2025年大學(xué)《智能體育工程》專業(yè)題庫(kù)——智能體育器材設(shè)計(jì)創(chuàng)新與功能性研究技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.智能體育器材2.人機(jī)工程學(xué)3.物聯(lián)網(wǎng)(IoT)4.運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)增強(qiáng)5.傳感器融合二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分）1.簡(jiǎn)述智能體育器材設(shè)計(jì)過(guò)程中，用戶需求分析的重要性及主要方法。2.比較說(shuō)明加速度計(jì)和陀螺儀在智能運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)中的主要區(qū)別及應(yīng)用場(chǎng)景。3.簡(jiǎn)述將人工智能(AI)技術(shù)應(yīng)用于智能體育器材設(shè)計(jì)可能帶來(lái)的創(chuàng)新功能。4.闡述智能體育器材功能性研究中，系統(tǒng)測(cè)試與用戶接受度測(cè)試的目的和區(qū)別。5.描述至少三種新型材料在智能體育器材中的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)。三、論述題（每題10分，共30分）1.論述設(shè)計(jì)思維在設(shè)計(jì)創(chuàng)新型智能體育器材中的應(yīng)用價(jià)值，并結(jié)合一個(gè)具體案例說(shuō)明其應(yīng)用流程。2.以“智能跑步鞋”為例，設(shè)計(jì)一個(gè)包含核心功能、關(guān)鍵技術(shù)選型及初步系統(tǒng)架構(gòu)的方案，并說(shuō)明其創(chuàng)新點(diǎn)。3.結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，論述未來(lái)智能體育器材在功能性和用戶體驗(yàn)方面可能的發(fā)展方向，并提出你的見解。四、設(shè)計(jì)應(yīng)用題（15分）假設(shè)你需要設(shè)計(jì)一款用于改善初學(xué)者瑜伽動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)性的智能輔助器材，請(qǐng)闡述：1.該器材需要實(shí)現(xiàn)哪些核心功能？2.針對(duì)這些功能，需要選擇哪些關(guān)鍵傳感器或技術(shù)？簡(jiǎn)述選擇理由。3.描述該器材的用戶交互方式（如何提供反饋給用戶）。4.分析該設(shè)計(jì)中可能遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)或局限性。試卷答案一、名詞解釋1.智能體育器材：指集成傳感器、嵌入式計(jì)算單元、通信模塊等，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)、收集、處理運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，提供智能分析、反饋、指導(dǎo)或增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)的體育設(shè)備。**解析思路：*定義需包含核心要素：集成技術(shù)（傳感器、計(jì)算、通信）、體育相關(guān)、核心功能（監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)、分析、反饋、增強(qiáng)體驗(yàn)）。2.人機(jī)工程學(xué)：研究人、機(jī)器(或系統(tǒng))及其環(huán)境之間相互作用的學(xué)科，旨在優(yōu)化人的使用，使系統(tǒng)性能、人的健康、安全和舒適度達(dá)到最佳。**解析思路：*定義需點(diǎn)明研究主體（人、機(jī)、環(huán)境）、相互作用，并強(qiáng)調(diào)最終目標(biāo)（優(yōu)化使用、系統(tǒng)性能、健康安全、舒適度）。3.物聯(lián)網(wǎng)(IoT)：指通過(guò)信息傳感設(shè)備（如傳感器、RFID），按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的技術(shù)體系。**解析思路：*定義需涵蓋核心概念（連接物品、互聯(lián)網(wǎng)、信息交換）、關(guān)鍵技術(shù)（傳感設(shè)備）、協(xié)議、目的（智能化識(shí)別、管理）。4.運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)增強(qiáng)：指利用智能技術(shù)（如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋、個(gè)性化訓(xùn)練建議、生物反饋調(diào)控等）輔助運(yùn)動(dòng)員提升運(yùn)動(dòng)技能、優(yōu)化戰(zhàn)術(shù)、提高效率或延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)壽命的過(guò)程。**解析思路：*定義需明確主體（運(yùn)動(dòng)員）、手段（智能技術(shù)）、結(jié)果（提升技能、優(yōu)化戰(zhàn)術(shù)、提高效率、延長(zhǎng)壽命）。5.傳感器融合：指將來(lái)自多個(gè)不同類型或位置的傳感器的信息，通過(guò)一定的算法進(jìn)行組合與處理，以獲得比單一傳感器更準(zhǔn)確、更全面、更可靠的信息或更優(yōu)決策的過(guò)程。**解析思路：*定義需包含核心動(dòng)作（組合處理多傳感器信息）、目的（更準(zhǔn)確、全面、可靠信息或決策）、常用于提高數(shù)據(jù)精度和魯棒性。二、簡(jiǎn)答題1.智能體育器材設(shè)計(jì)過(guò)程中，用戶需求分析的重要性及主要方法。*重要性：確保設(shè)計(jì)方向正確，滿足目標(biāo)用戶的實(shí)際需求和使用場(chǎng)景，提高產(chǎn)品的可用性、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和用戶滿意度。避免設(shè)計(jì)出技術(shù)上可行但用戶不需要或不實(shí)用的產(chǎn)品。*主要方法：用戶訪談、問(wèn)卷調(diào)查、焦點(diǎn)小組討論、觀察法（田野調(diào)查）、用戶日志、可用性測(cè)試、競(jìng)品分析、用戶角色建模等。**解析思路：*先回答“為什么重要”（價(jià)值體現(xiàn)、方向指引、避免失?。倩卮稹霸趺捶治觥保ǔＳ镁唧w方法）。方法需多樣化，涵蓋直接和間接、定性定量結(jié)合。2.比較說(shuō)明加速度計(jì)和陀螺儀在智能運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)中的主要區(qū)別及應(yīng)用場(chǎng)景。*區(qū)別：加速度計(jì)測(cè)量線性加速度（沿三軸的加/減速度），主要用于感知運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、姿態(tài)變化趨勢(shì)和沖擊；陀螺儀測(cè)量角速度（繞三軸的旋轉(zhuǎn)速率），主要用于感知旋轉(zhuǎn)姿態(tài)變化，如點(diǎn)頭、搖頭、偏航等。*應(yīng)用場(chǎng)景：加速度計(jì)常用于步態(tài)分析、跑步姿態(tài)評(píng)估、跌倒檢測(cè)、沖擊力測(cè)量等；陀螺儀常用于維持設(shè)備朝向、步態(tài)相位判斷（如腳跟著地）、平衡能力評(píng)估、動(dòng)作旋轉(zhuǎn)成分分析等。兩者常結(jié)合使用以獲得更完整的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)信息。**解析思路：*先點(diǎn)明核心區(qū)別（測(cè)量物理量不同：線性加速度vs角速度），再分別說(shuō)明各自主要應(yīng)用領(lǐng)域，最后強(qiáng)調(diào)兩者結(jié)合的優(yōu)勢(shì)。3.簡(jiǎn)述將人工智能(AI)技術(shù)應(yīng)用于智能體育器材設(shè)計(jì)可能帶來(lái)的創(chuàng)新功能。*創(chuàng)新功能：個(gè)性化自適應(yīng)訓(xùn)練計(jì)劃推薦、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)分析與自動(dòng)化評(píng)分、運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)與預(yù)防建議、基于生理數(shù)據(jù)的智能疲勞監(jiān)測(cè)與恢復(fù)指導(dǎo)、自然語(yǔ)言交互式教練、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)沉浸式訓(xùn)練體驗(yàn)、復(fù)雜運(yùn)動(dòng)模式自動(dòng)識(shí)別等。**解析思路：*從AI的核心能力（學(xué)習(xí)、預(yù)測(cè)、識(shí)別、交互、增強(qiáng)感知）出發(fā)，結(jié)合體育場(chǎng)景，列舉具體的應(yīng)用功能，體現(xiàn)個(gè)性化和智能化。4.闡述智能體育器材功能性研究中，系統(tǒng)測(cè)試與用戶接受度測(cè)試的目的和區(qū)別。*目的：系統(tǒng)測(cè)試旨在驗(yàn)證智能體育器材的硬件、軟件及系統(tǒng)整體是否按照設(shè)計(jì)規(guī)格正常工作，功能是否實(shí)現(xiàn)，性能是否達(dá)標(biāo)，發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷和錯(cuò)誤。用戶接受度測(cè)試旨在評(píng)估目標(biāo)用戶對(duì)器材的易用性、實(shí)用性、滿意度、感知價(jià)值以及是否愿意使用和推薦，衡量產(chǎn)品的市場(chǎng)潛力。*區(qū)別：系統(tǒng)測(cè)試是技術(shù)層面的驗(yàn)證，關(guān)注產(chǎn)品“能不能用”、“好不好用（技術(shù)指標(biāo)）”，由測(cè)試人員執(zhí)行。用戶接受度測(cè)試是用戶層面的評(píng)估，關(guān)注產(chǎn)品“用戶喜不喜歡用”、“用得順不順手”、“有沒有價(jià)值”，由真實(shí)用戶或代表用戶執(zhí)行。**解析思路：*先分別清晰定義兩種測(cè)試的目的，再明確它們的區(qū)別（測(cè)試層面：技術(shù)vs用戶；測(cè)試主體：測(cè)試人員vs用戶；關(guān)注點(diǎn)：功能性能vs易用性滿意度）。5.描述至少三種新型材料在智能體育器材中的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)。*選項(xiàng)一：碳纖維復(fù)合材料。應(yīng)用：智能自行車車架、高爾夫球桿、跑鞋中底。優(yōu)勢(shì)：高強(qiáng)度、高剛度、輕量化，能減輕器材重量，提高運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。*選項(xiàng)二：形狀記憶合金(SMA)。應(yīng)用：智能矯形鞋墊、運(yùn)動(dòng)防護(hù)裝備。優(yōu)勢(shì)：可在觸發(fā)條件下（如溫度變化）發(fā)生形狀或應(yīng)力變化，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)支撐或反饋。*選項(xiàng)三：導(dǎo)電聚合物或柔性電子材料。應(yīng)用：可穿戴心電監(jiān)測(cè)貼片、柔性運(yùn)動(dòng)傳感器織物。優(yōu)勢(shì)：可制備柔性、可拉伸、可穿戴的傳感器或執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)更舒適、無(wú)感的智能監(jiān)測(cè)與交互。**解析思路：*列舉三種不同類型的代表性新材料，明確其在智能體育器材中的具體應(yīng)用實(shí)例，并清晰闡述該材料帶來(lái)的核心優(yōu)勢(shì)（如輕量化、自適應(yīng)、柔性可穿戴等）。三、論述題1.論述設(shè)計(jì)思維在設(shè)計(jì)創(chuàng)新型智能體育器材中的應(yīng)用價(jià)值，并結(jié)合一個(gè)具體案例說(shuō)明其應(yīng)用流程。*應(yīng)用價(jià)值：設(shè)計(jì)思維強(qiáng)調(diào)以用戶為中心，通過(guò)共情、定義、構(gòu)思、原型、測(cè)試的循環(huán)過(guò)程，能夠幫助設(shè)計(jì)師深入理解用戶需求和痛點(diǎn)，突破思維定式，產(chǎn)生創(chuàng)新性的解決方案，并快速驗(yàn)證可行性，降低創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)，最終創(chuàng)造出真正滿足用戶、具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的智能體育器材。*案例說(shuō)明（以“為老年人設(shè)計(jì)的智能防跌倒手環(huán)”為例）：*共情（Empathize）：通過(guò)訪談、觀察了解老年人居家活動(dòng)習(xí)慣、易跌倒場(chǎng)景、對(duì)現(xiàn)有可穿戴設(shè)備的顧慮（如不適、操作復(fù)雜、費(fèi)用高等）。*定義（Define）：定義用戶核心需求為“需要一種舒適、易用、能及時(shí)預(yù)警并有效輔助起身（若有需要）的防跌倒設(shè)備”。用戶畫像：獨(dú)居或半獨(dú)居、有一定行動(dòng)不便風(fēng)險(xiǎn)的老年人。*構(gòu)思（Ideate）：brainstorm多種方案，如集成GPS定位和SOS緊急呼叫、使用氣壓計(jì)和陀螺儀檢測(cè)摔倒姿態(tài)并自動(dòng)報(bào)警、設(shè)計(jì)可一鍵呼叫的緊急按鈕、內(nèi)置輕微震動(dòng)提醒避免絆倒、甚至集成小型機(jī)械臂輔助起身等。*原型（Prototype）：制作低保真原型（如使用3D打印殼體、軟性材料包裹傳感器、模擬按鈕），實(shí)現(xiàn)基本姿態(tài)檢測(cè)和震動(dòng)報(bào)警功能。*測(cè)試（Test）：邀請(qǐng)目標(biāo)老年人用戶試用原型，觀察其佩戴舒適度、操作便捷性，收集摔倒檢測(cè)的準(zhǔn)確率反饋，評(píng)估報(bào)警及時(shí)性，并根據(jù)反饋迭代改進(jìn)設(shè)計(jì)（如優(yōu)化傳感器布局減少誤報(bào)、簡(jiǎn)化交互邏輯、增加防水設(shè)計(jì)等）。**解析思路：*先闡述設(shè)計(jì)思維的核心價(jià)值（用戶中心、創(chuàng)新、驗(yàn)證）。再選取一個(gè)具體智能體育器材案例（老年人防跌倒手環(huán)），完整復(fù)述設(shè)計(jì)思維的五個(gè)步驟，并在每個(gè)步驟中結(jié)合案例進(jìn)行具體說(shuō)明，展示如何通過(guò)這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生和優(yōu)化解決方案。2.以“智能跑步鞋”為例，設(shè)計(jì)一個(gè)包含核心功能、關(guān)鍵技術(shù)選型及初步系統(tǒng)架構(gòu)的方案，并說(shuō)明其創(chuàng)新點(diǎn)。*核心功能：*實(shí)時(shí)步頻、步幅、著地方式（前掌/全掌/后跟著地）監(jiān)測(cè)與反饋。*關(guān)節(jié)角度（如膝、踝）分析，評(píng)估跑步姿態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。*實(shí)時(shí)地面震動(dòng)反饋，輔助步態(tài)調(diào)整。*跑步數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)與云端同步。*基于AI的個(gè)性化跑步指導(dǎo)和訓(xùn)練計(jì)劃建議。*關(guān)鍵技術(shù)選型：*傳感器：集成在鞋底或鞋面，包括加速度計(jì)、陀螺儀（用于姿態(tài)）、壓力傳感器（用于著地方式和沖擊分析）、足底溫度傳感器（用于疲勞監(jiān)測(cè)）。*嵌入式系統(tǒng)：低功耗微控制器（MCU）處理傳感器數(shù)據(jù)，執(zhí)行初步算法。*通信：藍(lán)牙5.0/5.x，用于與手機(jī)APP或智能手表傳輸數(shù)據(jù)。*交互：內(nèi)置振動(dòng)馬達(dá)（提供震動(dòng)反饋），LED燈或小型顯示屏（提供簡(jiǎn)易狀態(tài)或步頻提示）。*功耗管理：選用低功耗芯片和組件，優(yōu)化算法以減少能耗。*初步系統(tǒng)架構(gòu)：*傳感器層：采集跑步過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)。*嵌入式處理層：MCU對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、融合處理，運(yùn)行步態(tài)分析、姿態(tài)評(píng)估等算法，生成初步結(jié)果。*交互反饋層：根據(jù)處理結(jié)果，通過(guò)振動(dòng)馬達(dá)或顯示屏提供實(shí)時(shí)反饋。*通信層：通過(guò)藍(lán)牙將詳細(xì)數(shù)據(jù)傳輸至用戶終端（手機(jī)APP）。*云服務(wù)層（可選）：存儲(chǔ)用戶跑步數(shù)據(jù)，運(yùn)行更復(fù)雜的AI分析模型，提供個(gè)性化建議和長(zhǎng)期趨勢(shì)分析。*創(chuàng)新點(diǎn)：*多維度姿態(tài)與沖擊分析：結(jié)合壓力、關(guān)節(jié)角度、地面震動(dòng)等多維度數(shù)據(jù)，提供比單一指標(biāo)更全面、更精準(zhǔn)的跑步姿態(tài)和沖擊分析。*實(shí)時(shí)自適應(yīng)震動(dòng)反饋：根據(jù)分析結(jié)果，提供個(gè)性化的、針對(duì)性的實(shí)時(shí)震動(dòng)反饋，引導(dǎo)用戶主動(dòng)調(diào)整跑步姿態(tài)，增強(qiáng)訓(xùn)練效果。*AI驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化指導(dǎo)閉環(huán)：不僅收集數(shù)據(jù)，更能基于AI持續(xù)學(xué)習(xí)和優(yōu)化，提供動(dòng)態(tài)調(diào)整的跑步指導(dǎo)和訓(xùn)練計(jì)劃，形成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)-行為調(diào)整-效果反饋的閉環(huán)。**解析思路：*先明確產(chǎn)品（智能跑步鞋）的核心功能，再為每個(gè)功能選擇合適的關(guān)鍵技術(shù)，并說(shuō)明理由。然后繪制或描述簡(jiǎn)單的系統(tǒng)架構(gòu)圖，展示數(shù)據(jù)流和各模塊功能。最后提煉出該設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處，通常體現(xiàn)在數(shù)據(jù)維度、交互方式、智能化程度上。3.結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，論述未來(lái)智能體育器材在功能性和用戶體驗(yàn)方面可能的發(fā)展方向，并提出你的見解。*發(fā)展方向：*更深度的個(gè)性化與自適應(yīng)：利用AI持續(xù)學(xué)習(xí)用戶生理、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)狀態(tài)（疲勞、損傷風(fēng)險(xiǎn)），自動(dòng)優(yōu)化訓(xùn)練計(jì)劃、器材參數(shù)（如鞋墊硬度、阻力訓(xùn)練器負(fù)荷），提供千人千面的智能服務(wù)。*更自然的交互方式：發(fā)展基于腦機(jī)接口（BCI）、眼動(dòng)追蹤、更智能的語(yǔ)音或手勢(shì)識(shí)別的交互方式，使用戶與器材的溝通更流暢、更少干預(yù)。*更全面的生理與環(huán)境監(jiān)測(cè)：集成更多生理參數(shù)傳感器（如血氧、皮質(zhì)醇、心率變異性HRV），結(jié)合環(huán)境傳感器（溫度、濕度、氣壓、GPS），提供更全面的健康和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)評(píng)估。*增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)與虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)融合：將虛擬指導(dǎo)、游戲化訓(xùn)練、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化疊加在用戶的真實(shí)運(yùn)動(dòng)環(huán)境中（通過(guò)AR眼鏡或智能設(shè)備），創(chuàng)造沉浸式、更有趣的健身體驗(yàn)。*軟體電子與可穿戴化：發(fā)展更柔軟、透氣、舒適、貼合身體的柔性電子器件和可穿戴裝備，實(shí)現(xiàn)無(wú)感監(jiān)測(cè)和更自然的物理交互。*可持續(xù)性與智能化融合：采用環(huán)保材料，設(shè)計(jì)易于回收的器材，同時(shí)內(nèi)置智能功耗管理、預(yù)測(cè)性維護(hù)等功能，提升器材壽命和可持續(xù)性。*我的見解：未來(lái)智能體育器材的發(fā)展不僅是技術(shù)的堆砌，更應(yīng)注重“智能”與“體育”的深度融合。真正的創(chuàng)