基于生成式人工智能的西安市青少年個性化體能訓(xùn)練方案優(yōu)化應(yīng)用研究

中圖分類號：G80 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8902-（2025）-15-187-3-ZL

在新時代背景下，青少年作為國家的未來與希望，其身體素質(zhì)的強(qiáng)化培養(yǎng)成為社會各界關(guān)注的核心議題。西安市作為西北地區(qū)的重要城市，在體育文化傳承與發(fā)展進(jìn)程中始終堅守前沿陣地，青少年體育培養(yǎng)體系也在持續(xù)健全完善。從城市體育發(fā)展戰(zhàn)略視野出發(fā)，培養(yǎng)具備強(qiáng)健體魄、卓越體能的青少年群體，不僅能為省市競技體育人才庫源源不斷地輸送優(yōu)質(zhì)苗子，更是提升全民健康素質(zhì)、彰顯城市活力的關(guān)鍵著力點(diǎn)?！蛾P(guān)于加強(qiáng)青少年體育增強(qiáng)青少年體質(zhì)的實(shí)施意見》明確強(qiáng)調(diào)要充分利用現(xiàn)代科技手段賦能青少年體育訓(xùn)練，為青少年體能提升注入新動力。傳統(tǒng)模式下的青少年體能訓(xùn)練，過度依賴教練個人經(jīng)驗(yàn)，訓(xùn)練計劃通用性有余但個性不足，難以精準(zhǔn)契合每位青少年生長發(fā)育階段、體能基礎(chǔ)差異及專項(xiàng)運(yùn)動訴求。訓(xùn)練過程中，數(shù)據(jù)收集滯后、分析粗放，對青少年體能進(jìn)階態(tài)勢把控不準(zhǔn)，訓(xùn)練效果評估主觀片面，運(yùn)動損傷預(yù)防更是缺乏前瞻性與系統(tǒng)性。生成式人工智能技術(shù)的崛起，恰似一束穿透迷霧的光，憑借其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)生成、分析、模擬推演能力，有望重塑西安市青少年體能訓(xùn)練架構(gòu)，打造出貼合個體特質(zhì)、動態(tài)適配、安全高效的訓(xùn)練范式，全方位激發(fā)青少年體能潛力，點(diǎn)亮青少年體育奮進(jìn)之路。

1、西安市青少年體質(zhì)健康現(xiàn)狀及體能訓(xùn)練需求分析

1.1、智能引領(lǐng)：體質(zhì)健康數(shù)據(jù)現(xiàn)狀剖析

近幾年，結(jié)合西安市有關(guān)數(shù)據(jù)資料分析，目前西安青少年兒童身體形態(tài)表現(xiàn)出年齡越大越高的趨勢，亦呈現(xiàn)逐年增加態(tài)勢，這與生活水平的提高和營養(yǎng)的改善有關(guān)。但是肥胖和超重的檢出率仍較高，尤其是到了初中、高中時期比例明顯增大，青少年時期發(fā)生代謝綜合征的概率會很大，發(fā)生高血壓、高血糖和高血脂等慢性病的概率也會增大，而且有學(xué)者觀察到：肥胖的青少年發(fā)生代謝綜合征的風(fēng)險是正常體重青少年的6.69倍；同時肥胖也會帶來其他的危害性，肥胖還會影響青少年的骨骼發(fā)育及心肺功能，過重的體重會造成膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)負(fù)重過大，導(dǎo)致心肺功能下降。據(jù)《西安市兒童青少年體力活動與體質(zhì)健康相關(guān)性研究》（包括西稍門中學(xué)和咸寧中學(xué)兩所中學(xué)），青少年的整體體力活動水平較低，很可能會影響到心肺耐力的達(dá)標(biāo)率，在進(jìn)行長跑測試時有很多學(xué)生的后半段出現(xiàn)極度透支的情況，可以證明此部分學(xué)生的心肺功能儲備不足，不能夠滿足長時間耐力運(yùn)動的需求，而心肺耐力作為全身耐力運(yùn)動的基礎(chǔ)，直接影響青少年平時的生活與競技體育。力量素質(zhì)方面：初中男生引體向上平均為5一10個，女生仰臥起坐剛達(dá)到及格線，核心力量十分薄弱，成為運(yùn)動表現(xiàn)短板。核心力量是連接上下肢的“橋梁”，維持著身體的穩(wěn)定，傳遞力量。核心力量差的孩子運(yùn)動時容易出現(xiàn)四肢不協(xié)調(diào)、易受傷等情況，影響學(xué)習(xí)專項(xiàng)技術(shù)的效果。速度、靈敏協(xié)調(diào)性測試中接近三分之一的學(xué)生動作比較僵硬、反應(yīng)慢，基礎(chǔ)體能儲備不足，速度和靈敏協(xié)調(diào)性素質(zhì)運(yùn)動能力不足，導(dǎo)致在籃球突破、足球過人等場合表現(xiàn)較差。

1.2、智能助力：課外體育活動參與樣態(tài)現(xiàn)狀分析

根據(jù)西安市人民政府發(fā)布，西安多所中小學(xué)推行“ 3+1+1 7體育課程模式，設(shè)立籃球、足球等專項(xiàng)技能類課程；城區(qū)學(xué)校課余體育蓬勃發(fā)展，社團(tuán)參與熱情高漲，反映出青少年喜愛并積極參與各類社團(tuán)活動。但郊區(qū)縣、農(nóng)村學(xué)校由于受制于場地設(shè)施、師資力量等，課外體育活動開展形式較為單一，多為廣播操、跳繩等活動，也很難組織或開展高難度、有專業(yè)技能要求的課外體育活動?？傮w而言，青少年課余運(yùn)動更多的是以“ 3+1+1 ”為主，雖然有利于激發(fā)他們對體育運(yùn)動的興趣，但是與青少年正常的體能訓(xùn)練有很大差距，不具備較強(qiáng)的專業(yè)性。實(shí)際調(diào)研顯示，學(xué)生參加的社團(tuán)活動中大多偏向于游戲化、娛樂化，很少涉及具有系統(tǒng)性的體能訓(xùn)練項(xiàng)目，比如籃球社團(tuán)注重運(yùn)球、投籃這樣的基本技術(shù)訓(xùn)練，而不重視高強(qiáng)度間歇跑（提升心肺耐力）、專項(xiàng)力量訓(xùn)練（提升下肢爆發(fā)力）等這類專門化的體能訓(xùn)練手段，這樣會造成學(xué)生身體素質(zhì)發(fā)育不均衡，不利于其全面發(fā)展，也無法滿足其進(jìn)行籃球運(yùn)動所具備的各項(xiàng)身體能力；而部分位于郊區(qū)縣的農(nóng)村學(xué)校由于受限于場地和教師等因素的影響，主要開展廣播操、跳繩等體育課程內(nèi)容，這樣的鍛煉方式只能讓學(xué)生達(dá)到一定的身體素質(zhì)水平，并不能保證學(xué)生專項(xiàng)技能水平的提高，同時單調(diào)的訓(xùn)練內(nèi)容還會造成學(xué)生對課外體育活動缺乏興趣。

1.3、智能突破：專項(xiàng)運(yùn)動進(jìn)階瓶頸剖析

聚焦西安市青少年熱門專項(xiàng)運(yùn)動：籃球少年渴望體能上的敏捷突破和精準(zhǔn)投籃，但如果下肢力量不夠、重心轉(zhuǎn)換不夠靈活，就會顯得很吃虧。籃球賽場上，要想跑動快、變向快、起跳快，就需要強(qiáng)大的下肢力量；要想一步到位完成完美投籃，就必須做好重心轉(zhuǎn)換。缺少這兩個方面的訓(xùn)練，籃球少年在比賽中就會出現(xiàn)動作慢、失誤多的現(xiàn)象，無法展現(xiàn)高超的籃球技藝。足球小將希望可以提高奔跑能力、防守技巧，可是因?yàn)槿狈诵牧α慷幵谏眢w對抗的不利位置。足球場上的激烈對抗、高效的控球傳遞都依賴于核心力量，若沒有強(qiáng)大的核心力量，會導(dǎo)致足球小將的防守和進(jìn)攻受到影響。在跑步方面，速度耐力提升和技術(shù)優(yōu)化這兩項(xiàng)任務(wù)也同樣存在力不從心的情況。這些情況表明，青少年進(jìn)行校外延時鍛煉尤為重要性。訓(xùn)練中經(jīng)常出現(xiàn)的問題包括專項(xiàng)體能和技術(shù)結(jié)合不夠好、通用體能難以滿足精細(xì)要求、傳統(tǒng)體能訓(xùn)練在專項(xiàng)化過程中容易走樣，對此，需要利用生成式人工智能等技術(shù)，在了解青少年的身體素質(zhì)和技術(shù)特點(diǎn)后，利用計算機(jī)軟件生成青少年體能與技術(shù)相結(jié)合的訓(xùn)練計劃，服務(wù)于西安青少年，助力青少年突破專項(xiàng)運(yùn)動項(xiàng)目。

2、生成式人工智能技術(shù)概述及其在體能訓(xùn)練中的優(yōu)勢

2.1、智能驅(qū)動：生成式人工智能解析

近年來，生成式人工智能技術(shù)的迭代更新為教育變革注入新動能，從2022年ChatGPT的問世到2025年初中國的深度求索（DeepSeek）公司研發(fā)的DeepSeek-R1模型，智能技術(shù)在體育教育場景中的應(yīng)用不斷拓展。生成式人工智能是一種基于深度學(xué)習(xí)的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，是以深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和大量的數(shù)據(jù)預(yù)訓(xùn)練為基礎(chǔ)的知識模型，適用于不同的任務(wù)和應(yīng)用場景，因此在進(jìn)行體能訓(xùn)練時可以借助多個架構(gòu)使體能訓(xùn)練的數(shù)據(jù)處理與生成得以高效運(yùn)行。若要生成某青少年體能訓(xùn)練計劃，可通過輸入要求，由生成器依照青少年體能數(shù)據(jù)（如心率、力量、速度等指標(biāo)）模擬產(chǎn)生貼近實(shí)際情況的訓(xùn)練數(shù)據(jù)樣本，進(jìn)而展示青少年體能訓(xùn)練過程中身體機(jī)能狀態(tài)的變化規(guī)律，同時經(jīng)過判別器不斷篩選剔除掉產(chǎn)生效果不佳的樣本，持續(xù)檢驗(yàn)真假，直到模型不斷優(yōu)化迭代至足以準(zhǔn)確鑒別真假的程度。通過生成器和判別器的對抗與迭代優(yōu)化產(chǎn)出高質(zhì)量且符合實(shí)際場景的真實(shí)訓(xùn)練數(shù)據(jù)。該機(jī)制有效解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取手段的弊端，為體能訓(xùn)練提供了大量豐富多樣的數(shù)據(jù)來源。

2.2、智能定制：個性化方案定制效能

使用生成式人工智能能夠快速、方便、全方位地了解每一個青少年的多源信息，包含青少年的身體成分（體脂率、肌肉量）、運(yùn)動能力（爆發(fā)力、耐力）測試數(shù)據(jù)、傷病歷史等。在此階段，生成式人工智能可完成整個體能畫像，并精準(zhǔn)找出體能短板。比如，針對一名青少年籃球運(yùn)動員而言，通過生成式人工智能分析得到的數(shù)據(jù)，可以看出其力量、速度、靈敏度等各個環(huán)節(jié)體能的占比，最終得出其下肢力量體能的短板。由于生成式人工智能可以全程實(shí)時記錄、跟蹤青少年的各項(xiàng)體能數(shù)據(jù)，如心率變化、跑步路線、用力程度等。例如，在進(jìn)行力量訓(xùn)練時，采用相關(guān)傳感器，能實(shí)時了解運(yùn)動員身上各塊肌肉的發(fā)力情況，判斷肌肉的受力狀況是否均勻、動作是否標(biāo)準(zhǔn)等，并能夠依據(jù)實(shí)時情況自動調(diào)整訓(xùn)練強(qiáng)度、組數(shù)、節(jié)奏等，保證體能訓(xùn)練始終適合青少年實(shí)時身體狀態(tài)。

這一方式既避免青少年過度訓(xùn)練或訓(xùn)練不夠的情況，又能夠讓青少年實(shí)現(xiàn)高效訓(xùn)練，助力青少年體能訓(xùn)練水平穩(wěn)步提高。

3、生成式人工智能在西安市青少年個性化體能訓(xùn)練方案優(yōu)化應(yīng)用中的實(shí)現(xiàn)路徑

3.1、政策驅(qū)動，構(gòu)筑數(shù)智體能訓(xùn)練生態(tài)

打造西安市青少年數(shù)智體能訓(xùn)練生態(tài)需要依靠政策驅(qū)動落實(shí)，因此有關(guān)部門需要打出一套組合拳，細(xì)化出臺符合本區(qū)縣的相關(guān)性強(qiáng)、可操作性高且科學(xué)合理的措施。具體而言，需設(shè)立專項(xiàng)補(bǔ)貼資金，對接城區(qū)／郊區(qū)縣學(xué)校實(shí)際需要的數(shù)量，根據(jù)學(xué)校實(shí)際體育特長生人數(shù)及學(xué)校規(guī)模分級進(jìn)行補(bǔ)貼。城區(qū)學(xué)校先開展試點(diǎn)，三年內(nèi)逐步鋪開實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，同時總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，推廣成功經(jīng)驗(yàn)，再拓展到郊區(qū)縣學(xué)校，力爭五年內(nèi)全市中小學(xué)全部享受到該項(xiàng)目帶來的好處。此外，還需聯(lián)合教育局、體育局、財政局等部門協(xié)同實(shí)施，共同推進(jìn)補(bǔ)貼項(xiàng)目政策的落地見效。同時，可建立“西安市青少年體能云平臺”。平臺架構(gòu)包括生成式人工智能訓(xùn)練系統(tǒng)與數(shù)據(jù)可視化模塊兩個主要部分。生成式人工智能訓(xùn)練系統(tǒng)的主要功能是基于大數(shù)據(jù)分析，提供個性化訓(xùn)練計劃，將每天的訓(xùn)練動作、每一次的練習(xí)強(qiáng)度值，按年月日存儲至數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)可視化模塊主要是將每天的練習(xí)數(shù)據(jù)以可視化的形式進(jìn)行展示，對于練習(xí)情況進(jìn)行評價。平臺打通了學(xué)校與俱樂部之間的數(shù)據(jù)壁壘，通過建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和通用接口，促進(jìn)體能數(shù)據(jù)在不同學(xué)校之間、不同俱樂部之間的自由流通，促進(jìn)資源共享與協(xié)調(diào)訓(xùn)練。例如，學(xué)校將學(xué)生的日常訓(xùn)練數(shù)據(jù)通過云平臺上傳給俱樂部，俱樂部再從平臺上獲取學(xué)生數(shù)據(jù)，作為有針對性地對學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為學(xué)校和俱樂部間創(chuàng)建一個良性互動的過程，實(shí)現(xiàn)從學(xué)校到俱樂部再到學(xué)校的聯(lián)動循環(huán)體能訓(xùn)練生態(tài)鏈。為保障政策的科學(xué)性及長期效力，定期組織政策評估和反饋，邀請教育專家、體能訓(xùn)練專家、學(xué)校代表等對其試用情況進(jìn)行評估反饋，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整補(bǔ)貼比例，不斷完善平臺上的各項(xiàng)服務(wù)和功能設(shè)置，使政策順應(yīng)青少年體能訓(xùn)練的發(fā)展情況并不斷健全和完善，切實(shí)打牢基礎(chǔ)，讓西安市青少年體能訓(xùn)練工作有規(guī)可依、科學(xué)規(guī)范、穩(wěn)步前行。

3.2、方案定制，深挖個體體能潛力

挖掘西安市青少年個體體能潛力方案定制：利用生成式人工智能體能評估矩陣，收集青少年kinematics數(shù)據(jù)、生理生化指標(biāo)、日常訓(xùn)練情況等方面的信息；在青春期前期注重基礎(chǔ)力量、協(xié)調(diào)性訓(xùn)練，推出自重訓(xùn)練、基礎(chǔ)平衡訓(xùn)練等既安全又有效、適合青少年成長規(guī)律的訓(xùn)練方式，培養(yǎng)青少年基礎(chǔ)體能；進(jìn)入專項(xiàng)化進(jìn)階階段后，根據(jù)籃球、足球、田徑等不同的運(yùn)動項(xiàng)目，生成式人工智能可給每個青少年制定高度個性化訓(xùn)練課程，準(zhǔn)確提升專項(xiàng)體能素質(zhì)，籃球?qū)ｍ?xiàng)增加變向靈敏度和彈跳力的訓(xùn)練方案，足球?qū)ｍ?xiàng)增加沖刺速度和耐力水平的訓(xùn)練方案，田徑專項(xiàng)增加專項(xiàng)力量和爆發(fā)力的訓(xùn)練方案。在備賽過程中運(yùn)用生成式人工智能對備賽情況、備賽現(xiàn)狀等進(jìn)行詳細(xì)科學(xué)地分析，并根據(jù)實(shí)際情況合理安排訓(xùn)練量和恢復(fù)時間，使青少年在比賽前處于最佳體能狀態(tài)。通過科學(xué)數(shù)據(jù)與智能分析來實(shí)現(xiàn)青少年體能提升，是保證青少年在專項(xiàng)運(yùn)動上取得優(yōu)異成績的有效途徑。對于青少年來說，要想體能實(shí)現(xiàn)螺旋式發(fā)展，必須根據(jù)不同發(fā)展階段的需求安排體能訓(xùn)練，進(jìn)而推動西安青少年體育事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3.3、多元互動，激活訓(xùn)練熱情

要想激活西安市青少年體能訓(xùn)練熱情，可以通過多樣化的互動實(shí)現(xiàn)，如借助XR技術(shù)打造沉浸式的體能訓(xùn)練場所，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建籃球場，與數(shù)字人一起運(yùn)動對抗，在此過程中可以看到自身訓(xùn)練成果；或者采用投影式AR技術(shù)，將力量訓(xùn)練的數(shù)據(jù)化信息通過光影投射到地面上，輕松觀看力量訓(xùn)練的得分情況；再比如利用區(qū)塊鏈技術(shù)記錄團(tuán)體體能比拼，通過對團(tuán)體體能訓(xùn)練進(jìn)行排名并及時公開各團(tuán)體排名的形式，激發(fā)青少年參與競爭及團(tuán)體協(xié)作的精神，由此也能起到調(diào)動青少年參與體能訓(xùn)練積極性的作用。運(yùn)用上述技術(shù)手段，可以全方位提高青少年體能訓(xùn)練的積極性及參與度。

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