“冠軍模型”助力體教融合創(chuàng)新發(fā)展

崔丹丹 郭建偉

摘? 要：“冠軍模型”革命性地提升了東京奧運周期備戰(zhàn)訓練決策的科學性，這為體教融合中高水平學生運動員的自主培養(yǎng)模式提供了新的啟示。我們以“冠軍模型”為核心，整合計算機視覺、因果推斷與認知計算等智能技術(shù)，研發(fā)了一套數(shù)據(jù)驅(qū)動的個性化運動訓練診斷技術(shù)，從而打通了從監(jiān)測、分析到?jīng)Q策的智能化運動訓練閉環(huán)，進而打破了競技體育與體育教育的技術(shù)壁壘。未來，要實現(xiàn)該技術(shù)在體教融合中的廣泛應(yīng)用，科研人員還應(yīng)與教師、教練密切配合，重點解決智能技術(shù)的可行性與有效性以及診斷對象的共性與特性等問題。

關(guān)鍵詞：冠軍模型;體教融合;運動訓練;智能決策

中圖分類號：G633.96? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1005-2410（2022）02-0062-02

在東京奧運會上，我國代表團取得了38金、32銀、18銅的輝煌戰(zhàn)績。很多文獻對中國代表團取得的優(yōu)異成績從不同角度進行了討論，而在知網(wǎng)上有多達13篇東京奧運會的文獻與體教融合相關(guān)[1，2]。培養(yǎng)全面發(fā)展的競技體育后備人才，進而完善競技人才結(jié)構(gòu)，不僅是奧運備戰(zhàn)也是體教融合的重要任務(wù)[3]。就這一點來說，我國“冠軍大學生”“學霸運動員”在東京奧運會上的大放光彩，自然會使得社會各界對體教融合充滿了期待。然而，我們也必須清醒地看到：我國多數(shù)學生奧運冠軍的第一身份是運動員，即掛靠在高校的“運動員學生”，其成功的可復制性和示范價值有限;而另一種以“清華模式”“北理工模式”為代表的，第一身份為學生，由高校自主培養(yǎng)的“學生運動員”模式，其成功的可復制性更強，因而自主培養(yǎng)“學生運動員” 才是體教融合未來的發(fā)展方向[1]。再進一步來說：成功的“清華模式”背后，離不開李慶等“冠軍教授” 的理論與實踐指導[4]，這也是不可復制的。高水平學生運動員的自主培養(yǎng)， 普遍面臨著人才短缺的困境，而人才的培養(yǎng)又難以在短時間內(nèi)完成[5]，我們需要更可復制、可持續(xù)的新思路。

人工智能，恰恰就是一門通過發(fā)展機器智能來復制人類智能，從而實現(xiàn)“以一當十、以一當百”的科學。借助先進的人工智能技術(shù)，將有望在不增加競技體育消耗的前提下，將競技體育的先進經(jīng)驗，快速高效地在體育教育中復制和推廣，并在此過程中，積累更多的數(shù)據(jù)資料，反過來促進技術(shù)的進步，以更好地服務(wù)于競技體育，從而在可持續(xù)的良性循環(huán)中，探索出一條競技體育與體育教育雙贏發(fā)展的體教融合新路。

借助智能技術(shù)來促進體教融合創(chuàng)新發(fā)展雖勢在必行，實現(xiàn)起來卻并非一蹴而就。一方面是技術(shù)上的瓶頸：目前，我們所熟知的計算機視覺、傳感器、統(tǒng)計機器學習等主流人工智能技術(shù)，雖然在感知監(jiān)測和大數(shù)據(jù)分析方面有了較大進步，但認知決策卻一直是個短板。而一個完整的運動訓練閉環(huán)，不僅需要進行運動的監(jiān)測、分析，還需要進行訓練決策[6]。認知決策的技術(shù)瓶頸，使得現(xiàn)有的智能訓練產(chǎn)品大多只能輸出基本的運動參數(shù)和統(tǒng)計圖表，或是基于預(yù)設(shè)的規(guī)則完成打分、計數(shù)等簡單評價，卻不能像人類教練一樣給出針對性的診斷與建議，因而無法實現(xiàn)完整的運動訓練閉環(huán)，滿足不了高水平運動員的個性化培養(yǎng)需求。另一方面是領(lǐng)域間的鴻溝：長期以來，舉國體制下“集中力量辦大事”的制度優(yōu)勢，保障了我國競技體育的高速發(fā)展，尤其是在東京奧運周期，國家隊在訓練科學性方面迅速趕超國際先進水平，但在這樣的發(fā)展模式下，競技體育成為一個相對獨立的體系，所以國家隊的先進經(jīng)驗，變得很難被大眾所習得，更不要說推廣。如何從競技體育的象牙塔中取得“錦囊”，并將其在體育教育中有效推廣？這也是常規(guī)思路和傳統(tǒng)辦法無法破解的另一難題。此時，有一項奧運新“智慧”為我們提供了破冰的新思路，那就是“冠軍模型”。

那么“冠軍模型”是什么？該怎樣來助力體教融合？本文將從“冠軍模型”的概念及相關(guān)智能技術(shù)構(gòu)成、“冠軍模型”在體教融合中應(yīng)用的關(guān)鍵問題和主要挑戰(zhàn)等角度展開討論，并以筆者在100米跑項目上取得的初步進展為例進行說明，希望能夠為廣大教師、教練和體育科研工作者提供參考。

一、冠軍模型的概念及相關(guān)智能技術(shù)構(gòu)成

在東京奧運周期，隨著“走出去、請進來”和“科技助力奧運”等戰(zhàn)略的實施，我國的各項競技水平都得到了穩(wěn)步提升。尤其是“跨界選材”和“冠軍模型”等理念的提出，革命性地提升了我國備戰(zhàn)決策的科學性。其中，“冠軍模型”最初為服務(wù)“跨界選材”而提出[7]，是指對優(yōu)秀運動員形態(tài)、體能、技術(shù)等一系列特征的量化建模。繼而，個性化的“冠軍模型”被應(yīng)用于蘇炳添等高水平運動員的訓練中，取得了顯著效果[8]。

受此啟發(fā)，筆者展開了“冠軍模型”的體工融合研究，并針對100米跑項目，開發(fā)出一套數(shù)據(jù)驅(qū)動的速度節(jié)奏自動診斷技術(shù)。該技術(shù)以計算機視覺動作捕捉數(shù)據(jù)或傳感器分段計時數(shù)據(jù)為輸入，利用因果推斷技術(shù)來模仿國家隊教練選擇“冠軍模型”和預(yù)估訓練效果時的決策邏輯[9]，并通過搭建認知計算架構(gòu)來模仿人類教練在一個完整訓練閉環(huán)中的決策過程[10]，最終輸出個性化的技術(shù)診斷和改進建議。

運用該技術(shù)，以網(wǎng)絡(luò)直播視頻為輸入，對蘇炳添在東京奧運會百米決賽中的速度節(jié)奏表現(xiàn)進行診斷，得到了“起跑加速為首要改進點”的診斷結(jié)論，這與主教練的判斷是一致的。但如果我們僅對蘇的分段排名做統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)會顯示其在沖刺階段的排名更為落后，從而輸出“沖刺階段為主要問題點”的診斷結(jié)果，這就背離了教練的認知。可見，相較于傳統(tǒng)方法，基于“冠軍模型”的智能診斷技術(shù)更好地模擬了人類專家的認知決策智能，從而打通了從監(jiān)測、分析到?jīng)Q策的運動訓練閉環(huán)，在體教融合中批量復制“冠軍”的技術(shù)條件已初步具備。

二、冠軍模型在體教融合中應(yīng)用的關(guān)鍵問題和主要挑戰(zhàn)

解決了競技體育中“冠軍模型”的智能化技術(shù)問題之后，我們隨即在校園內(nèi)開展了基于“冠軍模型”的百米速度節(jié)奏智能診斷服務(wù)，邁出了“冠軍模型”在體教融合中應(yīng)用實踐的第一步，第一批服務(wù)對象為我校短跑專項學生和短跑校隊隊員，在此過程中，我們又遇到了一系列新的挑戰(zhàn)。

首先，挑戰(zhàn)存在于每一個技術(shù)環(huán)節(jié)之中：監(jiān)測環(huán)節(jié)最常用的兩種智能監(jiān)測方式是視覺方式和傳感器方式，但在校園的日常訓練中，很難配備競技體育中的壓電式比賽起跑器、多視角高速相機、高頻率光學傳感器等昂貴設(shè)備，因而無法獲得起跑反應(yīng)時參數(shù)，骨骼關(guān)鍵點和分段計時數(shù)據(jù)的精度也有不同程度的下降。為此，我們進行了簡化數(shù)學模型、定制視覺算法等嘗試，并輔以便攜式分段計時設(shè)備，一定程度上解決了智能監(jiān)測技術(shù)在體育教育場景下的可行性和有效性問題。在分析與決策環(huán)節(jié)中，理論上形態(tài)、體能、技術(shù)參數(shù)與成績之間的因果關(guān)系在高水平專業(yè)運動員與普通大學生運動員之間存在共性，但現(xiàn)實中二者身體素質(zhì)、競技水平的巨大差異，是否會改變上述變量間因果效應(yīng)值的大小，進而帶來診斷決策上的差異呢？在競技體育與體育教育兩個不同場景下，運動主體的特性不容忽視。就這一問題，目前還不能輕易下結(jié)論，需要繼續(xù)積累數(shù)據(jù)和收集反饋，并在此基礎(chǔ)上挖掘新的因果機制，總結(jié)運動主體之間的共性與特性，必將會有令人信服的新發(fā)現(xiàn)。圖1展示了目前我們在校園智能訓練診斷中所采用的技術(shù)流程：首先，我們使用GoPro單目高速相機和FastRunR便攜式傳感器光門采集數(shù)據(jù)，利用身高、體重、年齡等運動員基本資料進行“冠軍模型”的匹配，再選用不含起跑反應(yīng)時的簡化數(shù)學模型提取速度節(jié)奏特征進行技術(shù)對比，目前在診斷決策中還是沿用高水平運動員的結(jié)構(gòu)因果模型。

此外，在“育人為本”的體育教育中，還需更加關(guān)注心理層面的問題。大學生運動員年齡集中在18～22歲左右，這個年齡段的獨立意識很強，但心智又尚未成熟，好奇心旺盛。以特定優(yōu)秀運動員為原型建立的“冠軍模型”，在心理學上可以看作一種“role model”，而“role model”不僅有指導“skill acquisition”的作用、還能夠?qū)Α癿otivation” “goal reinforcement”以及“goal adoption”等認知過程產(chǎn)生影響[11]，這與體教融合在競技技能提升、內(nèi)生動力培養(yǎng)等方面的多元化功能需求十分匹配[5]。那么什么樣的“冠軍模型”能夠更好地激發(fā)學生的內(nèi)生動力？學生對“冠軍模型”的主觀偏好又會如何影響其心理激活和技能提升？這些都是有待研究的新問題，需要將體育教育實踐與認知計算、情感計算等智能技術(shù)相結(jié)合來解決。

三、結(jié)語

本文簡要介紹了國家隊備戰(zhàn)東京奧運會的先進訓練理念“冠軍模型”，探討了將“冠軍模型”應(yīng)用于高水平運動員自主培養(yǎng)的現(xiàn)實需求、技術(shù)方案以及關(guān)鍵問題，并以筆者在校園短跑教學和訓練中的初步實踐為例，拋磚引玉地進行了說明。

誠然，要實現(xiàn)“冠軍模型”在體教融合中的廣泛應(yīng)用，前方還有漫長的路要走。正如中國工程院院士張亞勤在2021人工智能計算大會上所說，“泛化的能力是人工智能的一個大挑戰(zhàn)”。即便如此，集奧運備戰(zhàn)訓練智慧、精英選手成功案例和認知決策智能技術(shù)于一身的“冠軍模型+人工智能”技術(shù)路線，無論從體育、教育還是人工智能的發(fā)展視角來看，都是一條值得探索的新思路。未來，我們有信心也有決心，與廣大一線師生、教練員、運動員攜手奮進，開拓出一條競技體育、體育教育與人工智能三贏的體教融合創(chuàng)新發(fā)展之路。

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[基金項目：國家自然科學基金青年項目“基于因果推斷方法的運動訓練智能化決策機制研究”;田徑短跑接力項目國家隊備戰(zhàn)東京奧運會（2021年度）科技攻關(guān)與科技服務(wù)]