基于可穿戴设备的教育数据分析研究

吴至榕 吴佳逸 刘旭 卢政宇

摘 要：现代可穿戴技术被定义为将微处理器和互联网连接在一起。可穿戴设备通常用于跟踪用户的生命迹象或与健康、位置、甚至人们的生物反馈有关的生命迹象或数据片段，以指示情绪。可穿戴设备模型可能依赖于短距离无线系统，如蓝牙或本地Wi-Fi设置。可穿戴设备的例子包括各种类型的电脑化手表，移动网络的发展带动了可穿戴技术的发展。健身活动追踪器是第一波流行于消费者的可穿戴技术。然后，手表变成了一个屏幕，并增加了更健壮的移动应用程序。蓝牙耳机、智能手表和网络眼镜都允许人们从Wi-Fi网络接收数据。游戏行业增加了更多的可穿戴设备，包括虚拟现实和增强现实耳机。当智能手表/手环产品出现后，运动监测变得前所未有地简单。而得益于核心部件的成本下降，最新的智能手环产品，也能在健康数据的多样化上做到极致，并把形态做到与智能手表趋同。为此，我们通过一系列的分析研究可穿戴设备在教育领域是否能够为教育教学提供更大的帮助，诸如在测量人体心率、血压值的高低以及血氧饱和度等功能情况下得出的可视化图表。

关键词：可穿戴设备;教育;数据分析

1、概述

1.1、可穿戴设备在教育领域的研究背景

人的体育史一直与数据有关。正因为有对运动数据的无限分析，才能够适应减肥的过程。人类在奥运会上可以不断突破自己。智能服装把人们收集数据的方式分为两个阶段。在智能服装出现之前，人们对自己的运动一无所知。初期，体育爱好者掌握户外手表和心率带子等零件，出门的时候跑步变得非常仪式。之后，人们在智能手机上安装各种各样的健康应用软件，运动时可以拿着手机记录步数和速度等信息。

智能手表/处理产品一出现，运动监控就变得前所未有的简单。由于核心部件的成本降低，最新的智能手链产品也变得越来越多样化，可以和智能手表一样。为此，我们通过一系列的分析，研究在教育领域，是否能为教育教育教育提供更大的帮助，如人体心率、血压值高低、氧气饱和度等功能的视觉化图表。

1.2、可穿戴设备课题的主要研究内容和任务

在过去是十年里，我们可以看见大量的可穿戴技术被使用和研究开发[1]。从手表到可穿戴设备，创造了大量的运动数据。测量人类运动使得我们能够在医疗健康、体育教学、人体工程学等应用中构建解决方案。精英运动员已经广泛应用于动画制作，现在使用运动传感器来提高他们的表现。在医疗保健领域，可穿戴设备技术正在帮助人们监测他们的心率、睡眠模式和健身水平。现在很多智能设备和传统的体育监控设备相比可以使用[2]。更重要的区别是时尚的设计和手机的使用程度。

移动平台与可使用设备的结合可以实现人与计算机之间的信息交互，通过时间和空间的限制，可使用设备将活动间的锻炼与个性相结合，模式化、便携化，不仅外观设计美观独特，更便于科技与人机交互，研究实验室有专门的设备来研究运动与健康的关系。但是这些设备成本高、体积大、空间有限，但是随着科学技术的进步，目前的智能和可用设备简化了专业设备的功能。随着材料的现代化，这些器件变得体积小、重量轻、适用范围广。但是，缺点是有些功能并不像专业设备那样采集稳定，会影响数据的准确性和用户的运动体验。

2、可穿戴设备

2.1 可穿戴设备发展

可穿戴技术是一组设备（包括健身跟踪器和智能手表）的通用术语，这些设备设计用于全天佩戴。这些设备通常简称为可穿戴设备。可穿戴设备在颠覆我们的生活之前，首先要改变的是我们对这个世界的认识与思考方式。可穿戴设备通常用于跟踪用户的生命迹象或与健康、位置、甚至人们的生物反馈有关的生命迹象或数据片段，以指示情绪。可穿戴设备模型可能依赖于短距离无线系统，如蓝牙或本地Wi-Fi设置。

2.2可穿戴设备的分类及其特点

近年来，可穿戴设备的内涵、体系结构、形式和功能都在不断演变和变化，目前，典型的可穿戴设备按应用类型可分为以下几个方面：通信犹大、医疗保健、安全应用等[3]。

通信辅助。目前，屏幕智能手机的大趋势使其在使用上受到更大的限制。与手机相比，可用的设备更便于运输，能够及时告知用户重要的通知信息。它们可以补充UNS，并与智能手机协同工作。它们主要用于弥补智能手机便携性的不足，完善、补充和提升手机通信服务。

保健医疗卫生设备主要包括医疗设备和与身体健康有关的设备，测量心率和血压的腕表，记录行走、距离和能量消耗速度的计步器[4]。

安全应用。此类设备的主要功能是根据位置或范围识别位置[5]。例如，基于手环或项链识别佩戴者当前地理位置的设备，有助于了解老人或儿童的位置和安全状况，可穿戴设备使信息获取和传输的路径发生巨大变化，信息采集更加零碎精确，了解信息更加全面，接收信息和处理信息同步。

3、可穿戴设备在教育领域的统计分析

3.1 影响学生可穿戴设备心率的因素

可视化图表如下：

从图中可看出大学英语这门课程对学生心率影响波动比较大，心率比例在区间80～100之间。受气温影响，环境温度高了，人体代谢率增加，相应的心跳也就快点，体发热时，心率会加快，体温每升高1℃，心率平均增加12～18次/分;而低温麻醉时，心率会减慢，表明心率明顯受体温的影响。由图表可知，气温在9--11C°之间学生心率变化波动峰值是最高的。此外，晴天学生的心率达到最高值。在下午的2：30-4：20之间学生心率波动较大。中午上课一般学生比较困，所以来上课的时间还需做出相应的调整。

3.2 影响学生可穿戴设备中血压的因素

影响人体血压水平的因素，种类特别多。在图表中可以看出，高等数学、大学英语和物理这三个科目可以影响学生的血压，但变动的数值比其他学科要大。早上的时间段由于学生们都刚吃完早餐，所以容易犯困，血压会比价高，而相比于在晚上上课，学生的血压会比较小，起伏大。

4、结论

我们使用的是华为手环型HUAWEI WATCH GT2进行测试两位学生的心率的起伏，血压的变化，来反映学生上课的生理状态。实验的时候，在手表的主页上按上面的按钮滑动，点击后，可以测定相关数值，简单方便。

本次实验不足的地方是，测试学生数量有限，测量结果可能不正确，没有进行深度的数据挖掘和分析。测量数据的精度应该进一步提高。

参考文献：

[1] 陈蹇.全球智能可穿戴设备发展特点与趋势[J].上海信息化，2019（4）：78-80.

[2] 赵亦俊，张涛.智能穿戴在健康领域发展的现状分析[J].中国卫生管理信息杂志，2015，12（4）：354-358.

[3] 罗晓兰，樊卫国.基于医疗健康可穿戴设备的城市智能养老服务模式研究[J].兰州学刊，2017（10）：199-208.

[4] 章勇.教育信息化中数据处理与数据可视化研究[J].华中师范大学，2015，G632.4

[5] 基于可穿戴设备的教育应用案例分析.《科技传播》黄川2018年第21期