一种大学体育与健康教育教学质量分析系统

1.本发明属于教学质量分析系统技术领域，具体是一种大学体育与健康教育教学质量分析系统。


背景技术：

2.目前针对大学生，为了使大学生具有更好的身体健康素质，会要求大学生进行体育与健康教育的学习，目前针对体育与健康教育的学习，一般通过学期末进行简单的测评结束，无法达到真正体育与健康的教学效果，影响大学生的身体健康的素质教育。
3.为解决上述问题，中国专利公布号为cn115630856a的专利公开了一种大学体育与健康教育教学质量分析系统，质量分析系统包括体育锻炼统计模块、体育项目成绩模块、健康教育测评模块、学生身体体能统计模块、数据训练分析模块和教育质量报告生成模块，质量分析系统通过api接口与教务系统信号连接。该发明通过与大学的教务系统之间建立连接，能够获取学生的体育锻炼的项目、时间和体育相关的健康教育测评成绩，并根据项目、时间和体育相关的健康教育测评成绩建立学生数据训练评估模型，并通过数据训练评估模型自动生成教育质量报告，学生根据自身的学号能够实时的查询教育质量报告，能够直观的反应出大学体育与健康教育的教学质量。
4.上述专利通过建立学生数据训练评估模型，实现了学生个人的教育质量报告，但是这仅针对学生个人的情况进行汇总进而建立模型以形成报告，其在形成学生个人报告的同时未参考同年龄段的学生训练时平均应达到的情况，进而用以进行对比，由此其形成的汇总报告，对于提高教学质量方面，具有一定的局限性。


技术实现要素：

5.为了解决上述形成的汇总报告具有一定的局限性的问题，本发明的目的是提供一种大学体育与健康教育教学质量分析系统，通过个性运动模块和共性运动模块的对比，可较为直观充分的对学生个人运动情况进行客观的记录和分析，进而生成对应改进报告，从而实现教育质量的提高。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种大学体育与健康教育教学质量分析系统，包括录入统计模块、个性运动模块、共性项目模块、对比分析模块、改进模块和教务系统模块；
7.录入统计模块，用于录入每个学生的运动项目、运动时间、运动幅度和运动时的心率变化；
8.个性运动模块，用于接收录入统计模块处的每个学生运动信息，并将学生运动时的运动幅度和心率变化进行统计；
9.共性运动模块，用于录入同年龄段男生和女生运动时分别的身体信息平均值，身体信息平均值包括不同运动项目下的运动时间、运动幅度和运动心率变化；
10.对比分析模块，用于接收个性运动模块和共性运动模块处的运动信息，并对比个
性运动模块和共性运动模块处分别产生的运动信息，将对比差值传送至改进模块处；
11.改进模块，用于接收运动对比差值，并根据差值情况生成个性化的运动改进规划，并将规划传送至教务系统模块；
12.教务系统模块，用于接收每个学生的运动差值情况和改进计划，并将对应的改进计划传送至对应的学生和老师的客户端，以对个体学生的教学情况进行改进。
13.基础方案的原理及有益效果是：1、通过分别录入每个学生独立的运动情况，并将每个学生独立的运动情况与平均学生应该达到的值进行相应的对比，对比后通过差值的传送并通过改进模块根据对比情况进而较为精准的掌握每个学生的运动情况，同时实时的根据学生的运动情况进行相应的改进计划，从而实现学生的体育与健康教育的质量达到较为充分的程度；
14.2、通过对比学生的实时运动情况，并及时的观察到学生的变化后，根据学生所处的阶段进行较为精准的判断此时学生是否处于长久未锻炼的恢复期或者处于锻炼过量期等情况，进而及时的调整和将相对应的的信息传送至教务处，体育老师可及时的根据反馈进行调整，从而提高学校的整体体育教学质量。
15.进一步，还包括运动复查模块和医生反馈模块；
16.运动复查模块，用于录入每个学生运动后所对应运动项目引发的疼痛部位和疼痛时间，并将信息传送至医生反馈模块处；
17.医生反馈模块，用于接收每个学生的疼痛信息，并根据每个学生的疼痛信息给予治疗反馈，并生成个人学生对应项目的运动档案，该运动档案传送至教务系统模块处。
18.基础方案的有益效果是：当学生运动后，学生根据不同的运动项目将会产生相对应部位的疼痛感，由此运动复查模块可实时的对学生运动后的疼痛情况和疼痛时间进行一定的记录，并且当学生疼痛过渡后，其将会寻求医生的帮助，医生在对学生就是治疗时，将学生的治疗反馈及时的传送吃教务系统模块，由此结合学生的疼痛情况和个性运动模块处学生的录入信息，可及时的利用改进模块进行改进此时的教育计划，从而减少学生因为运动产生过度疼痛的情况，进而提高体育教育质量。
19.进一步，个性运动模块中，学生的心率值通过心率采集设备进行采集，采集过程中需对其进行滤波处理，进而获得学生的准确心率值；
20.去滤波操作如下，首先确定数据采集队列窗口，且wn为第n次采样队列窗口大小，wn值的调整进行判断时，当满足n％m＝0时，进行一次wn调整，其中，m为设备系统设定的wn调整步长；
21.采集值偏差公式如下，
[0022][0023]
式中，1标识产生异常波动，0表示无异常波动，sa为最大采样值偏差；
[0024]
根据采样值队列中异常波动次数，自适应调整对应的窗口大小；其中当异常波动次数多，增大队列窗口，提升平滑效果，抑制干扰；异常波动次数少，减小队列窗口，减少内存消耗，提升运算速度；并且异常波动次数的计算式如下：
[0025][0026]
式中，en为异常波动次数；
[0027][0028]
式中，p1，p2，p3，(p1＜p2＜p3）为采样值窗口大小，λ(0＜λ＜1)为权重；
[0029]
其中测量值大于最小心率并且小于最大心率，则本次采样值有效，若采样值大于最大心率或小于最小心率，则本次采样值无效，丢弃本次采样值，使用历史测量平均值作为此次的测量值；若测量值连续3次无效，则初始化所有操作，重新开始测量；
[0030]
通过限幅滤波的心率测量值为sn；
[0031][0032]
式中，fn为第n次心率测量值，fc为历史测量平均值，h
min
为系统设定的最小心率，h
max
为最大心率；
[0033]
其中，h
max
＝220-age，age为测试者年龄；
[0034]
将经过限幅滤波算法的心率测量值加入到队列中进行递推中位值平均滤波处理，计算式如下：
[0035][0036]
式中，s
(n-i)
为经过限幅滤波的第(n-i)次心率测量值，s
(n-i)max
、s
(n-i)min
分别是队列中心率测量值的最大值和最小值；
[0037]
并利用二次递推平均滤波，提高心率采集稳定性，计算式如下:
[0038][0039]
式中，hn为递推平均滤波输出值，即为本次最终心率测量值。
[0040]
基础方案的有益效果是：确定学生的运动情况时，学生运动时的心率变化具有主要的参考性，由此学生运动时的心率测量准确性具有较大的重要性，若是学生心率的变化测量不准的话，后续改进模块处所出具的改进计划则不够具有针对性，而对于学生个人的体育教育的提升也具有不足，从而将会影响整体的体育健康教育素质情况。
[0041]
进一步，个性运动模块中，将学生的心率值进行采集后，组合学生的运动项目、运动时间和运动幅度，将信息录入并生成若干的分别以项目、时间和幅度为主的心率变化折线图a；
[0042]
共性运动模块，组合平均学生的运动项目、运动时间和运动幅度，将信息录入并生成若干的分别以项目、时间和幅度为主的心率变化折线图b。
[0043]
基础方案的有益效果是：通过分别将学生的个性运动情况和总体应有的共性运动
情况进行折线图展示，可较为直观的观察到学生的运动情况，并便于老师等情况及时的观察学生每个阶段运动的情况，从而根据心率变化进行调整体育课程。
[0044]
进一步，对比分析模块，分别接收折线图a和折线图b的信息，并以相同序列数据为主的两折线图进行对比分析；对比时，分别计算折线图a和折线图b的波峰和波谷，并对比两者之间的波峰波谷值。
[0045]
基础方案的有益效果是：通过对比其波峰和波谷，可以知道它们之间是否存在明显的相关性或差异性；可以更加直观地展示数据变化规律。波峰波谷是折线图中最显著的特征之一，比较几个折线图之间的波峰波谷大小能够更加清楚地展示数据的变化情况以及是否存在某些重要的时间节点；可以快速发现数据中的异常值。如果一个折线图中出现了比其他折线图中高得多的波峰或波谷，那么这个点很可能是突发事件或异常值，比较多个折线图的波峰波谷值能够更好地发现这种情况。
[0046]
进一步，还包括测试成绩模块，测试成绩模块用于录入学习进行运动测试时的成绩，并将成绩传送至教务系统模块处，且教务系统模块将对比测试成绩模块处的成绩和此时学生自身的身体状况并将改进信息传送至改进模块处。
[0047]
基础方案的有益效果是：通过测试成绩模块可对学生的所以的运动考试测试进行记录，并结合学生本身的身体情况，进而可较为清晰直观的了解到此时学生测试结果是否进步或者退步，从而及时的改进体育教育计划。
[0048]
进一步，测试成绩模块包括各阶段体育项目测评成绩、体育项目对应的健康教育测评成绩。
[0049]
基础方案的有益效果是：通过各阶段的测评成绩，可较为直观的观察到学生在进行一定时间锻炼后，学生的进步或者退步情况，从而及时的调整教育计划。
[0050]
进一步，还包括运动反馈模块，用于录入同年龄段男生和女生分别的对应的运动项目和所产生疼痛的部位及疼痛的时间，并将该信息传送至教务系统模块处与医生反馈模块进行对比，并根据对比信息传送对应的改进信息至改进模块。
[0051]
基础方案的有益效果是：通过对比同年龄段男生和女生分别的对应的运动项目和所产生疼痛的部位及疼痛的时间，可对学生进行锻炼时所产生的疼痛和时间进行一定的改进和对比，从而及时的调整教育情况。
附图说明
[0052]
图1为本发明实施例中大学体育与健康教育教学质量分析系统的系统示意图。
具体实施方式
[0053]
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
[0054]
实施例1
[0055]
基本如附图1所示：一种大学体育与健康教育教学质量分析系统，包括录入统计模块、个性运动模块、共性项目模块、对比分析模块、改进模块、教务系统模块、运动复查模块和医生反馈模块；
[0056]
录入统计模块，用于录入每个学生的运动项目、运动时间、运动幅度和运动时的心率变化；
[0057]
个性运动模块，用于接收录入统计模块处的每个学生运动信息，并将学生运动时的运动幅度和心率变化进行统计；个性运动模块中，将学生的心率值进行采集后，组合学生的运动项目、运动时间和运动幅度，将信息录入并生成若干的分别以项目、时间和幅度为主的心率变化折线图a；
[0058]
共性运动模块，用于录入同年龄段男生和女生运动时分别的身体信息平均值，身体信息平均值包括运动项目、运动时间、运动幅度和运动心率变化；共性运动模块，组合平均学生的运动项目、运动时间和运动幅度，将信息录入并生成若干的分别以项目、时间和幅度为主的心率变化折线图b；
[0059]
对比分析模块，用于接收个性运动模块和共性运动模块处的运动信息，并对比个性运动模块和共性运动模块处分别产生的运动信息，将对比差值传送至改进模块处；并且对比分析模块，分别接收折线图a和折线图b的信息，并以相同序列数据为主的两折线图进行对比分析；对比时，分别计算折线图a和折线图b的波峰和波谷，并对比两者之间的波峰波谷值；
[0060]
改进模块，用于接收运动对比差值，并根据差值情况生成个性化的运动改进规划，并将规划传送至教务系统模块；
[0061]
教务系统模块，用于接收每个学生的运动差值情况和改进计划，并将对应的改进计划传送至对应的学生和老师的客户端，以对个体学生的教学情况进行改进；
[0062]
运动复查模块，用于录入每个学生运动后所对应运动项目引发的疼痛部位和疼痛时间，并将信息传送至医生反馈模块处；
[0063]
医生反馈模块，用于接收每个学生的疼痛信息，并根据每个学生的疼痛信息给予治疗反馈，并生成个人学生对应项目的运动档案，该运动档案传送至教务系统模块处。
[0064]
具体实施过程如下：该系统进行运作时，首选通过录入统计模块将学生的运动情况进行录入，并且录入统计模块将会把对应的录入的运动信息进行整合并生成相应的折线图a,同时录入统计模块将会把折线图a传送至对比分析模块处，同时共性运动模块将会录入用于录入同年龄段男生和女生分别的平均运动值，并生成相应的折线图b，共性运动模块将折线图b的信息传送至对比分析模块，对比分析模块分别对折线图a和折线图b的波峰和波谷进行相应的计算和分析，进而将两者之间的差值穿至改进模块处，改进模块根据差值和且内部内置的阈值进行对比，从而做出相应的改进计划，改进计划分别包括当学生运动过量时，及时将运动量减低，当学生的运动量不足时，将运动量增加，然后所增加的或者减少的运动量将会传送至教务系统模块处，教务系统模块将会把对应的改进信息传送至学生和老师的客户端，进而老师对应改进计划监督学生的体育课程进行相应的改进，从而实现教学质量的提升。
[0065]
同时当学生训练后，学生将自己训练后的疼痛部位和疼痛时间录入至运动复查模块内，医生反馈模块则用于对学生录入的信息进行进一步的专业上的判断和反馈，并将生成的信息传送至对比分析模块处进行对比分析，从而为后续改进计划提供一定的参考数据，进而使所生产的改进计划更贴合于学生个人的需求。
[0066]
实施例2
[0067]
与上述实施例不同之处在于，个性运动模块中，学生的心率值通过心率采集设备进行采集，采集过程中需对其进行滤波处理，进而获得学生的准确心率值；
[0068]
去滤波操作如下，首先确定数据采集队列窗口，且wn为第n次采样队列窗口大小，wn值的调整进行判断时，当满足n％m＝0时，进行一次wn调整，其中，m为设备系统设定的wn调整步长；
[0069]
采集值偏差公式如下，
[0070][0071]
式中，1标识产生异常波动，0表示无异常波动，sa为最大采样值偏差；
[0072]
根据采样值队列中异常波动次数，自适应调整对应的窗口大小；其中当异常波动次数多，增大队列窗口，提升平滑效果，抑制干扰；异常波动次数少，减小队列窗口，减少内存消耗，提升运算速度；并且异常波动次数的计算式如下：
[0073][0074]
式中，en为异常波动次数；
[0075][0076]
式中，p1，p2，p3，(p1＜p2＜p3)为采样值窗口大小，λ(0＜λ＜1)为权重；
[0077]
其中测量值大于最小心率并且小于最大心率，则本次采样值有效，若采样值大于最大心率或小于最小心率，则本次采样值无效，丢弃本次采样值，使用历史测量平均值作为此次的测量值；若测量值连续3次无效，则初始化所有操作，重新开始测量；
[0078]
通过限幅滤波的心率测量值为sn；
[0079][0080]
式中，fn为第n次心率测量值，fc为历史测量平均值，h
min
为系统设定的最小心率，h
max
为最大心率；
[0081]
其中，h
max
＝220-age，age为测试者年龄；
[0082]
将经过限幅滤波算法的心率测量值加入到队列中进行递推中位值平均滤波处理，计算式如下：
[0083][0084]
式中，s
(n-i)
为经过限幅滤波的第(n-i)次心率测量值，s
(n-i)max
、s
(n-i)min
分别是队列中心率测量值的最大值和最小值；
[0085]
并利用二次递推平均滤波，提高心率采集稳定性，计算式如下:
[0086][0087]
式中，hn为递推平均滤波输出值，即为本次最终心率测量值。
[0088]
具体实施过程如下：心率采集设备在数据采集过程中，不可避免地会受到一些来自于系统自身与外界环境的周期性、非周期性的干扰信号的影响，如使用者呼吸、肌肉抖动、基线漂移，工频干扰等。目前，处理干扰信号的方式有硬件滤波和软件滤波两种。单纯使用硬件滤波具有固定截止频率，滤波器矩形系数不理想，准确性相对较差等缺点，不能完全抑制系统本身和外界环境的影响。由此通过对测量的心率提出自适应混合滤波算法，用于提高系统实时监测的可靠性，可实现运动心率的长期实时监测。
[0089]
实施例3
[0090]
与上述实施例不同之处在于，还包括测试成绩模块和运动反馈模块；
[0091]
测试成绩模块，测试成绩模块包括各阶段体育项目测评成绩、体育项目对应的健康教育测评成绩，其用于录入学习进行运动测试时的成绩，并将成绩传送至教务系统模块处，且教务系统模块将对比测试成绩模块处的成绩和此时学生自身的身体状况并将改进信息传送至改进模块处；
[0092]
运动反馈模块，用于录入同年龄段男生和女生分别的对应的运动项目和所产生疼痛的部位及疼痛的时间，并将该信息传送至教务系统模块处与医生反馈模块进行对比，并根据对比信息传送对应的改进信息至改进模块。
[0093]
具体实施过程如下：当学生进行体育测试时，需将相对应项目的测试信息传送至测试成绩模块处，并对学习的测试成绩进行相应的实时观察；同时通过入同年龄段男生和女生分别的对应的运动项目和所产生疼痛的部位及疼痛的时间，可提出的改进方案提供一定的参考性。
[0094]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0095]
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种大学体育与健康教育教学质量分析系统，其特征在于：包括录入统计模块、个性运动模块、共性项目模块、对比分析模块、改进模块和教务系统模块；录入统计模块，用于录入每个学生的运动项目、运动时间、运动幅度和运动时的心率变化；个性运动模块，用于接收录入统计模块处的每个学生运动信息，并将学生运动时的运动幅度和心率变化进行统计；共性运动模块，用于录入同年龄段男生和女生运动时分别的身体信息平均值，身体信息平均值包括不同运动项目下的运动时间、运动幅度和运动心率变化；对比分析模块，用于接收个性运动模块和共性运动模块处的运动信息，并对比个性运动模块和共性运动模块处分别产生的运动信息，将对比差值传送至改进模块处；改进模块，用于接收运动对比差值，并根据差值情况生成个性化的运动改进规划，并将规划传送至教务系统模块；教务系统模块，用于接收每个学生的运动差值情况和改进计划，并将对应的改进计划传送至对应的学生和老师的客户端，以对个体学生的教学情况进行改进。2.根据权利要求1所述的大学体育与健康教育教学质量分析系统，其特征在于：还包括运动复查模块和医生反馈模块；运动复查模块，用于录入每个学生运动后所对应运动项目引发的疼痛部位和疼痛时间，并将信息传送至医生反馈模块处；医生反馈模块，用于接收每个学生的疼痛信息，并根据每个学生的疼痛信息给予治疗反馈，并生成个人学生对应项目的运动档案，该运动档案传送至教务系统模块处。3.根据权利要求2所述的大学体育与健康教育教学质量分析系统，其特征在于：个性运动模块中，学生的心率值通过心率采集设备进行采集，采集过程中需对其进行滤波处理，进而获得学生的准确心率值；去滤波操作如下，首先确定数据采集队列窗口，且w
n
为第n次采样队列窗口大小，w
n
值的调整进行判断时，当满足n％m＝0时，进行一次w
n
调整，其中，m为设备系统设定的w
n
调整步长；采集值偏差公式如下，式中，1标识产生异常波动，0表示无异常波动，s
a
为最大采样值偏差；根据采样值队列中异常波动次数，自适应调整对应的窗口大小；其中当异常波动次数多，增大队列窗口，提升平滑效果，抑制干扰；异常波动次数少，减小队列窗口，减少内存消耗，提升运算速度；并且异常波动次数的计算式如下：式中，e
n
为异常波动次数；
式中，p1，p2，p3，(p1＜p2＜p3)为采样值窗口大小，λ(0＜λ＜1)为权重；其中测量值大于最小心率并且小于最大心率，则本次采样值有效，若采样值大于最大心率或小于最小心率，则本次采样值无效，丢弃本次采样值，使用历史测量平均值作为此次的测量值；若测量值连续3次无效，则初始化所有操作，重新开始测量；通过限幅滤波的心率测量值为s
n
；式中，f
n
为第n次心率测量值，f
c
为历史测量平均值，h
min
为系统设定的最小心率，h
max
为最大心率；其中，h
max
＝220-age，age为测试者年龄；将经过限幅滤波算法的心率测量值加入到队列中进行递推中位值平均滤波处理，计算式如下：式中，s
(n-i)
为经过限幅滤波的第(n-i)次心率测量值，s
(n-i)max
、s
(n-i)min
分别是队列中心率测量值的最大值和最小值；并利用二次递推平均滤波，提高心率采集稳定性，计算式如下:式中，h
n
为递推平均滤波输出值，即为本次最终心率测量值。4.根据权利要求3所述的大学体育与健康教育教学质量分析系统，其特征在于：个性模块中，将学生的心率值进行采集后，组合学生的运动项目、运动时间和运动幅度，将信息录入并生成若干的分别以项目、时间和幅度为主的心率变化折线图a；共性运动模块，组合平均学生的运动项目、运动时间和运动幅度，将信息录入并生成若干的分别以项目、时间和幅度为主的心率变化折线图b。5.根据权利要求4所述的大学体育与健康教育教学质量分析系统，其特征在于：对比分析模块分别接收折线图a和折线图b的信息，并以相同序列数据为主的两折线图进行对比分析；对比时，分别计算折线图a和折线图b的波峰和波谷，并对比两者之间的波峰波谷值。6.根据权利要求5所述的大学体育与健康教育教学质量分析系统，其特征在于：还包括测试成绩模块，测试成绩模块用于录入学习进行运动测试时的成绩，并将成绩传送至教务系统模块处，且教务系统模块将对比测试成绩模块处的成绩和此时学生自身的身体状况并将改进信息传送至改进模块处。7.根据权利要求6所述的大学体育与健康教育教学质量分析系统，其特征在于：测试成绩模块包括各阶段体育项目测评成绩、体育项目对应的健康教育测评成绩。
8.根据权利要求7所述的大学体育与健康教育教学质量分析系统，其特征在于：还包括运动反馈模块，用于录入同年龄段男生和女生分别的对应的运动项目和所产生疼痛的部位及疼痛的时间，并将该信息传送至教务系统模块处与医生反馈模块进行对比，并根据对比信息传送对应的改进信息至改进模块。

技术总结
本发明公开了教学质量分析系统技术领域的一种大学体育与健康教育教学质量分析系统，包括录入统计模块、个性运动模块、共性项目模块、对比分析模块、改进模块、教务系统模块、运动复查模块和医生反馈模块；本发明通过分别录入每个学生独立的运动情况，并将每个学生独立的运动情况与平均学生应该达到的值进行相应的对比，对比后通过差值的传送并通过改进模块根据对比情况进而较为精准的掌握每个学生的运动情况，同时实时的根据学生的运动情况进行相应的改进计划，从而实现学生的体育与健康教育的质量达到较为充分的程度。育的质量达到较为充分的程度。育的质量达到较为充分的程度。


技术研发人员：张伟 杨乙元
受保护的技术使用者：六盘水师范学院
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/8/24