人工智能在學(xué)校體育中的應(yīng)用問題與解決策略

白雪松，胡良平

（1.黃山學(xué)院體育學(xué)院，安徽 黃山 245041；2.首都體育學(xué)院休閑與社會體育學(xué)院，北京 100191）

教育事業(yè)是我國優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略之一。加快教育現(xiàn)代化辦好人民滿意的教育，是為了不斷滿足人民日益增長的美好生活所需。搭建信息化平臺與學(xué)習(xí)型社會離不開人工智能技術(shù)的應(yīng)用，其可以有效提高我國教育信息化、智能化水平。人工智能是一種人為創(chuàng)造的機(jī)器實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)過程，最早始于20 世紀(jì)40 年代，由機(jī)器學(xué)習(xí)、計算機(jī)視覺等領(lǐng)域組成。隨著時代發(fā)展，人工智能的學(xué)習(xí)任務(wù)和發(fā)展方向也在不斷調(diào)整。

現(xiàn)階段，人工智能為我國學(xué)校體育事業(yè)發(fā)展提供了新的可能性，然而，其在體育領(lǐng)域應(yīng)用中的相應(yīng)支持和保障體系還亟待發(fā)展與健全[1]。從橫向看，我國學(xué)者對于人工智能與體育融合發(fā)展的研究方向主要集中于以下幾個方面：1.評估人工智能對運(yùn)動動作模式、技術(shù)[2，3]；2.探討人工智能與體育新聞生產(chǎn)的困境[4，5]；3.人工智能在體育課堂建設(shè)的應(yīng)用。從縱向看，關(guān)于人工智能與體育發(fā)展的討論，最早可追述到1987 年全國體育發(fā)展戰(zhàn)略討論會上就提出了加快建設(shè)體育信息系統(tǒng)。總體來看，我國體育人工智能的相關(guān)研究尚在起步階段，需要以跨學(xué)科的思維與方法進(jìn)行從理論到實踐的構(gòu)建與應(yīng)用。不難判斷，隨著我國人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，體育與其融合發(fā)展的程度不斷加深，體育人工智能將會成為學(xué)者研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。鑒于此，本文以人工智能與學(xué)校體育融合發(fā)展為主題，研究其應(yīng)用價值及應(yīng)用困境，提出促進(jìn)人工智能在學(xué)校體育中應(yīng)用的策略，為提高我國學(xué)校體育質(zhì)量貢獻(xiàn)微薄力量，助力我國體育強(qiáng)國建設(shè)。

1 人工智能在學(xué)校體育中的應(yīng)用

學(xué)校體育的健康發(fā)展是建設(shè)體育強(qiáng)國的重要力量之一。人工智能技術(shù)與學(xué)校體育結(jié)合，有利于服務(wù)我國教育事業(yè)新一代人才培養(yǎng)工作，提升學(xué)習(xí)者運(yùn)動技能，增強(qiáng)學(xué)習(xí)者體質(zhì)健康。人工智能在學(xué)校體育中應(yīng)用形式主要包括：語音及面部識別技術(shù)、云計算協(xié)同工作、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析。

1.1 人工智能在學(xué)校體育中的應(yīng)用目標(biāo)

學(xué)校體育是學(xué)校教育的重要環(huán)節(jié)，教育的本質(zhì)是培養(yǎng)人、塑造人[6]，體育是促成受教育者形成身心和諧、全面發(fā)展的“全人”的過程[7]。時代在變遷，學(xué)校體育工作也在不斷地進(jìn)行調(diào)整和改革，而人工智能的應(yīng)用與發(fā)展加快了學(xué)校體育工作改革的進(jìn)程[8]。人工智能（Artificial Intelligence）是用人工的、深度學(xué)習(xí)的方法在機(jī)器上實現(xiàn)的智能，即人們使用機(jī)器來模擬人類智能。簡單來說，就是在機(jī)器上實現(xiàn)人的教育[9]。人工智能與學(xué)校體育融合正在逐步深化，主要表現(xiàn)在思維、身體、心智以及意識4個方面。首先，人工智能運(yùn)用于學(xué)校體育場景中能充分重視學(xué)生主體個性化，照顧到每一個學(xué)生個性與需求；其次，人工智能能夠幫助學(xué)生更加了解自己的身體，在體育課堂中運(yùn)動表現(xiàn)能夠清晰記錄與反饋；再次，通過“人工智能+學(xué)校體育”的方式，一定程度上可以幫助體育學(xué)科的科學(xué)發(fā)展，使更多學(xué)生享受運(yùn)動的樂趣，建立良好的人際關(guān)系；最后，人工智能運(yùn)用有利于提高學(xué)生終生體育參與意識，培養(yǎng)更多自由而全面發(fā)展并具備國際競爭力、人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、強(qiáng)健體魄、實踐創(chuàng)新、負(fù)責(zé)任敢擔(dān)當(dāng)?shù)娜恕?/p>

1.2 人工智能在學(xué)校體育中的應(yīng)用價值

學(xué)校體育課程教學(xué)目標(biāo)主要是“增強(qiáng)學(xué)生體質(zhì)”還是“運(yùn)動技能習(xí)得”，長久以來是中國學(xué)校體育研究學(xué)者爭論的問題[10]，而人工智能在這兩方面都能起到一定的促進(jìn)作用。一方面，學(xué)校體育智能生態(tài)系統(tǒng)打造，有利于幫助教師及教練精準(zhǔn)了解學(xué)生運(yùn)動表現(xiàn)，有針對性地調(diào)整訓(xùn)練計劃和課程安排；另一方面，學(xué)生通過人工智能信息平臺，了解更多體育故事，激發(fā)對體育活動的興趣，有利于其樹立終身體育觀念。與此同時，通過人工智能使學(xué)生在日常中提升信息素養(yǎng)，以達(dá)到為我國人工智能發(fā)展提供人才儲備的目的。

1.3 人工智能在學(xué)校體育中的應(yīng)用形式

長期以來，人工智能旨在幫助人們提高學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力、感官理解和互動能力、推理和計劃能力、編程和參數(shù)優(yōu)化能力、自治能力、創(chuàng)造力以及數(shù)字提取及運(yùn)算的能力。在教育領(lǐng)域，人工智能通過大數(shù)據(jù)及算法，可以為學(xué)生選擇最佳的學(xué)習(xí)方式。在學(xué)校體育教育領(lǐng)域，人工智能主要通過語音及面部識別技術(shù)、云計算協(xié)同工作、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析等形式幫助學(xué)生提高運(yùn)動表現(xiàn)。

1.3.1 語音及面部識別技術(shù)

語音及面部識別技術(shù)在過去10 年中得到迅速發(fā)展，最常見的形式是智能手機(jī)語音及面部解鎖功能。該技術(shù)目前作用于智能體育導(dǎo)師系統(tǒng)，識別和解釋學(xué)生的體育課程狀態(tài)。如識別學(xué)生表情與語調(diào)，了解學(xué)生何時感到無聊、興奮等，對于診斷學(xué)生在體育課堂中不同階段狀態(tài)有較大的幫助，并且根據(jù)大多數(shù)學(xué)生普遍狀態(tài)及時動態(tài)調(diào)整運(yùn)動內(nèi)容和強(qiáng)度有積極實踐價值。在實踐應(yīng)用中，語音及面部識別技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于可穿戴測量傳感器、智慧校園管理平臺、課上課后教學(xué)平臺、家長互相溝通平臺等。記錄監(jiān)控并分析青少年運(yùn)動和健康數(shù)據(jù)，為學(xué)校、教師、專業(yè)教練、家長和學(xué)生提供詳盡精準(zhǔn)運(yùn)動教育和健康報告，可有效提升體育教育和運(yùn)動訓(xùn)練管理及評估效率。

1.3.2 云計算協(xié)同工作

在學(xué)校體育云平臺建設(shè)過程中，智慧體育課堂正在潛移默化地改變著學(xué)校體育教學(xué)方式、課程設(shè)置和青少年學(xué)習(xí)狀態(tài)。完整的“家庭-學(xué)校-社區(qū)”多元聯(lián)動機(jī)制正在通過云計算平臺，加強(qiáng)對兒童青少年體育課堂表現(xiàn)、身體活動、久坐時長、運(yùn)動強(qiáng)度、體質(zhì)健康等數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)采集和分類管理，激發(fā)“三位一體”共同實現(xiàn)學(xué)校體育健康新局面。通過云計算協(xié)同工作，有條件的學(xué)校可以實現(xiàn)兒童青少年學(xué)校體育教育云，各學(xué)校教育之間資源不再只是簡單的數(shù)字跟蹤和信息資源收集，而是包括了計算、效能和環(huán)境資源，運(yùn)算結(jié)果可以在學(xué)校間起到廣泛的參考與借鑒。此外，通過云計算搭建集運(yùn)動健身、社交、科技為一體的學(xué)校智慧運(yùn)動交互空間，學(xué)校教育和課堂教學(xué)正在被云計算和數(shù)字化中心所改變。

1.3.3 物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析

互聯(lián)網(wǎng)將人們聯(lián)系在一起，它還允許無生命物體連接，2021年大約有500億個事物被連接起來，形成了龐大的數(shù)據(jù)鏈條。身體傳感器連接已經(jīng)實現(xiàn)人和身體、身體與身體之間的廣泛聯(lián)系，通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的觀察、學(xué)習(xí)和分析，可以幫助學(xué)生了解自己身體健康狀況，進(jìn)一步提高自己的運(yùn)動表現(xiàn)。在實踐過程中，廣州市增城區(qū)新星學(xué)校通過穿戴式的智能腳環(huán)，完整地記錄了該校初三一班學(xué)生在中長跑時的速度、步幅、步頻、心率，對成績優(yōu)秀和不及格的學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)對照，發(fā)現(xiàn)不及格的學(xué)生多是因為前半程跑得太快，體力難以保持。數(shù)據(jù)分析后提出對學(xué)生進(jìn)行為期兩周的跑步節(jié)奏訓(xùn)練，使用前程降速、途中保持、后程發(fā)力跑法，提供運(yùn)動負(fù)荷心率采集監(jiān)測個性化應(yīng)用解決方案，顯著提高了學(xué)生在中長跑項目上的運(yùn)動表現(xiàn)。

1.3.4 自動化評測系統(tǒng)

目前，自動化評測系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于學(xué)校體育課程評價、學(xué)生運(yùn)動處方開具等方面。在人工智能時代，自動化評測系統(tǒng)可精確測量出學(xué)生全維度身體數(shù)據(jù)，為體育老師輸出個性化體育教學(xué)報告，打造智慧體育教育全新樣本奠定了基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的校園體測工具只是對學(xué)生基本數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，而現(xiàn)在針對不同中小學(xué)體育教育場景和條件，借助3D視覺和自動化評測系統(tǒng)，企業(yè)能根據(jù)學(xué)校要求設(shè)計集智能設(shè)備、云服務(wù)和數(shù)字化教學(xué)工具于一體的智慧體育教育整體解決方案，可以較為全面地展示及把控學(xué)生運(yùn)動情況、考試成績、國家或者地區(qū)體測等多維數(shù)據(jù)，自動生成個人、班級、年級、不同階段項目的分析報告，快速檢視教學(xué)成績和訓(xùn)練成果。此外，在體育學(xué)科實踐應(yīng)用中，已經(jīng)建立起測量及計算一體化動作指標(biāo)體系，建設(shè)以依靠視覺、激光等方式建立的三維人體模型，捕捉人體運(yùn)動奔跑速度、旋轉(zhuǎn)角度等信息，幫助運(yùn)動者提供個性化改善方案，進(jìn)而提高其訓(xùn)練能力。

2 人工智能在學(xué)校體育應(yīng)用中存在的問題

現(xiàn)階段，我國人工智能技術(shù)仍存在許多尚待驗證的問題，大范圍地應(yīng)用人工智能幫助學(xué)校體育發(fā)展存在如下困境：學(xué)校體育融合程度不深、缺乏相應(yīng)支持體系、相關(guān)的配套文件和倫理道德規(guī)制亟待建設(shè)等問題。

2.1 人工智能與學(xué)校體育融合程度不深

目前，我國人工智能技術(shù)發(fā)展很快，但仍處于起步階段。因此，許多關(guān)于人工智能與學(xué)校體育的融合發(fā)展理念還沒有在技術(shù)層面落實。國內(nèi)一些學(xué)校和企業(yè)正在探索的應(yīng)用人工智能體育教育模型仍較為粗糙，能覆蓋的體育項目少，不具備大范圍推廣價值。其主要受制于學(xué)校體育大數(shù)據(jù)數(shù)量不足、品質(zhì)不高等問題，極難支撐人工智能的學(xué)習(xí)需求。此外，現(xiàn)有的成熟技術(shù)，如人臉識別、數(shù)據(jù)分析等應(yīng)用到教學(xué)管理、教學(xué)過程等環(huán)節(jié)較多，且在應(yīng)用過程中存在一定的安全漏洞和尚需驗證的問題，使得人工智能與學(xué)校體育融合進(jìn)程緩慢，融合程度還處于初始階段。

2.2 人工智能在學(xué)校體育中缺乏支持體系

人工智能在學(xué)校體育中缺乏包括基本數(shù)據(jù)、社會認(rèn)同、人才儲備三方面構(gòu)成的支持體系。首先，在基本數(shù)據(jù)方面，學(xué)校體育中涉及大量學(xué)生運(yùn)動及身體數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在采集過程中依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到教學(xué)與醫(yī)療健康的不同目的，并不能為人工智能學(xué)習(xí)提供較好的數(shù)據(jù)支撐。其次，體育教師、家長、學(xué)生對于人工智能與學(xué)校體育融合的看法不一。強(qiáng)調(diào)精準(zhǔn)、規(guī)范的動作指導(dǎo)和教學(xué)模式可能扼殺學(xué)生自主探究能力，在人工智能大數(shù)據(jù)裹挾下，體育教師教學(xué)經(jīng)驗可能無法發(fā)揮作用。最后，人工智能在學(xué)校體育中發(fā)展與建設(shè)需要人才儲備支撐，而從目前情況看，很多地區(qū)的體育教師對人工智能接受度不高，體育人工智能相關(guān)專業(yè)設(shè)置不足，使得學(xué)校沒有足夠的人力資源支持學(xué)校體育應(yīng)用人工智能技術(shù)。

2.3 相關(guān)配套文件和倫理道德亟待建設(shè)

人工智能深度學(xué)習(xí)行為需要掌握大量學(xué)生體育課堂表現(xiàn)、面部表情、肢勢體態(tài)等可能侵犯到學(xué)習(xí)者隱私的材料。關(guān)于人工智能是否能學(xué)習(xí)這些內(nèi)容，以什么方式學(xué)習(xí)這些內(nèi)容，引發(fā)了人們關(guān)于教學(xué)倫理及道德規(guī)范的討論。在有條件地區(qū)運(yùn)用了人工智能提高學(xué)生的運(yùn)動表現(xiàn)，而在沒有條件開展人工智能技術(shù)的學(xué)校及地區(qū)是否被剝奪了部分受教育權(quán)，這拉開了區(qū)域之間教育信息化的差異，也削弱了體育精神中公平的內(nèi)涵。目前，我國相關(guān)文件及規(guī)定并未回應(yīng)這些爭議，關(guān)于人工智能引起的倫理道德問題還亟待規(guī)制。

2.4 人工智能在學(xué)校體育應(yīng)用中的監(jiān)管缺失

目前，我國尚未出臺相關(guān)法律法規(guī)對人工智能進(jìn)行監(jiān)管，而人工智能進(jìn)入學(xué)校后，采集學(xué)生身體數(shù)據(jù)、運(yùn)動樣本等，對數(shù)據(jù)隱私保護(hù)、責(zé)任規(guī)范、安全性等沒有明確的法律規(guī)定。此外，商業(yè)機(jī)構(gòu)采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性如果沒有行業(yè)規(guī)范，大量采集都是非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)，可能會影響到對學(xué)生體育課程設(shè)計的科學(xué)性。目前人工智能在體育領(lǐng)域應(yīng)用的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、準(zhǔn)入體系、評估體系尚是空白，無法對人工智能數(shù)據(jù)和算法進(jìn)行有效驗證和評價，一定程度上阻礙了人工智能產(chǎn)品在學(xué)校體育領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

3 人工智能在學(xué)校體育應(yīng)用中的建議

人工智能是未來科學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如何立足于我國現(xiàn)實情況，借助人工智能力量幫助學(xué)校體育高質(zhì)量發(fā)展已成為社會關(guān)注的問題，本研究結(jié)合文獻(xiàn)資料成果和專家訪談意見，提出如下建議。

3.1 以智能化、個性化、多元化為目標(biāo)

在人工智能技術(shù)支持下，每一個學(xué)習(xí)者都有機(jī)會獲取自己獨(dú)有的運(yùn)動訓(xùn)練方案，以實現(xiàn)《中國教育現(xiàn)代化2035》的目標(biāo)，即通過智能化技術(shù)幫助學(xué)生解決不同問題，提供多元化解決方法，讓學(xué)生根據(jù)自己已掌握的運(yùn)動技能、戰(zhàn)術(shù)去主動構(gòu)建、理解、運(yùn)用新的知識，有效提升學(xué)習(xí)者自我管理、自主探究等基本學(xué)科素養(yǎng)。在具體的實踐過程中，通過人工智能實現(xiàn)對學(xué)生運(yùn)動訓(xùn)練計劃個性化推送，學(xué)習(xí)考核多元化評價，并通過集體互聯(lián)，不斷動態(tài)掌握和調(diào)整學(xué)生體育課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容等方面的服務(wù)。

3.2 加強(qiáng)師生認(rèn)知，滿足學(xué)校體育發(fā)展需要

人工智能在學(xué)校體育中發(fā)展應(yīng)用使得整個教學(xué)模式、手段、環(huán)境等諸多方面產(chǎn)生巨大的改變。學(xué)校師生應(yīng)加強(qiáng)對人工智能技術(shù)的認(rèn)知，學(xué)習(xí)其相應(yīng)的操作流程。幫助體育教師或教練將自己實際教學(xué)經(jīng)驗與人工智能大數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，實現(xiàn)人工智能與教師協(xié)同合作，幫助學(xué)生掌握運(yùn)動技能、提升身體素質(zhì)。但是，人工智能并不能替代教師的角色，學(xué)生的運(yùn)動表現(xiàn)需要情感支撐，需要教師為榜樣。人工智能技術(shù)的應(yīng)用可以幫助教師從重復(fù)性工作中解脫出來，更好地完成學(xué)生培養(yǎng)任務(wù)。

3.3 討論應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，維護(hù)體育公平和社會倫理

針對目前關(guān)于人工智能技術(shù)應(yīng)用與教育領(lǐng)域的爭論，可以從4 個方面進(jìn)行規(guī)制：第一，廣泛采集學(xué)生、家長、教師對人工智能在學(xué)校體育中應(yīng)用的看法，組織學(xué)校體育、人工智能、法律等領(lǐng)域的專家基于這些看法討論人工智能應(yīng)用于學(xué)校體育的具體標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)限要求，最大程度保護(hù)學(xué)習(xí)者的隱私安全；第二，聘請第三方機(jī)構(gòu)評估學(xué)校制定的人工智能應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是否適宜，酌情調(diào)整有關(guān)要求；第三，建立一套人工智能監(jiān)管體系，請家長、媒體、社會組織、相關(guān)部門進(jìn)行長期監(jiān)督；第四，建立長期有效的人工智能信息保護(hù)及追責(zé)機(jī)制，落實人工智能在學(xué)校體育中應(yīng)用的安全性，推動安全校園建設(shè)。

3.4 完善學(xué)校教育支持體系，推進(jìn)人工智能與學(xué)校體育融合

全面完善人工智能在學(xué)校教育中的支持體系包括規(guī)范數(shù)據(jù)的采集、分析、應(yīng)用；加強(qiáng)學(xué)校體育從業(yè)人員人工智能技能及信息素養(yǎng)培訓(xùn)；建立健全體育人工智能人才培養(yǎng)體系等。具體來說，推進(jìn)人工智能與學(xué)校體育深度融合需要做到：第一，頂層設(shè)計層面，要明確政府、學(xué)校等單位的職責(zé)，給予人工智能在學(xué)校體育中健康發(fā)展的政策環(huán)境與資金保障；第二，中觀管理層面，要利用人工智能技術(shù)，實現(xiàn)學(xué)校體育專業(yè)知識跨學(xué)科、跨領(lǐng)域和多層次的融合創(chuàng)新，實現(xiàn)不同學(xué)科知識之間的綜合應(yīng)用；第三，微觀個體層面，要通過人工智能技術(shù)進(jìn)行個性化的運(yùn)動指導(dǎo)，不斷鼓勵學(xué)生參與體育活動，提高運(yùn)動技能，提升身體素質(zhì)。

4 總結(jié)與建議

我國正處于信息轉(zhuǎn)型時代，人工智能技術(shù)日常化趨勢不可逆轉(zhuǎn)。然而，我國人工智能應(yīng)用于校園還處于初級階段，需要廣泛聽取一線工作人員的經(jīng)驗與建議，反饋給人工智能研發(fā)團(tuán)隊，并進(jìn)行不斷的實踐調(diào)研，才能提高人工智能在學(xué)校體育中的應(yīng)用水平，助力我國體育強(qiáng)國建設(shè)。