以智育人：智慧體能教室的系統(tǒng)構建

赫忠慧 郭鐘澤

（北京大學體育教研部 北京 100871）

1、引言

隨著信息化不斷發(fā)展，知識獲取方式和傳授方式發(fā)生了革命性變化，教育領域的數(shù)字化改革日漸加速。黨的十九大報告提出，要建設網(wǎng)絡強國、數(shù)字中國、智慧社會，“數(shù)字中國”上升為國家戰(zhàn)略，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術全面應用于我國各領域建設，并取得決定性進展和顯著成效?！督逃?022年工作要點》提出“實施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動”，加快推進教育數(shù)字轉型與智能升級。隨著現(xiàn)代教育技術的發(fā)展，越來越多新型的教育技術被運用到教育中，對整個教育過程、教育體系都產(chǎn)生了很大的影響?！拔锫?lián)網(wǎng)”、“云平臺”等現(xiàn)代技術為傳統(tǒng)教室的智慧提升提供了支持，極大地促進了校園信息化的程度，而智慧教室的出現(xiàn)為改革學習過程和學習評價提供了技術支撐，滿足了不同課程體系以及不同師生的需求，進而得到了全新的學習體驗。

新時代，發(fā)展與提升青少年體能有著時代的必要性和可行性，隨著數(shù)字化運動數(shù)據(jù)監(jiān)測設備和設施在體能訓練過程中的成熟運用，讓智慧體能教室的系統(tǒng)性發(fā)展成為可能。本文旨在探討基于智慧體能教室設計的需求分析前提下，進行智慧體能教室的系統(tǒng)化設計，并提出智慧體能教室的建設建議。

2、智慧體能教室的需求分析

智慧體能教室是針對在校學生以提升體質(zhì)與健康水平而進行的專門化、專業(yè)化教室。結合傳統(tǒng)教學過程中與體能發(fā)展相關的學生體質(zhì)與健康測評、體能課程教學、課外體育鍛煉等活動，有針對性地制訂智能化教室的系統(tǒng)設計方案，進而進行場地及設施設計，以及人體及運動數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)等架構分析。

2.1、《國家學生體質(zhì)健康標準》測評的需要

《國家學生體質(zhì)健康標準》（以下簡稱《標準》）是國家學校教育工作的基礎性指導文件和教育質(zhì)量基本標準?！稑藴省窂纳眢w形態(tài)、身體機能和身體素質(zhì)等方面綜合評定學生的體質(zhì)健康水平，是學生體質(zhì)健康的個體評價標準。測評指標中的身體形態(tài)及身體素質(zhì)類指標可以作為體質(zhì)健康水平的監(jiān)測指標，也可以通過它們的變化來反映運動對體能的改善和提升效果，因此，《標準》測評指標可作為智能體能教室中重要的測評工具。

2.2、體質(zhì)健康發(fā)展的需求

青少年時期是各項身體素質(zhì)與身心發(fā)展的關鍵階段，然而中國青少年的體質(zhì)健康水平呈現(xiàn)著連續(xù)下滑趨勢。已先后進行了8次的“中國學生體質(zhì)與健康調(diào)研”結果顯示，從1995-2014年，中國兒童和青少年身體素質(zhì)情況下降了167%，且不及1985年的水平。其中，有33%的青少年存在不同程度的健康隱患。細化至身體姿態(tài)這一領域，駝背、圓肩、高低肩、脊柱異常等身體姿態(tài)問題在青少年群體中較為多發(fā)，脊柱側彎已成為繼肥胖癥、近視之后中國兒童青少年健康的第三大隱患。

《普通高中體育與健康課程標準（2017版）》和2021年新頒布的《義務教育體育與健康課程標準》中都將發(fā)展體能作為技能發(fā)展的前提和基礎，在課時安排和教學內(nèi)容等方面都提出了明確的要求。在體育教學中采用數(shù)字化教學資源、智能測評及運動處方指導方案等也已明確寫入課程標準中，引導著體育教學改革的方向。

3、智慧體能教室的系統(tǒng)設計

智慧教室是一種全新的教學環(huán)境，其依托泛在網(wǎng)絡環(huán)境等科技，以海量的數(shù)字化課程與教學教育資源為前提，融合多媒體技術、通信技術、傳感技術、人工智能技術、虛擬現(xiàn)實技術等，實現(xiàn)電子設備系統(tǒng)化管理、促進課堂交互開展，優(yōu)化教學內(nèi)容呈現(xiàn)，以師生互動為核心，實現(xiàn)“教”與“學”關系最優(yōu)，具有情境感知和環(huán)境管理功能的新型教室。

智慧體能教室的系統(tǒng)設計應用智慧教室的上述技術，實現(xiàn)智慧教室的功能。還應遵循體能發(fā)展規(guī)律，充分體現(xiàn)發(fā)展體能的過程，且全方位呈現(xiàn)“智慧教育”的特征。發(fā)展體能的過程應體現(xiàn)體能基礎水平的測試與評價，體能訓練方案的實施與質(zhì)量監(jiān)控，以及體能發(fā)展的效果反饋。而智慧教育的主要特點包括：學習方式個性化，教育信息共享化，管理服務智能化。

3.1、智慧體能測評系統(tǒng)

體能測評系統(tǒng)基于體能測評的需求，系統(tǒng)開展《國家學生體質(zhì)健康標準》測試與評估，同時圍繞體能發(fā)展所關注的身體姿態(tài)、身體功能篩查等測評項目，結合運動能力的測評滿足運動技能學習的需要。

體能測評數(shù)據(jù)的采集及統(tǒng)計分析采用目前通用的數(shù)據(jù)采集設備，如電子計時設備，電子測距設備，數(shù)字化計數(shù)設備，電子傳感器設備，壓力感應設備，人工智能動作捕捉系統(tǒng)等。通過發(fā)展較為成熟的外設設備將體能測試數(shù)據(jù)采集到評價管理系統(tǒng)，并依據(jù)評價標準進行評價，出具結果分析報告。

體能測評系統(tǒng)既可以對個體體能狀況進行測評、結果反饋，也可以針對不同群體開展群體數(shù)據(jù)分析，為個體進行運動處方指導提供依據(jù)，也可以為班級體能教學指導提供數(shù)據(jù)分析報告。

圖1 智慧體能評價系統(tǒng)結構示意圖

3.2、智慧體能運動監(jiān)控系統(tǒng)

運動處方根據(jù)功能可以分為以發(fā)展健康體能的運動處方和發(fā)展運動體能的運動處方。運動處方根據(jù)不同目標進行設計，同時根據(jù)練習者的基礎體能狀況安排不同的運動處方方案。此外，很多體育教學課件也可以作為教學資源在教室里加以推送與應用。這些方案中通常包含運動的強度、時間、運動量等實時運動指標，也包括身體負荷等整體評估指標。上述運動實時數(shù)據(jù)的采集目前較常用的是可穿戴設備，如，以普通健身需求為導向,簡單輕便,個人常用的計步器、運動手環(huán)、運動手表等，還有一類以運動監(jiān)控需求為導向，設備專業(yè)屬性強，可根據(jù)需要靈活調(diào)整采集指標和相關參數(shù)，設備佩戴安全性和舒適性高，如 GPS、加速度計、陀螺儀等。對于監(jiān)控數(shù)據(jù)也通常會有相應的軟件支持及數(shù)據(jù)交互、云端交互功能。

圖2 智慧體能運動監(jiān)控系統(tǒng)結構示意圖

3.3、智慧體能數(shù)據(jù)分析及管理平臺

智慧體能數(shù)據(jù)管理平臺可收集并整理的數(shù)據(jù)范圍廣且有針對性，可對練習者全方位的數(shù)據(jù)和信息實現(xiàn)數(shù)字化、系統(tǒng)化。體能訓練數(shù)據(jù)管理平臺應該具有技術成熟，用戶體驗友好，操作簡單有效，便于每天數(shù)據(jù)輸入和分析等特點。并且可以短時間生成準確、有針對性的數(shù)據(jù)分析報告。幫助練習者對其運動表現(xiàn)的變化做出準確的判斷，同時，也可選擇多樣的個性化定制方案來滿足練習者的需求。

智慧體能訓練數(shù)據(jù)平臺的設計應兼具靈活性和自定義性，輕松設置不同級別管理者、指導人員和練習者的操作權限。同時，大數(shù)據(jù)平臺還應該支持目前主流數(shù)字化體能測試儀器的后臺數(shù)據(jù)導入，可以通過直接上傳或間接導入的方式來進行數(shù)據(jù)傳輸，減少人工輸入的環(huán)節(jié)，并實現(xiàn)一站式體能測試和訓練數(shù)據(jù)的匯總、管理、存儲和分析，生成簡潔直觀的分析報告。

數(shù)據(jù)挖掘技術能夠把各個數(shù)據(jù)之間的相互聯(lián)系做出一個清晰明了的分析,進而發(fā)現(xiàn)一些具有很大價值的運動規(guī)律，達到對練習過程的有效控制。

圖3 智慧體能數(shù)據(jù)分析及管理平臺結構示意圖

4、建設智慧體能教室的建議

4.1、秉承“以人為中心”的設計理念

智慧體能教室在建設過程中，應采用“以人為中心”的設計理念，即遵循以學習者為主體的設計理念，應體現(xiàn)體能測評結果分析、運動方案實施過程監(jiān)測以及運動質(zhì)量及效果評估的需求。同時，智慧教室應具有高科技的智能技術與教學裝備，即要求網(wǎng)絡、云服務、智能行為分析系統(tǒng)、各種交互式設備等應成為標配；優(yōu)化整合教學資源，優(yōu)質(zhì)教學資源獲取及推送服務便捷，實現(xiàn)線上線下的混合式教學；根據(jù)課程特點，充分運用先進技術和裝備，創(chuàng)設體驗型、主題型不同類型的教學情境，滿足不同需求。

4.2、堅持“以應用為中心”的建設原則

在建設智慧體能教室過程中，應堅持“以應用為中心”的原則，選取發(fā)展成熟的體能測評及數(shù)據(jù)監(jiān)測采集等軟、硬件產(chǎn)品，保障數(shù)據(jù)采集過程中軟、硬件系統(tǒng)應用的流暢性與個人數(shù)據(jù)及隱私的安全性。在功能實現(xiàn)方面也應以實用性為出發(fā)點，充分考慮交互過程的操作更為便捷，設計應用操作便捷、界面清晰的交互界面，操作系統(tǒng)應有較高的糾錯容錯能力，從而讓智慧體能教室的使用更具實用價值。