人工智能對體育教學(xué)的價值與策略研究

摘要：基于對人工智能應(yīng)用內(nèi)涵的分析，本文探討人工智能技術(shù)在體育教育教學(xué)領(lǐng)域的重要價值，概括而言，以大數(shù)據(jù)、知識圖譜、機(jī)器學(xué)習(xí)以及自然語言處理等為代表的人工智能技術(shù)可以提高體育教學(xué)個性化水平、生成可視化認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖、打造多元化體育數(shù)據(jù)庫并拓寬人機(jī)交互渠道。在此基礎(chǔ)上，本文對基于人工智能的體育教學(xué)策略進(jìn)行探究，希望通過自主體能訓(xùn)練監(jiān)控、學(xué)生體質(zhì)健康管理以及體育競技教學(xué)決策平臺的打造為體育教學(xué)高質(zhì)量發(fā)展提供重要支持。

關(guān)鍵詞：人工智能 體育教學(xué) 應(yīng)用價值 決策

中圖分類號：G80 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8902-（2024）-21-181-3-LXY

在學(xué)生素質(zhì)教育中，體育課是一個重要組成部分，不過對目前實(shí)際形勢進(jìn)行分析，諸多學(xué)校傳統(tǒng)體育教學(xué)存在學(xué)生興趣不足、課堂活動參與率低等問題，致使較多學(xué)生體質(zhì)健康不達(dá)標(biāo)。在科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展的宏觀背景下，學(xué)生體育需求亦呈現(xiàn)出日益提升之勢，需要采取重要的技術(shù)及手段深化傳統(tǒng)體育教學(xué)改革，在切實(shí)提高體育教學(xué)水平與質(zhì)量的同時，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生體育運(yùn)動需求的全面與有效滿足。2024年兩會期間，“人工智能”這一概念再度成為熱點(diǎn)，政府工作報告強(qiáng)調(diào)開展“人工智能+”行動。在我國新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展過程中，人工智能發(fā)揮著重要引擎的作用，可以說，基于人工智能，我國掀起了新的科技革命及產(chǎn)業(yè)變革篇章，而這又在極大程度上對我國整個教育事業(yè)的建設(shè)產(chǎn)生影響。怎樣對人工智能加以利用并持續(xù)加快新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展速度，為體育教育事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展賦能，目前已經(jīng)成為我國體育教育領(lǐng)域非常重要的課題之一，本文對其價值與策略進(jìn)行探討。

1、人工智能在體育教學(xué)中的應(yīng)用內(nèi)涵

將人工智能應(yīng)用于我國教育事業(yè)中，主要遵循以下基本原則及理念指導(dǎo)：對自動化與智能化機(jī)器加以運(yùn)用，執(zhí)行對人的思維方法以及操作程序等的模擬任務(wù)，將其應(yīng)用于教育教學(xué)活動之中，解決實(shí)際教學(xué)過程中出現(xiàn)的各類具體問題。在人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展背景下，其應(yīng)用范圍呈現(xiàn)出愈發(fā)廣泛之勢，從體育教學(xué)方面來看，人工智能技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在識別學(xué)生的運(yùn)動表現(xiàn)、生成運(yùn)動成績、結(jié)合教學(xué)安排制作教學(xué)課件以及幫助學(xué)生定制個性化的訓(xùn)練計劃等。自從人工智能技術(shù)出現(xiàn)起，其理論與技術(shù)呈現(xiàn)出不斷成熟之勢，目前已基本實(shí)現(xiàn)向各個領(lǐng)域的輻射，今后人工智能產(chǎn)品及服務(wù)必然持續(xù)進(jìn)步與發(fā)展，成為人類智慧的“集合體與服務(wù)器”。

分析目前實(shí)際形勢，人工智能相關(guān)技術(shù)（如大數(shù)據(jù)計算、知識圖譜、機(jī)器學(xué)習(xí)以及自然語言處理等）在體育教學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)取得較為理想的應(yīng)用成果，在極大程度上發(fā)揮了對體育事業(yè)建設(shè)的推動作用，助力其不斷向著智能化以及精準(zhǔn)化的方向前進(jìn)。

2、人工智能對體育教學(xué)的價值

2.1、基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，提升體育教學(xué)個性化水平

大數(shù)據(jù)技術(shù)是近年來發(fā)展尤為迅速的高新技術(shù)之一，可以對數(shù)量龐大、復(fù)雜度非常高的異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，分析效率高，分析結(jié)果精準(zhǔn)。此項技術(shù)在諸多領(lǐng)域均有應(yīng)用，具備數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)可視化等功能。在此項技術(shù)的支持下，用戶能夠從海量數(shù)據(jù)中將具有價值的數(shù)據(jù)挖掘出來，為后續(xù)決策制定、業(yè)務(wù)優(yōu)化以及創(chuàng)新發(fā)展等提供重要參考依據(jù)。與大數(shù)據(jù)對應(yīng)的即大數(shù)據(jù)，主要是指海量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)產(chǎn)生的速度非?？?，變化亦非常多，類型與來源均極其豐富，不僅包括傳感器以及采集終端等數(shù)據(jù)，還對社交媒體、日志文件和交易記錄等信息予以覆蓋，通過對各種類型、多元化數(shù)據(jù)的廣泛匯聚及綜合，形成一個異常龐大且復(fù)雜的數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)。

對目前實(shí)際形勢進(jìn)行分析，我國已經(jīng)迎來大數(shù)據(jù)時代，教育教學(xué)亦在此背景下發(fā)生極大的變化，不斷加快由原本的“經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)”向“數(shù)據(jù)循證”的轉(zhuǎn)變進(jìn)程，個性化教育得以提出，并實(shí)現(xiàn)飛速發(fā)展。在整個體育教學(xué)過程中，學(xué)生會產(chǎn)生諸多數(shù)據(jù)，既有過程性的運(yùn)動數(shù)據(jù)，又有終結(jié)性的考核數(shù)據(jù)，且不同學(xué)生的數(shù)據(jù)存在較大差異，共同構(gòu)成大數(shù)據(jù)集，涉及學(xué)生身體素質(zhì)的基本信息（身高、體重、肺活量等）以及各方面運(yùn)動的具體信息（跑動速度、投籃次數(shù)以及跳遠(yuǎn)距離等），這些數(shù)據(jù)彰顯出尤為突出的多樣性特點(diǎn)，且存在很多交叉與重復(fù)的數(shù)據(jù)，它們的變化并沒有規(guī)律可循。通過對大數(shù)據(jù)技術(shù)的科學(xué)與高效利用，體育教師可以更好地應(yīng)對這些數(shù)據(jù)，更加科學(xué)與智能化地開展體育教學(xué)活動。舉例而言，教師可以以學(xué)期為標(biāo)準(zhǔn)，對學(xué)生信息進(jìn)行分階段式統(tǒng)計，并在第一時間做好對各項數(shù)據(jù)信息的更新工作，在此基礎(chǔ)上得到以學(xué)生運(yùn)動能力為主題的畫像，通過對學(xué)生學(xué)期之前、學(xué)期之后的具體畫像進(jìn)行比較分析，更為直觀與全面地掌握每一位學(xué)生實(shí)際運(yùn)動能力所發(fā)生的綜合變化，確定其進(jìn)步點(diǎn)，進(jìn)而為后續(xù)精準(zhǔn)評價提供便利，不僅如此，還能夠更好地支持運(yùn)動干預(yù)活動的推進(jìn)。

2.2、基于知識圖譜，生成可視化認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖

知識圖譜是一類語義網(wǎng)絡(luò)，具有突出的語義化以及結(jié)構(gòu)化特點(diǎn)，正是在這兩個特點(diǎn)的支持下，現(xiàn)已發(fā)展為人工智能的關(guān)鍵構(gòu)成，在極大程度上發(fā)揮著對不同行業(yè)發(fā)展及數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推動作用。以教育教學(xué)為視角，可以將知識圖譜稱為教育知識圖譜或?qū)W科知識圖譜，對其功能進(jìn)行分析，主要體現(xiàn)為對學(xué)科知識體系的構(gòu)建以及知識學(xué)習(xí)導(dǎo)航的生成等。

在體育教學(xué)方面，考慮到不同的學(xué)生之間身體素質(zhì)有一定的關(guān)聯(lián)性以及互補(bǔ)性特點(diǎn)顯現(xiàn)出來，教師可以全面且高效地利用知識圖譜及其關(guān)鍵技術(shù)，與學(xué)生的實(shí)際情況相結(jié)合，進(jìn)行差異化、可視化認(rèn)知結(jié)構(gòu)圖的繪制，并向不同的學(xué)生推送更加契合學(xué)生實(shí)際的體育與健康、運(yùn)動訓(xùn)練計劃、練習(xí)內(nèi)容等重要信息，為他們提供重要幫助，進(jìn)行與自身實(shí)際情況相符的個性化體育學(xué)習(xí)及運(yùn)動方案的制訂，并由此發(fā)揮推動作用，加快學(xué)生自主鍛煉優(yōu)秀習(xí)慣的養(yǎng)成速度。

2.3、基于機(jī)器學(xué)習(xí)，打造多元化體育數(shù)據(jù)庫

機(jī)器學(xué)習(xí)是一種以海量數(shù)據(jù)統(tǒng)計及學(xué)習(xí)為起始，對大數(shù)據(jù)技術(shù)加以利用并進(jìn)行相應(yīng)算法改進(jìn)的研究，在海量的數(shù)據(jù)中，讓機(jī)器挖掘并總結(jié)規(guī)律，通過模型的構(gòu)建完成相關(guān)預(yù)測任務(wù)，給出可行方案。

在體育教學(xué)領(lǐng)域，教師能夠基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的支持構(gòu)建覆蓋所有學(xué)生全部體質(zhì)健康數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，同時，形成運(yùn)動干預(yù)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫通過對學(xué)生實(shí)際體質(zhì)情況的分析，確定真正符合學(xué)生情況的各項數(shù)據(jù)信息和指標(biāo)，包括鍛煉方案、具體運(yùn)動的重復(fù)次數(shù)以及運(yùn)動強(qiáng)度等，提高標(biāo)準(zhǔn)化程度，并將標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范數(shù)據(jù)向智能數(shù)據(jù)平臺上傳。由此一來，體育教師便可以更加實(shí)時與準(zhǔn)確地獲取學(xué)生真實(shí)運(yùn)動數(shù)據(jù)，從整體層面把握其運(yùn)動前、運(yùn)動中以及運(yùn)動后的表現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上，與學(xué)生的實(shí)際運(yùn)動情況相結(jié)合并改進(jìn)運(yùn)動方案。在機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的支持下，體育教師可以在更短的時間內(nèi)獲取所需學(xué)生的歷史運(yùn)動數(shù)據(jù)，進(jìn)一步調(diào)用運(yùn)動干預(yù)數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范數(shù)據(jù)，并和體質(zhì)健康、運(yùn)動診斷、運(yùn)動干預(yù)和運(yùn)動效果監(jiān)測等相關(guān)指標(biāo)相結(jié)合，完成各類子數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建內(nèi)容，最終達(dá)到“一人一方案”的重要目標(biāo)。

2.4、基于自然語言處理技術(shù)，拓寬人機(jī)交互通道

作為人工智能領(lǐng)域另一重要技術(shù)，自然語言處理技術(shù)主要是在機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的支持下執(zhí)行對人類語言的分析任務(wù)，為人機(jī)之間的交互提供有力支持，完成智能創(chuàng)作以及智能翻譯等諸多工作。智能聊天機(jī)器人是自然語言處理技術(shù)中尤為典型的代表之一，自從誕生以來，便基于自身突出的語言理解及生成能力得到國內(nèi)外大量關(guān)注。

在體育教學(xué)領(lǐng)域，自然語言處理技術(shù)能夠幫助體育教師打造多元化的人際互動途徑，通過對移動終端的簡單運(yùn)用，師生便能得到需要的體育教學(xué)資源，并與自身實(shí)際需要相結(jié)合展開人機(jī)對話，進(jìn)而打造“一對一”體育教學(xué)、運(yùn)動練習(xí)、體育賽事以及成績測評等積極局面。

3、基于人工智能的體育教學(xué)策略

3.1、構(gòu)建自主體能訓(xùn)練監(jiān)控平臺

以往，體育教師在進(jìn)行教學(xué)的過程中，通常都是一個教師面對幾十名學(xué)生，有很大的可能出現(xiàn)體能訓(xùn)練指導(dǎo)不到位、訓(xùn)練監(jiān)督效果差的問題。針對這一情況，可以利用人工智能技術(shù)構(gòu)建面向?qū)W生的自主體能訓(xùn)練監(jiān)控平臺，在極大程度上減輕體育教師壓力，就算教師不在訓(xùn)練現(xiàn)場，仍然能夠利用平臺獲取學(xué)生體能訓(xùn)練的真實(shí)數(shù)據(jù)，并結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)以及平臺建議對后續(xù)學(xué)生體能訓(xùn)練方案進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，在極大程度上提高了方案靈活性。

基于人工智能技術(shù)的學(xué)生體能訓(xùn)練監(jiān)控平臺主要包括人機(jī)交互界面以及后臺架構(gòu)，可以為各主流運(yùn)行系統(tǒng)如安卓及蘋果等提供支持，憑借一個移動終端，學(xué)生便可以自主地完成體能訓(xùn)練。其中，平臺人機(jī)交互界面主要由用戶登錄、歷史信息查詢、體能訓(xùn)練監(jiān)控以及體能訓(xùn)練指導(dǎo)等多元化功能模塊構(gòu)成。學(xué)生在登錄平臺之后，人機(jī)交互界面首頁便可以將其運(yùn)動范圍線框顯示出來，通過在規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行體育運(yùn)動，便可以由平臺完成訓(xùn)練信息的實(shí)時采集任務(wù)，與互聯(lián)網(wǎng)相連，平臺實(shí)現(xiàn)對各項運(yùn)動信息的實(shí)時跟蹤并記錄。圖1所示為體能訓(xùn)練監(jiān)控平臺后臺架構(gòu)，對其主要功能進(jìn)行分析，即全面、精準(zhǔn)管理學(xué)生體能訓(xùn)練數(shù)據(jù)，該架構(gòu)對人體輪廓檢測算法以及體能消耗算法等進(jìn)行集成，通過移動終端內(nèi)置的圖像傳感器，執(zhí)行學(xué)生實(shí)際體能訓(xùn)練圖像的采集任務(wù)，并在完成數(shù)據(jù)采集之后向圖像處理模塊傳輸，該模塊對Canny邊緣檢測算法加以運(yùn)用，高效提取學(xué)生人體特征輪廓，并進(jìn)一步與位姿估計等算法相結(jié)合對學(xué)生體能訓(xùn)練動作和規(guī)范動作之間的偏差進(jìn)行準(zhǔn)確識別，為后續(xù)訓(xùn)練規(guī)劃的制訂提供重要參考依據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊可以為平臺提供連續(xù)性的學(xué)生體能訓(xùn)練信息，在此基礎(chǔ)上生成體能訓(xùn)練趨勢圖，平臺結(jié)合趨勢圖，對體能訓(xùn)練數(shù)據(jù)中的關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行進(jìn)一步挖掘，得到學(xué)生自主訓(xùn)練規(guī)律，進(jìn)而反饋給體育教師，幫助教師獲取智能化的訓(xùn)練指導(dǎo)方案。

3.2、研發(fā)學(xué)生體質(zhì)健康管理系統(tǒng)

體育教學(xué)改革需要嚴(yán)格遵循“健康第一”原則，在對體育教師人才隊伍進(jìn)行培養(yǎng)、學(xué)生體育教學(xué)成果進(jìn)行評價以及對體育教學(xué)模式進(jìn)行設(shè)計的過程中，都必須做到對健康理念的踐行。在體育教學(xué)中應(yīng)用人工智能技術(shù)，可以研發(fā)學(xué)生體質(zhì)健康管理系統(tǒng)，通過系統(tǒng)運(yùn)行及有效應(yīng)用，達(dá)到學(xué)生體質(zhì)健康實(shí)時監(jiān)測及智能化管理的重要目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)生終身體育教育理念的發(fā)展。在當(dāng)前人工智能飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用的宏觀背景下，體育教育改革工作的推進(jìn)應(yīng)明確切入點(diǎn)，即對事物發(fā)展趨勢及其內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行發(fā)掘。體育教師應(yīng)對學(xué)生的基礎(chǔ)體質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面與準(zhǔn)確分析，確定其健康水平實(shí)際情況，在此基礎(chǔ)上制定與學(xué)生實(shí)際相契合的體質(zhì)健康管理方案，這對學(xué)生體質(zhì)健康管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用提出要求。

系統(tǒng)主要以學(xué)生為對象，對其體質(zhì)健康數(shù)據(jù)進(jìn)行全面收集與精準(zhǔn)分析，主要由兩個模塊構(gòu)成：（1）數(shù)據(jù)采集模塊，主要基于對可穿戴裝置、傳感器等的應(yīng)用，執(zhí)行學(xué)生體質(zhì)健康數(shù)據(jù)的采集任務(wù)。細(xì)化而言，學(xué)生進(jìn)行可穿戴裝置的穿戴，完成之后便可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對各項所需數(shù)據(jù)信息的采集，此類數(shù)據(jù)具有微觀性，可為單個學(xué)生體質(zhì)健康分析的針對性提供保證；傳感器通常在學(xué)校體育館以及運(yùn)動區(qū)域布設(shè)，能夠從相對宏觀的層面采集學(xué)生信息，相對而言，只可以為體質(zhì)評價及測試提供相應(yīng)參考；（2）數(shù)據(jù)分析與管理模塊。圖2所示為利用體質(zhì)健康管理系統(tǒng)對學(xué)生體質(zhì)健康信息進(jìn)行管理的流程，根據(jù)該圖，系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析與管理模塊可以發(fā)揮出分析并運(yùn)用學(xué)生體質(zhì)健康信息的作用，涉及學(xué)生體質(zhì)測試以及健康信息周期性匯總等。在“體質(zhì)測試”功能的支持下，體育教師可以了解學(xué)生的體質(zhì)健康情況，在此基礎(chǔ)上對后續(xù)體育課程進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化體能訓(xùn)練比重，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生體質(zhì)健康水平的進(jìn)一步提升，而學(xué)生同樣可以對自己的體質(zhì)測試結(jié)果進(jìn)行查看?！敖】敌畔⒅芷谛詤R總”主要為教師、學(xué)校乃至上級體育教育管理部門提供各層級學(xué)生體質(zhì)水平的周期性測評數(shù)據(jù)，上級體育教育管理部門能夠利用該模塊對學(xué)校學(xué)生整體體質(zhì)情況進(jìn)行審核，生成周期性體質(zhì)報告，和其他地區(qū)學(xué)生體質(zhì)健康報告相結(jié)合，便可以形成輻射范圍更廣的大數(shù)據(jù)，為教育部門更新體育教學(xué)綱領(lǐng)等提供重要依據(jù)。

3.3、打造體育競技教學(xué)決策體系

為了實(shí)現(xiàn)體育課程教學(xué)如籃球、排球等課程教學(xué)的優(yōu)化，體育教師可以借助于體育競技教學(xué)決策平臺，基于機(jī)器視覺等相關(guān)技術(shù)的支持對學(xué)生在進(jìn)行運(yùn)動競技之時的位置與能力等相關(guān)信息進(jìn)行采集，進(jìn)一步與系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合，為后續(xù)體育競技教學(xué)決策的制定提供可選方案。在體育競技教學(xué)決策平臺中，Agent能夠?qū)w育競技戰(zhàn)略的布局信息進(jìn)行智能化感知與分析，主要包括以下類型：（1）數(shù)據(jù)采集Agent，在多元化渠道的運(yùn)用下采集學(xué)生在體育競技中的信息，通過數(shù)據(jù)清洗技術(shù)將沒有價值的信息剔除，進(jìn)一步利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，得到競技戰(zhàn)略現(xiàn)狀評價數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫中存儲，之后由用戶Agent對競技戰(zhàn)略現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行評價，按照決策系統(tǒng)許可的標(biāo)準(zhǔn)重新布局，并由此繪制規(guī)范化信息表；（2）匹配Agent。對現(xiàn)場采集布局信息與決策系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行匹配，基于決策算法的支持生成競技戰(zhàn)略方案，由體育教師獲取方案，并明確方案優(yōu)先級，有效解決人工生成體育戰(zhàn)術(shù)布局難度大這一問題。

4、結(jié)語

綜合而言，人工智能技術(shù)近年來呈現(xiàn)出飛速發(fā)展與日益成熟之勢，為體育教學(xué)提供重要機(jī)遇，體育教師應(yīng)合理應(yīng)用人工智能技術(shù)，搭建多元化平臺，為體育教學(xué)優(yōu)化提供重要支持，擺脫以往教學(xué)束縛，在全面激發(fā)學(xué)生體育學(xué)習(xí)興趣的同時發(fā)揮出對體育教學(xué)高質(zhì)量發(fā)展的有力推動作用。

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