中，结合搜索出的研究成果，来探析稀疏表示和弹性网络对体能训练结果预测模型的影响研究。

2.2.2 调查法

运用访谈、问卷、测验等科学方式，了解“体适能”课程5个班学生的身体情况和体能状况，并进行记录。

2.2.3 实验法

对“体适能”课程5个班的学生的体能状况进行研究与分析，其次对实验组参加“体适能”课程的同时进行专项体能训练的实验，对照组参加“体适能”课程但不训练；实验组与对照组实验周期为2个月，2个月后进行数据对比。

实验组进行专业体适能训练，主要以强化核心力量，上下肢力量、心肺能力水平的为主，运用多种器材进行辅助训练；对照组只进行体适能课程的训练，只具备最基本的辅助器材。具体如下：

实验组所进行的特化体适能训练内容主要包括热身托尼训练、变速跑训练、波比跳训练、弓步跳训练、后蹬跑训练、后肌静拉训练、双腿绕栏，钻栏组、收脚跳栏等。

实验组和对照组所进行的体适能课程内容为TABATA练习。

表1 训练情况

2.2.4 定量分析法

运用SPSS软件和Excel进行统计与数据处理，从而得到预测模型与分析结果。

3 研究结果与分析

实验组与对照组为本校2020级公共体育学生，本次实验前均未受过专业体能训练。为减少实验误差，实验对象是经过体能测试得到数据后，根据数据分成的实验组和对照组，两组学生的身体能力水平不存在显著性差异。

3.1 实验前后数据分析与讨论

3.1.1 实验前后体测数据变化结果分析

实验前假设，对照组学生实验前后部分项目有显著性差异，部分项目无显著性差异；实验组学生实验前后所有项目成绩有提升，且所有项目实验前后有显著性差异。

表2 体测指标在实验组、对照组前后计算结果（平均值）

由表2得，对照组50m跑、立定跳远、800m跑（女）、1000m跑（男）、1min仰卧起坐（女）、引体向上（男）成绩都略有上涨；但50m跑、立定跳远、坐位体前屈、1000m跑、1min仰卧起坐（女）实验前后无显著性差异（P＞0.05），800m跑（女）、引体向上（男）实验前后有显著性差异(P＜0.05)，由此得出对照组并不是所有项目都有显著性提升。

实验组所有项目成绩都有一定程度提高，实验前后有显著性差异（P＜0.01）。

以上分析得出，假设成立。总之，有计划有针对的体能训练对提高各项身体能力提升具有重要作用。

3.1.2 实验组学生训练前后成绩的线性关系分析

表3 实验组训练前后数据线性关系分析表

由表3看出实验前后的七项体测数据呈正相关（ρ＞0），其中50m跑（R²=0.918）、立定跳远（R²=0.969）、坐位体前屈（R²=0.937）、1min仰卧起坐（R²=0.977）、引体向上（R²=0.987）这五个项目的数据所构成的回归方程拟合程度高；实验组训练前和训练后之间的线性关系显著（七项体测数据均P＜0.001）。

4 预测模型影响研究

4.1 准备阶段

准备电脑、坐位体前屈测试仪、瑜伽垫、跑表等工具。

4.2 实现阶段

4.2.1 第一阶段

（1）进行第一阶段体能训练；

（2）测得2020级实验组训练数据并与原始数据进行归总；

（3）对测得的数据预处理并检测异常值；

（4）通过普通方法建立模型；

（5）代入数据使用ADMM算法迭代求解；

（6）得出最终预测模型，并验证拟合可靠性，结束第一阶段；

（7）再次预测数据，并作为第二阶段原始数据，并预测数据。

4.2.2 第二阶段

（1）利用2020级实验组训练数据，通过稀疏表示和弹性网络建立模型；

（2）将实际数据与预测数据进行残差分析，并进一步验证模型可靠性；

（3）通过模型所得拟合曲线对训练方法进行评价分析并结束第二阶段；

（4）根据特征选择权重系数优化模型，对比第一阶段与第二阶段两模型的差异。

5 结论与对策

5.1 结论

对实验组和对照组配对样本进行的t检验得出，对照组无计划的体适能训练对身体能力提升没有显著性影响，实验组有计划提高了训练强度与频率的体适能训练对身体能力提升有显著性影响。运用两种不同的方式模型建立，普通建立的模型面临着数据繁多，获取核心信息困难、数据分散等诸多问题，而基于稀疏表示和弹性网络的体能结果预测模型得到的拟合直线，具有获取核心信息简洁、方便模型建立、建立模型进准等优势，能在很大程度上预测体适能训练后身体素质增长的趋势与程度，能为将来新制定的体适能计划提供参考，提高训练效率、强化训练效果。

5.2 对策

5.2.1 明确教学目标，按需施教

坚持把立德树人作为教育教学的根本任务是教育教学发展的历史需求和时代使命。学生身体综合素质明显下降，存在骨生长质量差、力量耐力不足、柔韧性差、肺活量较差、肥胖体质较多、近视眼高发，肥胖率和近视率居高不下。体能训练为实验方法通过对比实验分析教学班级体质数据，得出一周5次体能训练利于增加学生运动能力，提高学生整体素质。将体能训练以特色课程开设公共体育体能课程或专业体育体能课程，大学体育课程以“教会、流汗、增肌”为教学目标，把控学生自身学习需求，结合教学课程设定的教学目标，让“教会、流汗、增肌”的教学理念得以落实，语言激励、动作辅助、理念灌输是大学体育教学目标的重要实施手段。专业体育课程以“教会、勤练、常赛”为教学目标，基于专业基础知识，把握专业方向课程，打牢基础知识根基，牢抓专业运动技能，结合市场对人才的需求，完善教学目标，与时俱进，让学生根据自身发展需求与市场对人才验证标准确立自身学习目标，学校根据市场对人才验收标准制定教学目标，教师根据学生个性发展和市场对人才验收标准实施教学目标。体质健康测评数据是反馈教学目标实施到何种进程、达到何种程度的重要指标，落实每一堂课教学任务，达到每一堂课教学要求，实现每一堂课教学目标，突出每一堂课教学重难点是师生共同努力的结果。

5.2.2 重构教学内容，因材施教

体质测试数据得出的结果，凸显了教学质量高低，彰显了教学过程艰辛，显示了教学效果好坏。体能训练内涵多元化训练方法，蕴含多层级训练体系，富含多维度训练指标，相比传统体育教学更富有教学吸引力和教学趣味性，相比传统体育教学其教学器材更丰富，教学形式更多彩，教学效果更显现。HIIT、TABATA、星型训练等教学内容相比传统体育教学更富有时代感、时效性和新鲜感，既能满足大学体育“教会、流汗、增肌”为教学目标，又能达到体育专业课程“教会、勤练、常赛”的教学目标。重构教学内容除了给学生基本的新鲜感以外，还将引入科学的、系统的、完整的体能训练技术和体能历史，以此激发学生探究体能训练内容和体能训练方法的兴趣，鼓励学生对未来体育教育教学内容、方式、效果的大胆探索和思考。将体质测试数据与体育教育教学紧密衔接，凸显教学内容的针对性，彰显教学内容与学生身体素质的衔接性，树立体育教学衔接体质测试开创性科研思维，以实践模式“反哺”科研和教学，在知识探究中激发学生对教学内容的探索潜能，激发教师对教学内容重构的可持续规划，实现知识传道授业与世界观、价值观和人生观教育的同频共振。

5.2.3 创新教学方法，多元施教

教学衔接体质测试，明确教学目标，丰富教学内容，体现体育教育教学的针对性，是体育教育教学创新教学方法，紧密联系学生身体素质的重要改革举措。传统的“满堂灌、哪弱练哪”的教学方法逐渐被新时代学生不断发展和完善的健康与健身需求所替代，结合体质测试数据分析结果衔接体育教育教学是教学方法的创新，也是教学改革的重点，充分利用互联网+、大数据、新媒体、MOOC等教学平台资源，结合电子设备、网络设备等新兴教学设备、教学器具，收集体能锻炼的国内外训练方法，将传统体育课堂改造为互动充分、学习氛围良好、学习情景充实的新时代课堂，避免填鸭式教学。面对教学方法创新，规整传统讲授式教学法，引入特色鲜明的案例教学、小组谈论式教学法，融合探究为基础的教学模式，结合思政教育，遵循学科教学特色，顺应因事而化、因时而进、因势而新的学科教育教学规律，采用多元化教学方法，实施多元化教学。融合思政元素于大学体育和体育专业课程中，把思政元素融合体育学科中，润物无声地进行思政教育教学改革，将爱国主义、为国争光、永争第一的精神注入体育教学思政目标中，让体育教育教学在新时代赋予爱国情怀，激励学生爱国情、强国志、报国行，鼓励学生积极专研，刻苦奋斗，激发其爱国热情，凝聚其奋进力量，弘扬爱国精神，增强国家意识，增强课程教学的思想魅力。

5.2.4 完善教学评价，精准施教

教学评价是教学效果的客观反应，教育的直接目的是培养人格健全、爱国、护国的社会主义建设者和接班人，培养国家和社会需要的新型人才。引入客观评价和主观评价，衔接师生互评与教师间互评，纳入思政元素于教学评价，利于教学评价趋于完善，促进教学模式改革创新，客观反应教学评价的真实性。增加体质测试数据作为评判教学效果的标准；基于体能训练教学班级实验，通过实验班级体质测试数据整体发展趋势，比较对照班级体质测试数据，以体质测试数据体现教学效果高低，直观形象地体现教学效果。针对数据结果，筛选优良数据，剔除体质测试数据较低项目，结合项目特点，实施以游戏为基本形式的教学内容，激发学生主动锻炼的乐趣，注重素质培养，让教学兴趣回归本真，达到精准施教的教学目的。体现师生教学互评的客观评价；师生教学互评指标定时、定量、定额完成，提升教师对学生教学任务的引导，发挥学生对教师教学手段、方法、内容实施的监督作用。提高教师之间的教学评判标准；增进教师之间交流、学习、互评，增加教研活动频率、步骤，督促教师间相互学习，利于让教师找到自身不足，通过加强自身学习，完善自身综合能力，提升教学水平，实现教学评价的全面性和客观一致性，精准施教。

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The Influence of Sparse Representation and Elastic Network on the Prediction Model of Physical Training Teaching Results

HE Bo, etal.

(Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065, China)

基金项目：重庆市社科联社科规划培育项目，项目编号：2022PY25；重庆市教育委员会大学生创新创业训练项目，项目编号：S202010617020。

贺波（1991—），硕士，讲师，研究方向：学校体育理论与方法。