宋 偉，潘治國，王麗娜

(1.中國民航大學 體育工作部，天津 300300；2.天津工業(yè)大學 體育工作部，天津 300387)

新時代，以大數(shù)據(jù)為核心的人工智能正在影響或者改變我們的生活、學習、鍛煉方式，并加快了學校體育的改革步伐。人工智能技術與學校體育的深度融合對于豐富教學手段，提高教學質(zhì)量，轉(zhuǎn)變教學模式，滿足學生個性化需求，培養(yǎng)體育教師利用現(xiàn)代信息技術能力，推動學校體育全面轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)學校體育加速改革與高質(zhì)量發(fā)展具有重要作用。本文對人工智能時代的學校體育改革的背景、方向與路徑進行系統(tǒng)闡述，以為我國學校體育智能化提供參考與借鑒。

1 人工智能時代學校體育改革的背景

1.1 人工智能時代的機遇與挑戰(zhàn)

人工智能是一把“雙刃劍”，一方面，使得傳統(tǒng)意義上的只有人能做到的事情，不管是簡單的體力勞動(如感知和運動)，還是復雜的腦力勞動(如推理、決策、學習)，都可以通過機器或者軟件去完成，并且達到跟人工同樣的效果，甚至比人做得還好。隨著人工智能理論和技術的日益成熟，有專家預言，未來的人工智能技術產(chǎn)品將成為人類智慧的“容器”，雖然通用的智能系統(tǒng)在未來10年內(nèi)很難超過人類智能，但在越來越多的特定領域內(nèi)，智能系統(tǒng)的問題解決能力可以達到甚至超過人類的智能水平[1]；另一方面，數(shù)據(jù)是人工智能的“燃料”，是驅(qū)動人工智能取得更高識別率和準確度的核心要素。人工智能的快速發(fā)展讓其安全與信任問題成為焦點[2]，如何正確、合理地使用與管理用戶數(shù)據(jù)，保護用戶數(shù)據(jù)隱私等問題是其面臨的主要挑戰(zhàn)。進而，人工智能技術發(fā)展的瓶頸是什么？人工智能會給人類社會帶來什么影響？人工智能是否會被安全使用等問題，都需要我們深入探索與解答。

1.2 人工智能時代我國政府智能教育戰(zhàn)略規(guī)劃

人工智能經(jīng)過60多年的快速發(fā)展，在互聯(lián)網(wǎng)、超級計算、大數(shù)據(jù)、5G等新技術的共同驅(qū)動下，正在引發(fā)鏈式突破，推動經(jīng)濟社會各領域從數(shù)字化、網(wǎng)絡化向智能化加速躍升?！敖逃菄笥?、黨之大計”，加快教育現(xiàn)代化建設對實現(xiàn)中華民族偉大復興具有決定性意義。人工智能作為引領未來的戰(zhàn)略性技術，對推動我國教育現(xiàn)代化、智能化建設具有重要作用。2017年，國務院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出，利用智能技術加快推動新型教育體系，建立智能、快速、全面的教育分析系統(tǒng)[3]。2018年，教育部印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》明確提出，大力推進智能教育，開展智能化教學支持環(huán)境建設，推動人工智能在教學、管理等方面全流程應用，利用智能技術加快推動人才培養(yǎng)模式、教學方法改革，探索教育教學新環(huán)境建設與應用模式[4]。2019年，中共中央、國務院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》明確提出，將加快信息化時代教育變革，建設智能化校園，統(tǒng)籌建設一體化智能化教學、管理與服務平臺[5]。學校體育是教育的重要組成部分，學校體育智能化發(fā)展是一種必然趨勢，人工智能必將對學校體育的學習方式、學習機會、鍛煉場所、鍛煉方法等諸多方面產(chǎn)生深遠影響。

1.3 人工智能時代體育教育的疫情應對

在新冠肺炎疫情的沖擊下，隨著“學校停課”“居家隔離”等一系列切斷病毒傳播路徑的措施出臺，線下教育按下“暫?！辨I。為落實教育部“停課不停學”要求，線上體育課加速落地，教育信息化尤其是教育智能化成為應對新冠肺炎疫情危機的有效途徑[6]。在線教育、遠程辦公以及視頻會議都蘊含著人工智能元素，如圖像與語言識別技術應用、學生自我學習評價模型構建以及各種智能化學習軟件等，對促進學生有針對性地自主學習和加強弱項“精準化”練習起到重要作用[7]。在嚴格實行居家隔離的情況下，學生無法進行戶外體育鍛煉，體育教學活動受到嚴重影響，先進的智能技術為化解學校體育危機提供了新思路與新方法[8]。

2 人工智能時代學校體育改革的方向

2.1 教學形式多元化：線上線下有機融合

相較于傳統(tǒng)教學，線上教學具有跨時空性、共享性、聯(lián)通性、大數(shù)據(jù)性等特點。結合這些特點，本文將從教學方法、教學內(nèi)容、教學組織形式、教學資源、學生主體與教學管理6個層面，對線上與線下教學進行對比分析。

(1)教學方法。線下教學是先教后學，即教師先講解課堂所傳授的內(nèi)容，而后學生通過學習或者練習等方式來完成體育技能的遷移，最終達到體育技能的熟練掌握和動作自動化。線上體育教學，造成了師生一定的時空隔離，體育教師弱化了教授過程，更多側重學生體育技能的自學，學生的主體性進一步凸顯，學生從被動學習逐漸變成主動學習，更有助于培養(yǎng)學生的體育技能與思維能力。

(2)教學內(nèi)容。線上體育教學對教學場地與空間具有較高要求，太極拳、八段錦等傳統(tǒng)體育項目，以及健美操、瑜伽、原地徒手與器械練習等受空間限制較少的運動項目，可以轉(zhuǎn)移到線上組織與開展。而足籃排、乒羽網(wǎng)等對場地要求較高的運動項目受到較多限制，不適宜線上教學。

(3)教學組織形式。師生由面對面教學轉(zhuǎn)向基于互聯(lián)網(wǎng)的人機界面。線下教學，是教師與學生面對面的交流，教師成為學生獲取知識與解決疑問的唯一渠道；而線上教學，由于師生時空分離，教師與學生間不再是簡單的一對一或一對多的線性層級，而是多點對多點的復雜網(wǎng)絡[6]，這無疑對教師的教學設計、平臺操作與管理、面對設備上課情緒的調(diào)節(jié)與管理等教學能力提出了更高的要求。

(4)教學資源。線下教學資源主要是由體育教師進行搜集與準備，而線上教學可以獲取、利用的教學資源更加豐富多樣，各大網(wǎng)絡平臺有著海量且高質(zhì)量的體育教學與鍛煉相關內(nèi)容，為學生提供了更便利、靈活的選擇，學生在教學資源的搜集掌握中越來越占據(jù)主導。

(5)學生主體。線下教學主要是“灌輸知識，技能傳授”的方式，學生并無多少自主選擇權，只能被動接受；而線上教學，教師會根據(jù)學生身心特點、興趣愛好以及體育基礎進行相應的模塊化與定制化的教學設計，真正體現(xiàn)學生主體性，激發(fā)學生體育學習的興趣。

(6)教學管理。線下教學主要采用“主觀觀察—測試—平時表現(xiàn)”的管理模式，該模式主觀性較強，難以保證管理的科學性與準確性；而線上教學可通過大數(shù)據(jù)分析得出精準的教學規(guī)律與結論，為教學管理提供更加科學合理的決策。

如前所述，一部分體育教學內(nèi)容需要教師面對面地言傳身教以及足夠的運動空間，而線上教學無法滿足這些要求。線上教學主要是在一些特殊情況(如重大疫情、特殊天氣等)或是針對一些特定教學內(nèi)容開展翻轉(zhuǎn)課堂教學，將知識點移至課前，以實現(xiàn)“先學后教”“以教定學”的目的，充分體現(xiàn)學生的主體性?？傊瑢W校體育課程要以線下教學為主體，通過線下帶動線上，線上彌補線下不足，實現(xiàn)兩者的有機融合，為新時代學校體育課程改革與發(fā)展提供新形式與新動能。

2.2 主體行為協(xié)同化：人機協(xié)同

人工智能技術應用于學校體育，教學主體將不再局限于“師—生”和“生—生”之間的肢體語言與情感溝通與交流，而是轉(zhuǎn)向“人—機器”之間的聯(lián)系。劉三女牙等人指出“人與機器智能各有所長，機器擅長搜索、計算、優(yōu)化等操作，而人擅長直覺、推理、決策等更復雜的認知活動?！盵2]具體來說，“人能做的事人去做，機器能做的事機器去做，而人機可以相互融合做的事人機共做。”[9]目前應關注教師與機器協(xié)同教學，以充分整合人與機器的各自優(yōu)勢，實現(xiàn)兩者的有機融合與協(xié)同。

基于人工智能的人機協(xié)同教學路徑(圖1)的具體工作機制是，學生向智能機器提出體育教學問題，智能機器通過自身系統(tǒng)所存儲的知識元素(即知識庫)，分析與診斷學生的提問，提出解決方案或修正與優(yōu)化建議，通過人機界面反饋給學生；智能機器如果沒有解決方案，則會把問題反饋給AI(人工智能)代理人，由AI代理人進行診斷與分析，提出解決方案或修正與優(yōu)化建議，通過人機界面反饋給學生；AI代理人如果沒有解決方案，會直接反饋給體育教師，由體育教師進行診斷與分析后直接解答，或者與其他教師、同行、專家等溝通交流與討論，提出相對科學的解決方案或修正與優(yōu)化建議，最后通過人機界面反饋給學生，或者與學生面對面交流。如有多種解決方案或修正與優(yōu)化建議，學生可以有選擇地參考與借鑒，并根據(jù)自身情況消化吸收。

圖1 基于人工智能的人機協(xié)同教學路徑

2.3 學校體育適性化：共性與個性統(tǒng)一

教育的本質(zhì)在于使人成為人，學校教育應以培養(yǎng)“完整的人”和“全面發(fā)展的人”為目標[10]。過去的體育教學內(nèi)容基本都是統(tǒng)一化或共性化的，忽略了學生個體的差異性，缺乏對學生個性的尊重，學生只需服從教師、服從教學大綱，而無自主選擇權，有違教育培養(yǎng)全面發(fā)展的人的基本規(guī)律。在教學中應該以“人性為本，突出學生在體育中的主體地位?！痹谶^去一直延續(xù)的班級授課制等規(guī)?；逃贫认拢瑐€性化教學改革進展緩慢，教學中的共性與個性的矛盾并未得到較好處理。

而基于大數(shù)據(jù)與人工智能的教學平臺或系統(tǒng)，通過全面記錄保存下學生的學習數(shù)據(jù)，對學生的興趣、愛好、特點、特長、薄弱環(huán)節(jié)等方面進行智能數(shù)據(jù)分析，不僅可以為學生定制個性化的服務，而且可以提供更具適應性的學習路徑。以大數(shù)據(jù)為核心的人工智能，豐富了學生的學習路徑與方法，滿足了學生的個性化需求，但對于缺乏自控能力的學生來說，網(wǎng)絡世界同樣充滿著誘惑與風險，如果使用不當，很容易沉迷于網(wǎng)絡世界而無法自拔。

首先，不能否定統(tǒng)一化或者共性化教學的優(yōu)勢，同時也要客觀看待基于大數(shù)據(jù)的人工智能平臺的個性化教學可能產(chǎn)生的不利影響。在體育教學中，高新技術應該更多地側重于“幫學”，而非“幫教”。在“幫教”方面，學校體育仍需要延續(xù)傳統(tǒng)的規(guī)?；虒W方式，傳授共同內(nèi)容，解決共性問題；在“幫學”方面，重在輔助學生學習。針對大數(shù)據(jù)分析所得出的學生共性問題，及時歸納總結，反饋給體育老師，回歸到傳統(tǒng)的規(guī)模化教學方式上，只有做到共性與個性相互統(tǒng)一，才能保證與提升學校體育的適性化水平，更好推動學校體育的發(fā)展與變革。

2.4 學校體育智慧化：智能信息技術的應用

圖2 學校體育智慧化教學云平臺

隨著高新科技的發(fā)展，教育信息化也將步入下一個階段——智慧教育。學校體育的“智慧”離不開“智能”技術，離開了“智能”，也就沒有了所謂的“智慧”。人工智能技術是智慧教育時代發(fā)展的核心力量[1]。如何將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬仿真、可穿戴的電子運動設備等技術手段應用到學校體育教學中，以優(yōu)化教學方法與手段，提高教學質(zhì)量，科學評估體育教學效果，構建全新的智能化的學校體育教學模式是當下關注的重點。學校體育智慧化首先要構建學校智慧化教學云平臺(圖2)，教學云平臺可以存儲體育教師錄制的教學視頻，甚至全國體育教學名師的教學視頻，以及全國和世界范圍內(nèi)優(yōu)秀運動員的運動技能視頻等，還可以存儲學校常用的應用程序等。學生通過移動終端設備(如手機、平板電腦等)訪問教學平臺，獲取個人所需的學習資源。教學云平臺通過學生所佩戴的運動手表、運動手環(huán)等電子設備，以及KEEP、創(chuàng)高體育等App，來采集學生的運動信息(如心率、血氧飽和度等指標)，對學生運動狀態(tài)進行監(jiān)控，并給予學生及時的反饋指導，以避免學生運動負荷過大及運動方式不當，造成身體不適。教師負責管理教學資源，及時進行信息系統(tǒng)維護，根據(jù)學生運動情況及時對學生進行指導，制定科學的運動訓練計劃。

3 人工智能時代學校體育改革的路徑

3.1 加強虛擬仿真訓練場建設

在以大數(shù)據(jù)為核心的人工智能時代，學校體育教學將向著精確化、智能化、網(wǎng)絡化方向發(fā)展，為學生提供一個更加自主、智能的信息化教學方式。虛擬仿真技術具有很強的互動性、逼真性、娛樂性等特點，其應用會為學校體育教學帶來一場革命性的升級。虛擬仿真技術通過頭盔顯示器或者數(shù)據(jù)手套等設備，為學生創(chuàng)造一個虛擬的三維世界，給學生帶來沉浸式的直觀體驗，讓學生獲得身臨其境的強烈感受。可以在綜合運用計算機、傳感器、人工智能等技術的基礎上，建立虛擬籃球、虛擬足球、虛擬搏擊、虛擬乒乓球等虛擬仿真訓練場(圖3)。以籃球虛擬仿真訓練場為例，里面安裝有攝像頭、血氧檢測儀、體溫檢測儀等各種檢測設備與傳感設備，如學生做一個簡單的投籃動作，其動作就會被系統(tǒng)采集并傳輸?shù)竭\動仿真系統(tǒng)，運動仿真系統(tǒng)依據(jù)力學等原理對學生所做投籃動作進行分析并進行運動力學建模，對籃球運動路線進行仿真預測，與系統(tǒng)內(nèi)正確的籃球運動路線進行比較，以判斷學生所做技術動作準確與否，并及時反饋與指導。

3.2 加強多主體協(xié)同發(fā)展

學校體育是一項復雜的系統(tǒng)工程，學校、社區(qū)、家庭體育協(xié)同是未來學校體育生態(tài)化發(fā)展的目標。孩子對體育的認知始于家庭，家庭體育在整個學校體育體系中占據(jù)重要地位，是學校體育開展的基礎；學校是整個學校體育的關鍵環(huán)節(jié)，孩子們對體育認知的升級以及對運動技能的學習掌握基本上都是在學校完成的；社區(qū)是學校體育的延伸，是學校體育的依托，對孩子們體育鍛煉或者運動習慣的保持與延續(xù)具有重要作用。但目前我國學校、社區(qū)、家庭體育的發(fā)展仍處于相對割裂的狀態(tài)[11]。要以學校為龍頭、以社區(qū)為依托、以家庭為基礎，打造多主體協(xié)同的學校體育教學網(wǎng)絡平臺，通過互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)物物互聯(lián)互通，促使“學?！鐓^(qū)—家庭”體育有機聯(lián)動，創(chuàng)造一個更加生態(tài)化、智能化、網(wǎng)絡化的學校體育教學體系。

圖3 虛擬仿真訓練場構建圖

3.3 完善學校體育倫理規(guī)范

數(shù)據(jù)安全與隱私保護是人工智能在學校體育應用中的敏感問題，而數(shù)據(jù)又是人工智能的“燃料”，是推動學校體育智能化的核心要素，在處理數(shù)據(jù)、技術與人的關系時，必須遵循“有用”“無害”倫理訴求，充分體現(xiàn)數(shù)據(jù)與人工智能技術的價值地位。首先，要建立學校體育科學的倫理框架，界定主體對數(shù)據(jù)的權利，明確采集數(shù)據(jù)的具體效用，引導科學技術與體育相融相生[2]；其次，要制定規(guī)范的數(shù)據(jù)采集制度，保證數(shù)據(jù)使用的合法性[12]，禁止通過后臺或其他渠道搜集用戶相關信息，以真正保護用戶隱私。

3.4 多學科交叉融合發(fā)展

單一學科研究無法實現(xiàn)技術的進步與推動教育改革，學校體育要與教育學、計算機、心理學、生理生化、醫(yī)學、生物力學、腦科學等學科交叉融合發(fā)展。研究方法上，關于體育的理論、方法、技術、教學研究，需要綜合運用自然科學與社會科學研究方法。研究人才培養(yǎng)上，要重視學校體育與人工智能復合型人才培養(yǎng)和隊伍建設，以形成強大的研究實力，為智能化學校體育發(fā)展提供新理論、新方法、新技術與新應用。