田 吉 胡 勝

人工智能時代下體育課堂變革的新生態(tài)探究

田 吉 胡 勝

（沈陽大學 體育學院，遼寧 沈陽 110041）

人工智能所引發(fā)的技術革命將當代社會推向了智能化時代。人工智能技術以不可阻擋的勢頭突進體育課堂領域，給體育課堂教學帶來新的機遇與挑戰(zhàn)。文章運用文獻資料法、歸納總結法等方法剖析了人工智能時代下體育課堂的行為模式，厘清智能化體育課堂中的人物角色定位缺陷、監(jiān)管技術匱乏、交互體驗缺失等方面的不足。經(jīng)研究提出：強化智能人物角色的定位素養(yǎng)、高度整合智能監(jiān)管體系、深化智能交互情感體驗，是改革智能時代下體育課堂現(xiàn)存障礙的突破路徑。至此讓未來的智能化體育課堂走向更加全面的新生態(tài)。

人工智能；體育；課堂變革；新生態(tài)

人工智能是指仿真人類智能的計算機系統(tǒng)或技術，例如視覺或音頻的識別，樣貌或形態(tài)的分析，以信息技術為基礎，經(jīng)大數(shù)據(jù)判斷與決策的加持，以對人體的模仿、沉吸和超越為目標的高新科技。這種技術的廣泛應用使計算機代替人腦完成工作，在很大程度上拓寬智力與體力[1]。

2021年3月13日，我國《第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》提及要“推進數(shù)字化智能化改造和跨界融合”[2]。隨著中國數(shù)字化的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)體育課堂模式無法滿足人們當下的時代所需，促使體育課堂新生態(tài)快速涌現(xiàn)。然而，在智能技術與體育行業(yè)高度融合發(fā)展的當下，體育課堂的數(shù)字化技術尚不完備，仍需新一代體育人搭乘數(shù)字化的列車，高效發(fā)展體育信息化，在體育課堂領域大力推進“互聯(lián)網(wǎng)+”，實現(xiàn)傳統(tǒng)體育課堂向智能體育課堂的高效轉型。“人工智能+體育課堂教育”是黨實現(xiàn)體育強國的重要舉措，對提升國家綜合國力具有重大意義。

文章主要針對當下人工智能技術與體育課堂融合的現(xiàn)狀，簡述當下智能化體育課堂變革的發(fā)展問題，以人物定位關系、監(jiān)管系統(tǒng)、交互體驗為例，分析在體育課堂教學中人工智能技術的運行情況。并提出了相應問題的解決措施：加強智能技術對角色的準確定位，高度整合國外數(shù)字技術的監(jiān)管體系，利用現(xiàn)有資源改造互動系統(tǒng)。旨在更全面完善體育課堂的新生態(tài)，使人工智能技術與體育課堂進行更深入的融合，為培養(yǎng)體育高質量人才搭建有效平臺。

1 人工智能時代下體育課堂變革的新生態(tài)

1.1 智能體育課堂邏輯化建構

智能化體育課堂是以計算機為核心的產(chǎn)物，利用智能程序和高科技芯片與虛擬環(huán)境制造相結合，創(chuàng)設適用于體育課堂的模擬構造。在人工智能飛速發(fā)展的時代，只有高度結合智能技術的功能性邏輯學與體育課堂基本構造，努力把握并不斷探索和挖掘其內涵特征，擴大所要研究的兩者范圍，發(fā)揮智能技術在現(xiàn)代體育課堂的作用，從而更好地推動人工智能與體育課堂的融合發(fā)展?；诋斚聰?shù)字化技術的發(fā)展，針對人工智能技術的概念已提出三種極具代表性的研究范式，使體育課堂下的人體變得更加符合數(shù)據(jù)化、結合創(chuàng)新化、行為動作化[3]。

現(xiàn)如今，我國人工智能技術在體育課堂領域已廣泛普及，例如早課人臉識別系統(tǒng)、沉浸式體育教學情景、測量學生運動數(shù)據(jù)、精準化體質監(jiān)測以及智能教學平臺等。利用人工智能技術，逐漸對體育課堂進行更加全面規(guī)范式建設改革。體育課堂理念變革在于人工智能技術融合人類綜合想法，重建傳統(tǒng)教學的價值觀，并通過具體行動表現(xiàn)出來?；谌斯ぶ悄芗夹g發(fā)展現(xiàn)狀以及體育課堂變革的現(xiàn)實需求，實現(xiàn)我國人工智能技術與體育課堂的交叉結合，產(chǎn)生了具體的數(shù)據(jù)化構建[1]。

1.2 智能體育課堂數(shù)據(jù)化處理

體育作為智能化教學體系中相對獨特的一門學科，不僅有專業(yè)理論知識學習，還要求與運動技術高度配合，這就要求體育教師做出合理的教學分配。然而，在智能時代下對技術動作學習的體系尚不完善。因此，針對智能化體育課堂數(shù)據(jù)要更具全面性、易獲得性與多元性。人工智能技術融入體育課堂對以下數(shù)據(jù)進行分析處理。

其一，融入語言數(shù)據(jù)處理。語言是通過聲音進行表達，聲音是發(fā)聲者向聽者傳遞內容、表達情感與意圖的介質。一方面聲音的語調可以反映發(fā)言人的情意狀態(tài)，表達發(fā)言人的心理活動。另一方面可以利用語言對聲音進行數(shù)據(jù)處理，獲取人類的感應信號。智能技術將語言進行歸納整理，從而展現(xiàn)出體育課堂專業(yè)術語，比如體育課堂的整隊、結束的口令。

其二，融入形態(tài)數(shù)據(jù)處理。通過對手勢、動作、姿態(tài)等進行人體形態(tài)識別，以反映人體的現(xiàn)實狀態(tài)；通過對人體結構的建模、定點與分割，剖析運動技術動作。各大名人學家也對學生的形態(tài)識別做了很多深入研究[1]。例如徐家臻等基于人體骨架信息的提取實現(xiàn)對學生五大行為的識別[4]；劉新運等設計算法對學生立正發(fā)言、向右看齊、向后轉等體育課堂行為進行檢測[5]。這類智能技術的識別結果更能對體育課堂中的形態(tài)數(shù)據(jù)進行進一步的把控，從而更有針對性地體現(xiàn)在體育課堂中。如教師的示范、學生的演示等。

其三，融入面容數(shù)據(jù)處理。面部表情是人體表達情感的外顯方式。針對人類臉部表情的捕捉，用智能技術將捕捉到的信息進行識別，從而確定信號和意圖。識別面容處理主要有兩類:一是對局部特征的分析?？赏ㄟ^定位眼睛、鼻子、嘴唇等關鍵點的特征，識別面部肌肉動作并以此進行面部表情分類。二是對整體特征的分析。以分析整體面部為例，區(qū)分不同表情的面部特征[6]。面部表情是反饋教學成果的一種最直接的表達形式，如利用智能技術對學生在學習運動技術動作時的面部情態(tài)進行分析，從而確定學生運動技術的掌握程度。

其四，融入環(huán)境數(shù)據(jù)處理。智能時代下的環(huán)境以5G網(wǎng)絡、VR技術、知識圖譜、模式識別、語言處理等為代表，模擬現(xiàn)實技術是將背景空間從實體化向虛擬化過渡[7]。智能技術下的體育課堂是將傳統(tǒng)的體育課堂同各種儀器的協(xié)同在屏幕畫面中顯示出來，以此增加學習者環(huán)境空間的浸入感，提高學習者的思考及決策能力。用智能技術將體育課堂高質量地展示出來，為體育課堂的空間仿真技術創(chuàng)造必要條件，為創(chuàng)設真實的體育教學情境提供數(shù)據(jù)上的支持。

1.3 智能體育課堂虛擬化結合

虛擬技術屬于一種創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)仿真技術，虛擬技術的特性分為三大類：第一類沉浸性是指通過智能計算等相關設備生成逼真的多維感官環(huán)境，使參與者身臨其境，同時也會對參與者的行為產(chǎn)生相應反饋，從而達到人與環(huán)境的深度融合[8]，更有利于動作智能化掌握。虛擬仿真情境認知理論認為“學習者”和“所處環(huán)境”是同一系統(tǒng)的兩大子個體，兩者交叉進行且相互作用?，F(xiàn)如今，虛擬仿真技術的廣泛普及，出現(xiàn)了較完善的軟件設備。如MIPNet中的姿態(tài)估計技術可以監(jiān)測到人體定位點[9]。

第二類交互性是指體驗者對外在環(huán)境的感知。在體育課堂場景中，利用姿態(tài)估計技術中的預測人體關鍵坐標點，通過坐標點來描述一個準確的運動技術動作。如體驗者可真實的感受手握虛擬杠鈴、手握籃球拋出力量的大小等[8]。

第三類想象性指體驗者在虛擬的環(huán)境下，根據(jù)一定的交互行為，通過大腦的想象進行一定推斷，創(chuàng)新其賦予的超強想象能力[8]。虛擬環(huán)境的產(chǎn)生就是由設計者想象出來的產(chǎn)物，既可以是自身想象的結果，也可以是現(xiàn)實現(xiàn)象的闡述。

鑒于此，在虛擬技術的三大特性相互作用下，使虛擬技術更好的與體育學科交叉結合，進一步促進體育課堂的智能化建設，為變革體育課堂新生態(tài)創(chuàng)造強有力的背景條件。

2 人工智能參與體育課堂變革的現(xiàn)存障礙

2.1 人物定位缺陷

新興的智能化體育課堂對體育教師與學生的感受力都產(chǎn)生一定影響，首先，學生自主適應能力下降，智能技術的產(chǎn)生給予學生不同的學習體驗，傳統(tǒng)體育課堂下產(chǎn)生的問題需要靠不斷的探索得出最后的答案。然而，在智能時代下有大量應用軟件的，體育教師與學生無須反復探索就可以得出精準的答案，使學生主動求知的欲望大幅度降低，變成智能化被動式收取。長此以往，學生在接受問題時，產(chǎn)生一定的生理惰性，不再主動創(chuàng)新。在解讀人工智能教育的潛在風險時，《2022年人工智能教育藍皮書》指出，人工智能技術剝奪了學生自主篩選、探究、辨別的基本能力，學生會逐漸習慣送到眼前的學習資源和學習路徑，并盲目地認為都是適合自己的最優(yōu)推薦[10]。因此，解決學生角色的定位點是當下智能體育課堂要面對的首要問題。

其次，針對體育教師在智能體育課堂的主導地位這一問題，說法有其本質性的優(yōu)缺點。優(yōu)點是體育教師可以在人工智能技術的幫助下深度挖掘學生的內在潛力。缺點是在智能技術的過分引導下，體育教師的主導地位被其替代，智能技術對于體育教師的壓迫力日趨明顯，如學生可以通過線上教學平臺對技術動作進行慢動作觀看與重復的學習，這比教師的現(xiàn)場示范更全面、更具體。人工智能技術的廣泛應用將體育教師的主導地位推向末端，這也成為智能化體育課堂要面對的主要問題。

2.2 監(jiān)管技術匱乏

在體育課堂教學領域中，對學生體育學習的監(jiān)管則是最隱晦也是最難捕捉的困境。在虛擬環(huán)境影響下，基于學生的認知負荷控制，學生難以將注意力完全集中起來，智能技術所提供的功能會在一定層面上嚴重干擾受教育者對重要知識學習的注意。因此，受教育者關于一些技術動作的核心要點并不能完全掌握，而是浮于表面，此外，虛擬體育課堂中的技術動作練習，無法得到相應的條件反饋，導致技術動作的練習不夠準確和精煉。

在智能體育課堂監(jiān)管系統(tǒng)的普及應用下，體育教師能在虛擬環(huán)境下可以對學生進行實時監(jiān)管教育。但是，當前智能化監(jiān)管工具的開發(fā)仍有些許不足，導致體育教師難以辨別學生在虛擬環(huán)境中所做的動作是在玩還是在練習。個案研究數(shù)據(jù)表明，智能體育課堂下的體育教師在觀察學生的肢體語言和行為表現(xiàn)時[8]，與傳統(tǒng)的體育課堂相比，智能體育課堂下的行為表達不具真實性，也不易識別，為體育教師的智能化監(jiān)管增加實質性的難度。因此，當前智能化體育課堂面臨的困境：如何利用智能化數(shù)據(jù)開發(fā)更具深入化的監(jiān)管體系，幫助體育教師針對性地監(jiān)管學生體育知識的學習，并能適時地加以引導和進行干預。

2.3 交互體驗缺失

交互體驗顧名思義是指交流互動，智能化交互行為是指通過網(wǎng)絡這一溝通平臺，讓體驗者直接獲取相關交流信息，還能使體驗者之間或體驗者與平臺之間相互交流互動，從而達到智能時代下人類的不同互動行為。經(jīng)研究認為：交互行為體驗有著不同的特征，內部技術相互影響并不斷完善，形成不同形式的交互體驗。

現(xiàn)如今，智能時代下的交互行為雖能滿足大部分用戶的需求，但在體育課堂中交互行為卻受到了嚴重的影響。體育課堂中的大部分交流形式即語言，語言結構的合理性有助于提高人類的溝通效果，語言交互體現(xiàn)在體育教師以正常的語言情感、講授情感、理論情感等與學生的交流配合中。然而，受智能技術的影響，體育教師的交互情感卻難以得到學生的回應，語言行為受到了極大的限制，教師的“講”變成機械性的表達，對于教師帶有情感態(tài)度的語言行為，在交互平臺溝通中都被大打折扣，如體育教師帶有批評的情感態(tài)度，在文字溝通中未涉及強烈的語氣，那么在這段附有感情的交互行為中，學生是沒有情感認知效應的。由此可見，人工智能技術下體育課堂通過語言所傳遞的情感意義均未涉及。這正是體育課堂中交互行為的一種嚴重缺失，是智能化體育課堂改革需要進一步深化研究的重點。

3 人工智能改革體育課堂變革的突破路徑

3.1 強化智能人物定位素養(yǎng)

在智能化時代的影響下傳統(tǒng)體育課堂的地位逐漸被弱化?！督逃畔⒒?.0行動計劃》中明確指出“要全面提升師生信息素養(yǎng)，應用信息技術解決教學、學習、生活中問題的能力成為必備的基本素質”[11]。因此，強化教師的“教”和學生的“學”是改革傳統(tǒng)體育課堂的首要任務。

第一，提高學生的智能化學習素養(yǎng)。體育課堂受智能技術的影響，這會導致學生的學習興趣、自學能力以及專業(yè)練習不斷下降。學生在突破傳統(tǒng)體育課堂限制的同時，個體發(fā)展也存在一定的變化。在面對智能化教學這一時代導向時，學生應根據(jù)自己的興趣愛好來篩選適合自己的體育項目，而不是盲目跟從；在面對智能教學系統(tǒng)提供的運動分析報告時，學生應有判斷力地從自身維度出發(fā)總結分析。使學生感受到智能化體育學習的主體性與重要性，提高自身創(chuàng)造力。

第二，提高教師的智能化專業(yè)素養(yǎng)。人工智能在體育教學中被定義為“教育輔助者”，而非主導者。首先，體育教師要積極學習智能技術，關注智能技術發(fā)展的前沿問題，奠定智能技術知識的基礎，在日后的實踐應用中，能夠得心應手地運用智能技術。其次，凸顯體育教師的主導性，在體育教學過程中有智慧地應用人工智能的優(yōu)劣勢。機器只會解決問題但不會發(fā)現(xiàn)問題，所以教師可以針對學生本質特點，開發(fā)挖掘學生成長的可能性。智能時代下的體育教師應創(chuàng)造出適合時代要求的有力的價值。最后，體育教師要進行相應的教學反思，深度考慮在智能化時代下，教學內容是否偏離原有本質，要在體育實踐中不斷檢驗與反思自身行為，實現(xiàn)自身的專業(yè)教學成長。

3.2 高度整合智能監(jiān)管體系

有效的開發(fā)和應用智能監(jiān)管體系已是智能化體育課堂的大勢所趨。在體育課堂中，教師的監(jiān)管系統(tǒng)尚不完備，這也正是智能化體育課堂的內在隱患。因此，明確監(jiān)管主體和監(jiān)管機構的職責才是當今智能化體育課堂所必需的。

目前我國體育行業(yè)已經(jīng)成立了多個監(jiān)管小組，為智能體育課堂的監(jiān)管標準提供技術上的支持。同時在與別國的合作交流時發(fā)現(xiàn)國際智能技術已經(jīng)達到在背景被干擾時，依舊可以準確識別到被檢測者人體精準的姿態(tài)，保證正常的檢測數(shù)據(jù)以及根據(jù)人體AI姿態(tài)分析[12]，可以實時提示違規(guī)動作，自動匹配國家評分標準程度。據(jù)了解，在當前市面上也推行了一種骨骼模型識別方法，如在跳繩運動中，不僅能檢測到學生身體擺動幅度，還可以實現(xiàn)計數(shù)制。這些體系應用在體育課堂中，教師不僅可以精準地對學生的動作進行標準檢測，還可以減輕工作負擔，提高體育課堂效率。國外智能技術的融合已是當前智能時代的風尚導標，借鑒他國優(yōu)質監(jiān)管技術資源，對此進行深入研究并高度融合，將融合后的教學監(jiān)管技術廣泛應用到體育課堂中，從而促使體育教師在課堂上更加了解學生的體育學習行為，對學生進行實時監(jiān)控。

3.3 問題深化智能交互情感體驗

由信息數(shù)字化與自動化加持的人工智能時代，體育教師原本固定的教學互動性已逐漸處于劣勢。原本依靠組間協(xié)作、語言交流的教學行為被智能技術所取代。如團隊比賽、對學生糾錯以及情感性的鼓勵與批評等。在體育課堂中人與人之間的互動關系是智能時代下最容易被忽略掉的重要特性。體育教師對技術動作的講解，實際上是情感互動的一種表達過程，這種帶有感情色彩的交互是無可替代的，這也是當下智能技術所欠缺的。

首先，體育教師應認識到體育教學并不只是傳授知識的過程，更是培養(yǎng)學生養(yǎng)成終身體育觀念的過程。其次，體育教師應在體育課堂的各個階段設立智能化互動捕捉系統(tǒng)，讓智能技術不僅體現(xiàn)在師生間的互動，還可以幫助學生與學生之間信息化的交流學習，保證體育課堂的趣味性與交流性，同時通過人工智能技術對學生的興趣愛好進行評估預測，使得體育課堂更具智能化交互“風味”，此外，充分利用智能化互動體系，可利用APP線上交流、體育競賽虛擬化等形式[13]，基于人工智能的情景吸引力，鞏固師生或學生與學生之間的互動交流，使師生感受團結一致、頑強拼搏的體育精神，生成智能化體育獨特的情感體驗。

4 結語

人工智能技術深度改革傳統(tǒng)的體育教學模式，為創(chuàng)新體育課堂帶來新的契機。對當下的體育領域來說，與智能技術的高度融合已是時代所需。文章以現(xiàn)存的智能化體育課堂內在特征為基礎，剖析該研究領域中所存在的實時性問題并進行梳理，嘗試得出相應對策，從而更好地變革體育課堂的新生態(tài)，為推行更高效的智能化體育課堂添磚加瓦。

[1]吳立寶，曹雅楠，曹一鳴.人工智能賦能課堂教學評價改革與技術實現(xiàn)的框架構建[J].中國電化教育,2021,42(5):94-101.

[2]黃元騁,王紅震.新時代智能體育與傳統(tǒng)體育融合發(fā)展研究[J].沈陽體育學院學報,2021,40(5):54-60.

[3]李振，周東岱，王勇.“人工智能+”視域下的教育知識圖譜:內涵、技術框架與應用研究[J].遠程教育雜志,2019,37(4):42-53.

[4]徐家臻,鄧偉,魏艷濤.基于人體骨架信息提取的學生課堂行為自動識別[J].現(xiàn)代教育技術,2020,30(5):108-113.

[5]劉新運,葉時平,張登輝.改進的多目標回歸學生課堂行為檢測方法[J].計算機工程與設計,2020,41(9):2684-2689.

[6]Pantic M,Rothkrantz,L.J.M.Facial Action Recognition for Facial ExpressionAnalysis From Static Face Images[J].IEEE transactions on systems,man,and cybernetics,Part B.Cybernetics,2004,34(3):1449-1461.

[7]李小平,董銀銀,姜麗萍,等.基于知識圖譜設計的VR教學資源建構問題研究[J].中國教育信息化,2020,26(19):15-23.

[8]劉德建,劉曉琳,張琰,等.虛擬現(xiàn)實技術教育應用的潛力、進展與挑戰(zhàn)[J].開放教育研究,2016,22(4):25-31.

[9]KHIRODKARR, CHARIV, AGRAWALA, et al. Multi-instance pose networks:rethinking top-down pose estimation[C]//2021IEEE/CVF International Conference on Computer Vision(ICCV). Los Alamitos, CA: IEEE Computer Society, 2021:3102-3111.

[10]《2022年人工智能教育藍皮書》發(fā)布[EB/OL].https://new.qq.com/omn/20220326/20220326A0AFVZ00.html,2022-03-26.

[11]教育部關于印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》的通知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html,2018-04-25.

[12]曲亮,許杏,王崠.基于邊緣AI移動視頻關鍵點的多姿態(tài)物體識別技術研究[J].信息技術與信息化,2019,44(12):205-207.

[13]楊韻.人工智能時代體育教學內涵特征、發(fā)展困境與推進策略[J].體育文化導刊,2022(9):104-110.

Research on the New Ecology of P. E. Classroom Reform in the Age of Artificial Intelligence

TIAN Ji, etal.

(Shenyang University ,Shenyang 110041 ,Liaoning ,China)

田吉（1999—），碩士生，研究方向：學校體育教學。

胡勝（1970—），碩士，副教授，研究方向：學校體育教學。