基于人工智能的 中小學體質(zhì)健康監(jiān)測研究

摘 要：運用文獻資料法和邏輯分析法，對人工智能技術(shù)賦能中小學體質(zhì)健康監(jiān)測的路徑進行探析，旨在提高學校體質(zhì)健康監(jiān)測水平。當前人工智能技術(shù)涵蓋大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、自然語言處理技術(shù)、深度學習與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和計算機視覺等，通過對數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)、智能交互技術(shù)、生成式AI技術(shù)、知識圖譜等應(yīng)用場景進行探析，提出了研發(fā)數(shù)據(jù)驅(qū)動的體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、提高智能交互技術(shù)的應(yīng)用水平、推廣生成式人工智能與虛擬訓練技術(shù)、構(gòu)建知識圖譜與決策支持體系等賦能中小學體質(zhì)健康監(jiān)測策略。

關(guān)鍵詞：人工智能技術(shù)；體質(zhì)健康；學校體育；評價方法

中圖分類號：G623" " "文獻標識碼：A" " "文章編號：1005-2410（2025）01-0098-04

人工智能技術(shù)的進步，如算法的改進、計算能力的提高和數(shù)據(jù)處理能力的增強，將對學校健康監(jiān)測和評估產(chǎn)生重大影響[1]。這些進步將使人工智能系統(tǒng)能夠以更高的速度和準確性分析更大的數(shù)據(jù)集，從而對學生的健康狀況進行更精確的預(yù)測和洞察。隨著人工智能的不斷發(fā)展，它將為教育工作者和醫(yī)療保健專業(yè)人員提供越來越有價值的工具，用于評估和解決學生的健康需求。

一、人工智能在中小學體質(zhì)健康監(jiān)測中的作用分析

（一）體質(zhì)健康的自動篩查和診斷

利用穿戴式設(shè)備和傳感器收集學生的生理數(shù)據(jù)，如心率、血壓、體溫等，AI系統(tǒng)可以實時監(jiān)測學生的健康狀況[2]。通過深度學習技術(shù)，AI能夠分析學生的運動模式和體能測試結(jié)果，識別出可能的健康問題，如運動損傷風險、肌肉不平衡等。AI系統(tǒng)可以結(jié)合醫(yī)學知識庫，為學生提供個性化的健康建議和干預(yù)措施。

（二）體質(zhì)健康風險預(yù)測分析

通過收集學生的生活方式、飲食習慣、睡眠質(zhì)量等數(shù)據(jù)，AI可以構(gòu)建風險預(yù)測模型，預(yù)測學生未來可能出現(xiàn)的健康問題。AI可以分析學生群體的體質(zhì)健康趨勢，為學校提供預(yù)防性健康管理策略。利用遺傳學和表型數(shù)據(jù)，AI能夠識別出具有特定健康風險的學生，并提供針對性的健康管理方案。

（三）學生健康跟蹤和報告生成

AI系統(tǒng)可以自動記錄學生的健康數(shù)據(jù)，并生成詳細的健康跟蹤報告，包括體質(zhì)變化、運動習慣、營養(yǎng)攝入等。報告包括健康警示、改進建議和健康教育內(nèi)容，幫助學生和家長更好地了解健康狀況。通過與學校信息系統(tǒng)的集成，AI可以為教師提供學生健康的整體視圖，輔助教學和健康管理決策。

（四）數(shù)據(jù)驅(qū)動的學校體育課程評估

AI可以分析學生的體育活動參與度、運動技能掌握情況以及體質(zhì)健康改善效果，評估體育課程的有效性。利用大數(shù)據(jù)分析，AI能夠識別出哪些體育活動對學生體質(zhì)健康影響最大，為課程設(shè)計提供科學依據(jù)。AI還可以根據(jù)學生反饋和課程效果，提出課程內(nèi)容和教學方法的改進建議，以提高體育教學的質(zhì)量和效果。

二、人工智能在中小學生體質(zhì)健康監(jiān)測的應(yīng)用

人工智能技術(shù)的快速發(fā)展對于中小學體質(zhì)健康監(jiān)測評價技術(shù)和工具的開發(fā)和應(yīng)用具有重要科技支撐作用，如當前應(yīng)用較為普遍的大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、自然語言處理技術(shù)等。此外，深度學習與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、計算機視覺等人工智能技術(shù)也逐漸應(yīng)用到體質(zhì)健康監(jiān)測的分析、評價、訓練干預(yù)場景中（圖1）。

（一）數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用場景分析

數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)在學校體育中的應(yīng)用場景廣泛且多樣。在體育與健康課堂中實時監(jiān)測學生的運動負荷和運動密度，實現(xiàn)教學過程中學生運動心率和運動密度的可視化，輔助教師及時掌握體育教學情況并實現(xiàn)無感式過程性評價。學生們在課堂上佩戴智能手環(huán)，教師根據(jù)學生的運動數(shù)據(jù)進行精準施教[3]。具體應(yīng)用場景表現(xiàn)在兩個方面：一方面，對體質(zhì)測試設(shè)備進行智能化改造，為坐位體前屈、身體成分分析儀、握力器等加裝智能網(wǎng)聯(lián)模塊，學生刷卡或掃碼登記身份，測試完成后數(shù)據(jù)自動后臺上傳，實現(xiàn)身高體重、肺活量、坐位體前屈、握力、BMI、體成分分析等數(shù)據(jù)的高效精準采集[4]。另一方面，利用計算機視覺和機器學習技術(shù)，通過“運動畫像”系統(tǒng)，借助5G終端、智能App、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實現(xiàn)《國家學生體質(zhì)健康測試標準》全部項目的智能化測試，對學生日常鍛煉任務(wù)設(shè)定、管理、數(shù)據(jù)可視化展示分析。

（二）智能交互技術(shù)應(yīng)用場景分析

智能交互技術(shù)在體質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用，可以體現(xiàn)在通過智能設(shè)備收集用戶的健康數(shù)據(jù)，如使用智能手環(huán)監(jiān)測心率、睡眠質(zhì)量等，或是通過智能問答系統(tǒng)提供健康咨詢和體質(zhì)監(jiān)測的相關(guān)信息。例如，英派斯公司的體測機采用視覺人體姿態(tài)識別技術(shù)，通過深度學習算法重建人體骨架結(jié)構(gòu)，提供準確的體測報告，幫助健身者更好地了解自己的身體狀態(tài)并進行科學訓練。另外，應(yīng)用計算機視覺技術(shù)進行人體姿態(tài)評估，結(jié)合體育評價指標，對視頻中的運動者進行評價，提供圖文評價和改進建議，打破時空限制，實現(xiàn)智慧體育教學。

（三）生成式AI技術(shù)應(yīng)用場景分析

生成式AI技術(shù)是一種基于機器學習模型的技術(shù)，使計算機可以根據(jù)特定輸入生成新的內(nèi)容，例如文章、音樂、圖像等。生成式AI可以根據(jù)學生的體質(zhì)健康數(shù)據(jù)、運動歷史、偏好和目標，生成個性化的運動處方。這些處方可以詳細到運動類型、頻率、強度和持續(xù)時間[5]。具體而言，AI根據(jù)評估結(jié)果和學生的體質(zhì)健康情況，推薦適合的運動類型，例如有氧運動、力量訓練、柔韌性訓練或綜合性訓練。在此基礎(chǔ)上，AI制定詳細的運動計劃，包括運動的頻率、時長和強度，并根據(jù)學生的個人偏好和生活習慣進行個性化調(diào)整。另外，利用生成式AI技術(shù)，可以創(chuàng)建虛擬教練，它們能夠根據(jù)學生的實時表現(xiàn)和反饋，動態(tài)調(diào)整教學內(nèi)容和難度，提供定制化的訓練建議。

（四）知識圖譜應(yīng)用場景分析

結(jié)合人工智能知識圖譜和體質(zhì)監(jiān)測，可以開發(fā)智能體質(zhì)監(jiān)測和評估系統(tǒng)，利用知識圖譜存儲和推理人體健康相關(guān)知識，通過分析個人體質(zhì)數(shù)據(jù)和健康信息，提供個性化的健康建議和鍛煉指導。例如，通過機器學習算法，知識圖譜能夠預(yù)測學生可能面臨的健康風險，如肥胖、心血管疾病等，并提前進行干預(yù)。利用知識圖譜分析學生的健康知識需求，推薦相關(guān)的健康教育內(nèi)容，提高學生的自我保健意識。此外，知識圖譜還可以用于分析和預(yù)測學生體質(zhì)變化趨勢，為制定全民健身計劃和健康政策提供數(shù)據(jù)支持。通過整合不同來源的體質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，知識圖譜可以幫助研究人員發(fā)現(xiàn)不同學生群體體質(zhì)的共同特點和差異，為針對性的體質(zhì)干預(yù)措施提供依據(jù)。

三、人工智能在中小學體質(zhì)健康監(jiān)測中的應(yīng)用挑戰(zhàn)

（一）學生體質(zhì)健康數(shù)據(jù)隱私和安全

學生的體質(zhì)健康數(shù)據(jù)屬于個人敏感信息，需要嚴格遵守數(shù)據(jù)保護法規(guī)和隱私政策。學校和相關(guān)機構(gòu)在使用AI進行健康監(jiān)測時，必須確保學生和家長的知情同意，并明確數(shù)據(jù)的使用目的和范圍。在數(shù)據(jù)安全防護方面，需要采取強有力的技術(shù)措施來保護學生數(shù)據(jù)不被未授權(quán)訪問、泄露或濫用。這包括使用加密技術(shù)保護數(shù)據(jù)傳輸和存儲，以及實施訪問控制和身份驗證機制。

（二）人工智能驅(qū)動診斷中的倫理考慮

人工智能驅(qū)動的診斷引發(fā)了關(guān)于自動化系統(tǒng)的可靠性和問責制的倫理考慮。雖然人工智能算法可以分析大量數(shù)據(jù)并提供準確的評估，但需要確保這些系統(tǒng)是透明的、可解釋的和負責任的。必須制定指導方針和法規(guī)，以解決偏見、公平和對人類決策的潛在影響等問題。應(yīng)制定倫理框架，指導人工智能在診斷中的使用，并確保根據(jù)人工智能建議做出的決策是知情和負責任的。

（三）人工智能的實施

在學校教育環(huán)境中實施人工智能會帶來一系列挑戰(zhàn)。其中包括需要技術(shù)專長來開發(fā)和維護人工智能系統(tǒng)，確保不同系統(tǒng)和平臺之間的互操作性，以及足夠的計算能力和基礎(chǔ)設(shè)施的可用性。此外，教育工作者和醫(yī)療保健專業(yè)人員可能會對變革產(chǎn)生抵制，并擔心工作崗位流失?？朔@些挑戰(zhàn)需要細致規(guī)劃、精準培訓、資源融合以及高效溝通，以解決人們的擔憂，并確?；谌斯ぶ悄艿慕】当O(jiān)測和評估順利過渡。

四、提高人工智能技術(shù)賦能中小學體質(zhì)健康監(jiān)測的策略

在中小學體質(zhì)健康監(jiān)測領(lǐng)域，前沿的人工智能新技術(shù)可以提供革命性的方法，以實現(xiàn)更深層次的個性化和精準化服務(wù)。

（一）研發(fā)數(shù)據(jù)驅(qū)動的體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)

利用先進的數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)，如智能穿戴設(shè)備和環(huán)境傳感器，全面收集學生的生理指標和運動行為數(shù)據(jù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析和機器學習算法，對收集到的數(shù)據(jù)進行深度分析，以識別體質(zhì)變化趨勢和潛在健康風險。具體而言，一方面，擴大智能穿戴設(shè)備應(yīng)用范圍，如心率監(jiān)測手環(huán)、GPS追蹤器、加速度計等，以收集學生的生理指標，包括心率、血壓、體溫、能量消耗等。另一方面，設(shè)計綜合性的數(shù)據(jù)驅(qū)動體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，整合來自智能穿戴設(shè)備和環(huán)境傳感器的數(shù)據(jù)，并確保系統(tǒng)具備高度的可擴展性和模塊化，利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)整合多源數(shù)據(jù)，提供全面的體質(zhì)監(jiān)測視圖。

（二）提高智能交互技術(shù)的應(yīng)用水平

加大語音識別、自然語言處理和機器學習等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，通過建立跨學科研究中心和加強與學術(shù)界的交流合作，加速技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。同時，構(gòu)建強大的專利組合，確保在知識產(chǎn)權(quán)方面占據(jù)有利地位。利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)構(gòu)建用戶畫像，精準捕捉學生的行為模式和偏好，實現(xiàn)動態(tài)內(nèi)容生成和推薦，為學生提供高度定制化的運動和健康建議。發(fā)展多模態(tài)交互方式，允許學生通過語音、文本、手勢、面部表情等多種自然方式與監(jiān)測系統(tǒng)互動，創(chuàng)造出更加自然和豐富的溝通體驗。利用智能交互技術(shù)提供實時反饋和健康預(yù)警，幫助學生及時了解自己的體質(zhì)變化并采取行動。創(chuàng)建家?；悠脚_，使家長能夠參與到學生的體質(zhì)監(jiān)測和健康管理中，共同促進學生健康。此外，利用AI生成教育內(nèi)容，包括運動技巧視頻、健康飲食建議等，以促進學生的體質(zhì)發(fā)展。定期評估技術(shù)應(yīng)用效果，收集學生和教師的反饋，不斷優(yōu)化智能交互系統(tǒng)的性能和用戶體驗。

（三）推廣生成式AI與虛擬訓練技術(shù)

運用生成式AI生成各種運動技能的模擬視頻，幫助學生學習和模仿，同時分析專業(yè)運動員的動作，提供技術(shù)動作優(yōu)化建議。運用生成式AI技術(shù)，如GANs（Generative Adversarial Networks，生成對抗網(wǎng)絡(luò)）和VAEs（Variational Autoencoders，變分自編碼器），為學生生成定制化的運動訓練方案和虛擬運動環(huán)境。依據(jù)學生個人健康數(shù)據(jù)和成長檔案，通過心肺耐力、肌肉耐力、身體成分等維度的分析，定期推送個性化的運動處方和健康生活建議。建議創(chuàng)建虛擬教練，運用自然語言處理和機器學習技術(shù)，提供實時反饋和指導，增強學生的運動技能。通過多種運動終端數(shù)據(jù)采集，形成學生綜合評價檔案，涵蓋身體機能、體能、參與的專項運動成績等，為學生的體育特長發(fā)展提供科學儲備。專項運動成長檔案以數(shù)字化形式展示體育特長生個人檔案，內(nèi)容包括個人信息、日常訓練、負荷監(jiān)控、參賽獲獎等情況，形成專項運動數(shù)字畫像。

（四）構(gòu)建知識圖譜與決策支持體系

為了有效提升學生體質(zhì)健康管理和監(jiān)測的科學性與精準度，構(gòu)建一個跨學科的知識圖譜成為必要之舉。這一知識圖譜將整合醫(yī)學、體育學、營養(yǎng)學等領(lǐng)域的專業(yè)知識，通過深度學習、自然語言處理等先進的人工智能技術(shù)，增強其構(gòu)建和決策智能化水平。具體而言，需采用多源數(shù)據(jù)融合策略，從權(quán)威的醫(yī)學期刊、體育科學論文、營養(yǎng)學指南和健康數(shù)據(jù)庫中抽取信息，構(gòu)建全面的知識庫。借助自然語言處理技術(shù)進行實體識別與關(guān)系映射，將不同文獻中的實體如疾病、營養(yǎng)成分、運動類型等及其相互關(guān)系結(jié)構(gòu)化，形成知識圖譜的基礎(chǔ)框架。利用深度學習模型和時間序列分析，系統(tǒng)能夠理解和推理復雜關(guān)系，提供預(yù)測性分析，識別學生體質(zhì)變化趨勢，并提前預(yù)警潛在的健康風險。定期更新知識圖譜，同時設(shè)置嚴格的質(zhì)量控制流程，確保信息的可靠性。

五、結(jié)語與展望

人工智能在學校體質(zhì)健康監(jiān)測和評估中的未來前景令人振奮。人工智能技術(shù)的進步、體質(zhì)健康監(jiān)測工具的創(chuàng)新以及體質(zhì)健康評估實踐的改進，為提高學生體質(zhì)健康和心理健康結(jié)果帶來了巨大的希望。通過擁抱這些未來前景并有效利用人工智能，教育機構(gòu)可以在促進學生的身心健康方面取得重大進展。

（一）學校體質(zhì)健康監(jiān)測的創(chuàng)新

在未來，我們可以期待開發(fā)專門為學校體質(zhì)健康監(jiān)測設(shè)計的創(chuàng)新人工智能工具和設(shè)備。這些可能包括帶有先進傳感器的可穿戴設(shè)備，這些設(shè)備可以實時監(jiān)測各種健康參數(shù)，為每個學生提供連續(xù)和個性化的健康數(shù)據(jù)。此外，人工智能與虛擬現(xiàn)實或增強現(xiàn)實技術(shù)的集成可以提供身臨其境和交互式的健康監(jiān)測體驗，使健康評估對學生更具吸引力和信息量。

（二）學校體質(zhì)健康評估的創(chuàng)新

人工智能有可能徹底改變學校體質(zhì)健康評估的進行方式。在未來，我們可能會看到人工智能系統(tǒng)的發(fā)展，這些系統(tǒng)可以分析復雜的數(shù)據(jù)集，以提供對學校體育工作和體育課程的更全面和準確的評估。此外，自然語言處理的進步可能使人工智能系統(tǒng)能夠分析定性數(shù)據(jù)，例如學生的反饋和觀察結(jié)果，從而更深入地了解體質(zhì)健康干預(yù)措施的有效性。這些創(chuàng)新將有助于基于證據(jù)的決策和學校體質(zhì)健康評估的持續(xù)改進。

參考文獻：

[1]劉嘉豪，曾海軍，金婉瑩，等.人工智能賦能高等教育：邏輯理路、典型場景與實踐進路[J].西安交通大學學報（社會科學版），2024.

[2]隋勇，張立國，李采豐，等.人工智能賦能青少年體質(zhì)健康精準治理：現(xiàn)實困境、治理向度和實踐路徑[J].中國教育學刊，2023（07）.

[3]霍波，李彥鋒，高騰，等.體育人工智能領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向[J].首都體育學院學報，2023，35（03）.

[4]武東海.青少年體質(zhì)健康監(jiān)測政策協(xié)同研究[J].北京體育大學學報，2019，42（08）.

[5]于素梅.體育課程一體化背景下學生體質(zhì)健康綜合性精準干預(yù)研究[J].體育學研究，2020，34（03）.

[基金項目：北京高等教育“本科教學改革創(chuàng)新項目”]