摘 要：人工智能（AI）的迅猛發(fā)展正推動中小學(xué)體育教育的深刻變革。AI技術(shù)在體育教育中的應(yīng)用涵蓋了智能體育知識服務(wù)、動作技能學(xué)習(xí)、智能課堂教學(xué)、身體活動監(jiān)控等多個領(lǐng)域。這些應(yīng)用不僅提升了體育教學(xué)的科學(xué)性和個性化，還優(yōu)化了學(xué)生的運動體驗和健康水平。

關(guān)鍵詞：人工智能；學(xué)校體育；中小學(xué)

中圖分類號：G623.8 文獻標識碼：B 文章編號：1005-2410（2024）09-0081-03

一、人工智能的概念及發(fā)展概況

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是模仿人類智能的機器智能，分為狹義人工智能和通用人工智能[1]。其發(fā)展經(jīng)歷了幾個重要階段，1956-1974年，AI在專家系統(tǒng)和自然語言處理上取得顯著進展；1974-1980年，機器學(xué)習(xí)開始受到關(guān)注；1980-1987年，AI技術(shù)廣泛應(yīng)用于機器人、自然語言處理和計算機視覺等領(lǐng)域；自2000年以來，互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)推動了AI在醫(yī)療、金融、教育和交通等領(lǐng)域的深入應(yīng)用，尤其是深度學(xué)習(xí)技術(shù)顯著改變了人們的生活和工作方式；到2022年底，美國OpenAI公司推出的ChatGPT更是將AI熱潮推向了新的高峰。

目前，人工智能與體育的持續(xù)、全面、深層次融合，已成為推動體育事業(yè)發(fā)展的必然趨勢。體育人工智能涵蓋計算機視覺、數(shù)據(jù)挖掘與分析、生成式語言模型、智能可穿戴設(shè)備等多個子領(lǐng)域，通過感知、歸納、分析和挖掘人類運動數(shù)據(jù)，揭示人體運動規(guī)律，評估運動表現(xiàn)效果，制定科學(xué)運動方案，并研發(fā)輔助訓(xùn)練設(shè)備，從而提升體育運動表現(xiàn)，實現(xiàn)健身科學(xué)化和主動健康[2]。人工智能的飛速發(fā)展對教育行業(yè)產(chǎn)生了深遠的影響，正在徹底改變教學(xué)環(huán)境[3]。在人工智能廣泛應(yīng)用于教育領(lǐng)域的整體推動下，人工智能技術(shù)的引入以及由此帶來的智慧系統(tǒng)建設(shè)熱潮，為學(xué)校體育注入了新的活力，體育教育正在經(jīng)歷一場深刻的變革[4]。

二、人工智能在學(xué)校體育中的應(yīng)用

依托人工智能構(gòu)建的體育教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)，體現(xiàn)在體育教育管理、體育教師教學(xué)、學(xué)生體育學(xué)習(xí)三個關(guān)鍵維度[5]，能夠幫助學(xué)生開展個性化的體育學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，輔助體育教師提高教學(xué)質(zhì)量，并協(xié)助管理者實現(xiàn)高效的教學(xué)管理，同時促進學(xué)校、家庭和社會的同向協(xié)力[6]。基于此，本文探討人工智能在學(xué)校體育中的具體應(yīng)用及未來愿景（圖1）。

（一）智能體育知識服務(wù)

1.基于知識圖譜和大模型的智能問答系統(tǒng)

智能問答系統(tǒng)結(jié)合領(lǐng)域知識圖譜和大型語言模型（如GPT-4），利用深度學(xué)習(xí)算法生成流暢、準確的自然語言回答[7]。這些技術(shù)已在智能客服和醫(yī)療問答系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。在體育教育領(lǐng)域，這類系統(tǒng)可以提供詳盡的運動技巧指導(dǎo)和個性化訓(xùn)練建議，依據(jù)學(xué)生的健康數(shù)據(jù)進行精準推薦。通過與學(xué)生的互動，智能問答系統(tǒng)不僅提升了教學(xué)的互動性和個性化，還增強了學(xué)生對運動技能的掌握，有助于教師提高課堂效率和教學(xué)質(zhì)量。

2.人工智能驅(qū)動的動作技能學(xué)習(xí)與指導(dǎo)

此技術(shù)融合計算機視覺和深度學(xué)習(xí)，通過人工智能驅(qū)動的攝像頭系統(tǒng)及配套分析軟件捕捉并檢測運動特征，利用深度學(xué)習(xí)算法識別分析運動姿勢、動作精確度和運動軌跡[8]。系統(tǒng)能夠?qū)崟r提供個性化反饋，幫助學(xué)生糾正錯誤，提升運動技能，并生成分析報告供教師制定精準的訓(xùn)練計劃。例如，在跳遠或籃球投籃的訓(xùn)練中，系統(tǒng)能檢測動作標準與否，并提供改進建議。這種應(yīng)用提升了體育教學(xué)的科學(xué)性和個性化，增加了學(xué)生的課堂興趣和參與度。

（二）智能體育課堂教學(xué)

1.智能教案推送系統(tǒng)

智能教案推送系統(tǒng)通過分析教學(xué)目標、學(xué)生需求和課堂反饋，自動生成和推薦個性化教學(xué)方案[9]。系統(tǒng)利用推薦系統(tǒng)、自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)和預(yù)測模型，為教師提供最合適的教案和活動安排。根據(jù)學(xué)生的體能水平、學(xué)習(xí)進度和興趣愛好，智能推薦適合的教學(xué)內(nèi)容。例如，針對體能較弱的班級，系統(tǒng)會推薦低強度訓(xùn)練計劃；對有特定興趣的班級，則推送專項技能訓(xùn)練。這種智能化教案推送不僅提高了課堂效率和教學(xué)質(zhì)量，還節(jié)省了備課時間，增強了課堂的針對性和互動性。

2.AI教學(xué)視頻庫的構(gòu)建與管理

AI教學(xué)視頻庫能夠?qū)虒W(xué)視頻進行分類、標記和索引，以實現(xiàn)高效管理和檢索[10]。系統(tǒng)通過計算機視覺和機器學(xué)習(xí)技術(shù)自動更新和組織視頻內(nèi)容，支持精準視頻推薦。教師可以通過系統(tǒng)快速查找與課堂內(nèi)容相關(guān)的視頻資源，例如，在教授跳遠技巧時，系統(tǒng)可以推薦并展示標準的跳遠示范視頻。此系統(tǒng)提升了教學(xué)資源的可獲取性和管理效率，幫助學(xué)生更直觀地掌握運動技能，提高課堂教學(xué)效果。

3.智能運動負荷監(jiān)控和運動行為監(jiān)測

智能運動負荷監(jiān)控和行為監(jiān)測系統(tǒng)利用傳感器精準監(jiān)測學(xué)生運動行為和運動負荷，記錄心率、步頻、運動時長、活動頻率和休息時間等數(shù)據(jù)[11]。通過數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)評估運動強度、效果及行為。例如，在長跑訓(xùn)練中，系統(tǒng)可以記錄學(xué)生的心率和步頻，并調(diào)整訓(xùn)練強度，確保訓(xùn)練的有效性和安全性。這種技術(shù)有助于教師實時調(diào)整訓(xùn)練計劃，優(yōu)化訓(xùn)練效果，并指導(dǎo)學(xué)生改進運動表現(xiàn)。

（三）智能身體活動監(jiān)控

1.無感式身體活動監(jiān)測系統(tǒng)

無感式身體活動監(jiān)測系統(tǒng)利用先進的傳感器技術(shù)（如無線傳感器、紅外傳感器）和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，通過非侵入性手段連續(xù)、動態(tài)精準監(jiān)測身體活動量數(shù)據(jù)（如步數(shù)、活動時長、運動強度）。系統(tǒng)自動收集用戶的運動數(shù)據(jù)，分析活動模式和健康趨勢[12]。該技術(shù)已在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在體育教育領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷擴展。在學(xué)校環(huán)境中可用于監(jiān)測學(xué)生的日?；顒铀?，并激勵學(xué)生保持活躍，促進健康習(xí)慣的養(yǎng)成。

2.多終端AI健身指導(dǎo)系統(tǒng)

多終端AI健身指導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)合人工智能技術(shù)與各種終端設(shè)備（如智能手機、平板電腦、穿戴設(shè)備、健身器材），提供個性化的健身指導(dǎo)和訓(xùn)練計劃。系統(tǒng)分析用戶的運動數(shù)據(jù)、健康狀況和訓(xùn)練歷史，生成定制化運動方案，并確保在不同設(shè)備上實時提供建議和調(diào)整[13]。目前許多健身應(yīng)用程序和智能健身設(shè)備已經(jīng)集成了這種基于AI的個性化運動方案和訓(xùn)練反饋功能。在學(xué)校環(huán)境中，此系統(tǒng)可以提高學(xué)生課余時間的運動效率和自主性，增加運動的趣味性。例如，系統(tǒng)通過智能手機向?qū)W生推送每日定制的運動計劃，并提供實時的運動指導(dǎo)和反饋，同時教師可以利用系統(tǒng)監(jiān)控學(xué)生的運動數(shù)據(jù)，調(diào)整訓(xùn)練計劃以滿足個體需求。

3.AI體質(zhì)測試系統(tǒng)

AI體質(zhì)測試系統(tǒng)結(jié)合計算機視覺、傳感器技術(shù)和機器學(xué)習(xí)算法，對學(xué)生進行科學(xué)的體質(zhì)評估[14]。系統(tǒng)通過體質(zhì)健康測試（如50米跑、800米跑、立定跳遠、投擲等），實時收集和傳輸測試數(shù)據(jù)，并利用AI生成精準的評估報告和個性化訓(xùn)練計劃。系統(tǒng)可用于定期體質(zhì)評估，如學(xué)期開始時進行全面測試，并根據(jù)評估結(jié)果制定個性化的訓(xùn)練計劃，以跟蹤學(xué)生的體質(zhì)變化和進步。此系統(tǒng)增強了體質(zhì)評估的科學(xué)性和準確性，幫助教師優(yōu)化體育教學(xué)策略。

（四）學(xué)校家庭社會協(xié)同平臺

學(xué)校家庭社會協(xié)同平臺整合了人工智能技術(shù)，包含數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和反饋模塊。平臺服務(wù)對象包括學(xué)生、家長、教師和醫(yī)療專業(yè)人員。學(xué)生通過可穿戴設(shè)備等記錄身體數(shù)據(jù)，家長可以通過平臺查看孩子的健康狀況，教師利用平臺優(yōu)化教學(xué)，醫(yī)療人員提供健康建議。該平臺促進了學(xué)校、家庭和社會的協(xié)同合作，提升了學(xué)生的健康意識和參與感，有助于全面提高身體素質(zhì)和健康水平。

三、面臨的挑戰(zhàn)和未來展望

（一）面臨的挑戰(zhàn)

1.學(xué)生體質(zhì)健康數(shù)據(jù)隱私和安全

學(xué)生體質(zhì)健康數(shù)據(jù)通常涉及個人敏感信息，如身體狀況、運動能力和健康歷史，需嚴格保護以防未經(jīng)授權(quán)訪問和濫用。確保數(shù)據(jù)隱私遵循相關(guān)法律法規(guī)，并實施有效的加密技術(shù)和數(shù)據(jù)匿名化處理。數(shù)據(jù)安全同樣重要，系統(tǒng)必須具備防火墻、入侵檢測系統(tǒng)及定期安全審計，以防數(shù)據(jù)泄露和網(wǎng)絡(luò)攻擊。確保數(shù)據(jù)存儲和傳輸過程中的安全，所有數(shù)據(jù)應(yīng)加密傳輸并存儲在安全的服務(wù)器上。

2.人工智能驅(qū)動評價中的倫理考慮

人工智能驅(qū)動的評價引發(fā)了關(guān)于自動化系統(tǒng)的可靠性和問責制的倫理考慮。雖然人工智能算法可以分析大量數(shù)據(jù)并提供準確的評估，但需要確保這些系統(tǒng)是透明的、可解釋的和負責任的。學(xué)校和相關(guān)機構(gòu)需要提供關(guān)于數(shù)據(jù)使用的透明信息，解釋數(shù)據(jù)如何被收集、存儲、處理和共享。必須制定指導(dǎo)方針和法規(guī)，以解決偏見、公平和對人類決策的潛在影響等問題。應(yīng)制定倫理框架，指導(dǎo)人工智能在診斷中的使用，并確保根據(jù)人工智能建議做出的決策是知情和負責任的。

3.人工智能技術(shù)的實施

在學(xué)校教育環(huán)境中實施人工智能會帶來一系列挑戰(zhàn)。其中包括需要技術(shù)專長來開發(fā)和維護人工智能系統(tǒng)，確保不同系統(tǒng)和平臺之間的互操作性，以及足夠的計算能力和基礎(chǔ)設(shè)施的可用性。此外，教育工作者和醫(yī)療保健專業(yè)人員可能會對變革產(chǎn)生抵制，并擔心工作崗位流失。克服這些挑戰(zhàn)需要仔細規(guī)劃、培訓(xùn)和資源投資以及有效的溝通，以解決人們的擔憂，并確保向基于人工智能的健康監(jiān)測和評估順利過渡。

（二）未來展望

1.智能化管理系統(tǒng)的推廣

AI技術(shù)將推動學(xué)校體育管理系統(tǒng)的智能化升級。未來，智能體育管理平臺將能夠集成數(shù)據(jù)分析、資源管理和教學(xué)支持等多種功能，幫助學(xué)校實現(xiàn)高效的體育教學(xué)和管理。

2.跨領(lǐng)域技術(shù)的融合應(yīng)用

未來的體育教育將看到AI與其他新興技術(shù)的深度融合。計算機視覺、虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）等技術(shù)將與AI共同應(yīng)用于體育教學(xué)中，例如，VR和AR技術(shù)可以模擬各種運動場景，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中進行訓(xùn)練和技能練習(xí)，而AI則可以實時分析學(xué)生的動作表現(xiàn)并提供反饋。

3.促進教育公平與普及

人工智能的普及有望在不同地區(qū)和學(xué)校之間促進教育公平。通過低成本、高效能的智能教育解決方案，偏遠地區(qū)和資源匱乏的學(xué)校也能獲得優(yōu)質(zhì)的體育教育資源。AI技術(shù)的廣泛應(yīng)用將幫助縮小教育差距，實現(xiàn)更為公平的教育機會。

4.持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新和迭代

隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，AI在體育教育中的應(yīng)用將持續(xù)擴展和深化。此外，AI技術(shù)的普及將推動更多創(chuàng)新應(yīng)用的出現(xiàn)，持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新將為體育教育帶來更多可能性，使其更好地適應(yīng)未來教育的發(fā)展需求。

三、小結(jié)

總之，人工智能在學(xué)校體育中的應(yīng)用正在不斷拓展，并展示了巨大的潛力。從智能體育知識服務(wù)、動作技能指導(dǎo)到課堂教學(xué)的智能化、身體活動監(jiān)測以及學(xué)校、家庭和社會的同向協(xié)力，人工智能技術(shù)正為體育教育帶來前所未有的變革。通過擁抱這些未來前景并有效利用人工智能，教育機構(gòu)可以在促進學(xué)生的身心健康方面取得重大進展，為學(xué)生創(chuàng)造更加健康和充實的體育教育環(huán)境。

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[基金項目：國家重點研發(fā)計劃《全民健身信息服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)的研究》，項目編號：2020YFC2006200）]