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中的運用現(xiàn)狀、作用效果以及在體育教學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)運用到學校體育課程中是未來智能教學發(fā)展的必然趨勢，可以為體育教學提供精準參考數(shù)據(jù)、達到教育全過程監(jiān)管、滿足學生個性化選擇、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，體育在教育教學體系中地位日益提升。未來，通過不斷學習和迭代，人工智能技術(shù)將為教育教學提供更具創(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)在體育教學中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 智能大數(shù)據(jù)貫穿體育教學

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，都會對體育教學以及學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)的教學方法，提升了教師教學和學生知識學習的效率與效果。

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)的智能管理與科學分析可以評估課程老師的教學質(zhì)量，反映學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)容和教學方法的整改依據(jù)；同樣，課堂評價的數(shù)據(jù)也可用作學生上課評價和教學業(yè)績評估的關(guān)鍵指標，能有效提升國內(nèi)體育教學質(zhì)量。

例如在籃球課程中，可以通過學生的往返跑訓練，得出學生們的實際身體數(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，評估學生的動作能力與運動技能，降低學生受傷機率，幫助其獲得最佳運動能力，為老師指導(dǎo)學生提供技術(shù)支持。

2.2 智能穿戴設(shè)備推動體育教學

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)把單板滑雪練習成為學校運動課程的一個試點科目，而在滑雪課程中，學生腿部滑膜關(guān)節(jié)容易受影響，轉(zhuǎn)彎能力也成為了練習難點，尤其容易在轉(zhuǎn)彎中遭受損傷。但是學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，并提醒老師幫助學生在平衡情況下轉(zhuǎn)彎，以確保學生在教學過程中的安全狀況；在網(wǎng)球體育課程中，常常會導(dǎo)致學生的肌骨系統(tǒng)受損較嚴重，使用智能穿戴裝置就能夠?qū)W生身體動作實施質(zhì)量監(jiān)測以及對學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)球運動訓練信息，獲取體育學習時間序列，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質(zhì)量和教學效率，使其個性化教學充分體現(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，融入體育教學中。通過穿戴智能設(shè)備而打造的全新運動教學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

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。目前，部分學校還采用了虛擬現(xiàn)實手段仿真課堂氛圍、課程環(huán)境、學習用具等，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，滑翔傘等體育教學中，風速大小的影響、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)在學校體育課程中的廣泛運用，徹底改變了學校傳統(tǒng)交互式的教學方法，將教師講授內(nèi)容轉(zhuǎn)化為學員仿真感受，將體育課當成一種樂趣，極大的改變了學生不愛運動的現(xiàn)象。虛擬現(xiàn)實（VR）融入體育教學，讓體育運動的真實體驗作用在學習者自身，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

運動數(shù)據(jù)分析是監(jiān)控體育培訓與教學過程的重要基礎(chǔ)，在極大程度上也反映著培訓與教育過程的成效，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中，使體育教學更有效率。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)用在運動教學中。

3 人工智能技術(shù)在體育教學中的實施效果分析

3.1 提供精準的數(shù)據(jù)

AI技術(shù)是通過大數(shù)據(jù)分析的機器學習算法，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，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決策、體育教學內(nèi)容、體育教學方法提供精準數(shù)據(jù)。

觀察學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)計每個學生心理和學習行為的外部特征，為學生提供立體的“學習畫像”，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。

3.2 達到全過程監(jiān)管

人工智能運用于體育教學領(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)在學生習得知識的過程中，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，基于學生的提前預(yù)習的情況，監(jiān)控學生的學習能力和技能水平，并動態(tài)調(diào)整教師的課程內(nèi)容以逐步適應(yīng)和改善學習者情況；在課后，基于學生的自主加強鍛煉，及時監(jiān)控跟蹤學生上課的學習成果，老師及時進行教學反思的工作，對學生的理解情況與對自己的教學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習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)控學生學習時長和相關(guān)數(shù)據(jù)輔助學生達成教學目標。例如通過智能無線傳感就能通過學生的面部表情，根據(jù)面部運動分析學生學習認真程度，以提升教育的個性化并促進學生學習與教師教育之間的積極互動。在體育教學中，教師在傳授基本運動技能后，可以通過自動化的AI教學流程對其進行效果跟蹤，反映學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生的個性，使他們在教育學習的過程中確立自我、發(fā)展自我。一個有效的教學方案是基于在客觀清晰的掌握學生現(xiàn)狀的理論基礎(chǔ)下，要求教師通過體育教學充分發(fā)掘?qū)W習者的信息收集、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)學生在不同成長環(huán)境中的個體特點，為教師開發(fā)學生根據(jù)自身能力調(diào)整的體育課程。最后，鼓勵同學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生在不同運動水平的學習路徑，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。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改革的客觀需要，也將成為未來中國高校體育教學發(fā)展的主要方向。最終為學生健康體質(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)與體育教學的融合也碰撞出火花。利用視頻課程數(shù)據(jù)庫和學生運動數(shù)據(jù)，我們正在引入新一代的深度智力教學方法，對學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)，對學生運動行為數(shù)據(jù)進行分析，例如：學生運動軌跡、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生的運動狀況，教師可以節(jié)省組織課程的時間，學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生的提供更大便利。

4 人工智能技術(shù)在體育教學中運用的未來展望

未來的體育教學將會是人工智能與教學過程深度融合的時代。體育教學將走向多元化道路，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，教師將把握教學方向，成為教學的調(diào)控者、實時監(jiān)控者。新型智能化教學模式應(yīng)運而生。未來的體育教學方式將能夠從更廣大的教學實踐中識別、獲取教學的各種元素和內(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)合教學大綱、教學各項任務(wù)，根據(jù)學生的實際需要與需求，規(guī)劃課堂教學任務(wù)，最終達成智能化教學。未來，智能化教學的應(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中。

5 結(jié)語

人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展必將為體育教學方面添磚加瓦，帶動體育教學向著更深、更高層次發(fā)展。而隨著體育在教育教學中的地位日趨凸顯，體育教學與人工智能技術(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)體育教學模式是實現(xiàn)新時代學校體育“四位一體”目標的根本保證。

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

通訊作者：徐樂

（作者單位：武漢工程大學）