小學(xué)體育運(yùn)動(dòng)全過(guò)程智能化實(shí)踐應(yīng)用

《義務(wù)教育體育與健康課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》在課程實(shí)施中建議“運(yùn)用信息化教育手段和方法……幫助學(xué)生通過(guò)線下、線上相結(jié)合的方式，打破學(xué)習(xí)的時(shí)空壁壘，拓寬體育與健康課程的學(xué)習(xí)視野”。筆者所在學(xué)校作為浙江省數(shù)字化改革示范校及智慧校園示范校，利用AI技術(shù)，為學(xué)生提供可見(jiàn)、可觸、可賽的運(yùn)動(dòng)氛圍與環(huán)境，形成運(yùn)動(dòng)全過(guò)程的智能化新樣態(tài)（圖1）。

一、運(yùn)動(dòng)全過(guò)程的智能化場(chǎng)景構(gòu)建

針對(duì)學(xué)生運(yùn)動(dòng)過(guò)程中難量化、難記錄、難監(jiān)督、難分析等問(wèn)題，學(xué)校利用智慧終端進(jìn)行資源整合，將學(xué)習(xí)、練習(xí)、比賽和評(píng)價(jià)等各個(gè)環(huán)節(jié)緊密連接在一起，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化建構(gòu)，建立運(yùn)動(dòng)全過(guò)程的場(chǎng)景打造，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)競(jìng)賽、運(yùn)動(dòng)教學(xué)、運(yùn)動(dòng)提升、運(yùn)動(dòng)鍛煉的功能化多維立體打造。

1.AI運(yùn)動(dòng)環(huán)境場(chǎng)景的一體化建設(shè)

學(xué)校原有運(yùn)動(dòng)環(huán)境的場(chǎng)景構(gòu)建，是以國(guó)家生均運(yùn)動(dòng)面積及運(yùn)動(dòng)功能場(chǎng)館需求標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，分別建設(shè)了智體游戲區(qū)、主題運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館、童玩運(yùn)動(dòng)空間等設(shè)施。在此基礎(chǔ)上，學(xué)校依托人工智能終端設(shè)備，積極探索學(xué)生年段需求，分別建構(gòu)了校內(nèi)AI基礎(chǔ)設(shè)備及校外居家運(yùn)動(dòng)挑戰(zhàn)App，實(shí)時(shí)采集學(xué)生的技能水平及體能情況，通過(guò)運(yùn)動(dòng)分析和處方反饋，提供精準(zhǔn)的課外延伸指導(dǎo)，幫助學(xué)生找到提升運(yùn)動(dòng)能力的練習(xí)項(xiàng)目。學(xué)生可在虛擬環(huán)境中進(jìn)行比賽挑戰(zhàn)，滿足學(xué)生走出教室即能運(yùn)動(dòng)，離開(kāi)學(xué)校也能運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)需求。

學(xué)校以教學(xué)樓學(xué)習(xí)區(qū)為樞紐站，將田徑場(chǎng)、山海廣場(chǎng)及體育場(chǎng)館等運(yùn)動(dòng)場(chǎng)域進(jìn)行AI智慧體育分區(qū)域場(chǎng)景構(gòu)建，分別建設(shè)AI智慧跑步、AI智慧跳繩屏、AI智慧教學(xué)及AI智慧體能等場(chǎng)景，供學(xué)生自主選擇（圖2）。校內(nèi)智慧系統(tǒng)可對(duì)學(xué)生校內(nèi)運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行識(shí)別、記錄、分析，校外則借助跳繩等各類運(yùn)動(dòng)App為延伸端，以家庭作業(yè)等形式，為學(xué)生提供便捷的運(yùn)動(dòng)提升、體態(tài)改善及專項(xiàng)課程定制推送，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成運(yùn)動(dòng)習(xí)慣。

2.AI運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)

學(xué)生通過(guò)AI課堂、AI跟練、AI跳繩、AI體能、AI球類、AI趣味項(xiàng)目等練習(xí)后，利用人工智能技術(shù)及算法生成運(yùn)動(dòng)處方，形成動(dòng)作準(zhǔn)確度、運(yùn)動(dòng)頻次及身體機(jī)能提升的建議報(bào)告，在課間及居家時(shí)間根據(jù)自身提升需求，借助AI軟件等進(jìn)行專項(xiàng)練習(xí)和體能挑戰(zhàn)，增強(qiáng)體質(zhì)和運(yùn)動(dòng)能力（圖3）。

二、運(yùn)動(dòng)全過(guò)程的智能化應(yīng)用

1.課堂教學(xué)，從“一課一師”走向“一課多師”

利用AI智慧體育虛擬教師賦能課堂教學(xué)，為每名學(xué)生提供長(zhǎng)期的學(xué)練助教，包含體育課程學(xué)習(xí)虛擬教師與體能提升虛擬教練員。在體育課堂教學(xué)中，圍繞學(xué)校所開(kāi)發(fā)的武術(shù)基本動(dòng)作與游戲、排球墊球、跳繩、中長(zhǎng)跑起跑技術(shù)、籃球運(yùn)球及足球繞桿等數(shù)字化課程資源進(jìn)行雙師教學(xué)。學(xué)校組建“數(shù)字化教師”團(tuán)隊(duì)，對(duì)教學(xué)資源、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)方法進(jìn)行整合，提煉和錄制18個(gè)課時(shí)及以上的大單元數(shù)字化教學(xué)視頻資源。在課堂教學(xué)中，“數(shù)字化教師”充當(dāng)學(xué)練示范，上課教師進(jìn)行有目的的巡回指導(dǎo)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行高效的小組化合作學(xué)練，體現(xiàn)出師生的協(xié)同創(chuàng)新與教學(xué)合力。

在體能練習(xí)課中，根據(jù)學(xué)生歷史體能狀況、技能水平及興趣偏好，AI智慧體育自動(dòng)化分析及定制訓(xùn)練計(jì)劃，提供豐富的體能提升練習(xí)項(xiàng)目，如力量、速度、耐力等，并融入趣味性語(yǔ)文詩(shī)詞、英語(yǔ)單詞、數(shù)學(xué)計(jì)算等運(yùn)動(dòng)互動(dòng)，讓體能訓(xùn)練不再枯燥乏味。學(xué)生輕觸屏幕，根據(jù)個(gè)人興趣和能力水平進(jìn)行練習(xí)。屏幕上的虛擬教練員邊示范邊實(shí)時(shí)評(píng)估學(xué)生的動(dòng)作準(zhǔn)確性，提供即時(shí)反饋，幫助學(xué)生在安全、科學(xué)的指導(dǎo)下逐步提升體能。

同時(shí)，AI還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)及運(yùn)動(dòng)軌跡等，及時(shí)提供反饋與調(diào)整建議，確保學(xué)生學(xué)習(xí)的科學(xué)性與安全性。“一課多師”教學(xué)形式涵蓋的課程教學(xué)、體能鍛煉及專項(xiàng)提升等功能，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的全面整合與優(yōu)化。

2.家校共育，從“任務(wù)鍛煉”走向“智慧鍛煉”

學(xué)校聚焦學(xué)生體質(zhì)健康及運(yùn)動(dòng)興趣的培養(yǎng)，以AI智慧運(yùn)動(dòng)空間為載體，進(jìn)一步提升運(yùn)動(dòng)效率與效果，將智慧體育融入校園無(wú)感教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目挑戰(zhàn)頻次數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)及上傳匹配度極高的數(shù)字化體育專項(xiàng)技術(shù)課程及體能提升鍛煉項(xiàng)目。

學(xué)生在校園或居家環(huán)境下，利用AI智慧體育終端及智慧運(yùn)動(dòng)App中的虛擬課程教師及體能教練員，自主進(jìn)行專項(xiàng)技能學(xué)習(xí)或體能跟練后，系統(tǒng)自動(dòng)收集和形成學(xué)生運(yùn)動(dòng)過(guò)程數(shù)據(jù)，分析其運(yùn)動(dòng)行為、能力水平及興趣偏好，其運(yùn)動(dòng)能力分析主要從速度、耐力、力量、靈活性及協(xié)調(diào)性等幾個(gè)維度，通過(guò)AI算法的深入剖析，精確反映出學(xué)生各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)技能水平，預(yù)測(cè)其潛在運(yùn)動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)，為學(xué)生量身定制個(gè)性化訓(xùn)練計(jì)劃做好底層基礎(chǔ)。家長(zhǎng)和教師可通過(guò)后臺(tái)鏈接及App實(shí)時(shí)查看學(xué)生的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)、進(jìn)步情況及興趣變化，實(shí)現(xiàn)家校共育，共同關(guān)注和支持學(xué)生的健康成長(zhǎng)（圖3）。學(xué)生還可進(jìn)行關(guān)卡等級(jí)挑戰(zhàn)、最佳成績(jī)榜、在線競(jìng)賽等，讓鍛煉過(guò)程充滿樂(lè)趣與挑戰(zhàn)，增強(qiáng)鍛煉的趣味性和互動(dòng)性，有效激發(fā)學(xué)生的參與熱情，使學(xué)生邁向更加健康、積極的生活方式。

3.課外拓展，從“定向競(jìng)賽”走向“無(wú)痕競(jìng)賽”

學(xué)校打造智慧體育常態(tài)化無(wú)感競(jìng)賽樣態(tài)，利用AI智慧體育無(wú)痕競(jìng)賽系統(tǒng)，進(jìn)行智慧體育動(dòng)態(tài)看板自主研發(fā)，以自然月為計(jì)量單位，為學(xué)生提供6項(xiàng)多樣化無(wú)痕競(jìng)賽形式，項(xiàng)目包含1分鐘跳繩、高抬腿、開(kāi)合跳、深蹲、蹲跳、左右橫跳等。結(jié)合吉尼斯挑戰(zhàn)賽中的月單項(xiàng)吉尼斯榜及月累計(jì)吉尼斯榜形式將運(yùn)動(dòng)過(guò)程及結(jié)果進(jìn)行呈現(xiàn)，“無(wú)痕競(jìng)賽”采用不固定時(shí)間、地點(diǎn)和對(duì)手的方式，分級(jí)段分項(xiàng)目實(shí)時(shí)生成競(jìng)賽報(bào)告，學(xué)生在體育課外所進(jìn)行的每一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)鍛煉數(shù)據(jù)都被智能地記錄并分析，形成個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)成績(jī)單。如，通過(guò)設(shè)立不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的達(dá)標(biāo)時(shí)間和達(dá)成數(shù)量的通級(jí)指標(biāo)，幫助學(xué)生找到所需提升的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，并通過(guò)AI設(shè)備進(jìn)行無(wú)感競(jìng)賽。呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)結(jié)果數(shù)據(jù)反饋，檢驗(yàn)自身體質(zhì)測(cè)試成績(jī)所在水平，不斷刷新自身紀(jì)錄。當(dāng)學(xué)生自主挑戰(zhàn)并成功達(dá)成這些目標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成運(yùn)動(dòng)特長(zhǎng)通級(jí)報(bào)告，并在校園智慧體育數(shù)字駕駛艙進(jìn)行表彰，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與競(jìng)賽的深度融合，為學(xué)生提供更智能和高效的智慧體育場(chǎng)景，提升運(yùn)動(dòng)快樂(lè)感。同時(shí)，也為學(xué)生提供運(yùn)動(dòng)特長(zhǎng)展示平臺(tái)，享受運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的樂(lè)趣。此外，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)生的無(wú)痕競(jìng)賽運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，AI數(shù)據(jù)大模型數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算和識(shí)別學(xué)生的運(yùn)動(dòng)信息并計(jì)入運(yùn)動(dòng)過(guò)程數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)產(chǎn)生排行榜。評(píng)選出“月單項(xiàng)吉尼斯者”及“月累計(jì)吉尼斯者”等獎(jiǎng)項(xiàng)，并在校園內(nèi)公開(kāi)展示，給予表彰（圖4）。學(xué)生在享受運(yùn)動(dòng)樂(lè)趣的同時(shí)，改變學(xué)生對(duì)體育運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知與態(tài)度，提升其體能、技能和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，實(shí)現(xiàn)“寓教于樂(lè)，寓學(xué)于動(dòng)”。

三、運(yùn)動(dòng)全過(guò)程的智能化處方

1.運(yùn)動(dòng)過(guò)程的可視化呈現(xiàn)

學(xué)校AI智慧體育設(shè)備及居家智慧運(yùn)動(dòng)App的運(yùn)動(dòng)過(guò)程可視化呈現(xiàn)，是利用AI視覺(jué)算法功能，實(shí)時(shí)捕捉收集和呈現(xiàn)學(xué)生等運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。其中學(xué)校AI智慧體育設(shè)備，學(xué)生通過(guò)人臉識(shí)別進(jìn)行跳繩、立定跳遠(yuǎn)、仰臥起坐等項(xiàng)目鍛煉后，系統(tǒng)實(shí)時(shí)從運(yùn)動(dòng)曲線、肢體角度、運(yùn)動(dòng)頻率、力量輸出及肌群狀態(tài)等，自動(dòng)生成點(diǎn)評(píng)分析及加強(qiáng)建議，學(xué)生在挑戰(zhàn)后實(shí)時(shí)查看自己的運(yùn)動(dòng)過(guò)程報(bào)告。居家智慧運(yùn)動(dòng)App則是在居家運(yùn)動(dòng)環(huán)境下，一是通過(guò)導(dǎo)入學(xué)生體質(zhì)健康成績(jī)數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生的BMI值、體測(cè)項(xiàng)目得分情況進(jìn)行分析，提供運(yùn)動(dòng)內(nèi)容、強(qiáng)度、時(shí)長(zhǎng)及頻次等提升建議。二是利用手機(jī)攝像頭進(jìn)行運(yùn)動(dòng)視頻采集分析，通過(guò)頻次速度、失誤次數(shù)及高頻次數(shù)等方面進(jìn)行即時(shí)評(píng)價(jià)，并提供運(yùn)動(dòng)過(guò)程的視頻回放功能。運(yùn)動(dòng)全過(guò)程的可視化呈現(xiàn)與指導(dǎo)，不僅讓學(xué)生感受到科技帶來(lái)的便捷與高效，還能在科學(xué)的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃中不斷提升自我，享受運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的快樂(lè)與健康，讓學(xué)生直觀感受成長(zhǎng)歷程，共同推動(dòng)教育服務(wù)質(zhì)量的持續(xù)優(yōu)化。

2.運(yùn)動(dòng)處方的個(gè)性化設(shè)計(jì)

基于學(xué)生運(yùn)動(dòng)能力分析、體質(zhì)測(cè)試結(jié)果及動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的多維度數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)分析和AI算法，實(shí)時(shí)為學(xué)生更新個(gè)性化運(yùn)動(dòng)改善方案及運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練計(jì)劃，在實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生可以通過(guò)居家智慧運(yùn)動(dòng)APP接收到每日個(gè)性化運(yùn)動(dòng)任務(wù)。

如，五年級(jí)謝××體測(cè)數(shù)據(jù)顯示BMI為19.3、肺活量3712ml、50m跑成績(jī)10.2s、坐位體前屈成績(jī)10cm、1分鐘跳繩101個(gè)、一分鐘仰臥起坐23個(gè)、50m×8往返跑成績(jī)199s。依據(jù)體測(cè)成績(jī)，智慧系統(tǒng)經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為該生肺活量和坐位體前屈項(xiàng)目成績(jī)較好，一分鐘跳繩和一分鐘仰臥起坐需加強(qiáng)，50m跑和往返跑需加強(qiáng)；總體分析為在心肺耐力、肺功能和速度上表現(xiàn)較好，柔韌性和腹肌肉力量方面需進(jìn)一步提升。前期鍛煉計(jì)劃圍繞提升學(xué)生柔韌性和腹部肌肉力量訓(xùn)練為主，輔助鍛煉速度和爆發(fā)力，故給出如下個(gè)性化運(yùn)動(dòng)處方：原地跑×100s×2組，提升速度和爆發(fā)力；踩樁子×60s×2組，通過(guò)提膝動(dòng)作促進(jìn)大小腿肌肉增長(zhǎng)，以提升力量能力；敏捷摸球×60s×1組，通過(guò)鍛煉手眼協(xié)調(diào)能力，提升反應(yīng)能力和爆發(fā)力；全身入框×60s×1組，橫向運(yùn)動(dòng)全身入框內(nèi)，通過(guò)俯臥撐、深蹲或者起跳3個(gè)動(dòng)作，鍛煉全身肌肉與核心力量；蹲馬步×60s×1組，鍛煉體能提升精神意識(shí)；平衡摸球×60s×2組，利用單腳移動(dòng)進(jìn)行活動(dòng)，鍛煉手眼協(xié)調(diào)提升反應(yīng)力和腿部爆發(fā)力；高抬腿摸樁×120s×2組，鍛煉腿部力量和反應(yīng)能力。首周推動(dòng)項(xiàng)目主要以跑步和體能訓(xùn)練為主，運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度中等，每日進(jìn)行15分鐘左右的體育運(yùn)動(dòng)，包含4分鐘穿插休息和11分鐘間歇體育運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際完成情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整處方內(nèi)容，確保干預(yù)內(nèi)容的有效性和針對(duì)性。家長(zhǎng)和教師通過(guò)App實(shí)時(shí)查看學(xué)生的運(yùn)動(dòng)處方執(zhí)行情況，共同監(jiān)督和促進(jìn)學(xué)生的運(yùn)動(dòng)改善。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，學(xué)生體質(zhì)健康水平普遍有了顯著提升，并逐漸養(yǎng)成居家鍛煉的良好運(yùn)動(dòng)習(xí)慣。