我國學(xué)校體育線上線下混合教學(xué)云平臺的設(shè)計(jì)研究

摘要：為了緩解偏遠(yuǎn)地區(qū)優(yōu)質(zhì)體育教育資源匱乏的現(xiàn)狀，落實(shí)優(yōu)質(zhì)體育教育資源均衡發(fā)展，本研究以體育線上線下混合教學(xué)云平臺的設(shè)計(jì)為例，研究其關(guān)鍵技術(shù)的構(gòu)成。以項(xiàng)目設(shè)計(jì)功能模塊組為切入點(diǎn)，討論包括線上線下混合教學(xué)平臺、數(shù)據(jù)中臺、評價(jià)體系、教學(xué)過程分析平臺、管理與教學(xué)駕駛艙、教育管理統(tǒng)一門戶、教育應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)，搭建從云端到體育教學(xué)場所端的整體解決方案，對提升我國學(xué)校體育信息化的發(fā)展速度具有積極的推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：學(xué)校體育；線上線下混合；教學(xué)云平臺

中圖分類號：G85 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-2443（2024）05-0486-08

為了更好地落實(shí)《關(guān)于深化體教融合促進(jìn)青少年健康發(fā)展的意見》，解決我國不同區(qū)域的學(xué)校體育教育質(zhì)量發(fā)展水平梯次性、差異性問題，緩解偏遠(yuǎn)地區(qū)優(yōu)質(zhì)體育教育資源匱乏的現(xiàn)狀［1］?；ヂ?lián)網(wǎng)+體育教育線上線下混合教學(xué)云平臺的應(yīng)用，旨在將人工智能及大數(shù)據(jù)技術(shù)與體育教學(xué)活動(dòng)為核心的深度應(yīng)用融合為引擎，搭建從云端到教學(xué)場所端的整體解決方案，從而加快我國學(xué)校體育信息化的提升速度，推進(jìn)落實(shí)優(yōu)質(zhì)體育教育資源均衡發(fā)展，實(shí)現(xiàn)體育教學(xué)模式的變革。

1 核心概念界定與現(xiàn)狀述評

線上線下混合式教學(xué)是信息技術(shù)與傳統(tǒng)課堂教育相混合的一種全新教學(xué)模式，是指教師利用互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端、錄播課堂、雙師課堂等現(xiàn)代信息化技術(shù)，構(gòu)建線上線下混合多種創(chuàng)新教學(xué)模式。這種教學(xué)模式需要綜合運(yùn)用不同的學(xué)習(xí)理論、技術(shù)手段和應(yīng)用方式，對教師的教學(xué)資源建設(shè)、教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)管理提出了更高的要求。

國內(nèi)最早正式倡導(dǎo)混合式教學(xué)模式的是北京師范大學(xué)的何克抗教授，他認(rèn)為混合式教學(xué)模式把傳統(tǒng)教學(xué)方式的優(yōu)勢和網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)的優(yōu)勢結(jié)合起來，既發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性［2］。2015 年之后，我國學(xué)者們開始關(guān)注混合式教學(xué)的應(yīng)用和實(shí)際教學(xué)效果方面的研究。馮昕燁基于“雨課堂”平臺對混合式學(xué)習(xí)模式進(jìn)行構(gòu)建；周麗景基于“超新星”平臺以學(xué)生知識需求為中心，獲得能力為導(dǎo)向確定了線上線下混合式教學(xué)模式；李富蕓提出基于學(xué)習(xí)活動(dòng)的混合式學(xué)習(xí)模型；白文倩提出關(guān)注為學(xué)習(xí)活動(dòng)提供資源支持的教學(xué)設(shè)計(jì)模式；黃志芳基于深度學(xué)習(xí)理論，以學(xué)習(xí)者為中心構(gòu)建了面對面線下學(xué)習(xí)與線上MOOC 平臺相融合的混合式學(xué)習(xí)模式。

國外方面，2001 年美國 Elaine Voci 和英國 Kevin Young 首先明確提出混合式教學(xué)這種融合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和課堂教學(xué)的均衡教學(xué)方式。隨后，美國 Carol A.Twigg 博士提出 PCR 模式——補(bǔ)充模式、取代模式、中央市場模式、完全線上模式、自助餐模式［3］；2020 年，Jared Stein 總結(jié)混合式教學(xué)發(fā)展過程，建議從結(jié)果開始混合式教學(xué)設(shè)計(jì)，通過評估設(shè)置在線學(xué)習(xí)環(huán)境、線上學(xué)習(xí)活動(dòng)以及線下學(xué)習(xí)活動(dòng)，并不斷改進(jìn)混合式教學(xué)。英國、新加坡、美國等國家 50%以上的高校教師采用混合式教學(xué)方式。

2 教學(xué)云平臺的關(guān)鍵技術(shù)

本研究以項(xiàng)目設(shè)計(jì)功能模塊組為切入點(diǎn)，討論包括教育線上線下混合教學(xué)平臺、教育數(shù)據(jù)中臺、教育評價(jià)體系、教學(xué)過程分析平臺、管理與教學(xué)駕駛艙、教育管理統(tǒng)一門戶、教育應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)，同時(shí)項(xiàng)目建設(shè)將與現(xiàn)運(yùn)行的教育應(yīng)用平臺實(shí)現(xiàn)對接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上的互聯(lián)互通，提供互聯(lián)網(wǎng)+教育線上線下混合教學(xué)應(yīng)用。

項(xiàng)目計(jì)劃按照“云網(wǎng)端”思路，關(guān)鍵技術(shù)按照“五個(gè)1 + N”，即“1個(gè)線上線下混合教學(xué)云平臺、1個(gè)數(shù)據(jù)中臺、1套教育評價(jià)體系、1個(gè)教學(xué)過程支持平臺、1個(gè)統(tǒng)一門戶和N個(gè)應(yīng)用”的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，并與現(xiàn)有信息化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，從而實(shí)現(xiàn)多端兼容與多端互通。

2.1 教育數(shù)據(jù)中臺

通過大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)計(jì)算、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)治理及統(tǒng)一運(yùn)維監(jiān)控等能力的建設(shè)，為建設(shè)集大數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)建模分析、數(shù)據(jù)可視化、運(yùn)維監(jiān)控等各項(xiàng)基礎(chǔ)能力，同時(shí)具備開放的數(shù)據(jù)服務(wù)接口能力的全域教育數(shù)據(jù)中臺。消除信息孤島，同時(shí)通過數(shù)據(jù)深度挖掘、分析形成專題數(shù)據(jù)庫，為大數(shù)據(jù)決策分析提供支撐，最終形成教育數(shù)據(jù)資源“聚、通、用”體系（圖1）。

2.2 體育教學(xué)評價(jià)體系

依據(jù)國家有關(guān)政策標(biāo)準(zhǔn)和教育學(xué)理論，制定具有我國特色的體育教學(xué)評價(jià)指標(biāo)體系（圖2）。結(jié)合各個(gè)學(xué)校體育教學(xué)的實(shí)際需求，制定覆蓋學(xué)生、教師、學(xué)校各年級和學(xué)段的公共體育教學(xué)評價(jià)指標(biāo)組合體系。包括體育認(rèn)知、體育行為、體育技能等多維度評價(jià)方式，充分體現(xiàn)素質(zhì)教育要求、以學(xué)生發(fā)展為核心、科學(xué)多元的體育教育測量評價(jià)體系。面向?qū)W生的評價(jià)將依照教育部頒布的 “中國學(xué)生核心素養(yǎng)體系”“體質(zhì)健康測試標(biāo)準(zhǔn)”等科學(xué)研發(fā)。涵蓋學(xué)生課堂體育成績、體質(zhì)健康達(dá)標(biāo)等級、課后體育鍛煉、運(yùn)動(dòng)技能等級評價(jià)等評價(jià)維度。

2.2.1 教師專業(yè)發(fā)展評價(jià) 結(jié)合教學(xué)過程、教研活動(dòng)的應(yīng)用，開始試點(diǎn)我國體育教師專業(yè)發(fā)展評價(jià)體系，是以事實(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用相對評價(jià)、增值評價(jià)、發(fā)展評價(jià)相融合的多維度評價(jià)模式，主要從教師教學(xué)質(zhì)量、教師教學(xué)能力、教師科研能力、教師學(xué)習(xí)能力、師德師風(fēng)、學(xué)生感受評估、教師心理健康等方面對教師發(fā)展進(jìn)行全面評估，可以更加科學(xué)合理、公正公平、客觀準(zhǔn)確地提供全面的評價(jià)結(jié)果。

2.2.2 學(xué)校體育發(fā)展評價(jià) 面向我國學(xué)校體育整體宏觀層面進(jìn)行評價(jià)，主要包括體育教育規(guī)模、體育教育經(jīng)費(fèi)投入情況、體育教育資源均衡等維度。通過對各類體育教育資源、體育教育供給、體育教育需求、體育教育產(chǎn)出數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、年度間時(shí)間序列發(fā)展趨勢分析、區(qū)域間比較分析、學(xué)校間比較分析，對達(dá)標(biāo)情況、供需匹配、均衡、效能等宏觀、中觀問題進(jìn)行分析，為我國體育教育資源規(guī)劃提供可視化呈現(xiàn)，為決策提供依據(jù)。

因此，在上述眾多的評價(jià)指標(biāo)中，“運(yùn)動(dòng)技能提升情況”“學(xué)生體質(zhì)健康狀況”“師德師風(fēng)”“教師教學(xué)能力”等能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)過程、課后鍛煉、運(yùn)動(dòng)能力進(jìn)行清晰反饋，對教師愛崗敬業(yè)，依法執(zhí)教、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的能力進(jìn)行精準(zhǔn)評估的指標(biāo)及數(shù)據(jù)模型是整個(gè)評價(jià)體系的核心。

2.3 可視化教學(xué)支持平臺

本平臺將涵蓋我國不同區(qū)域的大中小學(xué)，在不同學(xué)段中結(jié)合智能化運(yùn)動(dòng)設(shè)備與云平臺構(gòu)建多層次動(dòng)態(tài)線上+線下教學(xué)體系，將以學(xué)生/教師為核心，從“教”“學(xué)”“考”“評”“管”五個(gè)維度構(gòu)建包括學(xué)生品德表現(xiàn)、學(xué)生運(yùn)動(dòng)技能水平、學(xué)生體質(zhì)健康、教師師德師風(fēng)、教師教學(xué)能力、教師教學(xué)質(zhì)量、教師教學(xué)科研等多個(gè)大維度的特色教育模型，通過可視化教學(xué)支持平臺、設(shè)備智能化管理平臺以及學(xué)習(xí)行為信息化平臺綜合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析，實(shí)施全過程動(dòng)態(tài)體育教學(xué)及體育教學(xué)質(zhì)量評價(jià)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化、可視化的教學(xué)改進(jìn)、教育管理和科學(xué)決策支持。通過對數(shù)據(jù)的橫向和縱向深度分析，在區(qū)域和學(xué)校層面形成教學(xué)分析體系（圖3）。

2.4 管理與教學(xué)駕駛艙

管理與教學(xué)駕駛艙基于線上線下混合教學(xué)模式，進(jìn)行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析的交互可視化系統(tǒng)（見圖4）。將線下體育教學(xué)場所結(jié)合平臺上的應(yīng)用，可按運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目、班級、學(xué)校等，經(jīng)過多維度、多層面的對比分析從而形成多樣化的圖表數(shù)據(jù)為教務(wù)管理人員、校級管理人員等提供不同權(quán)限、不同層次的可視化教學(xué)數(shù)據(jù)。在傳統(tǒng)校園體育教育基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)數(shù)字空間，以拓展現(xiàn)實(shí)體育教育的時(shí)間和空間維度，提升傳統(tǒng)體育教育的管理、運(yùn)行效率及教學(xué)質(zhì)量［4］。

管理與教學(xué)駕駛艙旨在通過情景測評采集多元數(shù)據(jù)的服務(wù)。支持各個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)技能、體質(zhì)健康測評及考試組織和參與，對象覆蓋學(xué)生、教師、校長、管理人員，通過主體多元評價(jià)，全面呈現(xiàn)各相關(guān)群體理念、水平、狀態(tài)，并進(jìn)行相關(guān)性分析，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)中臺進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、清洗、分析挖掘。該應(yīng)用可支撐每一所學(xué)校，實(shí)現(xiàn)各類線上專業(yè)體育教學(xué)的評價(jià)項(xiàng)目。對管理者、教師、學(xué)生各角色，以及學(xué)校實(shí)施基于體育教育測量技術(shù)的結(jié)果評價(jià)、過程評價(jià)、增值評價(jià)、綜合評價(jià)。是各類體育教育測量評價(jià)項(xiàng)目的管理、實(shí)施平臺，為學(xué)校體育教育提供寶貴的深度教育測量數(shù)據(jù)。

通過管理與教學(xué)駕駛倉的體育教育數(shù)據(jù)分析，遴選優(yōu)質(zhì)學(xué)校為名校網(wǎng)絡(luò)體育課堂基地校，創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)學(xué)校，開設(shè)名校體育網(wǎng)絡(luò)課堂；各校優(yōu)秀教師精品學(xué)習(xí)資源，開設(shè)體育在線課程等，組織各優(yōu)質(zhì)學(xué)校同薄弱學(xué)校結(jié)對幫扶，向薄弱學(xué)校開放優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)體育教育資源，構(gòu)建校際體育互動(dòng)教學(xué)，以攜手同步發(fā)展。

2.5 線上線下混合教學(xué)云平臺的結(jié)構(gòu)

線上線下混合式教學(xué)平臺的建設(shè)，意在消除傳統(tǒng)體育教學(xué)的時(shí)空阻礙，改變傳統(tǒng)的教與學(xué)的方式，解決優(yōu)資師資和教學(xué)資源不勻衡問題，提升課堂教學(xué)質(zhì)量，將不同項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)水平的學(xué)生和教師組成共同體，高效地開展體育教學(xué)。各個(gè)運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的老師可以通過在線授課或答疑，與學(xué)生實(shí)現(xiàn)“面對面”的交流和指導(dǎo)，共同參加各類體育教學(xué)活動(dòng)。

該模塊將采用多種技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)備課、教學(xué)、答疑、鍛煉、評測、評價(jià)、反饋等教育線上全場景再現(xiàn)，可以不局限于特定的學(xué)校、班級、班額，可以不受制于時(shí)空限制，可以采用不同的學(xué)習(xí)進(jìn)度，讓不同學(xué)習(xí)能力學(xué)生自主選擇相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容與資源。課程內(nèi)容還可以通過點(diǎn)播、回放相關(guān)視頻資源等方式反復(fù)學(xué)習(xí)鞏固，滿足了不同學(xué)生對于同一學(xué)習(xí)內(nèi)容需要不同的學(xué)習(xí)時(shí)間的學(xué)習(xí)差異需求等。學(xué)生利用線上網(wǎng)絡(luò)平臺完成自主學(xué)習(xí)。利用線上極大豐富的教育資源，不同風(fēng)格的名師教學(xué)活動(dòng)在網(wǎng)上提供菜單式選擇，學(xué)生在教師指導(dǎo)下利用教育資源形成個(gè)性化培養(yǎng)方案，實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)可學(xué)、處處能學(xué)、人人皆學(xué)。實(shí)現(xiàn)“雙師課堂”“線上線下混合教學(xué)”多種模式教學(xué)應(yīng)用；最大化因材施教促進(jìn)學(xué)生自由和全面發(fā)展，切實(shí)消除優(yōu)質(zhì)教育資源不均衡，為教學(xué)、教研質(zhì)量同質(zhì)化建設(shè)、發(fā)展提供支撐和保障。

線上線下混合教學(xué)云平臺的層級結(jié)構(gòu)自底向上分別為：基礎(chǔ)設(shè)施硬件層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理層、平臺應(yīng)用層。三個(gè)層級環(huán)環(huán)相扣，較低層級是較高層級工作的基礎(chǔ)（見圖5）。

2.5.1 基礎(chǔ)設(shè)施硬件層 基礎(chǔ)設(shè)施硬件層包括支撐數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理層、平臺應(yīng)用層的服務(wù)運(yùn)行所需要的服務(wù)器、路由器、交換機(jī)、數(shù)據(jù)庫等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和用于采集學(xué)生體感數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的配置如下：服務(wù)器用于搭建教學(xué)云平臺的用戶交互界面展示和后端數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)老師和學(xué)生的基本信息、課程信息、成績信息等；路由器和交換機(jī)中的防火墻策略、IP映射規(guī)則、VPN訪問通道用于向?qū)W校內(nèi)網(wǎng)和公網(wǎng)提供訪問云平臺的通道，讓用戶可以在學(xué)校以外的地區(qū)方便快捷地訪問教學(xué)云平臺。

各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，如可穿戴運(yùn)動(dòng)手環(huán)/手表、佩戴式運(yùn)動(dòng)傳感器、智能運(yùn)動(dòng)設(shè)備、智能健康檢測設(shè)備等是教學(xué)云平臺線上和線下有機(jī)結(jié)合的重要組成部分。在傳統(tǒng)的教學(xué)云平臺中，平臺雖然提供了學(xué)生身體健康數(shù)據(jù)和課程成績存儲(chǔ)系統(tǒng)的功能，但是這些數(shù)據(jù)需要教師手動(dòng)從紙質(zhì)的成績表單中錄入系統(tǒng)，效率較為低下，沒有做到線上線上的有機(jī)結(jié)合。隨著5G網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，“萬物互聯(lián)”的信息化社會(huì)已見雛形。物聯(lián)網(wǎng)是在傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，以其內(nèi)部的嵌入式系統(tǒng)所提供的協(xié)議使用藍(lán)牙、紅外射頻、超頻寬無線通信技術(shù)等通信方式與周圍支持相同協(xié)議的設(shè)備進(jìn)行連接和通信，實(shí)現(xiàn)信息傳遞、物體追蹤、物體監(jiān)測等功能。將物聯(lián)網(wǎng)用設(shè)備融入體育課程的線下教學(xué)中，可以達(dá)到教學(xué)智慧化、教學(xué)效率最大化的效果。國務(wù)院出臺的《物聯(lián)網(wǎng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)三年行動(dòng)計(jì)劃（2021—2023年）》中指出：“到2023年底，在國內(nèi)主要城市初步建成物聯(lián)網(wǎng)新型基礎(chǔ)設(shè)施，社會(huì)現(xiàn)代化治理、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和民生消費(fèi)升級的基礎(chǔ)更加穩(wěn)固。具體發(fā)展目標(biāo)體現(xiàn)為‘五個(gè)一’，突破一批制約物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵共性技術(shù)，培育一批示范帶動(dòng)作用強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)主體和運(yùn)營主體，催生一批可復(fù)制、可推廣、可持續(xù)的運(yùn)營服務(wù)模式，導(dǎo)出一批賦能作用顯著、綜合效益優(yōu)良的行業(yè)應(yīng)用，構(gòu)建一套健全完善的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和安全保障體系?！倍隗w育線上線下混合教學(xué)云平臺中引入物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，則是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在教育行業(yè)的一個(gè)可復(fù)制、可推廣、可持續(xù)的生動(dòng)實(shí)踐，符合國家發(fā)展要求。

由于體育課程有運(yùn)動(dòng)認(rèn)知性的特點(diǎn)，與文化課相比更為注重實(shí)踐，因此引入物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以采集學(xué)生的運(yùn)動(dòng)信息，有效反饋體育教師的教學(xué)。學(xué)生在體育課上運(yùn)動(dòng)時(shí)佩戴提前錄入個(gè)人信息的智能手環(huán)和穿戴式運(yùn)動(dòng)傳感器等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，設(shè)備可以記錄其運(yùn)動(dòng)全程的生物體征信息（心率信息、壓力信息、體溫信息等）和特定運(yùn)動(dòng)評價(jià)指標(biāo)（步頻、步幅、沖擊負(fù)載率、擊球次數(shù)等）。課程結(jié)束后，教師將發(fā)放給學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備統(tǒng)一回收，使用專用數(shù)據(jù)設(shè)備將運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)錄入教學(xué)云平臺中，也可以由物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備自行上傳至平臺中。此方法也可以用于學(xué)生體質(zhì)測試信息的采集。相較于傳統(tǒng)的手工錄入，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備間便捷的數(shù)據(jù)傳輸方式大大降低了教師的工作量，使教師有更多時(shí)間專注于教學(xué)，同時(shí)采集到的學(xué)生健康和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)也更為詳細(xì)。

2.5.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理層 國務(wù)院印發(fā)的《中國教育現(xiàn)代化2035》中指出，以人工智能為代表的信息技術(shù)對教育發(fā)展具有促進(jìn)作用與革新價(jià)值［5］。使用人工智能技術(shù)賦能體育教育，促進(jìn)學(xué)生培養(yǎng)向著科學(xué)化、個(gè)性化發(fā)展，探索在人工智能技術(shù)加持下的智慧教學(xué)形態(tài)，是混合教學(xué)云平臺的理念之一。而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理層的設(shè)計(jì)則是該理念的生動(dòng)體現(xiàn)之一。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理層屬于混合教學(xué)云平臺的線上部分。該部分由數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)處理服務(wù)器構(gòu)成。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理層根據(jù)基礎(chǔ)硬件設(shè)施層中物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)的協(xié)議特點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳輸方式，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸接口和命令交互接口。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過數(shù)據(jù)傳輸接口向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理層傳輸學(xué)生的健康和運(yùn)動(dòng)信息，并將原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理層也可以通過命令交互接口操縱對應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，執(zhí)行數(shù)據(jù)重傳、數(shù)據(jù)清除、設(shè)備批量初始化等操作。然后，數(shù)據(jù)處理層將采集到的數(shù)據(jù)使用人工智能算法（如聚類、識別、動(dòng)態(tài)追蹤等）分析，可以獲得學(xué)生個(gè)體代謝水平、攝氧量、訓(xùn)練壓力、訓(xùn)練恢復(fù)時(shí)間等數(shù)據(jù)，便于平臺應(yīng)用層調(diào)用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行個(gè)性化的體育學(xué)習(xí)和制定訓(xùn)練方案。

相較于傳統(tǒng)教學(xué)中教師沒有大量精力分析每個(gè)學(xué)生的體質(zhì)信息和運(yùn)動(dòng)信息，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理層給出了改進(jìn)意見和方案，人工智能可以綜合學(xué)生各方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)化的分析，在短時(shí)間內(nèi)給出個(gè)性化的學(xué)習(xí)建議和方案，有助于學(xué)生的科學(xué)發(fā)展和全面發(fā)展。使用聚類分析算法（如K-Means、DBSCAN算法）處理采集到的數(shù)據(jù)，可以獲得個(gè)體、班級、學(xué)院、年級、學(xué)校等層面的學(xué)生整體體育素質(zhì)水平的評價(jià)數(shù)據(jù)。經(jīng)過平臺應(yīng)用層的數(shù)據(jù)可視化，教師可以根據(jù)數(shù)據(jù)平均值、中位值、成績分布等指標(biāo)制定合適的體育培養(yǎng)計(jì)劃，補(bǔ)短板、強(qiáng)弱項(xiàng)、固優(yōu)勢，使體育教學(xué)方針更好地符合教學(xué)實(shí)際。將人工智能算法分析出的個(gè)體個(gè)性特點(diǎn)與聚類算法分析出的整體共性特點(diǎn)的有機(jī)結(jié)合，既保證了宏觀培養(yǎng)方案的大方向正確，又為微觀個(gè)體提供了個(gè)性化的改進(jìn)建議，科學(xué)有效地提高體育教學(xué)能力和水平。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理層在混合教學(xué)云平臺整體結(jié)構(gòu)中起著承上啟下的作用。由于本層級中的存儲(chǔ)和經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)語義特征尚不夠清晰明確，不利于平臺使用者理解和分析，所以這些數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步處理才能應(yīng)用于實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)中。因此，除了需要設(shè)計(jì)與基礎(chǔ)硬件設(shè)施層通信的接口，還需要向平臺應(yīng)用層暴露數(shù)據(jù)共享接口。平臺0asYKgMoUtBjaxecH+VYVtpmYboJ3GJ4N35/pTYZ0SM=應(yīng)用層通過調(diào)用本層的數(shù)據(jù)共享接口獲取數(shù)據(jù)，根據(jù)教學(xué)需求將數(shù)據(jù)可視化或定制個(gè)性化的數(shù)據(jù)分析服務(wù)。

2.5.3 平臺應(yīng)用層 平臺應(yīng)用層是混合教學(xué)云平臺的最頂層，也是直接與各種用戶交互的層級。該層級主要有兩個(gè)功能，一是接入各種體育教學(xué)應(yīng)用，二是為各種用戶提供訪問應(yīng)用的可視化交互界面。

平臺上的應(yīng)用主要分為兩類。第一類應(yīng)用是基于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理層提供的數(shù)據(jù)共享接口進(jìn)行二次開發(fā)的數(shù)據(jù)類應(yīng)用。這類應(yīng)用一般為數(shù)據(jù)可視化、分析預(yù)警應(yīng)用。數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用可以將學(xué)生的體質(zhì)數(shù)據(jù)和課程數(shù)據(jù)以餅圖、折線圖、柱狀圖等形式展現(xiàn)出來，在課后生成學(xué)生的課堂訓(xùn)練分析報(bào)告，還可以根據(jù)時(shí)間順序分析學(xué)生的體質(zhì)、運(yùn)動(dòng)效果、課堂成績變化趨勢，便于學(xué)生和老師掌握學(xué)習(xí)、教學(xué)情況和效果，并采取相應(yīng)措施增進(jìn)教學(xué)效果。分析預(yù)警應(yīng)用可以監(jiān)視學(xué)生的體育成績指標(biāo)并及時(shí)預(yù)警。應(yīng)用設(shè)計(jì)者可以采用科學(xué)的算法設(shè)計(jì)一套體育成績評價(jià)體系，算法輸入為學(xué)生的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，輸出為一個(gè)體育綜合評價(jià)分?jǐn)?shù)。在分?jǐn)?shù)低于教師設(shè)定的閾值時(shí)向教師和學(xué)生發(fā)送學(xué)業(yè)預(yù)警信息，便于教師及時(shí)采取措施引導(dǎo)學(xué)生糾正學(xué)習(xí)態(tài)度，改進(jìn)學(xué)習(xí)方法。該應(yīng)用可以有效應(yīng)對體育教師在一人負(fù)責(zé)多個(gè)班級教學(xué)的情況下，無法對每位學(xué)生進(jìn)行細(xì)致的課后學(xué)業(yè)跟蹤的難點(diǎn)。

第二類應(yīng)用是與數(shù)據(jù)無關(guān)或關(guān)聯(lián)較少的應(yīng)用，主要為教學(xué)資源管理應(yīng)用、教學(xué)意見反饋應(yīng)用等事務(wù)管理應(yīng)用。教學(xué)資源管理應(yīng)用提供的功能有教師上傳體育理論教學(xué)資源、理論教學(xué)資源的分發(fā)與共享、在線課程的直播與錄制等。隨著混合教學(xué)云平臺的推廣，教學(xué)資源也會(huì)隨著使用人數(shù)的增加而增加，促進(jìn)了各學(xué)校優(yōu)質(zhì)教育資源的共享，在此基礎(chǔ)上引入資源審核評分機(jī)制，可以打造精品化的教學(xué)資源平臺。同時(shí)，教學(xué)資源管理應(yīng)用與平臺應(yīng)用層上的數(shù)據(jù)類應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，根據(jù)學(xué)生成績的分析結(jié)果，針對學(xué)生的薄弱之處為其推薦具有個(gè)性化特點(diǎn)的教學(xué)資源，對癥下藥，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。教學(xué)意見反饋應(yīng)用則進(jìn)一步打破師生溝通的時(shí)空限制，學(xué)生遇到問題可以隨時(shí)在平臺上給教師留言，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)提醒教師查看并解決學(xué)生提出的問題，進(jìn)一步加強(qiáng)師生間的溝通效率。

平臺應(yīng)用層與用戶交互的軟件部分主要采用B/S架構(gòu)。B/S 架構(gòu)是前后端分離項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的一種，采用前后端分離的結(jié)構(gòu)，前端與后端獨(dú)立開發(fā)。前后端開發(fā)人員約定交互接口，前端通過接口調(diào)用后端的API，前端只需要關(guān)注頁面的樣式與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的解析和渲染，而后端專注于具體業(yè)務(wù)邏輯［6］。前后端通過HTTP請求進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。前后端分離的開發(fā)方法可以提高工作效率，分工更加明確，兩者開發(fā)可以同時(shí)進(jìn)行。在后端沒有提供接口的時(shí)候，前端可以使用自定義的一定格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，頁面的增加和路由的修改完全在前端進(jìn)行，開發(fā)更加靈活。與傳統(tǒng)的MVC結(jié)構(gòu)相比，通過配置路由，可以實(shí)現(xiàn)頁面的按需加載，無需一開始加載首頁便加載混合教學(xué)云平臺的所有的資源，服務(wù)器也不再需要解析前端頁面，在頁面交互及用戶體驗(yàn)上有所提升，同時(shí)可以使服務(wù)器后臺能更好地追求高并發(fā)、高可用、高性能，實(shí)現(xiàn)低耦合，減少后端服務(wù)器的并發(fā)/負(fù)載壓力［7］。

2.6 教育管理統(tǒng)一門戶

以1個(gè)線上線下融合教學(xué)云平臺為基石，建設(shè)“統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一授權(quán)管理、統(tǒng)一消息管理、統(tǒng)一開發(fā)接口、統(tǒng)一應(yīng)用授權(quán)”等標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、易于擴(kuò)展的支撐能力組合，形成支撐用戶和已建設(shè)應(yīng)用接入的云平臺體系（見圖6）。

實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一認(rèn)證登錄基礎(chǔ)上，建設(shè)體育教育管理門戶，整合現(xiàn)有管理類應(yīng)用，集官網(wǎng)、應(yīng)用、資源于一體，實(shí)現(xiàn)各個(gè)學(xué)校體育應(yīng)用的統(tǒng)一入口。

在認(rèn)證登錄統(tǒng)一和物理空間聚合的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步梳理區(qū)層面各項(xiàng)具體業(yè)務(wù)需求，以信息管理為切入，建設(shè)一套橫向覆蓋各業(yè)務(wù)部門、縱向貫穿局?？筛哳l使用的數(shù)據(jù)填報(bào)、在線協(xié)同的應(yīng)用，降低數(shù)據(jù)重復(fù)填報(bào)、提高行政辦公效率，以信息和數(shù)據(jù)管理智能化推進(jìn)體育教育管理智能化。

2.7 教育應(yīng)用生態(tài)

為更好地推進(jìn)大數(shù)據(jù)融合平臺在我國各級學(xué)校推廣使用，發(fā)揮信息技術(shù)對體育教育綜合改革的支撐引領(lǐng)作用，結(jié)合各個(gè)學(xué)校目前的實(shí)際情況，整合一批優(yōu)質(zhì)的體育教育教學(xué)應(yīng)用，建立我國體育教育應(yīng)用生態(tài)體系。

2.8 混合教學(xué)云平臺面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)

混合教學(xué)云平臺在疫情期間為不能返校的教師和學(xué)生提供線上教學(xué)和資源共享服務(wù)，在這個(gè)特殊的場景下，云平臺主要面臨兩大挑戰(zhàn)。

第一是教師和學(xué)生分布在國內(nèi)各個(gè)地區(qū)，偏遠(yuǎn)地區(qū)的用戶受下行寬帶的限制訪問線上直播資源和錄播視頻資源會(huì)存在較大的網(wǎng)絡(luò)延遲和卡頓。因此，為了保證基本的教學(xué)需求，云平臺應(yīng)該引入內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）。通過將教學(xué)資源緩存至用戶就近的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分發(fā)，縮短了用戶查看內(nèi)容的訪問延遲，提高了用戶訪問網(wǎng)站的響應(yīng)速度與網(wǎng)站的可用性，解決了網(wǎng)絡(luò)帶寬小、用戶訪問量大、網(wǎng)點(diǎn)分布不均等問題。

第二個(gè)是在線上課程排課密集的時(shí)段，用戶訪問量增大，云平臺服務(wù)器可能會(huì)負(fù)載過大宕機(jī)?？梢圆捎秘?fù)載均衡服務(wù)+容災(zāi)服務(wù)器的組合方案來解決這個(gè)問題。當(dāng)用戶訪問量增大時(shí)，負(fù)載均衡服務(wù)根據(jù)分配流量策略將請求分發(fā)到多臺服務(wù)器上，服務(wù)器之間定時(shí)進(jìn)行同步服務(wù)，可以緩解單一服務(wù)器的負(fù)載，降低宕機(jī)的可能性。使用負(fù)載均衡服務(wù)還可以輕松應(yīng)對混合教學(xué)云平臺在推廣過程中帶來的新的用戶訪問量，便于業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。當(dāng)服務(wù)器突發(fā)宕機(jī)時(shí)，容災(zāi)服務(wù)器還可以確保云平臺服務(wù)的可用性，讓用戶的服務(wù)請求能夠繼續(xù)運(yùn)行，保證信息系統(tǒng)提供的服務(wù)完整、可靠、一致。容災(zāi)服務(wù)器定時(shí)與主節(jié)點(diǎn)同步，備份主節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，因此還需要具備配套的備份服務(wù)，保證用戶數(shù)據(jù)的完整性、可靠性和一致性。負(fù)載均衡服務(wù)和容災(zāi)服務(wù)器相結(jié)合，還可以消除平臺的單機(jī)故障，大大提升了系統(tǒng)的可用性［8］。

3 結(jié)論與建議

3.1 不同時(shí)空下不同教師依托線上教學(xué)平臺與線下教學(xué)環(huán)境開展教學(xué)

這是線上線下混合式教學(xué)的根本形式，有教師授課的線上教學(xué)是保障在線學(xué)習(xí)質(zhì)量的重要條件。

3.2 線上線下混合式教學(xué)中是線上、線下教學(xué)目標(biāo)各有側(cè)重

教學(xué)目標(biāo)的差異是線上教學(xué)和線下教學(xué)各自優(yōu)勢在教學(xué)方面的重要反映。線上教學(xué)對知識技能等目標(biāo)效果更佳，在認(rèn)知水平方面，對于知道、理解、運(yùn)用相對有效；線下教學(xué)則更能促進(jìn)德智體美勞全面發(fā)展，差異化的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)才能最大化地體現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)的獨(dú)特優(yōu)勢。

3.3 線上、線下教學(xué)深度聯(lián)通

兩者的聯(lián)通主要反映在教師協(xié)作與教育數(shù)據(jù)共享兩個(gè)方面。具體表現(xiàn)為線上線下兩位教師基于線上、線下教學(xué)的獨(dú)特優(yōu)勢共同完成備課，實(shí)現(xiàn)線上、線下教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)互補(bǔ)；線上教學(xué)的信息化、智能化屬性使其天生便于教育數(shù)據(jù)的收集，并將智能化的數(shù)據(jù)分析與診斷貫穿線上線下教學(xué)過程中。

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The Design of Online and Offline Mixed Teaching Cloud Platform for School Physical Education in Our Country

DONG Qi1 ，GAO Feng1 ，GAO Yang2

（1. Sports Department， Beijing University of Posts and Telecommunications， Beijing 100876，China； 2.College of Computer Science and Technology， University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 101499， China）

Abstract： In order to alleviate the shortage of high-quality physical education resources in remote areas and implement the balanced development of high-quality physical education， this study takes the design of online and offline mixed teaching cloud platform for physical education as an example， and studies the composition of its key technology. Taking the project design function module group as the entry point，it discusses on-line and off-line mixed teaching platform， data center platform， evaluation system， teaching process analysis platform， management and teaching cockpit， education management unified portal and education application ecosystem， and builds the overall solution from the cloud to the sports teaching place which plays a positive role in improving the development speed of our school sports informatization.

Key words： school sports； online and offline mix；teaching cloud platform

（責(zé)任編輯：葉松慶）