樂建軍 劉佳怡 徐樂

隨著人工智能（AI）技術(shù)的高速發(fā)展，體育教學(xué)改革也隨之不斷加速，目前人工智能技術(shù)已經(jīng)運用在體育教學(xué)各個領(lǐng)域，并引起了不錯的反應(yīng)。本文就人工智能在體育教學(xué)中的運用現(xiàn)狀、作用效果以及在體育教學(xué)中的未來展望三個方面進行了分析研究，研究得出：人工智能技術(shù)運用到學(xué)校體育課程中是未來智能教學(xué)發(fā)展的必然趨勢，可以為體育教學(xué)提供精準參考數(shù)據(jù)、達到教育全過程監(jiān)管、滿足學(xué)生個性化選擇、為領(lǐng)導(dǎo)者做出智慧化決策提供依據(jù)。

1 引言

隨著新技術(shù)的不斷更迭，新一代人工智能技術(shù)的發(fā)展也進入了黃金時代，習(xí)近平總書記曾一再強調(diào)要加大人工智能技術(shù)在教育和體育等領(lǐng)域的深入運用。2017年全國“兩會”的政府工作報告第一次出現(xiàn)了人工智能的字眼，將新型人工智能蓬勃發(fā)展提升為國家發(fā)展策略；2019年國務(wù)院辦公廳頒布的《體育強國建設(shè)綱要》中，明確提出要加速推進網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、新型人工智能和體育實體經(jīng)營的深度融合。目前各個行業(yè)都尋求借助人工智能技術(shù)來帶動本行業(yè)的革新與發(fā)展，體育教育領(lǐng)域亦是如此，隨著“全民健身”“健康中國戰(zhàn)略”的不斷深入，體育在教育教學(xué)體系中地位日益提升。未來，通過不斷學(xué)習(xí)和迭代，人工智能技術(shù)將為教育教學(xué)提供更具創(chuàng)新力的解決方案，為體育產(chǎn)業(yè)帶來新的產(chǎn)業(yè)動力。

2 人工智能技術(shù)在體育教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 智能大數(shù)據(jù)貫穿體育教學(xué)

每一節(jié)課程、每一次運動都會生成大量的運動數(shù)據(jù)，但是以往對數(shù)據(jù)記錄的不準確、遺漏以及后臺的失靈和人們的忽視，再加上只停留在數(shù)據(jù)收集層面，都會對體育教學(xué)以及學(xué)生準確了解自己狀況產(chǎn)生不利的影響。人工智能大數(shù)據(jù)改變以往缺點，對數(shù)據(jù)進行準確記錄與科學(xué)分析，實現(xiàn)了課程效果的可視化，老師們也能更好把握課程的走向，可以快速調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，從而獲得較好的授課效果。這改變了以往的僅能依靠課堂經(jīng)驗來布置課堂任務(wù)的教學(xué)方法，提升了教師教學(xué)和學(xué)生知識學(xué)習(xí)的效率與效果。

目前，在人工智能大數(shù)據(jù)的運用下，通過對課堂數(shù)據(jù)的智能管理與科學(xué)分析可以評估課程老師的教學(xué)質(zhì)量，反映學(xué)校課程目標與課堂內(nèi)容的實現(xiàn)狀況；通過心率、步數(shù)、血壓等身體數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可成為學(xué)生心理健康的監(jiān)測數(shù)據(jù)；另外，課堂評價的大數(shù)據(jù)分析也可用作老師課程內(nèi)容和教學(xué)方法的整改依據(jù)；同樣，課堂評價的數(shù)據(jù)也可用作學(xué)生上課評價和教學(xué)業(yè)績評估的關(guān)鍵指標，能有效提升國內(nèi)體育教學(xué)質(zhì)量。

例如在籃球課程中，可以通過學(xué)生的往返跑訓(xùn)練，得出學(xué)生們的實際身體數(shù)據(jù)和標準的運動數(shù)值，再進行智能運算再加以比較與分析，從而認識學(xué)生的體育價值與能力。同時利用大數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計籃球出手距離、弧度和速度，評估學(xué)生的動作能力與運動技能，降低學(xué)生受傷機率，幫助其獲得最佳運動能力，為老師指導(dǎo)學(xué)生提供技術(shù)支持。

2.2 智能穿戴設(shè)備推動體育教學(xué)

智慧穿戴設(shè)備早已應(yīng)用在了人們的生活中，例如現(xiàn)在人們隨處可見的小米智能手環(huán)、華為智慧腕表等等。在運動過程中，人們也已習(xí)慣于通過這種智慧穿戴設(shè)備來監(jiān)測自身的健康狀況，以及運動量的完成狀況。智能穿戴設(shè)備在體育教學(xué)中發(fā)揮的作用十分明顯。

中國部分省份已經(jīng)把單板滑雪練習(xí)成為學(xué)校運動課程的一個試點科目，而在滑雪課程中，學(xué)生腿部滑膜關(guān)節(jié)容易受影響，轉(zhuǎn)彎能力也成為了練習(xí)難點，尤其容易在轉(zhuǎn)彎中遭受損傷。但是學(xué)生可以通過佩戴智能穿戴裝置表現(xiàn)出腿部與滑膜關(guān)節(jié)間的平衡關(guān)系、反作用力以及轉(zhuǎn)彎軌跡等，并提醒老師幫助學(xué)生在平衡情況下轉(zhuǎn)彎，以確保學(xué)生在教學(xué)過程中的安全狀況；在網(wǎng)球體育課程中，常常會導(dǎo)致學(xué)生的肌骨系統(tǒng)受損較嚴重，使用智能穿戴裝置就能夠?qū)W(xué)生身體動作實施質(zhì)量監(jiān)測以及對學(xué)生身體運動做出過量警示。智能穿戴裝置還能多次錄入網(wǎng)球運動訓(xùn)練信息，獲取體育學(xué)習(xí)時間序列，并使用神經(jīng)元輸出空間，能有效分析被教育者運動模式等目的，幫助教師提供更好的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，使其個性化教學(xué)充分體現(xiàn)。

目前，智能穿戴設(shè)備公司已經(jīng)與全球各大運動品牌聯(lián)合，一起創(chuàng)造了全新的智能運動生態(tài)系統(tǒng)，智能產(chǎn)品的普及也會更加深入人們的日常運動中，融入體育教學(xué)中。通過穿戴智能設(shè)備而打造的全新運動教學(xué)方法將會推動體育課程的升級，提升體育課程的品質(zhì)，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，二者的融合也必將走在變革創(chuàng)新的前列，推動體育更好的服務(wù)于大眾。

2.3 虛擬現(xiàn)實（VR）構(gòu)建體育教學(xué)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）是一個能夠創(chuàng)造并感受虛擬世界的電腦模擬系統(tǒng)，使用者能夠在虛擬的環(huán)境里獲得更真實的感官體驗。如今VR技術(shù)已成功運用到運動比賽領(lǐng)域，在虛擬比賽中用戶也能獲得極佳的比賽感受。

不過虛擬現(xiàn)實科技（VR）在體育教學(xué)中的運用才初顯效果，未來我們將會將虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)更深層次融入體育教學(xué)。目前，部分學(xué)校還采用了虛擬現(xiàn)實手段仿真課堂氛圍、課程環(huán)境、學(xué)習(xí)用具等，不但能獲得與現(xiàn)實課堂環(huán)境相似的效果，同時也克服了一些實際問題，如教學(xué)經(jīng)費不足、氣候影響、活動場地限制、疾病影響等客觀因素。例如：在攀巖，滑翔傘等體育教學(xué)中，風(fēng)速大小的影響、危險場地的制約、恐高癥等因素都會使其體育課程無法繼續(xù)，但虛擬現(xiàn)實技術(shù)運用先進的信息技術(shù)沖破了時間、空間的約束，打破各種制約，建立三維模擬反映現(xiàn)出真實畫面。另外，老師們在教學(xué)過程中能夠看到受試者存在的問題，教師也能夠及時改進，加強對體育知識理解和掌握。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學(xué)校體育課程中的廣泛運用，徹底改變了學(xué)校傳統(tǒng)交互式的教學(xué)方法，將教師講授內(nèi)容轉(zhuǎn)化為學(xué)員仿真感受，將體育課當成一種樂趣，極大的改變了學(xué)生不愛運動的現(xiàn)象。虛擬現(xiàn)實（VR）融入體育教學(xué)，讓體育運動的真實體驗作用在學(xué)習(xí)者自身，從而更加直觀的了解與掌握相關(guān)知識與技術(shù)。除去環(huán)境的仿真，體育課程中任意一個元素都可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）表現(xiàn)出來，在授課過程中，老師可以針對課程的要求或者目標的要求進行個性化仿真操作。

2.4 智能無線傳感應(yīng)用體育教學(xué)

運動數(shù)據(jù)分析是監(jiān)控體育培訓(xùn)與教學(xué)過程的重要基礎(chǔ)，在極大程度上也反映著培訓(xùn)與教育過程的成效，因此經(jīng)常用作運動隊業(yè)績預(yù)測的關(guān)鍵指標。通過角度數(shù)據(jù)傳感器、身體心率與血壓數(shù)據(jù)傳感器、身體力量與阻力數(shù)據(jù)傳感器等應(yīng)用了解真實身體數(shù)據(jù)。在體育教學(xué)中，“無線傳感+運動器械”已獲得初步運用，由于運行和推廣成本太大，目前在運動教學(xué)中使用較少，不過由于技術(shù)的推動以及生產(chǎn)成本的下降，智能無線傳感器的使用將有很大的空間，更多院校也會將其運用到體育教學(xué)中，使體育教學(xué)更有效率。例如在滑雪運動中，智能滑板上已經(jīng)安裝有智能感應(yīng)器，將下彎時與懸而的身體位置進行記錄傳導(dǎo)，同時智能感應(yīng)器也可以感知滑板運動時與地面的碰撞；在網(wǎng)球運動中，智能傳感器的應(yīng)用甚至還可以推算出網(wǎng)球的實際飛行速度和運動軌跡，進一步的應(yīng)用在運動教學(xué)中。

3 人工智能技術(shù)在體育教學(xué)中的實施效果分析

3.1 提供精準的數(shù)據(jù)

AI技術(shù)是通過大數(shù)據(jù)分析的機器學(xué)習(xí)算法，所以，他們掌握的信息很多。首先，將智能大數(shù)據(jù)分析貫穿于體育教學(xué)，通過大數(shù)據(jù)的收集、管理、分類與呈現(xiàn)，進而改變傳統(tǒng)體質(zhì)數(shù)據(jù)的收集范圍和應(yīng)用范式，減少了低效的重復(fù)勞動，進而更為精準的了解全國學(xué)生的體質(zhì)現(xiàn)狀；同時利用大數(shù)據(jù)分析和云計算技術(shù)，能夠輕松完成對我國學(xué)生體質(zhì)測量的大樣本數(shù)據(jù)分析，為中國高校教師在體育教學(xué)決策、體育教學(xué)內(nèi)容、體育教學(xué)方法提供精準數(shù)據(jù)。

觀察學(xué)生運動過程中的各種動態(tài)軌跡，隨著時間的推移進行分析，準確研究和統(tǒng)計每個學(xué)生心理和學(xué)習(xí)行為的外部特征，為學(xué)生提供立體的“學(xué)習(xí)畫像”，并且通過測量的心率、血壓信息等，以幫助高校教師更精準把控體育教學(xué)。

3.2 達到全過程監(jiān)管

人工智能運用于體育教學(xué)領(lǐng)域的前沿科技智能穿戴設(shè)備、大數(shù)據(jù)分析、智能無線傳感、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)在學(xué)生習(xí)得知識的過程中，對被教育者的情感、反思、探究等心理活動進行監(jiān)控與評估。在上課前，基于學(xué)生的提前預(yù)習(xí)的情況，監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和技能水平，并動態(tài)調(diào)整教師的課程內(nèi)容以逐步適應(yīng)和改善學(xué)習(xí)者情況；在課后，基于學(xué)生的自主加強鍛煉，及時監(jiān)控跟蹤學(xué)生上課的學(xué)習(xí)成果，老師及時進行教學(xué)反思的工作，對學(xué)生的理解情況與對自己的教學(xué)行為有深入和準確的了解的前提下作出的反思，可以更有效的促進教師的教學(xué)發(fā)展。并且，通過人工智能技術(shù)可以客觀的記錄每一位學(xué)習(xí)者在課后的生理心理上的表現(xiàn)，經(jīng)過對課后實際效果與課前設(shè)計成效之間的對比，也可以客觀了解設(shè)計目標是否在課堂上實現(xiàn)。

另外，還可利用AI技術(shù)監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)時長和相關(guān)數(shù)據(jù)輔助學(xué)生達成教學(xué)目標。例如通過智能無線傳感就能通過學(xué)生的面部表情，根據(jù)面部運動分析學(xué)生學(xué)習(xí)認真程度，以提升教育的個性化并促進學(xué)生學(xué)習(xí)與教師教育之間的積極互動。在體育教學(xué)中，教師在傳授基本運動技能后，可以通過自動化的AI教學(xué)流程對其進行效果跟蹤，反映學(xué)生身體能力的實時情況，運動疲勞度，及時調(diào)整課程內(nèi)容，達到預(yù)期效果。

3.3 滿足個性化服務(wù)

如今社會的發(fā)展已然進入了信息時代。習(xí)近平總書記強調(diào)：教育信息化給我國帶來了難得的發(fā)展機遇，智慧教育可以增加學(xué)生的個性，使他們在教育學(xué)習(xí)的過程中確立自我、發(fā)展自我。一個有效的教學(xué)方案是基于在客觀清晰的掌握學(xué)生現(xiàn)狀的理論基礎(chǔ)下，要求教師通過體育教學(xué)充分發(fā)掘?qū)W習(xí)者的信息收集、分析和判斷的基本能力。同時，隨著人工智能技術(shù)在體育教育領(lǐng)域的應(yīng)用，綜合分析學(xué)生在體育教育領(lǐng)域的注意力、天賦優(yōu)勢、先天素質(zhì)、體育和運動知識等?？梢愿鶕?jù)個人需求和現(xiàn)實情況提供運動員的個性服務(wù)。根據(jù)學(xué)生在不同成長環(huán)境中的個體特點，為教師開發(fā)學(xué)生根據(jù)自身能力調(diào)整的體育課程。最后，鼓勵同學(xué)們開展終身體育運動。簡而言之，將人工智能融入體育課堂，可以有效捕捉和打造學(xué)生在不同運動水平的學(xué)習(xí)路徑，實現(xiàn)差異化的個性服務(wù)，幫助體育教師實現(xiàn)更專注、更精準的教學(xué)。符合我國新興的體育發(fā)展政策，實現(xiàn)教育信息化2.0的發(fā)展。這既是新時代中國高校體育教學(xué)改革的客觀需要，也將成為未來中國高校體育教學(xué)發(fā)展的主要方向。最終為學(xué)生健康體質(zhì)服務(wù)。

3.4 做出智慧化決策

如今教育數(shù)據(jù)挖掘與開發(fā)成為教育界中的新型業(yè)態(tài)，人工智能技術(shù)與體育教學(xué)的融合也碰撞出火花。利用視頻課程數(shù)據(jù)庫和學(xué)生運動數(shù)據(jù)，我們正在引入新一代的深度智力教學(xué)方法，對學(xué)生的課前和課后行為進行智能評估。包括：面部識別、表達分析等行為的同時，通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對學(xué)生運動行為數(shù)據(jù)進行分析，例如：學(xué)生運動軌跡、課前課后表現(xiàn)、注意力等數(shù)據(jù)，并通過可視化方式將結(jié)果呈現(xiàn)給學(xué)生、教師和家長。

近年來，伴隨著“全民健身”與“健康中國戰(zhàn)略”的不斷深入，體育在高?；A(chǔ)教學(xué)課程體系中的地位也愈來愈高。通過使用人工智能記錄每個學(xué)生的運動狀況，教師可以節(jié)省組織課程的時間，學(xué)生可以專注于自己的不足，并花更多時間讓動作更有效率，這是利用海量數(shù)據(jù)的智慧化決策給每個學(xué)生的提供更大便利。

4 人工智能技術(shù)在體育教學(xué)中運用的未來展望

未來的體育教學(xué)將會是人工智能與教學(xué)過程深度融合的時代。體育教學(xué)將走向多元化道路，內(nèi)在的本質(zhì)也將趨向個性化，外在形勢會更加豐富。體育教學(xué)的方式也會做出翻轉(zhuǎn)性的變革。傳統(tǒng)時期，教師始終是教學(xué)活動的主導(dǎo)部分，在接下來的人工智能時代，教師將把握教學(xué)方向，成為教學(xué)的調(diào)控者、實時監(jiān)控者。新型智能化教學(xué)模式應(yīng)運而生。未來的體育教學(xué)方式將能夠從更廣大的教學(xué)實踐中識別、獲取教學(xué)的各種元素和內(nèi)容，通過智能化的技術(shù)對數(shù)據(jù)進行分析、總結(jié)，進而建立綜合知識庫，然后再結(jié)合教學(xué)大綱、教學(xué)各項任務(wù)，根據(jù)學(xué)生的實際需要與需求，規(guī)劃課堂教學(xué)任務(wù)，最終達成智能化教學(xué)。未來，智能化教學(xué)的應(yīng)用將會徹底推翻傳統(tǒng)的授課方式，授課環(huán)境，授課資源，以更全面智能化的形式運用在體育教學(xué)中。

5 結(jié)語

人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展必將為體育教學(xué)方面添磚加瓦，帶動體育教學(xué)向著更深、更高層次發(fā)展。而隨著體育在教育教學(xué)中的地位日趨凸顯，體育教學(xué)與人工智能技術(shù)深度融合是未來體育教育發(fā)展的趨勢，運用現(xiàn)代化人工智能技術(shù)手段，變革傳統(tǒng)體育教學(xué)模式是實現(xiàn)新時代學(xué)校體育“四位一體”目標的根本保證。

本文系湖北省高等教育教學(xué)改革研究項目：基于AI技術(shù)的高校學(xué)生“自助式”課外體育教學(xué)平臺建設(shè)研究（2020478）。

通訊作者：徐樂

（作者單位：武漢工程大學(xué)）