深度解析學(xué)生運動數(shù)據(jù) 探索學(xué)生健康成長的科學(xué)路徑

2023年召開的全國教育工作會議提出：“大力實施國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動”，2023年全國教育數(shù)字化現(xiàn)場推進會議再次強調(diào)“要堅定信心，大力推進國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，加快建設(shè)教育強國?！薄读x務(wù)教育體育與健康課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出：“改進課堂教學(xué)方式方法，促進學(xué)生主動學(xué)練”，并在體育課程實施方面要求“運用信息化教育手段和方法”。

深圳市福田區(qū)作為中國教育科學(xué)研究院實驗區(qū)，堅持參與中國教育科學(xué)研究院重點課題“中國學(xué)校體育智慧系統(tǒng)研究”，運用智能技術(shù)賦能體育教學(xué)。自2019年以來，福田區(qū)又有32所中小學(xué)參與中國教育科學(xué)研究院“中國青少年健康體能促進與干預(yù)研究”的課題研究，通過智能設(shè)備監(jiān)測體育課1000余節(jié)、大課間體育活動100余次；共有75所學(xué)校超過12萬名學(xué)生參與由福田區(qū)教育科學(xué)研究院開發(fā)的“中國學(xué)校體育智慧系統(tǒng)”中的線上“體能天天練”平臺進行打卡運動。在數(shù)據(jù)監(jiān)測的同時，通過對學(xué)生的數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用，形成學(xué)生體育學(xué)習(xí)全過程的完整大數(shù)據(jù)集，讓高新技術(shù)進入課堂，逐步實施智能教學(xué)手段和方法，并提出基于智能分析結(jié)果的體育精準(zhǔn)教學(xué)實踐，讓體育教學(xué)精準(zhǔn)科學(xué)，改變體育大課間的結(jié)構(gòu)和形式，創(chuàng)新推進課外家庭體育鍛煉，從而進一步推進學(xué)校體育教育改革深化發(fā)展和持續(xù)改善學(xué)生體質(zhì)健康水平。

一、加強學(xué)科融合研究與評價，形成“研、學(xué)、融、創(chuàng)”的教學(xué)創(chuàng)新實踐

深圳市福田區(qū)自2019年以來，通過智能設(shè)備監(jiān)測不同類型的體育課1000余節(jié)，主要包括籃球、田徑、體能、足球、武術(shù)、游泳和跳繩等。從監(jiān)測看出，籃球、體能、田徑類課程中學(xué)生運動強度較高，有效運動時間也更長，而武術(shù)、游泳類課程中學(xué)生運動強度相對偏低，學(xué)生在40分鐘課時中能達(dá)到有效運動時間為18～26分鐘。由此，在實際學(xué)期教學(xué)計劃的安排中，認(rèn)為可以將運動強度不同的體育課進行組合及大單元教學(xué)設(shè)計，以此增加課堂教學(xué)內(nèi)容的豐富性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及提高課堂的運動強度。

在此基礎(chǔ)上，針對目前課堂教學(xué)中存在的因智能化應(yīng)用不足難以支持教師精準(zhǔn)化教學(xué)，教學(xué)內(nèi)容和形式單一導(dǎo)致無法滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)鍛煉需求的情況，深圳市福田區(qū)引入學(xué)校體育智慧系統(tǒng)。其中，深圳市福田區(qū)教育科學(xué)研究院附屬小學(xué)率先嘗試基于AI賦能背景下數(shù)據(jù)驅(qū)動課堂教學(xué)實踐研究，構(gòu)建“研、學(xué)、融、創(chuàng)”四維教學(xué)實踐研究（圖1）。從教學(xué)內(nèi)容的研究到重點著手，進行教與學(xué)方式轉(zhuǎn)變的創(chuàng)新實踐，利用可穿戴設(shè)備和大數(shù)據(jù)技術(shù)，觀察和分析學(xué)生的運動數(shù)據(jù)，助力體育課堂教學(xué)設(shè)計，形成“采集—分析—干預(yù)—應(yīng)用—共享”的智能教學(xué)流程，實現(xiàn)對學(xué)生在校體育鍛煉的常態(tài)化數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測，研究學(xué)生的體能情況；通過可視化交互終端設(shè)備，實現(xiàn)校內(nèi)鍛煉數(shù)據(jù)的全方位呈現(xiàn)，便于學(xué)生鍛煉學(xué)習(xí)；進行技術(shù)、平臺、多學(xué)科融合的研究與評價，形成“學(xué)、研、融、創(chuàng)”的教學(xué)創(chuàng)新實踐，這不僅能準(zhǔn)確評估學(xué)生體育鍛煉效果，提升體育教學(xué)質(zhì)效，還能讓學(xué)生了解自身體能狀態(tài)和身體素質(zhì)，激發(fā)學(xué)生參與體育運動的興趣，提升學(xué)生體質(zhì)健康。

圖1 AI賦能“學(xué)、研、融、創(chuàng)”四維教學(xué)

在此基礎(chǔ)上，深圳市福田區(qū)教育科學(xué)研究院附屬小學(xué)牽頭的“智能體育學(xué)生數(shù)據(jù)分析與教學(xué)應(yīng)用實踐共同體”項目獲評教育部2021年度教育信息化教學(xué)應(yīng)用實踐共同體項目，成為全國小學(xué)中唯一一個成果推廣共同體，輻射帶動了全國33所中小學(xué)，并于2024年4月23日在教育部科學(xué)技術(shù)與信息化司指導(dǎo)下，經(jīng)項目答辯、專家評審等程序通過共同體項目驗收，獲評“優(yōu)秀等級”。

二、AI賦能，改進體育大課間結(jié)構(gòu)形式，提升體育大課間質(zhì)效

以廣播操和自編操為主開展大課間體育活動的中小學(xué)，其學(xué)生在鍛煉過程中普遍存在興趣不高、練習(xí)動作規(guī)范性參差不齊、教師學(xué)生對鍛煉效果無法客觀評價等問題。福田區(qū)通過對學(xué)生在參與大課間過程中進行運動負(fù)荷心率監(jiān)測，實時收集學(xué)生的心率變化，包括平均心率、平均強度、練習(xí)密度、有效鍛煉密度等，了解每名學(xué)生的鍛煉效果。在監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，自2019年以來深圳市福田區(qū)大課間的運動強度逐年提高，但是還沒有完全達(dá)到全體學(xué)生處于中等至較高強度的水平。

基于此，福田區(qū)根據(jù)學(xué)生身心健康的發(fā)展需要，優(yōu)化課間操的時間、空間、形式、內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，進行體育大課間的優(yōu)化設(shè)計。整個體育大課間遵循熱身—練習(xí)—放松的基本運動規(guī)律，先通過拉伸各關(guān)節(jié)激活神經(jīng)，再通過體能練習(xí)提高心肺功能，最后放松身心，做到科學(xué)運動。將30分鐘的大課間分為5個部分，包括3分鐘的跑步入場、4分鐘30秒的熱身操、4分鐘+30秒的調(diào)整+4分鐘的Tabata高強度間歇體能練習(xí)、9分鐘40秒的勻速慢跑、4分鐘20秒的放松操。學(xué)生聽音樂有序入場后，通過由慢到快的全身性關(guān)節(jié)活動達(dá)到激活神經(jīng)的作用，再運用Tabata體能練習(xí)，通過8個動態(tài)動作完成高強度的間歇練習(xí)，提升學(xué)生體能，達(dá)到核心、下肢力量、心肺有氧的練習(xí)。體能練習(xí)后，在音樂中以方塊的形式勻速慢跑，既能提高心肺功能，又能消除產(chǎn)生的乳酸堆積，還能增強學(xué)生的集體意識和班級凝聚力。慢跑后，學(xué)生跟隨音樂的節(jié)奏進行舒緩的身心放松，調(diào)整呼吸，使心率趨于平緩，為室內(nèi)教學(xué)做好準(zhǔn)備。鍛煉過程中，學(xué)生的運動負(fù)荷、心率、強度、卡路里消耗等指標(biāo)會實時呈現(xiàn)在運動場的電子屏幕上，便于教師和學(xué)生及時了解和調(diào)整運動強度，保證鍛煉效果，也進一步保障了學(xué)生的運動安全?；谥悄荏w育的體育大課間，不僅形成了具有特色的陽光體育大課間活動，更使學(xué)生在不同節(jié)奏的音樂中積極參加體育活動，主動掌握運動健身的方法，提高身體素質(zhì)，使體能得到有效鍛煉，促進學(xué)生的健康成長。

三、家校社三級聯(lián)動，采用“練—賽—評”一體化形式，創(chuàng)新推進課外家庭體育鍛煉

深圳市福田區(qū)在家庭體育鍛煉方面，采用“健康體能天天練”平臺，使學(xué)生進行線上打卡練習(xí)，并進行家庭體育鍛煉監(jiān)測。此平臺是一個基于互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)家校共育的體育家庭鍛煉平臺，分為學(xué)生端、家長端和教育主管部門三個端口，分別通過提供科學(xué)系統(tǒng)的鍛煉方法、個性化的運動處方、自主線上鍛煉打卡等方式鼓勵學(xué)生進行針對性的練習(xí)，家長也可以通過平臺了解學(xué)生的練習(xí)情況，進行督促和親子互動，教師也能根據(jù)平臺數(shù)據(jù)及時指導(dǎo)學(xué)生調(diào)整鍛煉計劃，更能為區(qū)內(nèi)體育教學(xué)的管理和改進提供數(shù)據(jù)支持。在家庭體育鍛煉中，福田區(qū)十分重視學(xué)生體能練習(xí)，從水平一到水平五有針對性地設(shè)置了不同的身體素質(zhì)練習(xí)（表1）。

2020—2022年，學(xué)生線上打卡率最高達(dá)到58%。此外，學(xué)生還可以參加平臺組織的班級、年級、校級線上體能比賽，教師也可根據(jù)學(xué)生的鍛煉情況和平臺的積分進行針對性點評和指導(dǎo)，同時評選出班級、年級、校級的鍛煉達(dá)人，以此積極落實校外體育鍛煉一小時。此外，還在全區(qū)進行了線上體能比賽，特別倡導(dǎo)親子運動，不僅激發(fā)了學(xué)生參與鍛煉的積極性，還增進了親子關(guān)系，對于學(xué)生的身心健康發(fā)展具有良好的助益作用。

福田區(qū)在智能體育的實踐中做到了先行先試，對提升學(xué)生的運動興趣和積極性以及教學(xué)的精準(zhǔn)化、學(xué)生運動的安全性等方面都發(fā)揮了重要作用。通過課堂教學(xué)、體育大課間、家庭體育作業(yè)等，全方位提升了學(xué)生的體質(zhì)健康水平。經(jīng)過不斷努力，福田區(qū)學(xué)生體質(zhì)健康測試優(yōu)良率從2022年的51%提升至2023年的63%，在深圳市處于領(lǐng)先水平。目前，福田學(xué)校體育、學(xué)生體質(zhì)健康水平仍在不斷努力提升中，在當(dāng)前大數(shù)據(jù)時代背景下，如何通過智能體育設(shè)備和系統(tǒng)實現(xiàn)體育資源的合理分配和高效運用，讓更多的學(xué)生參與到體育鍛煉中，享受運動的樂趣，也是福田區(qū)努力的方向。未來，福田區(qū)將一如既往懷揣著熱忱之心行走在教育教學(xué)的研究之路上，一路采擷、一路探究、一路收獲，行向智慧教育的遠(yuǎn)方。