赫忠慧 郭鐘澤

（北京大學(xué)體育教研部 北京 100871）

1、引言

隨著信息化不斷發(fā)展，知識(shí)獲取方式和傳授方式發(fā)生了革命性變化，教育領(lǐng)域的數(shù)字化改革日漸加速。黨的十九大報(bào)告提出，要建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、數(shù)字中國、智慧社會(huì)，“數(shù)字中國”上升為國家戰(zhàn)略，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)全面應(yīng)用于我國各領(lǐng)域建設(shè)，并取得決定性進(jìn)展和顯著成效?！督逃?022年工作要點(diǎn)》提出“實(shí)施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動(dòng)”，加快推進(jìn)教育數(shù)字轉(zhuǎn)型與智能升級(jí)。隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，越來越多新型的教育技術(shù)被運(yùn)用到教育中，對(duì)整個(gè)教育過程、教育體系都產(chǎn)生了很大的影響。“物聯(lián)網(wǎng)”、“云平臺(tái)”等現(xiàn)代技術(shù)為傳統(tǒng)教室的智慧提升提供了支持，極大地促進(jìn)了校園信息化的程度，而智慧教室的出現(xiàn)為改革學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)提供了技術(shù)支撐，滿足了不同課程體系以及不同師生的需求，進(jìn)而得到了全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

新時(shí)代，發(fā)展與提升青少年體能有著時(shí)代的必要性和可行性，隨著數(shù)字化運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)備和設(shè)施在體能訓(xùn)練過程中的成熟運(yùn)用，讓智慧體能教室的系統(tǒng)性發(fā)展成為可能。本文旨在探討基于智慧體能教室設(shè)計(jì)的需求分析前提下，進(jìn)行智慧體能教室的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，并提出智慧體能教室的建設(shè)建議。

2、智慧體能教室的需求分析

智慧體能教室是針對(duì)在校學(xué)生以提升體質(zhì)與健康水平而進(jìn)行的專門化、專業(yè)化教室。結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)過程中與體能發(fā)展相關(guān)的學(xué)生體質(zhì)與健康測評(píng)、體能課程教學(xué)、課外體育鍛煉等活動(dòng)，有針對(duì)性地制訂智能化教室的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而進(jìn)行場地及設(shè)施設(shè)計(jì)，以及人體及運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)等架構(gòu)分析。

2.1、《國家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》測評(píng)的需要

《國家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）是國家學(xué)校教育工作的基礎(chǔ)性指導(dǎo)文件和教育質(zhì)量基本標(biāo)準(zhǔn)。《標(biāo)準(zhǔn)》從身體形態(tài)、身體機(jī)能和身體素質(zhì)等方面綜合評(píng)定學(xué)生的體質(zhì)健康水平，是學(xué)生體質(zhì)健康的個(gè)體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。測評(píng)指標(biāo)中的身體形態(tài)及身體素質(zhì)類指標(biāo)可以作為體質(zhì)健康水平的監(jiān)測指標(biāo)，也可以通過它們的變化來反映運(yùn)動(dòng)對(duì)體能的改善和提升效果，因此，《標(biāo)準(zhǔn)》測評(píng)指標(biāo)可作為智能體能教室中重要的測評(píng)工具。

2.2、體質(zhì)健康發(fā)展的需求

青少年時(shí)期是各項(xiàng)身體素質(zhì)與身心發(fā)展的關(guān)鍵階段，然而中國青少年的體質(zhì)健康水平呈現(xiàn)著連續(xù)下滑趨勢。已先后進(jìn)行了8次的“中國學(xué)生體質(zhì)與健康調(diào)研”結(jié)果顯示，從1995-2014年，中國兒童和青少年身體素質(zhì)情況下降了167%，且不及1985年的水平。其中，有33%的青少年存在不同程度的健康隱患。細(xì)化至身體姿態(tài)這一領(lǐng)域，駝背、圓肩、高低肩、脊柱異常等身體姿態(tài)問題在青少年群體中較為多發(fā)，脊柱側(cè)彎已成為繼肥胖癥、近視之后中國兒童青少年健康的第三大隱患。

《普通高中體育與健康課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》和2021年新頒布的《義務(wù)教育體育與健康課程標(biāo)準(zhǔn)》中都將發(fā)展體能作為技能發(fā)展的前提和基礎(chǔ)，在課時(shí)安排和教學(xué)內(nèi)容等方面都提出了明確的要求。在體育教學(xué)中采用數(shù)字化教學(xué)資源、智能測評(píng)及運(yùn)動(dòng)處方指導(dǎo)方案等也已明確寫入課程標(biāo)準(zhǔn)中，引導(dǎo)著體育教學(xué)改革的方向。

3、智慧體能教室的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智慧教室是一種全新的教學(xué)環(huán)境，其依托泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等科技，以海量的數(shù)字化課程與教學(xué)教育資源為前提，融合多媒體技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備系統(tǒng)化管理、促進(jìn)課堂交互開展，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)，以師生互動(dòng)為核心，實(shí)現(xiàn)“教”與“學(xué)”關(guān)系最優(yōu)，具有情境感知和環(huán)境管理功能的新型教室。

智慧體能教室的系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用智慧教室的上述技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智慧教室的功能。還應(yīng)遵循體能發(fā)展規(guī)律，充分體現(xiàn)發(fā)展體能的過程，且全方位呈現(xiàn)“智慧教育”的特征。發(fā)展體能的過程應(yīng)體現(xiàn)體能基礎(chǔ)水平的測試與評(píng)價(jià)，體能訓(xùn)練方案的實(shí)施與質(zhì)量監(jiān)控，以及體能發(fā)展的效果反饋。而智慧教育的主要特點(diǎn)包括：學(xué)習(xí)方式個(gè)性化，教育信息共享化，管理服務(wù)智能化。

3.1、智慧體能測評(píng)系統(tǒng)

體能測評(píng)系統(tǒng)基于體能測評(píng)的需求，系統(tǒng)開展《國家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》測試與評(píng)估，同時(shí)圍繞體能發(fā)展所關(guān)注的身體姿態(tài)、身體功能篩查等測評(píng)項(xiàng)目，結(jié)合運(yùn)動(dòng)能力的測評(píng)滿足運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)的需要。

體能測評(píng)數(shù)據(jù)的采集及統(tǒng)計(jì)分析采用目前通用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，如電子計(jì)時(shí)設(shè)備，電子測距設(shè)備，數(shù)字化計(jì)數(shù)設(shè)備，電子傳感器設(shè)備，壓力感應(yīng)設(shè)備，人工智能動(dòng)作捕捉系統(tǒng)等。通過發(fā)展較為成熟的外設(shè)設(shè)備將體能測試數(shù)據(jù)采集到評(píng)價(jià)管理系統(tǒng)，并依據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，出具結(jié)果分析報(bào)告。

體能測評(píng)系統(tǒng)既可以對(duì)個(gè)體體能狀況進(jìn)行測評(píng)、結(jié)果反饋，也可以針對(duì)不同群體開展群體數(shù)據(jù)分析，為個(gè)體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)處方指導(dǎo)提供依據(jù)，也可以為班級(jí)體能教學(xué)指導(dǎo)提供數(shù)據(jù)分析報(bào)告。

圖1 智慧體能評(píng)價(jià)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2、智慧體能運(yùn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

運(yùn)動(dòng)處方根據(jù)功能可以分為以發(fā)展健康體能的運(yùn)動(dòng)處方和發(fā)展運(yùn)動(dòng)體能的運(yùn)動(dòng)處方。運(yùn)動(dòng)處方根據(jù)不同目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)根據(jù)練習(xí)者的基礎(chǔ)體能狀況安排不同的運(yùn)動(dòng)處方方案。此外，很多體育教學(xué)課件也可以作為教學(xué)資源在教室里加以推送與應(yīng)用。這些方案中通常包含運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度、時(shí)間、運(yùn)動(dòng)量等實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)指標(biāo)，也包括身體負(fù)荷等整體評(píng)估指標(biāo)。上述運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集目前較常用的是可穿戴設(shè)備，如，以普通健身需求為導(dǎo)向,簡單輕便,個(gè)人常用的計(jì)步器、運(yùn)動(dòng)手環(huán)、運(yùn)動(dòng)手表等，還有一類以運(yùn)動(dòng)監(jiān)控需求為導(dǎo)向，設(shè)備專業(yè)屬性強(qiáng)，可根據(jù)需要靈活調(diào)整采集指標(biāo)和相關(guān)參數(shù)，設(shè)備佩戴安全性和舒適性高，如 GPS、加速度計(jì)、陀螺儀等。對(duì)于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)也通常會(huì)有相應(yīng)的軟件支持及數(shù)據(jù)交互、云端交互功能。

圖2 智慧體能運(yùn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3、智慧體能數(shù)據(jù)分析及管理平臺(tái)

智慧體能數(shù)據(jù)管理平臺(tái)可收集并整理的數(shù)據(jù)范圍廣且有針對(duì)性，可對(duì)練習(xí)者全方位的數(shù)據(jù)和信息實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、系統(tǒng)化。體能訓(xùn)練數(shù)據(jù)管理平臺(tái)應(yīng)該具有技術(shù)成熟，用戶體驗(yàn)友好，操作簡單有效，便于每天數(shù)據(jù)輸入和分析等特點(diǎn)。并且可以短時(shí)間生成準(zhǔn)確、有針對(duì)性的數(shù)據(jù)分析報(bào)告。幫助練習(xí)者對(duì)其運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的變化做出準(zhǔn)確的判斷，同時(shí)，也可選擇多樣的個(gè)性化定制方案來滿足練習(xí)者的需求。

智慧體能訓(xùn)練數(shù)據(jù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)應(yīng)兼具靈活性和自定義性，輕松設(shè)置不同級(jí)別管理者、指導(dǎo)人員和練習(xí)者的操作權(quán)限。同時(shí)，大數(shù)據(jù)平臺(tái)還應(yīng)該支持目前主流數(shù)字化體能測試儀器的后臺(tái)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，可以通過直接上傳或間接導(dǎo)入的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，減少人工輸入的環(huán)節(jié)，并實(shí)現(xiàn)一站式體能測試和訓(xùn)練數(shù)據(jù)的匯總、管理、存儲(chǔ)和分析，生成簡潔直觀的分析報(bào)告。

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠把各個(gè)數(shù)據(jù)之間的相互聯(lián)系做出一個(gè)清晰明了的分析,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)一些具有很大價(jià)值的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，達(dá)到對(duì)練習(xí)過程的有效控制。

圖3 智慧體能數(shù)據(jù)分析及管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖

4、建設(shè)智慧體能教室的建議

4.1、秉承“以人為中心”的設(shè)計(jì)理念

智慧體能教室在建設(shè)過程中，應(yīng)采用“以人為中心”的設(shè)計(jì)理念，即遵循以學(xué)習(xí)者為主體的設(shè)計(jì)理念，應(yīng)體現(xiàn)體能測評(píng)結(jié)果分析、運(yùn)動(dòng)方案實(shí)施過程監(jiān)測以及運(yùn)動(dòng)質(zhì)量及效果評(píng)估的需求。同時(shí)，智慧教室應(yīng)具有高科技的智能技術(shù)與教學(xué)裝備，即要求網(wǎng)絡(luò)、云服務(wù)、智能行為分析系統(tǒng)、各種交互式設(shè)備等應(yīng)成為標(biāo)配；優(yōu)化整合教學(xué)資源，優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源獲取及推送服務(wù)便捷，實(shí)現(xiàn)線上線下的混合式教學(xué)；根據(jù)課程特點(diǎn)，充分運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)和裝備，創(chuàng)設(shè)體驗(yàn)型、主題型不同類型的教學(xué)情境，滿足不同需求。

4.2、堅(jiān)持“以應(yīng)用為中心”的建設(shè)原則

在建設(shè)智慧體能教室過程中，應(yīng)堅(jiān)持“以應(yīng)用為中心”的原則，選取發(fā)展成熟的體能測評(píng)及數(shù)據(jù)監(jiān)測采集等軟、硬件產(chǎn)品，保障數(shù)據(jù)采集過程中軟、硬件系統(tǒng)應(yīng)用的流暢性與個(gè)人數(shù)據(jù)及隱私的安全性。在功能實(shí)現(xiàn)方面也應(yīng)以實(shí)用性為出發(fā)點(diǎn)，充分考慮交互過程的操作更為便捷，設(shè)計(jì)應(yīng)用操作便捷、界面清晰的交互界面，操作系統(tǒng)應(yīng)有較高的糾錯(cuò)容錯(cuò)能力，從而讓智慧體能教室的使用更具實(shí)用價(jià)值。