學校智慧體育促進中學生體育素養(yǎng)提升研究

施少春

（上海市寶山中學 上海 201999）

數(shù)字時代背景下的高質(zhì)量教育體系建設需要積極發(fā)揮技術優(yōu)勢。學校秉持教育高質(zhì)量發(fā)展數(shù)字化轉(zhuǎn)型理念，將數(shù)據(jù)作為核心，把生態(tài)定為基礎，充分利用數(shù)字基座這個關鍵技術，推進學校教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型。通過數(shù)字素養(yǎng)提升、教學改革、教育資源建設三個抓手，開展學校智慧體育，促進青少年體育素養(yǎng)提升，以智慧方式培育智慧的未來人。

一、研究背景

2018 年7 月，由中國互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會主辦的2018（第十七屆）中國互聯(lián)網(wǎng)大會，再一次提出智慧體育的理念。確實，隨著《關于加強發(fā)展體育產(chǎn)業(yè)促進體育消費的若干意見》《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》《全民健身計劃（2016—2022 年）》等相關政策發(fā)布，中學生的運動需求及運動潛能不斷顯現(xiàn)，智慧體育作為新興事物，已經(jīng)成為體育發(fā)展史上的一個關鍵節(jié)點。智慧體育是一個未來體育的概念，與傳統(tǒng)體育有著顯著的不同，表現(xiàn)出強烈的現(xiàn)代化體育特征。智慧體育從字面意思上解釋，便是賦予體育以“智慧”的內(nèi)涵。

本文所講的智慧體育，就是將人工智能、5G 等科學技術引入中學體育教育改革中，遵循“主動健康”的教育理念，在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等背景下，提出通過構建數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的運動空間、運動模式和運動生態(tài)，全面提升學生的運動技能水平，培養(yǎng)一批高水平運動員，促進學生的身心健康，讓學生擁有終身受用的運動習慣，培養(yǎng)愛運動、體質(zhì)強、會鍛煉、有智慧的新時代人才。

二、研究方法

本研究采用文獻研究法、調(diào)查研究法、行動研究法、比較研究法等。

（一）文獻研究法

本研究利用國家圖書館、中英文學術期刊數(shù)據(jù)庫搜集有關智慧體育的文獻，了解信息技術賦能體育的相關理論和實踐；利用國家的政策文件文本，解讀我國智慧體育改革發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢。

（二）調(diào)查研究法

本研究采用分層抽樣法對寶山區(qū)6 所普通高中的近1 萬名學生進行問卷調(diào)查，運用訪談法對本校100名左右教師進行訪談，了解調(diào)查對象在學校智慧體育建設方面的現(xiàn)狀及需求，理清學校已有的智能體育教育資源。

（三）行動研究法

在整理問卷調(diào)查結(jié)果與獲得文獻綜述材料之后，擬定整體研究計劃；邀請專家論證研究方案，并做出合理化修改；根據(jù)時間節(jié)點落實研究任務。在研究中期，對照研究方案監(jiān)控，評鑒方案實施的結(jié)果與預期之間的關系。

（四）比較研究法

本研究主要運用比較法對典型案例進行比較分析，找到傳統(tǒng)體育與智慧體育的異同，為研究提供借鑒。

三、研究成果

（一）智慧體育課程圖譜開發(fā)

課程是學校探索智慧體育的重要路徑。項目組開發(fā)智慧體育課程圖譜，注重四類課程的建設，即科技支撐體育課的相關課程、體育融入信息科技的相關課程、體育課與信息課融合的相關課程、研究性學習的相關課程，構建面向全體學生、部分學生、少數(shù)學生的必修、選擇性必修、選修課程體系。

1.必修課程（面向全體學生）

“AI+”體育教學課程是在體育教學中開展體育素養(yǎng)培育的課程；“體科融合基礎性學科”課程是在政治、語文、數(shù)學、英語、物理、歷史等基礎性學科中開展體科融合素養(yǎng)培育課程。

2.選擇性必修課程（面向部分學生）

“AI+”體育特色課程是在體育專項課程中開展以科技支撐體育課的相關課程，例如智能籃球、智慧乒乓球、智慧田徑等課程；體育與信息融合課程有線上競技運動、網(wǎng)絡運動游戲、VR 體驗、機器人競賽、AI 輔助運動康復等課程。

3.選修課程（面向少數(shù)學生）

以體育心課程，即“體科融合+心理健康教育”課程，例如“AI+”心理診斷、“AI+”心理健康輔導等課程；以體育勞課程，即“體科融合+勞動教育”課程，例如“AI+”校園活動、體育健康等課程。

（二）智慧體育教學范式構建

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代科技發(fā)展日新月異，越來越多的前沿科技被應用于教學，改變了傳統(tǒng)的教育教學模式。中學體育傳統(tǒng)教學也面臨嚴峻挑戰(zhàn)，教育理念、教學方法、教學設施等亟待更新，如何把互聯(lián)網(wǎng)相關技術融入體育教學，怎樣創(chuàng)建智慧體育新的教學范式成為舉足輕重的問題。本研究通過引入各種人工智能硬件、部署相關設備及系統(tǒng)平臺，在整個體育教學過程中形成教授、學習、測試、評估、反饋、干預、優(yōu)化的閉環(huán)體系，建立“智能感知—綜合分析—因材施教—評價激勵”的教學范式。

1.智能感知，建立學生體質(zhì)健康數(shù)字畫像

通過應用創(chuàng)新和系統(tǒng)優(yōu)化，對學生日常成長體質(zhì)檢測數(shù)據(jù)實現(xiàn)從云到端的多方位的立體化采集；通過對學生身體形態(tài)數(shù)據(jù)，體態(tài)測量數(shù)據(jù)，日常行為數(shù)據(jù)（睡眠、飲食、運動等），柔韌與靈活性數(shù)據(jù)（身體成分、身體的柔韌性、肌肉的耐力、肌肉的強度等）的采集，對每個學生個體進行體育健康的科學評估；建立學生“檔案”，通過這種可追溯的學生體育健康個性化管理體系，掌握真實可靠的體育健康信息，為學校開展智慧體育教育提供有力的數(shù)據(jù)支撐，推進教育數(shù)據(jù)治理，實現(xiàn)“一數(shù)一源”。學校已經(jīng)為1540 位學生構建了體質(zhì)健康數(shù)字畫像，形成了“一人一檔”的基礎數(shù)據(jù)，生成了整個學校的數(shù)字畫板。

2.綜合分析，開具學生運動健康處方

利用大數(shù)據(jù)技術，建立以學生體質(zhì)健康數(shù)字畫像為核心的數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合專家知識庫綜合分析，實現(xiàn)學生體質(zhì)健康管理的量化評估，為學生體質(zhì)健康開具運動處方，例如強健骨骼的運動處方、身高增長的運動處方等。處方的內(nèi)容包括有氧運動、抗阻運動、柔韌性練習和神經(jīng)動作練習等。通過智能硬件與AI 教學助手實現(xiàn)體育教學、管理的數(shù)字化，與運動學、醫(yī)學領域?qū)＜议_出的訓練處方匹配，實現(xiàn)學生個性化教育與輔導。同時，把評估建議以文檔形式告知家長，家校共同指導學生運動健康。借助情緒心理聲吶檢測系統(tǒng)的輔助評估，通過課內(nèi)與課外相結(jié)合、線上與線下相結(jié)合的方式，為學生提供個性化的運動項目的指導、訓練及心理干預，學生在運動中治愈心靈，陶冶身心。

學校為1200 位學生推送了個性化的運動處方，完成了一批健康處方的生成，每個學生利用運動交互鏡可查詢自己的健康處方，并在系統(tǒng)運動資源庫的支持下開展個性化的體育鍛煉。

此外，學校還利用智慧點餐平臺提供多種類型的營養(yǎng)套餐，供家長、學生選擇，合理均衡的飲食搭配調(diào)節(jié)著學生的營養(yǎng)。

3.因材施教，開展個性多樣的體育教學

通過大數(shù)據(jù)分析學生學習過程中的行為、狀態(tài)等，評估學生的學習目標、學習興趣、學習方式，挖掘?qū)W生的運動潛力，適合學什么、怎樣學、什么時候?qū)W。對不同學生的體質(zhì)健康數(shù)字畫像制作不同層次的微課，有針對性地讓學生學習和練習，提升整體的教學效率和效果。

（1）教師方面

利用大數(shù)據(jù)，基于學生體質(zhì)健康數(shù)字畫像，針對不同學生身體素質(zhì)及健康狀況的特點，高效、智能地推進體育精準教學。通過AR、VR 和MR 等方式開發(fā)微課程，通過教師行為采集系統(tǒng)制作微課，建設“一人一庫”的數(shù)字教材資源、研究型課程自適應學習平臺，推進優(yōu)質(zhì)教育資源建設、開放與共享。

（2）學生方面

依據(jù)運動學、醫(yī)學領域?qū)＜议_出的訓練處方，借助個性化干預支持系統(tǒng)，使“一人一空間”的體育資源優(yōu)化整合。高效、智能的體育鍛煉和支持系統(tǒng)，豐富體育運動形式，實現(xiàn)“線上—線下”資源的互聯(lián)與共享。引導學生熱愛體育運動，提升身體素質(zhì)，充分體現(xiàn)以體促融、以體育人的目的。以一節(jié)智慧乒乓課為例。

課前：智慧體測

學生利用大課間，提前在智能乒乓球臺前完成人臉識別、競技能力等級測評。教師基于課前獲得的學生體質(zhì)健康水平和競技能力等級，設計教學活動，設置智能乒乓設備，安排分組練習。

課中：智慧課堂

本堂課開展基于數(shù)據(jù)的個性化教學，教學環(huán)節(jié)包括正手攻球原地徒手練習、正手攻球多球練習、“挑戰(zhàn)自我”正手攻球教學比賽。教學內(nèi)容緊扣學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，人機互動的學練模式是學生不斷挑戰(zhàn)自我、勤學巧練善思的過程，有助于培養(yǎng)學生積極進取的精神。

課后：智慧評價

借助數(shù)字化賦能、智能化管理，構建“健康E評價”，實現(xiàn)“一生一畫像”“一生一檔案”。建立以學生體質(zhì)健康數(shù)字畫像為核心的數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合專家知識庫綜合分析，實現(xiàn)學生體質(zhì)健康管理的量化評估，為學生體質(zhì)健康開具運動處方。本節(jié)課課后，教師借助人工智能算法，將針對性的處方一鍵推送給學生，融通課內(nèi)課外。

引入智能乒乓發(fā)球臺、智能手環(huán)、電子屏等設備的智慧體育乒乓課堂，實效明顯，彌補了以往教師陪練人數(shù)有限、學生練習有限的問題。

本節(jié)課利用智能手環(huán)，在大屏幕上進行信息反饋，有效幫助教師及時關注學生的學練程度，同時也能讓學生及時關注自身的運動負荷情況。在這種教學模式下，學生參與程度高，課堂競爭激烈；學生探究熱情高，課堂氛圍活躍；教師技術分析水平高，課堂內(nèi)涵豐富。以往的乒乓球課，教師除了教學，還忙著陪練，智慧體育課堂幫助教師節(jié)約出大量的陪練時間，教師能夠花更多時間關注每個學生的練習細節(jié)，輔以智能手環(huán)實時記錄以及電子屏的及時反饋，準確分析學生技術水平，幫助學生在課堂更高效地學與練，豐富課程內(nèi)涵。

4.評價激勵，構建數(shù)智綜合評價機制

高質(zhì)量高中的教育綜合評價指標應該體現(xiàn)在學校發(fā)展中的自我規(guī)劃能力、五育融合能力、文化再造能力、特色發(fā)展能力、品牌輻射能力等方面?；跀?shù)據(jù)的分析與評價，打造教育評估數(shù)字化體系，推進數(shù)據(jù)驅(qū)動的教育綜合能力評價，緊跟學生成長數(shù)據(jù)追蹤，展開綜合素質(zhì)智能評價。學生體質(zhì)健康數(shù)字畫像包含靜態(tài)快照和動態(tài)數(shù)據(jù)，由此形成多種評價方式。評價對象可以分為個體評價和群體評價兩類。個體評價是對學生本人所作的橫向、縱向評價。橫向評價指個人在同齡人群體中的絕對與相對體質(zhì)健康發(fā)展水平，縱向評價指個人在自身體質(zhì)發(fā)展軸線上的趨勢分析。群體評價則以班級、年級、學校、男生、女生等不同維度做聚類分析，做特定類型評價。

本研究旨在通過數(shù)據(jù)采集、個性干預，最終形成對學生健康素養(yǎng)的科學評價，以體育素養(yǎng)為主導，助推學生品德素養(yǎng)、智慧素養(yǎng)、美育素養(yǎng)、勞動素養(yǎng)相融合的“五育”落實。創(chuàng)設學生運動激勵情境，創(chuàng)建校園體育“運動銀行”，通過智能技術手段采集學生的運動細節(jié)，存儲成大數(shù)據(jù)庫，為學生開運動處方，開設“運動賬戶”；借助運動獎勵、兌換，鼓勵學生投入運動健身，實現(xiàn)“隨時可健身，隨處可鍛煉”。

（三）智慧體育的應用場景打造

新型體育學科空間數(shù)字化環(huán)境建設是深化體育教學改革的基礎。智慧體育的應用場景打造將現(xiàn)實和虛擬相結(jié)合，將AI 等先進技術與體育教學相融合，將線下訓練與在線測評相結(jié)合，將課堂授課與課后反思相融合。對教學環(huán)節(jié)實時評估，提升學校體育教育的智慧化水平，科學地開展體育學科分析和評價工作，實現(xiàn)體育教學資源高度共享。結(jié)合智慧體育的內(nèi)涵與定位，從智能輔導、微格教學、沉浸學習、自動測評四個方面，開展智慧體育場景建設。

1.智能輔導

智能乒乓球AI 系統(tǒng)是將人工智能系統(tǒng)嵌入實體乒乓球練習中，并通過互聯(lián)網(wǎng)實時同步數(shù)據(jù)。通過AI智能識別身份管理配置，可適應自主訓練、集體授課、分層訓練、集體講解等多種教學場景；支持多終端設備協(xié)同操控，可用于以班級為單位的多球訓練教學，高效利用教學時間，提升教學效率。

2.微格教學

微格教學是學校智能體測的一種方式，借助專用平板，到指定區(qū)域進行測試，測試項目包括身高、體重、肺活量、坐位體前屈等。測試結(jié)束后，不僅設備上立刻顯示學生此次測試的具體成績，而且成績也會同步到學生的個人體質(zhì)健康數(shù)據(jù)庫中，為學生的體質(zhì)健康數(shù)字畫像提供數(shù)據(jù)支持。

3.沉浸學習

當學生戴好虛擬現(xiàn)實頭盔，進入仿真場景中，人工智能技術就能夠?qū)W習者的學習過程性數(shù)據(jù)進行全面采集與記錄，并且適時實現(xiàn)無感測評與反饋，通過模擬大量的個性化交互體驗，構建一個面向?qū)W生個體的智慧空間。

4.自動測評

學生戴上智能運動手環(huán)后，登錄網(wǎng)頁輸入賬號密碼，即可實時查看自己的各項狀態(tài)數(shù)值，包括在校期間（8—9 小時）全日運動數(shù)據(jù)監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括但不限于卡路里、步數(shù)、運動時長、平均心率、運動負荷等。體育課上，學生運動手環(huán)的使用能讓教師迅速獲取每個學生個體的體質(zhì)狀況，差異性安排訓練內(nèi)容。虛擬教室突破時空限制，彌補常規(guī)教育短板，融合線上線下教學。數(shù)據(jù)采集、智能分析、健康處方、個性化教學、運動銀行五個環(huán)節(jié)的閉環(huán)機制，記錄學生在校期間完整的健康成長過程。

四、研究反思

未來通向智能技術的學校是充分利用人工智能融合教育的智慧化學校。學校通過“一像、一方、一庫、一戶、一空間”的“一人一檔”的五個“一”建設，促進體育智慧化。

（一）校園元宇宙賽道的培育與開發(fā)

通過各類人工智能硬件、部署設備及相關系統(tǒng)，打通設備系統(tǒng)與健康銀行數(shù)據(jù)通路，在學生運動表現(xiàn)及健康管理的提高過程中，通過預設目標、實時反饋、收益激勵等方式，在校內(nèi)形成運動健康提升的正向循環(huán)趨勢，在日常的校園生活中逐步提高學生的綜合運動健康素質(zhì)水平。運動健康銀行是打造智慧體育“元宇宙”的重要環(huán)節(jié)，學生通過活動獲取積分，并在運動健康銀行進行權益兌換，權益既可以是虛擬的，也可以是真實的。

（二）運動數(shù)據(jù)呈現(xiàn)系統(tǒng)的開發(fā)與建設

學生在校園中佩戴手環(huán)，手環(huán)能監(jiān)測學生的運動負荷，記錄學生的運動數(shù)據(jù)，運動數(shù)據(jù)時時更新、日日刷新。再借助戶外的數(shù)據(jù)大屏呈現(xiàn)學生的運動數(shù)據(jù)和運動排名，通過人工智能的算法，系統(tǒng)分析學生的體能短板，給出運動建議，從而激勵學生提升日常運動量，激勵學生開展體育鍛煉。

智慧體育引領育人新范式，提高了教學質(zhì)量，促進了教學反思，成就了自主學習。個性化指導工具和智慧教室的出現(xiàn)，將人工智能相關素養(yǎng)滲透于體育教學中，讓學生動得更健康、動得更快樂、動得更科學，使“讓每一個孩子都能享有公平而有質(zhì)量的教育”不再是美好夢想，從而成就未來的學習者。