陳劍洪 陳劍萍

(1.福建省福州屏東中學(xué) 福建福州 350003;2.閩江學(xué)院 福建福州 350108)

目前，在傳統(tǒng)的體育作業(yè)設(shè)計中，教師往往根據(jù)課程要求將作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行簡單的布置，并且較為側(cè)重體育作業(yè)完成的組數(shù)、次數(shù)、時間等，忽略了學(xué)生的正確動作形成、個性化需求和差異化發(fā)展，導(dǎo)致學(xué)生對體育作業(yè)的興趣和積極性不高，難以達(dá)到良好的教學(xué)效果。針對以上問題，研究人員通過引入人工智能自助餐式的概念，設(shè)計了一種能夠自動適應(yīng)不同學(xué)生身體素質(zhì)和興趣愛好的體育作業(yè)方案，旨在通過智能化技術(shù)的應(yīng)用，運用作業(yè)分析系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、數(shù)字化等技術(shù)手段，實現(xiàn)體育作業(yè)個性化定制、自主選擇、科學(xué)全面的評價等，從而提高學(xué)生對體育作業(yè)的參與度和自主性，推進(jìn)體育教育的質(zhì)量和效益，為教師精準(zhǔn)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和發(fā)展需求，提供更為科學(xué)的教學(xué)參考和指導(dǎo)。

1 體育作業(yè)設(shè)計的概念和重要性

1.1 體育作業(yè)設(shè)計的概念

體育作業(yè)設(shè)計是指根據(jù)學(xué)生的身體素質(zhì)水平、興趣愛好、目標(biāo)要求等因素，有目的地組織、安排和設(shè)計的一系列體育活動，旨在促進(jìn)學(xué)生的身心健康發(fā)展，提高學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)。

1.2 體育作業(yè)設(shè)計的重要性

體育作業(yè)設(shè)計不僅是體育教育的重要組成部分，還是教育改革和發(fā)展的重要方向之一。優(yōu)秀的體育作業(yè)設(shè)計可以提高教師的教學(xué)質(zhì)量和水平，增加教學(xué)的靈活性和可操作性；可以增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)自信心，提高課堂效率；促進(jìn)學(xué)生與學(xué)生之間的交流、合作和溝通，增強學(xué)生的協(xié)作意識，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作精神和領(lǐng)導(dǎo)能力。

2 傳統(tǒng)體育作業(yè)設(shè)計存在的問題

2.1 缺乏綜合性

傳統(tǒng)體育作業(yè)設(shè)計具有明顯的單一性任務(wù)，只關(guān)注體育技能本身，不能與其他學(xué)科和領(lǐng)域的知識相結(jié)合，這樣的作業(yè)設(shè)計無法拓寬學(xué)生的視野和知識面，限制了學(xué)生的綜合發(fā)展。

2.2 缺乏個性化

傳統(tǒng)體育作業(yè)設(shè)計通常采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和要求，無法充分考慮學(xué)生的個性化需求和能力水平，不能真正激發(fā)學(xué)生興趣和參與度，這樣的作業(yè)設(shè)計不能滿足不同學(xué)生的需求，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)效果參差不齊。

2.3 缺乏互動性

傳統(tǒng)體育作業(yè)學(xué)生只能獨立完成，沒有機會與同學(xué)進(jìn)行交流和互動，也不利于師生之間的交流和合作，無法提供個性化的學(xué)習(xí)體驗。原因可能是目前評估教學(xué)、監(jiān)控教學(xué)過程、批改作業(yè)相關(guān)的人工智能技術(shù)尚不夠成熟，教師認(rèn)為借鑒意義不夠，導(dǎo)致使用率不高［1］。

2.4 缺乏挑戰(zhàn)性

傳統(tǒng)體育作業(yè)設(shè)計往往設(shè)置的任務(wù)較為簡單，缺乏挑戰(zhàn)性，這樣的作業(yè)設(shè)計不能激發(fā)學(xué)生的挑戰(zhàn)欲望和創(chuàng)新能力，也無法提高學(xué)生的運動素質(zhì)和興趣。而難度較大的任務(wù)又會讓一些學(xué)生感到不堪重負(fù)。

2.5 忽略實際應(yīng)用

傳統(tǒng)體育作業(yè)設(shè)計往往注重運動技能的提高，而忽略運動的實際應(yīng)用，導(dǎo)致在實施過程中，內(nèi)容構(gòu)建方面存在的問題有練習(xí)整體完成率不高、練習(xí)時間較短，個別復(fù)雜動作的完成質(zhì)量需進(jìn)一步提高［2］。這樣的作業(yè)設(shè)計不能激發(fā)學(xué)生的興趣和應(yīng)用能力，也無法提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3 基于人工智能自助餐式的體育作業(yè)設(shè)計步驟

傳統(tǒng)體育家庭作業(yè)的模式有監(jiān)督難、持續(xù)性差、數(shù)據(jù)無有效沉淀及合理運用的缺點，因此探索高效、便利、數(shù)據(jù)化的體育家庭作業(yè)的模式是基于人工智能的體育大單元作業(yè)設(shè)計的重要研究方向［3］。具體步驟如下。

3.1 數(shù)據(jù)采集和處理

使用傳感器或攝像頭等設(shè)備采集學(xué)生的體育成績、體能數(shù)據(jù)、運動習(xí)慣等數(shù)據(jù)，并通過人工智能技術(shù)進(jìn)行處理和分析，以評估學(xué)生的身體姿態(tài)、技能水平和鍛煉效果。

3.2 確定教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)課程大綱和學(xué)生實際情況，確定本學(xué)期的教學(xué)目標(biāo)，如增強學(xué)生體質(zhì)、提高運動技能、培養(yǎng)運動興趣等。

3.3 制訂單元教學(xué)計劃

根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，制訂教學(xué)計劃，包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)進(jìn)度、教學(xué)方法等。同時，基于學(xué)生的運動數(shù)據(jù)和技能評估結(jié)果，人工智能系統(tǒng)利用偽貝葉斯預(yù)測算法，對下階段的訓(xùn)練計劃進(jìn)行調(diào)整和制訂，最后根據(jù)學(xué)生的訓(xùn)練情況生成可視化的運動軌跡和參數(shù)圖表［4］。

3.4 設(shè)計作業(yè)框架和內(nèi)容

根據(jù)教學(xué)計劃和學(xué)生的實際情況，利用人工智能技術(shù)設(shè)計體育大單元作業(yè)的框架和內(nèi)容，包括課外鍛煉、家庭作業(yè)、體育比賽等。作業(yè)內(nèi)容要與課堂教學(xué)內(nèi)容相銜接，突出重點和難點，還可以通過固定模板增減項目的功能，自助餐式選擇適合自己的鍛煉內(nèi)容，從眾多選項中選擇合適的難度和形式。

3.5 制定評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)作業(yè)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，利用人工智能技術(shù)制定評價標(biāo)準(zhǔn)，對學(xué)生完成作業(yè)的情況進(jìn)行客觀公正的評價。評價標(biāo)準(zhǔn)要具體、量化，具有可操作性。例如，可以設(shè)定運動次數(shù)、時長、難度等指標(biāo)，以量化方式評價學(xué)生的完成情況，幫助學(xué)生更好地掌握技能和提高鍛煉效果。

3.6 實施作業(yè)管理

在作業(yè)實施過程中，利用人工智能技術(shù)及時跟進(jìn)學(xué)生的完成情況，進(jìn)行作業(yè)管理，包括督促、指導(dǎo)、反饋等，根據(jù)練習(xí)情況對作業(yè)設(shè)計和評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，充分實現(xiàn)個性化、知識化和實踐化的鍛煉方式，幫助學(xué)生改進(jìn)技能，提高學(xué)生在體育鍛煉中的積極性和效果。但“職能部門—學(xué)?！彝ァ比灰惑w的監(jiān)管機制才是落實體育作業(yè)實施的重要保障，有助于“校外鍛煉1小時”目標(biāo)的達(dá)成［5］。

4 基于人工智能自助餐式的體育作業(yè)設(shè)計原則和思路

4.1 目標(biāo)導(dǎo)向

在設(shè)計過程中，首先要考慮用戶的需求。比如，學(xué)生想要提高他們的籃球投籃技能。因此，籃球投籃練習(xí)系統(tǒng)應(yīng)該能夠為學(xué)生提供個性化的練習(xí)計劃和有針對性的技術(shù)評估，以滿足他們的需求。

4.2 功能完備

為了滿足用戶的需求，作業(yè)設(shè)計引入人工智能需要具備以下功能。

第一，練習(xí)計劃。學(xué)生可以設(shè)置他們的練習(xí)計劃，比如投籃距離、投籃次數(shù)和練習(xí)天數(shù)。

第二，技術(shù)評估。系統(tǒng)可以通過計算機視覺技術(shù)和運動軌跡分析技術(shù)來評估學(xué)生的投籃技術(shù)，并給出相應(yīng)的反饋和建議，比如命中率、出手速度、弧度等指標(biāo)。

第三，視頻指導(dǎo)。系統(tǒng)可以提供籃球投籃的技術(shù)指導(dǎo)視頻。結(jié)合投籃技術(shù)動作的要點，設(shè)計任務(wù)清單：持球手型→3 個90°→用力順序→球出手后的旋轉(zhuǎn)方向，通過基于運動軌跡分析的模型算法，幫助學(xué)生了解正確的投籃姿勢和技巧。

第四，數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)可以向提供學(xué)生投籃數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，以幫助學(xué)生了解他們的投籃技術(shù)和進(jìn)展情況。

4.3 可拓展性強

考慮到未來用戶需求的不斷變化，該系統(tǒng)應(yīng)該具有良好的可拓展性，能夠靈活地支持增加新的功能模塊或場景。例如，為系統(tǒng)增加新的投籃類型或新的技術(shù)評估指標(biāo)。

4.4 可重復(fù)性高

為了減少后續(xù)開發(fā)中的重復(fù)工作，并提高開發(fā)效率，通過創(chuàng)建一個可重復(fù)的評估模型和數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊，用于評估學(xué)生的投籃技術(shù)，并提供反饋。

5 基于人工智能自助餐式的體育作業(yè)設(shè)計實現(xiàn)方式

假設(shè)要設(shè)計一項體育作業(yè)，要求學(xué)生進(jìn)行原地雙手胸前傳球練習(xí)，目標(biāo)是讓學(xué)生掌握正確的傳球技術(shù)和提高他們的傳球準(zhǔn)確性，就可以通過以下步驟來實現(xiàn)這項作業(yè)的布置和評估。

5.1 智能評價

為了對學(xué)生的傳球技術(shù)進(jìn)行智能評價，可以使用一種基于深度學(xué)習(xí)的模型，例如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），來對學(xué)生的傳球動作進(jìn)行自動評估。具體來說，可通過一個已經(jīng)訓(xùn)練好的傳球動作識別模型，從學(xué)生的傳球視頻中提取關(guān)鍵特征，并輸出一個傳球動作得分，這個得分可以反映學(xué)生傳球技術(shù)的準(zhǔn)確性和優(yōu)美程度。同時，還可以通過一個基于大數(shù)據(jù)的模型，根據(jù)學(xué)生的個人情況和歷史作業(yè)完成情況，為學(xué)生推薦適合他們的練習(xí)次數(shù)和難度級別。

5.2 智能輔導(dǎo)

為了對學(xué)生的傳球技術(shù)進(jìn)行智能輔導(dǎo)，可以使用計算機視覺技術(shù)和運動軌跡分析技術(shù)來對學(xué)生的傳球動作進(jìn)行實時監(jiān)測和反饋。具體來說，用一種基于運動軌跡分析的模型，例如動態(tài)時間規(guī)整（DTW），來比較學(xué)生的傳球動作與標(biāo)準(zhǔn)動作之間的差異，并給出相應(yīng)的反饋和建議。同時，還可以使用計算機視覺技術(shù)來捕捉學(xué)生的肢體動作和手部姿勢，并通過深度學(xué)習(xí)模型來識別學(xué)生的技術(shù)缺陷和潛在問題，從而為用戶提供更加精準(zhǔn)和個性化的輔導(dǎo)和建議。因此，探討人工智能環(huán)境下的智能輔導(dǎo)教學(xué)模式對于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、開闊學(xué)生的視野具有重要意義［6］。

5.3 自主選擇

為了讓學(xué)生能夠自主選擇他們喜歡的體育作業(yè)類型和難度級別，可以為學(xué)生提供多樣化的體育作業(yè)選項。例如，讓學(xué)生自己設(shè)定練習(xí)時間、練習(xí)次數(shù)、同伴配合度等的難度級別，再根據(jù)自己的實際情況進(jìn)行調(diào)整和安排。

6 基于人工智能自助餐式的體育作業(yè)設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)和功能設(shè)計

6.1 系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu)，即瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)。主要由3個部分組成：客戶端、服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫。

客戶端：客戶端是用戶與系統(tǒng)交互的界面，采用Web技術(shù)實現(xiàn)，用戶可以通過瀏覽器訪問系統(tǒng)。

服務(wù)器：服務(wù)器是系統(tǒng)的核心部分，包括Web服務(wù)器和應(yīng)用程序服務(wù)器。Web服務(wù)器負(fù)責(zé)處理客戶端的HTTP 請求，并將請求轉(zhuǎn)發(fā)給應(yīng)用程序服務(wù)器；應(yīng)用程序服務(wù)器負(fù)責(zé)處理業(yè)務(wù)邏輯，并將結(jié)果返回給Web 服務(wù)器，以便實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和共享。

數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲和處理中心，采用MySQL數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)，可以存儲學(xué)生、教師、作業(yè)、成績等信息。并結(jié)合Java 語言進(jìn)行開發(fā)，實現(xiàn)系統(tǒng)的可擴展性和可重用性。

6.2 學(xué)生端功能

登錄和注冊：學(xué)生可以使用學(xué)號進(jìn)行登錄，也可以通過注冊功能創(chuàng)建自己的賬戶。

作業(yè)查詢和發(fā)布：學(xué)生可以通過系統(tǒng)查看教師發(fā)布的作業(yè)，并可以提交自己的作業(yè)。

作業(yè)提交：學(xué)生可以將自己的作業(yè)上傳到系統(tǒng)中，并可以查看自己的作業(yè)成績。

成績查詢：學(xué)生可以查看自己的歷史成績，包括投籃命中率、得分等指標(biāo)。

6.3 教師端功能

登錄和注冊：教師可以憑借教師工號進(jìn)行登錄，也可以通過注冊功能創(chuàng)建自己的賬戶。

作業(yè)設(shè)計：教師可以根據(jù)學(xué)生的不同水平、興趣和需求，為不同的學(xué)生設(shè)計不同的作業(yè)。

成績發(fā)布：教師可以發(fā)布學(xué)生的作業(yè)成績，并可以查看學(xué)生的歷史成績。

作業(yè)管理：教師可以管理學(xué)生的作業(yè)，包括查詢、修改和刪除等操作。

6.4 系統(tǒng)特點

自適應(yīng)評估機制：基于人工智能算法實現(xiàn)，根據(jù)學(xué)生的歷史表現(xiàn)，自動調(diào)整評分標(biāo)準(zhǔn)，提高評分的準(zhǔn)確性和公正性。

輔助功能：采用動作錯誤自動標(biāo)記、動作難度預(yù)測等輔助功能，為教師量身定制出最適合的體育作業(yè)設(shè)計。

自動化管理統(tǒng)計功能：實現(xiàn)學(xué)生成績的自動化管理和統(tǒng)計功能，學(xué)生可以自主查詢歷史成績，教師可以根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)進(jìn)行評價。

7 基于人工智能自助餐式的體育作業(yè)實驗設(shè)計

7.1 實驗設(shè)計和流程

確定實驗?zāi)康暮椭笜?biāo)：該研究旨在探討基于人工智能自助餐式體育作業(yè)設(shè)計對學(xué)生體育鍛煉積極性和身體素質(zhì)的影響。為此，需要測量和比較學(xué)生在實驗前后的運動時間、運動強度等指標(biāo)的變化。

被試者招募和分組：該研究共招募了100 名被試者，年齡在10～18歲之間，包括不同年級和性別。被試者被隨機分為實驗組和對照組，每組50人。

實驗處理：實驗組采用基于人工智能自助餐式的體育作業(yè)設(shè)計，對照組采用傳統(tǒng)體育作業(yè)設(shè)計。

7.2 實驗數(shù)據(jù)采集和處理

數(shù)據(jù)采集：采用傳感器和智能手環(huán)等設(shè)備，對被試者進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，包括身體參數(shù)、運動時間、運動強度等指標(biāo)。對數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性進(jìn)行了嚴(yán)格的監(jiān)測和記錄，以保證數(shù)據(jù)的可靠性和真實性。

數(shù)據(jù)處理和分析：采用機器學(xué)習(xí)算法和數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和處理。通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)了不同群體之間的明顯差異，例如不同年齡組之間在運動強度和運動時間上的差異、不同性別在步頻和步幅上的差異等。

整理、展示實驗結(jié)果：借助數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，整理、展示實驗結(jié)果，獲得了直觀、客觀的實驗結(jié)果，得出了一系列結(jié)論，并提出有關(guān)建議。例如，用算法來判斷籃球原地單手肩上投籃持球時掌心是否空出、其發(fā)力順序是否在一條線上和投籃投中次數(shù)等，減少體育教師講解糾正時間，提高課堂練習(xí)效率，為今后的體育作業(yè)設(shè)計提供了有益的借鑒和指導(dǎo)。

7.3 實驗結(jié)果展示和分析

增強學(xué)生體育鍛煉積極性：實驗組80.2%的學(xué)生認(rèn)為這種形式的體育作業(yè)可以增加他們參與體育鍛煉的積極性，而對照組僅68.5%的學(xué)生愿意繼續(xù)參加鍛煉。

提升學(xué)生體育鍛煉水平：通過SPSS統(tǒng)計軟件分析收集到的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)基于人工智能自助餐式的體育作業(yè)設(shè)計相較于傳統(tǒng)的體育作業(yè)方式，實驗組90.3%的學(xué)生在體育鍛煉水平提升方面取得了明顯的優(yōu)勢效果，而對照組有77.6%的學(xué)生在鍛煉水平指標(biāo)上有一定的進(jìn)步。

改善學(xué)生身體素質(zhì)：通過SPSS統(tǒng)計軟件分析收集到的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)基于人工智能自助餐式的體育作業(yè)設(shè)計相較于傳統(tǒng)的體育作業(yè)方式，在改善學(xué)生身體素質(zhì)方面取得了明顯的優(yōu)勢效果。

適用不同人群：通過對不同年級和性別的學(xué)生進(jìn)行抽樣數(shù)據(jù)分析和對比，發(fā)現(xiàn)基于人工智能自助餐式的體育作業(yè)設(shè)計的優(yōu)勢不受年級和性別的影響，對于不同人群均具有明顯的效果。

8 未來發(fā)展趨勢和展望

8.1 實際應(yīng)用和推廣價值

基于人工智能技術(shù)的自助餐式體育作業(yè)設(shè)計是一種新型的體育教育模式，未來發(fā)展趨勢較好。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，該模式將會更加完善和普及，給更多的學(xué)生和教師帶來更好的體驗和效果。同時，隨著健康意識的提高和健康中國戰(zhàn)略的推進(jìn)，體育教育將會受到更多的重視和關(guān)注，該模式也將會得到更多的應(yīng)用和推廣。未來，可以通過不斷優(yōu)化和完善該模式，提高其教學(xué)效果和推廣價值，為體育教育事業(yè)的發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

8.2 面臨的挑戰(zhàn)和解決方案

在推廣基于人工智能技術(shù)的自助餐式體育作業(yè)設(shè)計時，可能會面臨一些挑戰(zhàn)，如技術(shù)門檻較高、成本較高等問題。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，可以采取以下措施。

第一，技術(shù)門檻較高的問題：可以通過加強技術(shù)培訓(xùn)和推廣，提高教師和學(xué)生的人工智能技術(shù)應(yīng)用能力，降低技術(shù)門檻，方便更多的學(xué)校和教師使用該設(shè)計。

第二，成本較高的問題：可以通過優(yōu)化設(shè)計，降低成本，同時也可以通過尋求政府和企業(yè)的支持和資助，減輕學(xué)校的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。

第三，安全和隱私問題：在應(yīng)用人工智能技術(shù)時，需要考慮數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)等問題，可以通過加強安全措施和隱私保護(hù)，保障學(xué)生個人信息的安全。

9 結(jié)語

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，基于人工智能自助餐式的體育作業(yè)設(shè)計將會更加智能化、個性化和情感化，更好地滿足學(xué)生的需求和期望。因此，基于人工智能的自助餐式體育作業(yè)設(shè)計具有極大的應(yīng)用前景，有望成為未來體育教育中非常重要的一環(huán)。