智能體育教學系統的設計與實現

趙明

（陜西交通職業技術學院 體育部，陜西 西安 710018）

體育教學本身屬于意象實踐性很強的教學模式，傳統的教學方式采用教師示范性的教學，學生往往很難以理解，雖然傳統的CAI系統將全部的教學內容預置在課件中，但是缺乏必要的智能特性，師生之間無法進行交流，隨著計算機網絡、人工智能及認知觀的不斷發展，目前針對教學體系的研究集中在了智能教學體系中，將學生放在教學的中心位置，利用計算機改變傳統的CAI教學模式，便于知識的掌握和理解，本文主要研究一種基于知識的智能化體育教學系統的設計，希望能為相關人員帶來一些幫助。

1 智能體育教學系統的作用

智能化體育教學體系主要是利用多媒體等實現教學的一種教學方式，與傳統的教學模式相比，這種教學模式能夠更加有針對性的進行教學，可由依照學習能力的不同機型教學，不需要固定的教學時間或者是教學地點。由于體育課本身具有很強的實踐性，因此智能化體育教學體系更加具有適用性，另外學生在學習體育中心思維方式很活躍，需要師生之間的大量交流，智能化教學系統能夠滿足這個需求。

智能化體育教學體系的設計已研究了一段時間，在以往的教學體系設計中，功能較弱，將教學設計的重點內容集中在了教學資料的展現方面，在教學中存在嚴重的灌輸式教學，教學系統的導學功能較差，且在教學中也難以做到因材施教，無法協調教學。因此，教學效果并不理想，且難以得到監督和反饋。針對以上問題，文中提出采用智能體育教學系統。

智能化體育教學系統的設計主要是實現了師生之間的交流，學生能通過教學系統的訪問查詢相關資料，并能與教師進行溝通交流。教學系統在設計中可實現學生在線學習，從而提高教學效果，本設計的智能化體育教學系統能激發學生主動學習，并對學生的學習近況進行管理。

2 智能教學系統的設計準則與設計目標

任何一個項目的設計均需要有明確的設計準則，來限制和規范操作，傳統的體育教學系統設計中能體現人體個性方面的要素較少，主要是教育技術的應用，因此在本設計中關鍵部分在于人體個性與教育技術的融合，實現高水平的系統研究。

2.1 智能體育教學系統的設計準則

智能化體育教學系統的設計不僅是為了滿足教學的需求，還需為了日后的設計考慮，即教學系統的設計需具有可擴展性。在設計中系統軟硬件的設計需具有連續性，程序設計需能夠修改，便于后期的維護工作。

智能化體育教學系統的設計要具有實用性，要求設計功能全面，方便學校教育工作的改革，不能一味強調新穎，重在實用性及全面性。此外，還需注意系統的設計要方便理解和控制，避免出現資源浪費的現象。而在智能化體育教學系統的設計中還需注意安全性和穩定性，這是最基本的原則，只有保證安全可靠才能確保每個功能區域的正常運行，在選擇相應的產品以及技術時，要全面考慮到可能遇到的各種問題，從而最大程度上的提高智能化體育教學系統的穩定性。

2.2 智能體育教學系統的設計目標

本設計的智能化體育教學系統以校園網為背景，應用多媒體等進行設計，能實現用戶自主完成學習，可選擇合適的內容進行，方便學生的學習需要。另外，在設計中還要求確保教學過程的靈活性，不受時間和地點的限制，系統無需通過認證得到用戶對CAI課件的使用，能自動處理教學中可能存在的歧義。

3 系統結構的設計與實現

3.1 系統能夠的結構設計

在本智能化體育教學系統的設計中采用B/S體系結構，如圖1所示。師生可通過瀏覽器進行操作，數據庫服務器存放教學所需的數據庫及相關的管理軟件等，學生可在機房實現學習過程，Web服務器能通過學生的不同需求調整教學策略，并為不同學生提供相適應的教學信息。而教師則可通過瀏覽器實現教學內容的更新、維護、組織資料及試題庫的信息修改等，也能通過此設計的智能體育教學系統來檢查學生的學習進度和考試成績。

圖1 智能化體育教學系統機構設計Fig.1 Design of intelligent physical education systems agency

3.2 數據庫服務器端的設計與實現

服務器端的數據分為教學信息庫和學生庫，教學信息庫的設計又包括了知識庫、標準動作模型庫和學生庫等設計。知識庫的設計作用是保證系統的設計具有體育學科的知識，這是最基本的設計內容，能有效的反應出學科的知識體系，在設計中能實現不同學生教學資料的選擇。本文設計的知識庫主要由知識體系、教學策略以及CAI課件組成，形式為<前提一＞<前提二＞<結論一＞<結論二＞等；知識體系包括了知識點之間的練習，是課程的最小單元，在建立中依照體育學科的特點，賦予屬性、編號、重要程度等特點，如表1所示；CAI課件庫內容與知識點的設計相對應，課件的選擇在教學實踐中難以理解，因此是設計重點，要以教學實踐為中心展開課件內容的設計。在教學策略庫主要是存在使用的各種教學方法等，依照學習的目標及效果分為不同層次。

表1 知識體系庫Tab.1 Knowledge base

標準動作模型庫主要的設計內容包括：體育規范性動作、類似性、名稱及圖像文件等。學生庫的設計主要內容包括學生的個人信息、學習目標以及掌握情況等。在設計中學生庫又可分為，資料庫和記錄庫。資料庫記錄的內容包括學生的姓名、班級和及學號等基本信息；學習記錄庫則主要掌握的是學生的學習進展及掌握程度，這兩方面的信息；而答題檔案庫主要記錄了學生的成績資料。

3.3 Web服務器端的設計實現

Web服務器端的設計主要是提高教學策略方便教學，設計主要內容包括：用戶管理模塊及教學策略模塊。用戶管理模塊的設計主要是實現學生的登錄和管理功能，并可存儲學生的登錄信息；課件內容展示模塊在設計時，需依照學生的學習過程，包括瀏覽順序及時間等。

教學策略調整模塊是設計的關鍵部分，由于學生在身體素質及體育基礎上存在較大差別，因此在學習中需有針對性的教學。在此設計學習記錄庫中設置了學習策略，能保證學生根據自身的需求進行學習，提高教學效果。教學策略調整模塊的設計由教學策略發展而來，基于知識推理的計算機實現，采用的教學策略包括正向推理和反向推理兩種：

1）正向推理策略主要是教師起主導作用，過程為先從知識庫和學生庫獲得學生以及所學知識的特點，找到滿足兩種參數的教學方法，形成各種教學動作，這是在教學中教師常用的一種教學手段；

2）反向推理控制策略針對的問題主要是某個知識點的教學，即這種教學模式更加具有針對性，能夠根據學生自身的需求來調整教學內容。在具體的推理中，假設學生提出某個知識點的教學，進而從知識庫中查詢該知識點其的前序點集合，再檢查學習狀況。若是學生的學習情況符合要求，便屬于正向推理控制策略，若發現學生的知識掌握情況并不滿足要求，則以該知識點為目標，再次檢查前序知識點的集合。

標準動作分析和學習模塊能提供查詢及統計信息等功能，師生可通過系統查詢體育項目的類別與名稱，并可通過瀏覽器的指定動作實現打印。復習測試反饋模塊的設計可及時發現學生學習過程中所存在的錯誤及原因，進而調整教學策略，測試中可根據學生的能力與認知心理來調整相應的體育技術，從而大幅提高學生的學習興趣。此外，在本設計中還增加了在線討論庫，不受時間和地點的限制，最大限度的體現了學習的自由性。

3.4 關鍵技術的實現

在智能體育教學系統的設計與實現中，關鍵技術主要包括實現環境和Web與數據庫之間的連接問題。客戶端在設計中可采用微軟的Internet Explore，Web平臺采用IIS3.0。系統中的Web與數據庫之間的連接可通過ASP實現，該環境下Web應用性能更高。

4 結束語

綜上所述，本文主要針對目前體育教學以及CAI系統存在的各種不足，設計了一種基于體育教學動態性特點的智能化體育教學系統，該系統可使教學更為靈活，且教學過程中不受時間和地點的限制，并能滿足不同情況學生的需求。此外，系統還可實現教師對學生信息、教學信息的在線管理等功能，使學生能進行不同程度的學習。因此，本設計與其他系統相比更具有針對性。

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