增強(qiáng)學(xué)生體質(zhì)健康中人工智能技術(shù)應(yīng)用價(jià)值分析

摘要：人工智能本是研究腦科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的科學(xué)技術(shù)，目前已經(jīng)是全球性先進(jìn)科技的重點(diǎn)研發(fā)應(yīng)用方向之一，是許多科技發(fā)達(dá)國家制定發(fā)展戰(zhàn)略時(shí)著重考慮的基本國策。我國目前智能產(chǎn)業(yè)也邁入了快車道，在“智能校園”的信息化浪潮下，結(jié)合國家“健康中國”戰(zhàn)略的人工智能技術(shù)已經(jīng)拓展到了青少年體育教學(xué)環(huán)境，但目前仍處于起步階段，各種功能性的理論框架尚不完善。因此，本文重點(diǎn)分析了人工智能技術(shù)在青少年體育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用形式與應(yīng)用價(jià)值，以期為增強(qiáng)學(xué)生體質(zhì)健康及學(xué)校體育教學(xué)改革提供一些有益的參考。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù) 體育教學(xué) 應(yīng)用價(jià)值

中圖分類號(hào)：G804 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8902-（2024）-21-107-3-ZQ

引言

2016年中共中央、國務(wù)院在《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》中明確指出：“要實(shí)施青少年活動(dòng)促進(jìn)計(jì)劃，培養(yǎng)青少年體育愛好，基本實(shí)現(xiàn)青少年熟練掌握1項(xiàng)以上體育運(yùn)動(dòng)技能，確保學(xué)生校內(nèi)每天體育活動(dòng)時(shí)間不少于1h。到2030年，青少年學(xué)生每周參與體育活動(dòng)達(dá)到中等強(qiáng)度3次以上，國家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)達(dá)標(biāo)優(yōu)秀率達(dá)25%以上?！痹谶@個(gè)大環(huán)境下，與此相對(duì)的是當(dāng)前我國各級(jí)院校的學(xué)生參與體育鍛煉的比例每況愈下，青少年學(xué)生的體質(zhì)健康隱然有倒退趨勢(shì)，這值得政府相關(guān)部門以及各學(xué)校職能部門引起高度重視。應(yīng)當(dāng)感到欣慰的是，教育部在《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中大力提倡將人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)應(yīng)用于學(xué)校教育中，這也給各級(jí)學(xué)校體育教學(xué)改革的深化和創(chuàng)新注入了一股新活力，如能將人工智能技術(shù)大范圍地應(yīng)用到學(xué)校體育教學(xué)和體質(zhì)健康監(jiān)測(cè)，必將對(duì)當(dāng)前學(xué)校體育教育改革所面臨的瓶頸起到一輪新的突破，在教育界內(nèi)也將形成更為廣泛的共識(shí)。

1、人工智能對(duì)增強(qiáng)學(xué)生體質(zhì)健康的革新性作用

1.1、對(duì)體育教師的教學(xué)引導(dǎo)作用

人工智能對(duì)當(dāng)前我國體育教師最大的提高主要是在學(xué)情掌握方面的智能驅(qū)動(dòng)，傳統(tǒng)的體育教學(xué)模式下青少年體育教師在學(xué)情掌握等方面一直缺乏較為完備的教學(xué)支持，例如對(duì)學(xué)生的身體素質(zhì)、運(yùn)動(dòng)技能和學(xué)習(xí)需求很難做到全面系統(tǒng)掌握。而人工智能平臺(tái)出現(xiàn)之后彌補(bǔ)了青少年體育教師對(duì)這些重要數(shù)據(jù)的忽略和收集，從而更有效地指導(dǎo)學(xué)生，實(shí)施更為靈活、豐富的教學(xué)方法。例如分層教學(xué)、分組教學(xué)等，從前由于不掌握學(xué)生們?cè)趥€(gè)人需求、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間方面的核心數(shù)據(jù)，這些教學(xué)內(nèi)容往往很難起到良好的教學(xué)效果，現(xiàn)在借助于人工智能都可以逐一實(shí)現(xiàn)，體育教師可以靈活分配教學(xué)資源、教學(xué)場(chǎng)所、組織形式等內(nèi)容，達(dá)到科學(xué)教學(xué)、因材施教的教學(xué)效果。

1.2、對(duì)學(xué)生體質(zhì)健康的管理作用

人工智能技術(shù)可以通過智能穿戴設(shè)備或手機(jī)應(yīng)用程序，利用傳感技術(shù)介入學(xué)生體質(zhì)健康狀況實(shí)現(xiàn)可視化對(duì)比分析，記錄學(xué)生的運(yùn)動(dòng)量、睡眠質(zhì)量等信息，并通過數(shù)據(jù)分析給出相應(yīng)的健康建議，從而建立科學(xué)的診斷處方評(píng)估體系，建立多維度、針對(duì)性強(qiáng)的學(xué)生體質(zhì)健康數(shù)據(jù)庫，提高學(xué)生的健康意識(shí)的同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生的自我管理能力，使學(xué)生在追蹤運(yùn)動(dòng)干預(yù)的條件下激發(fā)內(nèi)生動(dòng)力，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化學(xué)生體育運(yùn)動(dòng)的瓶頸，預(yù)防學(xué)生體質(zhì)滑坡現(xiàn)象，簡(jiǎn)化體育教師的工作量，輔助教師對(duì)學(xué)生的體質(zhì)健康教育效率。

1.3、對(duì)體育教學(xué)的科學(xué)作用

人工智能技術(shù)應(yīng)用到學(xué)校體育可以提供更加智能化、個(gè)性化的教學(xué)方法，改變傳統(tǒng)體育教學(xué)依賴教師的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)水平的現(xiàn)象，相對(duì)固定的教學(xué)方法和訓(xùn)練計(jì)劃現(xiàn)象有了長(zhǎng)足改變。在人工智能技術(shù)的輔助下，教師可通過大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的課內(nèi)外運(yùn)動(dòng)量、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)效果的全方位立體監(jiān)測(cè)，根據(jù)體育鍛煉成果智能優(yōu)化學(xué)習(xí)計(jì)劃，形成最可靠的運(yùn)動(dòng)評(píng)價(jià)結(jié)果，從而集中精力關(guān)注學(xué)生從體育鍛煉中獲得的成長(zhǎng)。

2、人工智能技術(shù)在增強(qiáng)學(xué)生體質(zhì)健康中的應(yīng)用形式

2.1、教學(xué)設(shè)備設(shè)施方面的應(yīng)用

當(dāng)前青少年體育智能教學(xué)設(shè)備已經(jīng)能夠在教學(xué)設(shè)備設(shè)施方面監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，并通過大數(shù)據(jù)分析為教師和學(xué)生提供精準(zhǔn)的教學(xué)反饋，具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）智能化運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所。由于體育教學(xué)對(duì)室外場(chǎng)地、天氣影響等因素的依賴性較強(qiáng)，因此當(dāng)前利用人工智能技術(shù)對(duì)青少年體育課堂管理的應(yīng)用能夠根據(jù)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地、場(chǎng)館的使用狀態(tài)、使用頻率進(jìn)行調(diào)度，充分提升運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所的利用率和服務(wù)管理質(zhì)量，在大數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、視覺算法、智能顯示終端等方面全面提升體育教學(xué)效率；（2）人工智能體育設(shè)備，具體分為測(cè)評(píng)設(shè)備和運(yùn)動(dòng)器材兩種，測(cè)評(píng)設(shè)備多搭載智能攝像頭和機(jī)器視覺算法，能夠計(jì)算學(xué)生運(yùn)動(dòng)過程中肌電、呼吸、體溫、心率、血壓、血氧飽和度和血糖等生理參數(shù)的變化，以及對(duì)體育運(yùn)動(dòng)過程當(dāng)中的成績(jī)進(jìn)行識(shí)別和判定；運(yùn)動(dòng)器材則多以無線通信為核心組件，能夠以無線傳輸?shù)姆绞綄W(xué)生使用體育器材如體操墊、跑鞋、杠鈴、跳繩、實(shí)心球等的數(shù)據(jù)上傳至測(cè)評(píng)設(shè)備中?？傊坏┰趫?chǎng)地、器材等與體育教學(xué)息息相關(guān)的方面實(shí)現(xiàn)了智能化，能夠節(jié)省體育教師大量的巡查與調(diào)試工作，并及時(shí)掌握學(xué)生體質(zhì)健康方面的學(xué)情。

2.2、教學(xué)智能化方面的應(yīng)用

當(dāng)前基于人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域內(nèi)的深化應(yīng)用，我們可以總結(jié)出其在體育教學(xué)及增強(qiáng)學(xué)生體質(zhì)健康工作中與其他學(xué)科的一些一致性，較為基礎(chǔ)的一致性主要集中在兩個(gè)方面，一是資訊系統(tǒng)，二是大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，具體如下：（1）資訊系統(tǒng)。這是人工智能技術(shù)的主要功能之一，體現(xiàn)為提供信息知識(shí)庫、在線學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程交互、自動(dòng)評(píng)價(jià)和分析、生成方案等一系列功能的總和，其形成的資訊方案往往基于可量化的數(shù)據(jù)性指標(biāo)，客觀面覆蓋廣泛而且易于進(jìn)行比較研究，方便體育教師做出更有效的決策；（2）大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。大數(shù)據(jù)系統(tǒng)在日常教學(xué)當(dāng)中充當(dāng)“外腦”，負(fù)責(zé)管理各種人工智能體育智能設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、加工、整理、挖掘過程，對(duì)海量的體育運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法統(tǒng)籌，在算例方面維持科學(xué)性，既能形成對(duì)集體性數(shù)據(jù)如運(yùn)動(dòng)成績(jī)、波動(dòng)趨勢(shì)、運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的分析、研討過程，也能描述運(yùn)動(dòng)頻率、強(qiáng)度、時(shí)間、能力、習(xí)慣等個(gè)體性數(shù)據(jù)，為廣大青少年學(xué)生建立全面的體質(zhì)健康檔案。

3、基于人工智能的學(xué)生體質(zhì)健康體系功能性的構(gòu)建

3.1、學(xué)生體質(zhì)健康的精準(zhǔn)診斷功能

在傳統(tǒng)的青少年體育教學(xué)工作中，學(xué)生體質(zhì)健康測(cè)試（以下稱體測(cè)）工作占了較為重要的地位，但長(zhǎng)期以來沿用的是規(guī)定項(xiàng)目器材法，通過定期對(duì)學(xué)生開展規(guī)定項(xiàng)目體測(cè)并錄入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的時(shí)效性、有效性均不高，覆蓋性不夠廣，而且數(shù)據(jù)的披露不夠公開，部分地區(qū)甚至只有紙質(zhì)文件而沒有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息化。因此，采用人工智能技術(shù)應(yīng)對(duì)學(xué)生的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行有效記錄，便捷有效地獲取學(xué)生的各項(xiàng)生理性數(shù)據(jù)，并通過智能化醫(yī)療系統(tǒng)進(jìn)行指標(biāo)分析，精準(zhǔn)地識(shí)別學(xué)生的基本健康狀態(tài)。通過各個(gè)學(xué)年、各個(gè)階段學(xué)生的基本健康狀態(tài)變化，體育教師既可對(duì)學(xué)生的體質(zhì)健康情況、運(yùn)動(dòng)提升情況產(chǎn)生明確認(rèn)知，也可通過對(duì)學(xué)生的體育鍛煉行為跟蹤分析提供精準(zhǔn)化、個(gè)性化的輔導(dǎo)。

3.2、學(xué)生體育鍛煉的過程監(jiān)控功能

傳統(tǒng)的學(xué)生體質(zhì)健康工作中由于缺乏強(qiáng)制性措施，因此增強(qiáng)學(xué)生體質(zhì)健康工作的效率一直難以保障，其主要難點(diǎn)在于無法保證學(xué)生鍛煉的監(jiān)控方面。例如，各級(jí)學(xué)校體育課的出勤情況，這一數(shù)據(jù)在缺乏過程監(jiān)控的前提下真實(shí)性、有效性十分低下，再如體育成績(jī)管理方面，缺乏過程監(jiān)控往往導(dǎo)致的測(cè)評(píng)結(jié)果只是A，B，C分級(jí)分層，無法從學(xué)生的體育動(dòng)作姿態(tài)中測(cè)評(píng)其體育運(yùn)動(dòng)具體效果，當(dāng)然也不可能使學(xué)生及時(shí)掌握和改進(jìn)技術(shù)動(dòng)作并且提升教學(xué)效果，因此人工智能在體育鍛煉的過程監(jiān)控中不可缺席，這一系統(tǒng)對(duì)于體育教師與學(xué)生的良性互動(dòng)大有促進(jìn)作用。

3.3、學(xué)生體育鍛煉個(gè)性化服務(wù)

人工智能技術(shù)通過大數(shù)據(jù)平臺(tái)可為學(xué)生提供體質(zhì)健康個(gè)性化服務(wù)，具備學(xué)生體育運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的采集功能，在當(dāng)前教育人工智能的環(huán)境下，每個(gè)學(xué)生的體育技能、體育知識(shí)等數(shù)據(jù)均可進(jìn)行采集、上傳、分析，而算法功能可以通過研究學(xué)生的運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)愛好、運(yùn)動(dòng)頻次、運(yùn)動(dòng)習(xí)慣等數(shù)據(jù)自動(dòng)生成體育培養(yǎng)方案，這些個(gè)性化的方案能夠幫助體育教師更好地為學(xué)生提供指導(dǎo)意見。學(xué)生也可以通過自助的方式選擇服務(wù)項(xiàng)目，例如在大數(shù)據(jù)平臺(tái)上通過開設(shè)個(gè)人賬戶，點(diǎn)擊與瀏覽體育運(yùn)動(dòng)處方知識(shí)庫，通過對(duì)體育教學(xué)內(nèi)容的興趣愛好選擇學(xué)習(xí)、下載、分享等功能性操作，并根據(jù)提示進(jìn)行引導(dǎo)性操作，充分了解自己在體育項(xiàng)目上的問題與解決方案，例如核心力量、爆發(fā)力、基礎(chǔ)力量等數(shù)據(jù)性指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化和個(gè)性化的自學(xué)。

3.4、體育教師智慧化決策

人工智能技術(shù)在體育教師智慧化決策方面的影響主要通過完善的體育鍛煉評(píng)價(jià)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，在該評(píng)價(jià)系統(tǒng)中應(yīng)包括數(shù)字影像資源、成績(jī)數(shù)據(jù)資源、移動(dòng)端資源和專業(yè)性資源等。由于體育課上教師常常需要面對(duì)大量學(xué)生，很難對(duì)每個(gè)學(xué)生都有明確認(rèn)識(shí)，因此人工智能構(gòu)建的體育鍛煉評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)教師反復(fù)體驗(yàn)課堂教學(xué)信息具有重要作用。其中，數(shù)字影像資源是體育教師根據(jù)學(xué)生的運(yùn)動(dòng)影像完成該學(xué)生體育運(yùn)動(dòng)畫像的必備信息，而體育成績(jī)數(shù)據(jù)等的分析能夠使體育教師對(duì)學(xué)生體育成績(jī)、運(yùn)動(dòng)技能、體質(zhì)能力形成準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)，通過大數(shù)據(jù)的信息支撐，體育教師很快就可以形成對(duì)學(xué)生的輔導(dǎo)方案。移動(dòng)端資源是體育教師與學(xué)生之間互動(dòng)的紐帶，通過智能手機(jī)的移動(dòng)端教師可更為精準(zhǔn)地布置體育課外作業(yè)，并及時(shí)識(shí)別學(xué)生作業(yè)的完成情況，制定更有效的體育教學(xué)決策。而專業(yè)性資源則是體育教師自我提升的重要教學(xué)資源，通過隨時(shí)獲得體育學(xué)科最前沿的專業(yè)知識(shí)，可以幫助教師完善教學(xué)內(nèi)容，并展示當(dāng)前教學(xué)中存在的技術(shù)性問題，也可以通過體育知識(shí)大講堂的形式來擴(kuò)展學(xué)生的體育知識(shí)邊界。

4、人工智能促進(jìn)學(xué)生體質(zhì)健康的路徑建設(shè)

4.1、構(gòu)建“國家學(xué)生體質(zhì)健康測(cè)試”大數(shù)據(jù)庫

在當(dāng)前各級(jí)學(xué)校智能化平臺(tái)建設(shè)背景下，體測(cè)大數(shù)據(jù)庫應(yīng)該由國家牽頭，形成層層的信息共享體系，對(duì)每年體測(cè)的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行集中收集、處理和分析，一來可以減輕學(xué)校和教師的工作負(fù)擔(dān)，二可以為學(xué)生和家長(zhǎng)提供高效的信息反饋，傳統(tǒng)的規(guī)定項(xiàng)目器材法也可以通過可穿戴式智能產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等人工智能新型手段來解決。需要注意的是，該數(shù)據(jù)庫事關(guān)信息化系統(tǒng)，學(xué)校應(yīng)進(jìn)一步提高對(duì)計(jì)算機(jī)房的建設(shè)與管理，并注意數(shù)據(jù)橫向、縱向的信息交互，充分關(guān)注上級(jí)數(shù)據(jù)庫形成并反饋的體測(cè)排名系統(tǒng)，了解本校在推進(jìn)學(xué)生體質(zhì)健康工作中存在的問題，并及時(shí)進(jìn)行方案的調(diào)整與管控。

4.2、形成智能化體質(zhì)健康診斷評(píng)估體系

體質(zhì)健康診斷評(píng)估更側(cè)重于學(xué)生的各項(xiàng)生理指標(biāo)數(shù)據(jù)，其智能化進(jìn)程的抬升依賴于醫(yī)療領(lǐng)域及傳感技術(shù)。當(dāng)前環(huán)境下已經(jīng)有諸如“康泰”“藍(lán)熙”“久樂”“優(yōu)醫(yī)家”等大眾性的健康管理平臺(tái)可搭載人工智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)自助體檢、健康監(jiān)督功能，在體質(zhì)測(cè)試智能終端機(jī)方面，更是大規(guī)模應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)介入運(yùn)動(dòng)診斷、體質(zhì)測(cè)試工作當(dāng)中，并將把有效診斷信息全面即時(shí)地反饋給學(xué)生和教師。目前，安徽省在多所高等學(xué)府中投入使用了智能體質(zhì)健康診斷系統(tǒng)及設(shè)備，不僅獲得了關(guān)于學(xué)生體質(zhì)健康測(cè)試的大量、真實(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，而且通過學(xué)生個(gè)體之間的數(shù)據(jù)對(duì)比還可形成帶有數(shù)理依據(jù)的有效干預(yù)方案，對(duì)學(xué)生的日常鍛煉行為進(jìn)行追蹤與指導(dǎo)，并以可視化系統(tǒng)向?qū)W生動(dòng)態(tài)展示鍛煉效果，學(xué)生也可從體側(cè)數(shù)據(jù)上獲知鍛煉對(duì)自身身體技能、指標(biāo)等產(chǎn)生的實(shí)際效果，從而激勵(lì)鍛煉決心并且養(yǎng)成鍛煉習(xí)慣。

4.3、建立智能化外部活動(dòng)干預(yù)管理制度

近年來，新教改工作推動(dòng)了體育考核制度的變革，使得各級(jí)學(xué)校的體育教育受到重視，學(xué)生的運(yùn)動(dòng)鍛煉時(shí)間由此增多，但還不夠。目前仍需要借助人工智能協(xié)助干預(yù)學(xué)生的體育鍛煉活動(dòng)，形成一套以學(xué)生分類、干預(yù)督導(dǎo)為主要內(nèi)容的管理機(jī)制。（1）學(xué)生分類。當(dāng)前在校學(xué)生的課外體育鍛煉層次繁多，可借助信息化平臺(tái)進(jìn)行歸納、分組、組織活動(dòng)，對(duì)學(xué)生們的體育活動(dòng)進(jìn)行疏導(dǎo)與調(diào)節(jié)，例如杭州電子科技大學(xué)所自主研發(fā)的“校園陽光長(zhǎng)跑智能化管理系統(tǒng)”，基本實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自主、自助、自覺參與長(zhǎng)跑活動(dòng)的信息管理模式，在健康跑方面增強(qiáng)可學(xué)生體質(zhì)健康；（2）干預(yù)督導(dǎo)。干預(yù)督導(dǎo)機(jī)制的目的是防止學(xué)生因惰性而逃避體育鍛煉責(zé)任，具體可再劃為督導(dǎo)方案和督導(dǎo)行為，督導(dǎo)方案負(fù)責(zé)形成對(duì)學(xué)生的個(gè)性化運(yùn)動(dòng)處方和鍛煉計(jì)劃。例如，深圳大學(xué)體育學(xué)院應(yīng)用的“運(yùn)動(dòng)世界”APP軟件，要求學(xué)生每學(xué)期完成120km打卡并記入體育成績(jī)，3個(gè)學(xué)年內(nèi)學(xué)生體質(zhì)的測(cè)試結(jié)果均有一定程度的提升。督導(dǎo)行為包括為學(xué)生們推送、反饋、執(zhí)行和調(diào)整督導(dǎo)方案，主要通過可穿戴人工智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)干預(yù)和督促，例如通過運(yùn)動(dòng)手環(huán)為學(xué)生的體質(zhì)健康狀況或體育鍛煉行為進(jìn)行測(cè)評(píng)，以外部強(qiáng)制干預(yù)的方式促進(jìn)學(xué)生鍛煉動(dòng)機(jī)的內(nèi)化。

5、結(jié)語

雖然我國在人工智能技術(shù)“進(jìn)校園”應(yīng)用于體育教學(xué)領(lǐng)域還有很長(zhǎng)的路要走，但我們也需要以發(fā)展的眼光看待，以增強(qiáng)學(xué)生體質(zhì)健康為主的人工智能技術(shù)正在與體育學(xué)科進(jìn)行日益擴(kuò)大的融合，在以“健康中國”舉國戰(zhàn)略為背景的前提下，基于人工智能技術(shù)構(gòu)建的體質(zhì)健康促進(jìn)體系必將嚴(yán)重地影響和改變傳統(tǒng)的青少年體育教學(xué)現(xiàn)狀，重構(gòu)學(xué)校體質(zhì)健康的“主戰(zhàn)場(chǎng)”地位，未來以學(xué)生作為輻射源向社會(huì)、向全民傳遞體質(zhì)健康的積極信號(hào)，從而推進(jìn)我國的人民健康事業(yè)。

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