摘 要：國家一直都很重視中小學(xué)生的體質(zhì)健康問題，北京市也積極響應(yīng)國家號召，制定一系列體育與健康考核方案。在中小學(xué)體育考核中加入過程性評價(jià)，旨在優(yōu)化考核機(jī)制。當(dāng)前，在過程性評價(jià)中，主要問題是中小學(xué)生的身體活動量達(dá)到推薦量比例較低。本文正是為了解決這一問題，采用人工智能方法，通過連續(xù)動態(tài)監(jiān)測，為學(xué)校體育改革和體質(zhì)健康促進(jìn)提供客觀量化的數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：體育與健康；過程性評價(jià)；身體活動；人工智能

中圖分類號：G623.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1005-2410（2024）10-0081-02

我國出臺《國家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)（2014年修訂）》，旨在促進(jìn)學(xué)生體質(zhì)健康發(fā)展，激勵(lì)學(xué)生積極進(jìn)行身體鍛煉[1]，是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。2021年12月，北京舉行教育“雙減”工作第四場新聞發(fā)布會，發(fā)布《北京市義務(wù)教育體育與健康考核評價(jià)方案》，將國家學(xué)生體質(zhì)健康測試結(jié)果計(jì)入中考，測試成績獲得良好以上，過程性考核即為滿分[2]。本次改革探索科學(xué)制定運(yùn)動量、運(yùn)動強(qiáng)度等評價(jià)指標(biāo)，讓科學(xué)合理的鍛煉得以實(shí)現(xiàn)和推廣。

一、人工智能在中小學(xué)生身體活動監(jiān)測中的作用

（一）評估學(xué)生身體活動量

中小學(xué)生身體活動量監(jiān)測主要是對中小學(xué)生身體活動進(jìn)行觀察、分析、反饋、引導(dǎo)和激勵(lì)，是體育與健康考核改革的重要評價(jià)依據(jù)。傳統(tǒng)的監(jiān)測和評價(jià)方式主要依賴考核成績。在引入過程性評價(jià)后，中小學(xué)生每日的活動量計(jì)入過程性評價(jià)。而采用人工智能技術(shù)對中小學(xué)生日活動量進(jìn)行持續(xù)性監(jiān)測，解決傳統(tǒng)考核無法進(jìn)行過程性、連續(xù)性評價(jià)的問題，使得評價(jià)方式更為客觀。

（二）中小學(xué)生身體活動量跟蹤和報(bào)告生成

對于中小學(xué)生身體活動量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之后，采用人工智能算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，例如數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化等操作，對重點(diǎn)人群如小胖墩、小眼鏡等學(xué)生的身體活動量進(jìn)行跟蹤，觀察其活動量是否達(dá)標(biāo)，如圖1所示。根據(jù)各種監(jiān)測裝備和設(shè)備采集的身體活動數(shù)據(jù)，智能生成學(xué)校、年級和班級群體和學(xué)生個(gè)人的身體活動報(bào)告。

（三）數(shù)據(jù)驅(qū)動學(xué)校體育活動評估

采用人工智能技術(shù)可以對學(xué)校體育活動（包括體育課活動與課間活動）進(jìn)行評估。在體育課的活動中，采用人工智能技術(shù)對體育課的內(nèi)容、練習(xí)密度、能量消耗等方面展開評估。對課間活動，采用人工智能技術(shù)對活動量進(jìn)行評估，發(fā)揮課間活動的重要作用。

二、人工智能監(jiān)測中小學(xué)生身體活動的方法

（一）基于傳感器的監(jiān)測方法

很多研究中，測量身體活動的方法主要有直接測量法、間接測量法、心率監(jiān)測法和問卷調(diào)查法等[3]，但這幾種測量方法中，有的設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜，不適用于大規(guī)模連續(xù)性身體活動監(jiān)測。運(yùn)動健康領(lǐng)域的加速度運(yùn)動傳感器被用來進(jìn)行身體活動監(jiān)測，可獲取有效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，為運(yùn)動健身提供科學(xué)依據(jù)[4]。但因其價(jià)格昂貴，需專業(yè)人員處理數(shù)據(jù)，且需佩戴于腰部，降低青少年的佩戴依從性，不適用于青少年身體活動監(jiān)測。運(yùn)動智能手環(huán)[5]通過與相應(yīng)的手機(jī)應(yīng)用軟件連接，可直觀地獲取能量消耗、日常步數(shù)等身體活動指標(biāo)數(shù)據(jù)，從而可有效監(jiān)控長期或短期的身體活動。

（二）基于計(jì)算機(jī)視覺的監(jiān)測方法

在傳統(tǒng)的身體活動測量方法中，主要的方法有問卷調(diào)查法，但這種方法主觀性強(qiáng)、效度低。基于傳感器的方法中，如采用手環(huán)、心率帶等方法需要隨身佩戴傳感器，其經(jīng)濟(jì)性、便捷性也較弱。

美國學(xué)者Carlson等將計(jì)算機(jī)視覺監(jiān)測方法應(yīng)用于學(xué)校、公園等場景下的身體活動水平測量[6]。采用計(jì)算機(jī)視覺對身體活動量的監(jiān)測方法中，對監(jiān)測對象的活動視頻作為數(shù)據(jù)分析的依據(jù)，采用人工智能算法中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型提取視頻中的特征值，測試集用于估算身體活動的總?cè)藬?shù)和進(jìn)行中-高強(qiáng)度活動的人數(shù)。該研究與國際上應(yīng)用較為廣泛的游憩行為觀察系統(tǒng)[8]相比，誤差更小、效度更高。

三、面臨的挑戰(zhàn)和未來展望

（一）人工智能應(yīng)用的挑戰(zhàn)

1.學(xué)生身體活動量數(shù)據(jù)隱私和安全

由于在采集學(xué)生身體活動量數(shù)據(jù)時(shí)，會涉及到年齡、身高以及體測情況等個(gè)人數(shù)據(jù)，因此需要與家長和學(xué)校、教育監(jiān)管部門協(xié)商，簽訂數(shù)據(jù)隱私保護(hù)協(xié)議。在使用數(shù)據(jù)進(jìn)行人工智能算法分析時(shí)，需要刪掉個(gè)人信息，根據(jù)實(shí)際分析打包成模塊，對數(shù)據(jù)進(jìn)行脫敏，進(jìn)而保護(hù)學(xué)生的隱私和安全。

2.人工智能驅(qū)動監(jiān)測和評估中的倫理考慮

人工智能驅(qū)動監(jiān)測和評估引發(fā)了關(guān)于自動化系統(tǒng)的可靠性和問責(zé)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(zhǔn)確的評估，但需要確保這些系統(tǒng)是透明的、可解釋的和負(fù)責(zé)任的[8]。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)人工智能在監(jiān)測和評估中的使用，并確保根據(jù)人工智能建議做出的決策是知情和負(fù)責(zé)任的。

3.人工智能的實(shí)施

在學(xué)校教育環(huán)境中實(shí)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(hù)人工智能系統(tǒng)，確保不同系統(tǒng)和平臺之間的操作性，以及足夠的計(jì)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(dān)心工作崗位流失?？朔@些挑戰(zhàn)需要仔細(xì)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(dān)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.基于學(xué)校的身體活動監(jiān)測方法的創(chuàng)新

傳統(tǒng)問卷調(diào)查的身體活動監(jiān)測方法、基于傳感器的監(jiān)測方法、基于計(jì)算機(jī)視覺的監(jiān)測方法等，各有優(yōu)缺點(diǎn)，但在身體活動監(jiān)測需求不斷增加時(shí)，單一的監(jiān)測方法已不能滿足實(shí)際需要，多維度的監(jiān)測方法則可以解決這一問題。問卷調(diào)查方法雖然主觀性強(qiáng)，但其采集方式較為便捷。傳感器監(jiān)測方法準(zhǔn)確性雖然要比問卷調(diào)查好，但是學(xué)生佩戴時(shí)，會出現(xiàn)設(shè)備損壞或者不愿意攜帶等問題。而計(jì)算機(jī)視覺方法對于群體性的身體活動存在遮擋等問題。因此，需要幾種方法相互配合，兼顧優(yōu)缺點(diǎn)，并且結(jié)合學(xué)校教師的課堂記錄等手段，對學(xué)生的身體活動進(jìn)行多維度監(jiān)測。

2.學(xué)校體育工作評價(jià)機(jī)制的創(chuàng)新

學(xué)校體育工作的考核和評價(jià)方式一直以來都是社會和教育管理部門關(guān)注的重點(diǎn)，同時(shí)也在不斷地優(yōu)化。從僅在中考升學(xué)時(shí)的考核，到不僅有升學(xué)考核并且加入四年級、六年級、八年級分階段性考核，從分階段性考核再到加入過程性評價(jià)，不斷的改革是切合實(shí)際需求的，也是符合多維度多時(shí)段的評價(jià)，規(guī)避了單一評價(jià)的缺點(diǎn)。在今后的評價(jià)機(jī)制中，可以加入個(gè)性化的評價(jià)機(jī)制，以便更好地發(fā)掘?qū)W生的特長，也使得評價(jià)的機(jī)制更加靈活和多元化。

參考文獻(xiàn)：

[1]張一民.切實(shí)提高學(xué)生體質(zhì)健康水平——《國家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)（2014年修訂）》解讀[J].體育教學(xué)， 2014（09）.

[2]樊偉，李忠誠，馬凌.北京市義務(wù)教育體育與健康考核評價(jià)改革思路及實(shí)施策略思考[J].體育教學(xué)， 2022，42（02）.

[3]唐高見，呂曉華.人體能量消耗的測量誤差[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)， 2008，12（02）.

[4]李爽，羅志增，孟明.基于加速度傳感器的下肢運(yùn)動信息獲取方法[J].機(jī)電工程， 2009，26（01）.

[5]蒿瑩瑩，張琳，馬曉凱，等.運(yùn)動智能手環(huán)監(jiān)測身體活動量的效度研究進(jìn)展[J]. 上海體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，43（04）.

[6]楊雨馨，溫煦.基于計(jì)算機(jī)視覺的身體活動水平測量新方法[J].上海體育學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，45（05）.

[7] Mckenzie T L， Cohen D A，Sehgal A，et al. System for Observing Play and Recreation in Communities （SOPARC）： Reliability and Feasibility Measures[J].Journal of Physical Activity & Health， 2006， 3 Suppl 1（supplement 1）：S208.

[8]段偉文.人工智能時(shí)代的價(jià)值審度與倫理調(diào)適[J].中國人民大學(xué)學(xué)報(bào)，2017， 31（06）.

[基金項(xiàng)目：北京市社會科學(xué)基金項(xiàng)目“北京市中小學(xué)日運(yùn)動負(fù)荷監(jiān)測與評價(jià)方法研究（22YTC038）]