基于人工智能的中小學(xué)生運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和訓(xùn)練

摘" 要：通過采集和分析學(xué)生的運(yùn)動(dòng)與生理數(shù)據(jù)，人工智能技術(shù)可以預(yù)測評(píng)估運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)，并提供定制化反饋，增強(qiáng)體育教學(xué)的個(gè)性化和安全性。在體育教學(xué)“學(xué)、練、賽、評(píng)”過程中應(yīng)用人工智能技術(shù)，如利用計(jì)算機(jī)視覺、虛擬現(xiàn)實(shí)、可穿戴設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生訓(xùn)練，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)模型優(yōu)化訓(xùn)練計(jì)劃，可以顯著提升運(yùn)動(dòng)損傷評(píng)估的精確性，為中小學(xué)體育教育的現(xiàn)代化發(fā)展和學(xué)生體質(zhì)健康的促進(jìn)提升提供有效的科技支持，展現(xiàn)其在教育領(lǐng)域的重要學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：人工智能；運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；個(gè)性化訓(xùn)練；中小學(xué)體育教學(xué)

中圖分類號(hào)：G623" " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " "文章編號(hào)：1005-2410（2025）02-0091-03

2017年發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中提出了智能教育的概念，自此人工智能技術(shù)給教育領(lǐng)域帶來了全面革新；學(xué)校體育作為教育領(lǐng)域中的重要環(huán)節(jié)和內(nèi)容，深受人工智能技術(shù)發(fā)展帶領(lǐng)的影響。具體而言，人工智能技術(shù)影響了體育課程內(nèi)容的構(gòu)建、教學(xué)手段的創(chuàng)新、教學(xué)方法的優(yōu)化、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的精準(zhǔn)化以及教育管理等方面。

一、人工智能在中小學(xué)生運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與訓(xùn)練中的作用

近年來運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域正以極快的速度被人工智能所改變，計(jì)算機(jī)視覺等先進(jìn)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，先進(jìn)算法也在不斷迭代，包括應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)在內(nèi)的人工智能技術(shù)正在對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，并由此顯示出對(duì)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和醫(yī)療信息進(jìn)行快速自動(dòng)解析的潛能；根據(jù)評(píng)估結(jié)果提供的針對(duì)不同個(gè)體的定制化干預(yù)措施和訓(xùn)練建議，可以有效提升運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)管理的效率和精確度。

人工智能技術(shù)通過分析海量的學(xué)生在體育教學(xué)和訓(xùn)練中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和生理信息，預(yù)測和識(shí)別運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)因素，為評(píng)估運(yùn)動(dòng)損傷和提供個(gè)性化訓(xùn)練方案提供科學(xué)依據(jù)[1]。并能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控運(yùn)動(dòng)參與者的訓(xùn)練過程，提供及時(shí)反饋，從糾正技術(shù)動(dòng)作和避免不當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)負(fù)荷角度來避免運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生，最大限度地降低運(yùn)動(dòng)損傷的發(fā)生概率。此外，在學(xué)生出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)損傷后的恢復(fù)過程中，通過人工智能技術(shù)輔助制定和監(jiān)控恢復(fù)訓(xùn)練計(jì)劃，可避免再次損傷的風(fēng)險(xiǎn)因素。

二、人工智能在中小學(xué)生運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與訓(xùn)練中的應(yīng)用場景

人工智能在中小學(xué)生運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和訓(xùn)練中的應(yīng)用場景主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)搜集與分析、運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、個(gè)性化訓(xùn)練計(jì)劃制定等方面。通過智能可穿戴設(shè)備和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)收集學(xué)生的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，利用人工智能算法分析學(xué)生的運(yùn)動(dòng)模式和潛在風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估損傷風(fēng)險(xiǎn)概率，并據(jù)此制定個(gè)性化的訓(xùn)練計(jì)劃。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提供模擬運(yùn)動(dòng)環(huán)境，增強(qiáng)訓(xùn)練安全性。整個(gè)流程涵蓋學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、比賽和評(píng)估，旨在提高訓(xùn)練效果，減少運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)。具體體現(xiàn)在訓(xùn)練干預(yù)和運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測。

（一）在中小學(xué)生訓(xùn)練中的應(yīng)用場景

人工智能技術(shù)在對(duì)中小學(xué)生進(jìn)行運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后的訓(xùn)練應(yīng)用場景中扮演著至關(guān)重要的角色，尤其貫穿于“學(xué)、練、賽”整個(gè)運(yùn)動(dòng)技能掌握的全過程。

1.在“學(xué)”中的應(yīng)用場景

在中小學(xué)的體育課上，人工智能技術(shù)的應(yīng)用使“學(xué)”的內(nèi)容和過程得到了極大的豐富。例如，監(jiān)測跑步或跳躍中不恰當(dāng)?shù)穆涞丶记苫蛏眢w平衡問題，并給出即時(shí)反饋，可以讓體育教師或教練幫助學(xué)生在運(yùn)動(dòng)技術(shù)動(dòng)作的學(xué)習(xí)中建立正確的運(yùn)動(dòng)模式，從而避免不正確的發(fā)力順序，出現(xiàn)動(dòng)作代償?shù)那闆r發(fā)生，減少運(yùn)動(dòng)損傷的概率。

2.在“練”中的應(yīng)用場景

學(xué)生進(jìn)行“練”環(huán)節(jié)時(shí)，人工智能技術(shù)的應(yīng)用將實(shí)時(shí)為學(xué)生進(jìn)行監(jiān)測與指導(dǎo)。通過跟蹤學(xué)生在運(yùn)動(dòng)過程中的體能指標(biāo)的變化，確保訓(xùn)練強(qiáng)度與個(gè)體能力相適宜，避免出現(xiàn)過度訓(xùn)練的情況發(fā)生，從而保證訓(xùn)練計(jì)劃的安全性和有效性。

此外，應(yīng)用人工智能技術(shù)可以對(duì)學(xué)生訓(xùn)練過程的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)等信息進(jìn)行分析。如跑步時(shí)的步態(tài)等，對(duì)發(fā)現(xiàn)可能因不良動(dòng)作習(xí)慣而導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)損傷的動(dòng)作模式進(jìn)行分析，并據(jù)此設(shè)計(jì)出個(gè)性化的訓(xùn)練方案來糾正這些錯(cuò)誤動(dòng)作模式，從而提高訓(xùn)練的科學(xué)性。

另外，人工智能技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)時(shí)表現(xiàn)和適應(yīng)能力，對(duì)訓(xùn)練內(nèi)容和難易程度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。例如增加訓(xùn)練特定肌肉群的次數(shù)或改進(jìn)運(yùn)動(dòng)技巧的練習(xí)等，使學(xué)生在保證安全的基礎(chǔ)上提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。而系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和適應(yīng)能力進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和反饋，便于體育教師和教練對(duì)學(xué)生在訓(xùn)練中出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)糾正和調(diào)整。

3.在“賽”中的應(yīng)用場景

在“賽”環(huán)節(jié)中，人工智能技術(shù)能夠分析學(xué)生在實(shí)際體育比賽中的表現(xiàn)，并提供針對(duì)性的改進(jìn)建議，同時(shí)還能監(jiān)測學(xué)生的恢復(fù)情況。確保學(xué)生在比賽結(jié)束后得到適當(dāng)?shù)男菹⒑突謴?fù)。另外，人工智能技術(shù)還能根據(jù)比賽中各項(xiàng)數(shù)據(jù)再次評(píng)估運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)情況，據(jù)此調(diào)整訓(xùn)練和恢復(fù)計(jì)劃，以減少運(yùn)動(dòng)損傷發(fā)生的概率，幫助學(xué)生在下一步的體育比賽中保持良好的身體狀態(tài)和體能水平。

（二）在中小學(xué)生運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用場景

人工智能技術(shù)不僅能夠?yàn)槊總€(gè)學(xué)生提供個(gè)性化的損傷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，還能預(yù)測損傷發(fā)生的概率和類型。具體在體育教學(xué)過程中，人工智能技術(shù)應(yīng)用“評(píng)”中“教師評(píng)”環(huán)節(jié)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它不僅能夠根據(jù)具體數(shù)值進(jìn)行精準(zhǔn)分析，而且能夠體現(xiàn)育體和育心相結(jié)合。具體通過綜合分析學(xué)生在不同運(yùn)動(dòng)場景下的表現(xiàn)，包括他們在體育課上的運(yùn)動(dòng)技能和運(yùn)動(dòng)場上的身體姿態(tài)，精準(zhǔn)識(shí)別出不規(guī)范的動(dòng)作和技術(shù)，這些動(dòng)作可能預(yù)示著潛在的運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)。另外，對(duì)心率、呼吸和肌肉活動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測和跟蹤功能，可以揭示了學(xué)生在運(yùn)動(dòng)過程中的生理狀態(tài)，為評(píng)估運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)提供重要的生理數(shù)據(jù)支持。此外，人工智能技術(shù)還能評(píng)估學(xué)生的訓(xùn)練負(fù)荷和恢復(fù)情況，確保運(yùn)動(dòng)量既安全又有效，避免過度訓(xùn)練帶來的損傷風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)已發(fā)表的文獻(xiàn)可知，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展和改進(jìn)，它將在今后體育教學(xué)的“學(xué)、練、賽”場景中起到更大的作用，為促進(jìn)學(xué)生的健康成長提供更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)保障。

三、人工智能應(yīng)用于中小學(xué)生運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與訓(xùn)練的技術(shù)

（一）在“學(xué)”中可以使用的技術(shù)

1.基于計(jì)算機(jī)視覺的動(dòng)作識(shí)別技術(shù)

應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，通過動(dòng)作識(shí)別，分析學(xué)生在學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)技能過程中的動(dòng)作模式是否正確；若檢測出不規(guī)范或容易導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)損傷的高風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)作，提供實(shí)時(shí)反饋和引導(dǎo)，幫助學(xué)生及時(shí)糾正錯(cuò)誤動(dòng)作，熟悉和掌握正確的運(yùn)動(dòng)技能。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

開發(fā)和利用針對(duì)中小學(xué)生運(yùn)動(dòng)損傷干預(yù)訓(xùn)練的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR），模擬各種中小學(xué)生經(jīng)常參與的運(yùn)動(dòng)場景，給學(xué)生提供沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)的同時(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)技能中所涉及動(dòng)作模式的理解和肌肉記憶，以此掌握正確的運(yùn)動(dòng)技能。

（二）在“練”中可以使用的技術(shù)

1.基于可穿戴技術(shù)和傳感器的監(jiān)測技術(shù)

通過讓中小學(xué)生穿戴集成了多種傳感器的設(shè)備，收集包括心率檢測器、加速度計(jì)、肌電傳感器等的生理和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，監(jiān)測學(xué)生在訓(xùn)練過程中的健康情況和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)；在確保安全性和有效性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練計(jì)劃和運(yùn)動(dòng)損傷預(yù)防策略的個(gè)性化。

2.機(jī)器學(xué)習(xí)和預(yù)測模型

利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，分析各項(xiàng)訓(xùn)練數(shù)據(jù)，以此預(yù)測中小學(xué)生在訓(xùn)練過程中可能出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)因素；通過與體育教師和家長的溝通，及時(shí)調(diào)整訓(xùn)練內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷的效果。

（三）在“賽”中可以使用的技術(shù)

1.多模態(tài)數(shù)據(jù)分析

匯總中小學(xué)生當(dāng)前和以往比賽中的視頻、生理數(shù)據(jù)、外界環(huán)境條件等多源信息，全面評(píng)估學(xué)生在比賽中的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)情況，為后續(xù)更加全面的個(gè)性化訓(xùn)練和比賽提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)可以收集分析大量的個(gè)人和對(duì)手的比賽數(shù)據(jù)，為教練提供數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的對(duì)手分析和比賽趨勢分析，幫助其完成科學(xué)決策。

2.運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)模型分析

使用在“學(xué)”中應(yīng)用的計(jì)算機(jī)視覺的動(dòng)作識(shí)別技術(shù)，實(shí)時(shí)捕捉學(xué)生在比賽中的速度、角度、力等參數(shù)，分析學(xué)生的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)，識(shí)別技術(shù)動(dòng)作中的不足，在為學(xué)生提供比賽策略和技巧的實(shí)時(shí)反饋的同時(shí)，幫助學(xué)生在比賽中發(fā)揮最佳的比賽狀態(tài)。

（四）在“評(píng)”估場景中應(yīng)用技術(shù)

1.數(shù)據(jù)分析

（1）生物力學(xué)數(shù)據(jù)分析

利用人工智能算法分析中小學(xué)生在運(yùn)動(dòng)時(shí)的關(guān)節(jié)角度、肌力、平衡等生物力學(xué)參數(shù)，評(píng)估動(dòng)作模式和運(yùn)動(dòng)功能障礙情況，判斷運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)程度。

（2）生理學(xué)數(shù)據(jù)分析

利用人工智能技術(shù)獲得的心率、呼吸頻率、肌電等生理學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估中小學(xué)生的身體狀態(tài)和恢復(fù)情況，為降低運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)而進(jìn)行的訓(xùn)練計(jì)劃調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。

（3）心理學(xué)數(shù)據(jù)分析

通過分析學(xué)生的語言和非語言行為，如聲調(diào)、語速、面部表情等數(shù)據(jù)，評(píng)估中小學(xué)生的心理狀態(tài)和情緒，為調(diào)整訓(xùn)練強(qiáng)度提供心理學(xué)支持。

（4）訓(xùn)練學(xué)數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用智能穿戴設(shè)備收集GPS追蹤、加速度計(jì)，陀螺儀等數(shù)據(jù)，收集中小學(xué)生在訓(xùn)練中 的速度、運(yùn)動(dòng)路徑等訓(xùn)練數(shù)據(jù)；以及應(yīng)用機(jī)器視覺技術(shù)來自動(dòng)識(shí)別學(xué)生們評(píng)估過程中的動(dòng)作準(zhǔn)確性，為評(píng)估和優(yōu)化訓(xùn)練計(jì)劃提供依據(jù)。

2.機(jī)器學(xué)習(xí)與預(yù)測模型

通過歷史訓(xùn)練和比賽數(shù)據(jù)，評(píng)估學(xué)生的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和進(jìn)步趨勢，為學(xué)生提供長期的發(fā)展建議。

運(yùn)用人工智能的強(qiáng)大分析能力，使用深度學(xué)習(xí)算法，如循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和長短期記憶網(wǎng)絡(luò)，深入挖掘中小學(xué)生在歷史訓(xùn)練和比賽中的表現(xiàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)損傷發(fā)生的規(guī)律，識(shí)別運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的模式和趨勢，為科學(xué)的學(xué)、練、賽提供依據(jù)。

四、結(jié)語

在中小學(xué)體育教學(xué)中，人工智能在運(yùn)動(dòng)損傷風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和訓(xùn)練中的應(yīng)用目標(biāo)已經(jīng)明確，即在采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、分析結(jié)果準(zhǔn)確的前提下，通過教育信息化和科技化手段來創(chuàng)造更高效的體育教育環(huán)境，使體育教學(xué)更具個(gè)性化。通過精確的運(yùn)動(dòng)損傷預(yù)防和管理策略，可以最大程度地實(shí)現(xiàn)促進(jìn)學(xué)生體質(zhì)健康和確保學(xué)生在運(yùn)動(dòng)過程中的安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]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(xué)院學(xué)報(bào)， 2023，35 （03）.