陳金霞

人工智能在大學(xué)生體育課堂建設(shè)中的應(yīng)用

陳金霞

（武夷學(xué)院體育教學(xué)部，福建 武夷山 354300）

針對(duì)當(dāng)前高等院校課堂中所面臨的設(shè)備損耗率高且測量精度不夠的問題進(jìn)行改進(jìn)，提出了一個(gè)基于AI計(jì)算機(jī)的高校體育課堂建設(shè)方案。該方案能通過預(yù)先制定的規(guī)則，對(duì)體育運(yùn)動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，在逐步更新知識(shí)庫的條件下，智能地實(shí)現(xiàn)體育課堂判別。

人工智能；體育課堂；高等教育

目前，我國大學(xué)體育課堂中，生師比相對(duì)較大，存在師生互動(dòng)性強(qiáng)即教師個(gè)體面對(duì)學(xué)生群體的互動(dòng)，同時(shí)高校體育課堂的測試頻率更高的特點(diǎn)，導(dǎo)致體育教學(xué)和體育課堂的建設(shè)困難度較高，不利于以提升學(xué)生體育素質(zhì)、素質(zhì)教育和意志教育為主要目的的體育課堂的發(fā)展。

針對(duì)目前大學(xué)體育教育中存在的問題，有很多測評(píng)設(shè)備和改進(jìn)的教學(xué)手段，如牛凱等設(shè)計(jì)了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的體育理論考試系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了學(xué)生在線進(jìn)行體育理論測評(píng)的目的，提高了測試效率并簡化了教師對(duì)學(xué)生的試卷評(píng)閱和成績管理等過程。李山等設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)字化的傳感器系統(tǒng)和跳遠(yuǎn)監(jiān)測系統(tǒng)，利用傳感器自動(dòng)獲取跳遠(yuǎn)數(shù)據(jù)，從而提高了測試效率。王小輝等利用無線傳感器獲取運(yùn)動(dòng)員的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并利用無線網(wǎng)絡(luò)ZigBee進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而對(duì)運(yùn)動(dòng)員的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。練碧貞等利用傳感器設(shè)計(jì)了一個(gè)籃球自動(dòng)監(jiān)測的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能自動(dòng)有效地記錄投籃數(shù)，從而有利于增強(qiáng)籃球測試中的記錄效率，降低教師的工作量。Milosevic B等利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了可穿戴設(shè)備，對(duì)運(yùn)動(dòng)員的跳遠(yuǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，該系統(tǒng)在一定程度上簡化了測評(píng)人員的工作，提升了工作效率。

目前的高校中，常見的體育考核設(shè)施通常依賴電容或電阻式傳感器設(shè)計(jì)和制作而成，原理是檢測表面的壓力變化，但相關(guān)的設(shè)施容易損壞，增加了教學(xué)成本；且這些傳感器的檢測準(zhǔn)確度不夠高，從而降低了教學(xué)效率。這些現(xiàn)象不利于實(shí)現(xiàn)大學(xué)體育教育的目標(biāo)，且增加了體育教學(xué)中的資源浪費(fèi)和教學(xué)成本?；谏鲜鲈?，本文結(jié)合人工智能設(shè)計(jì)了一個(gè)智能化的體育課堂建設(shè)方案，該方案有利于避免現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)施容易損壞，且效率和精度都不夠高的問題。

1 人工智能課堂的建設(shè)

1.1 人工智能

人工智能是一項(xiàng)新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)，由跨計(jì)算機(jī)技術(shù)、統(tǒng)計(jì)和概率論等多學(xué)科發(fā)展而來。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理方式不一樣的是，人工智能技術(shù)可以利用一些計(jì)算機(jī)外設(shè)來獲取數(shù)據(jù)，并通過計(jì)算機(jī)編程技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并不斷更新知識(shí)庫，人工智能技術(shù)能自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對(duì)外界獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判別。

人工智能依賴于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)和心理學(xué)等，目前沒有嚴(yán)格的定義對(duì)人工智能的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行界定，但通過目前的交通控制領(lǐng)域的交通事故處理系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)等領(lǐng)域，人工智能的應(yīng)用系統(tǒng)模型可以歸納為圖1所示結(jié)構(gòu)。

圖1 人工智能應(yīng)用系統(tǒng)模型

1.2 基于人工智能的體育課堂建設(shè)

目前很多探討將一些基于人工智能的應(yīng)用引入到大學(xué)的體育課堂中，其中AlphaGo是眾多的應(yīng)用之一，這些系統(tǒng)對(duì)大學(xué)課堂的建設(shè)和改革主要集中在增加學(xué)生的興趣，改革體育教學(xué)內(nèi)容相對(duì)單一的教學(xué)現(xiàn)狀，但是這些教學(xué)手段的出現(xiàn)基本是針對(duì)學(xué)生而言，不利于提升老師的教學(xué)效率。

基于上述現(xiàn)狀，本文在圖1的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有的課堂進(jìn)行改進(jìn)，提出了一個(gè)更加可靠、高效、操作簡單的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)用于田徑場和跳遠(yuǎn)場地等體育活動(dòng)場所，由AI計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、人機(jī)接口、管理端的顯示設(shè)備、場地感知設(shè)備、場地提示設(shè)備和無線感知與提示設(shè)備等部分構(gòu)成，如圖2所示。

1.2.1場地感知與提示設(shè)備

場地感知與提示設(shè)備主要用于運(yùn)動(dòng)場地的數(shù)據(jù)獲取，通過知識(shí)庫讓系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別相關(guān)人員是否能按照運(yùn)動(dòng)規(guī)則進(jìn)行，通過獲取運(yùn)動(dòng)員的數(shù)據(jù)從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)人員識(shí)別，有利于提升評(píng)估人員的工作效率，降低其工作量；而提示設(shè)備會(huì)在第一時(shí)間給出運(yùn)動(dòng)員的相關(guān)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的提示。

圖2 基于人工智能系統(tǒng)的體育課堂建設(shè)方案

1.2.2人機(jī)接口

人機(jī)接口主要提供給管理員進(jìn)行知識(shí)庫的訓(xùn)練、規(guī)則設(shè)置、知識(shí)庫的檢索、結(jié)論查看等。

1.2.3數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要負(fù)責(zé)原始數(shù)據(jù)的搜集，并進(jìn)行預(yù)處理，從而獲得系統(tǒng)所需要的一些控制信息，最終提交給AI計(jì)算機(jī)進(jìn)行深度處理。

1.2.4顯示設(shè)備

顯示設(shè)備主要用于AI計(jì)算機(jī)所處理的數(shù)據(jù)的顯示，展示給應(yīng)用人員，從而有利于獲取圖形化的數(shù)據(jù)。

1.2.5 AI計(jì)算機(jī)

AI計(jì)算機(jī)是在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，從而提高了數(shù)據(jù)的處理效率的一種新型計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)能進(jìn)行數(shù)據(jù)的有效控制和交互，通過已有的知識(shí)庫，從而讓計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行智能識(shí)別，對(duì)數(shù)據(jù)處理的有效性取決于系統(tǒng)的知識(shí)庫和計(jì)算機(jī)規(guī)則。

2 人工智能計(jì)算機(jī)

人工智能計(jì)算機(jī)的配置目前有兩種方法：專家配置系統(tǒng)和專用AI系統(tǒng)。目前人工智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要根據(jù)已有的規(guī)則和相應(yīng)的知識(shí)庫對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行改進(jìn)，這些知識(shí)庫依賴已有的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)等方法進(jìn)行改進(jìn)，從而獲得更加智慧的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)[13]。目前有很多商業(yè)的AI計(jì)算機(jī)，如IBM、聯(lián)想等均有相關(guān)的計(jì)算機(jī)。

3 結(jié)語

本文基于人工智能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)對(duì)大學(xué)體育課堂進(jìn)行改進(jìn)的方案，該方案針對(duì)目前高校體育課堂實(shí)施過程所面臨的設(shè)備損壞率高，設(shè)備精度相對(duì)較低等問題進(jìn)行設(shè)計(jì)。在大學(xué)新型課堂的建設(shè)為背景的前提下，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多元化、多用途話的管理方式，從而有利于建立一個(gè)真正適合于現(xiàn)代化教育教學(xué)的新型教學(xué)手段。

[1]馬玉芳.體育課堂教學(xué)互動(dòng)特點(diǎn)分析[J].體育與科學(xué),2001,22(6):81-82.

[2]杜子平.21世紀(jì)高校體育教育的目標(biāo)和功能的思考[J].體育科學(xué)研究,2000(3):29-32.

[3]牛凱,劉軍.基于Web技術(shù)的.體育理論考試系統(tǒng)的研究與設(shè)想[J].電子測試,2014(15):109-111.

[4]李山,葛新發(fā),于岱峰.基于傳感器裝備的體育訓(xùn)練器械——數(shù)字化跳遠(yuǎn)起跳監(jiān)測系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[C]//全國運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)學(xué)術(shù)交流大會(huì)，2012:5-6.

[5]王小輝,李圣普.基于無線傳感技術(shù)的跑步訓(xùn)練輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微處理機(jī),2015(6):82-84.

[6]練碧貞,宋薇,單曙光.籃球技術(shù)與體能測評(píng)系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].北京體育大學(xué)學(xué)報(bào),2013(6):115-118.

[7]王永慶.人工智能原理與方法[M].陜西西安:西安交通大學(xué)出版社,1998.

[8]宋瑨.將電子競技運(yùn)動(dòng)引入高校課堂可行性研究[J].青年時(shí)代,2016(21):141-141.

[9]李江,朱艷秋.基于人工智能的交通事故處理系統(tǒng)的研究[J].中國公路學(xué)報(bào),1999(4):64-68.

[10]董炫良.人工智能模式下機(jī)器人移動(dòng)路徑導(dǎo)航設(shè)計(jì)研究[J].佳木斯職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2017(3):416-417.

[11]褚飛,李艷.人工智能AlphaGo技術(shù)及其應(yīng)用探析[J].信息系統(tǒng)工程,2017(6):107.

[12]曾毅,劉成林,譚鐵牛.類腦智能研究的回顧與展望[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2016(1):212-222.

[13]李力,林懿倫,曹東璞,等.平行學(xué)習(xí)-機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)新型理論框架[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào),2017,43(1):1-8.

On the Application of Machine Learning in the Construction of College PE Classes

CHEN Jinxia

（Wuyi College,Wuyishan 354300, Fujian, China）

陳金霞（1982—），碩士，講師，研究方向：體育教育訓(xùn)練學(xué)。