解決學(xué)校體育運(yùn)動傷害事故的新武器：智能體育安全儀的設(shè)計思路

宋 賓，張 朋，袁小超

前言

“如何有效解決學(xué)校體育運(yùn)動傷害事故”早已是老生常談的話題了，但是在現(xiàn)實學(xué)校體育教學(xué)中依然存在很多學(xué)校擔(dān)心運(yùn)動傷害事故的發(fā)生，在體育教學(xué)中大幅度降低運(yùn)動負(fù)荷或取消一些高風(fēng)險的運(yùn)動項目的教學(xué)現(xiàn)狀，這不僅影響學(xué)校體育教學(xué)活動的正常進(jìn)行，還影響學(xué)生運(yùn)動技能的習(xí)得與身體素質(zhì)的發(fā)展。體育課運(yùn)動負(fù)荷大小與學(xué)生的身體素質(zhì)發(fā)展和體質(zhì)健康測試成績都有較大的關(guān)聯(lián)性，可以說學(xué)校體育運(yùn)動傷害事故是造成學(xué)校體育教育成效低，學(xué)生肥胖率上升、體質(zhì)健康下降的一個重要誘因。所以對如何解決學(xué)校體育運(yùn)動傷害事故的探索仍有著非常重要的現(xiàn)實意義。在解決策略上學(xué)者們已經(jīng)從強(qiáng)化學(xué)校體育安全宣傳教育、加強(qiáng)學(xué)校體育安全常規(guī)管理、學(xué)校體育安全應(yīng)急救護(hù)、學(xué)校體育資源安全保障等途徑進(jìn)行多了多維度的分析，本研究綜合以上問題與策略嘗試從人工智能的思路去設(shè)計一種實體，分別從師生缺乏體育安全意識、學(xué)校的場地設(shè)施存在安全隱患、學(xué)生運(yùn)動負(fù)荷過度等易發(fā)運(yùn)動傷害的因素出發(fā)，構(gòu)想出一種智能體育安全儀。它所應(yīng)具備運(yùn)動前對師生進(jìn)行智能安全教育、建立與現(xiàn)實同步的學(xué)生體育運(yùn)動檔案；運(yùn)動中監(jiān)測負(fù)荷量度、提供體育運(yùn)動傷害事故應(yīng)急預(yù)案及實時錄像等多元化功能，可以為普及體育安全知識，完善學(xué)生體育運(yùn)動檔案、促使師生進(jìn)行課堂反思、解決學(xué)校體育運(yùn)動傷害事故提供參考和證據(jù)鏈條。

1 智能體育安全儀設(shè)計的問題基礎(chǔ)

1.1 積重難返的學(xué)校體育運(yùn)動傷害事故嚴(yán)重影響著學(xué)校體育教育質(zhì)量

隨著體育運(yùn)動的開展，期間會不可避免地會發(fā)生運(yùn)動傷害事故。因為一些體育活動本身就帶有一定的風(fēng)險性，即使學(xué)校的安全管理沒有任何的問題，也有發(fā)生運(yùn)動傷害的可能［1］。學(xué)生在學(xué)校發(fā)生運(yùn)動傷害事故后，不管由于是何種原因造成的，家長通常都會首先追究學(xué)校的責(zé)任，一些極端的家長甚至還會做出在學(xué)校門口聚眾鬧事的極端行為，這不僅擾亂了學(xué)校的正常教學(xué)秩序，還會對學(xué)校的聲譽(yù)造成極其不良的影響，對學(xué)校的招生質(zhì)量和社會評價等都會造成難以估量的影響，很有可能還會對見證這一運(yùn)動傷害事故的教師和學(xué)生造成生理和心理上難以彌補(bǔ)的創(chuàng)傷。一些學(xué)校擔(dān)心運(yùn)動傷害事故的發(fā)生，甚至對教師的教學(xué)活動下達(dá)了“零事故”的嚴(yán)令，導(dǎo)致一些體育教師在體育教學(xué)中如履薄冰，在體育課堂上“不求有功，但求無過”，只要求能夠讓學(xué)生安全順利地度過體育課。這不僅影響著教學(xué)目標(biāo)的完成，還影響著學(xué)生運(yùn)動技能的習(xí)得與身體素質(zhì)的發(fā)展，與學(xué)生的體質(zhì)健康測試成績具有較大的關(guān)聯(lián)性。

1.2 運(yùn)動傷害事故發(fā)生的多因素性

通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)和與專家訪談發(fā)現(xiàn)，造成學(xué)校體育運(yùn)動傷害事故的原因涉及多方面因素的影響，如：學(xué)校的場地設(shè)施存在隱患、在體育教學(xué)中教師組織不當(dāng)或教法錯誤、運(yùn)動負(fù)荷過度等，筆者對其進(jìn)行了綜合整理，現(xiàn)將造成學(xué)校體育運(yùn)動傷害事故的多種誘因初步歸納為：學(xué)校管理致因、體育教師致因、學(xué)生個人致因和其他意外致因四大方面。

1.2.1 學(xué)校管理致因

學(xué)校管理致因是指由學(xué)校日常管理、安全教育工作或體育裝備采購的質(zhì)量等方面存在疏漏或不規(guī)范而造成的運(yùn)動傷害事故。經(jīng)過對所查閱的文獻(xiàn)進(jìn)行整理發(fā)現(xiàn)，學(xué)校管理因素涉及的運(yùn)動傷害事故最多，為了便于有針對性地進(jìn)行防控，現(xiàn)將學(xué)校管理致因歸納為：場地器材管理致因和師生管理致因2大方面，以圖示說明，如圖一。

圖一 學(xué)校管理致因

1.2.2 體育教師致因

體育教師致因是指由體育教師的不當(dāng)教學(xué)行為或缺乏教學(xué)責(zé)任心而造成的運(yùn)動傷害事故。如體育教師的教學(xué)方法和手段不恰當(dāng)、缺乏教學(xué)責(zé)任心、等。體育教師作為學(xué)校各項體育工作的直接參與者，對學(xué)生的運(yùn)動安全負(fù)有重要責(zé)任，其教學(xué)、訓(xùn)練課外活動組織不合理或?qū)W(xué)生體育活動疏于管理均可誘發(fā)運(yùn)動傷害事故。經(jīng)過對查閱的文獻(xiàn)資料進(jìn)行整理現(xiàn)將體育教師致因歸納為：體育教師的教學(xué)業(yè)務(wù)能力、安全教學(xué)意識和教學(xué)責(zé)任心3三類，以圖示說明，如圖二。

圖二 體育教師致因

1.2.3 學(xué)生個人致因

學(xué)生個人致因指學(xué)生不能正確的估計自己的運(yùn)動水平和風(fēng)險防控能力，過于自信或大意，從事超出自己能力的高難危險動作等，導(dǎo)致傷害事故的發(fā)生［6］。如學(xué)生自己不能正確的估計自己的專業(yè)技能水平和體能、擅自進(jìn)行與課堂無關(guān)的活動、在未有同學(xué)或教師的指導(dǎo)保護(hù)下做一些力所不能及的高難度危險動作等。學(xué)生是參與學(xué)校體育運(yùn)動活動的主體，由于其自身不同年齡階段的不同性格特征，也是造成運(yùn)動傷害事故的四大致因中最活躍、最不容易控制的因素，因此學(xué)生個人致因成為預(yù)防運(yùn)動傷害事故的關(guān)鍵。經(jīng)過文獻(xiàn)整理和專家訪談現(xiàn)將學(xué)生個人致因歸納為：學(xué)生自身的專業(yè)水平、運(yùn)動安全意識2大類，學(xué)生自身的專業(yè)水平致因、運(yùn)動安全意識致因以圖示說明，如圖三。

圖三 學(xué)生個人致因

1.2.4 其他意外傷害致因

其他意外運(yùn)動傷害致因是指外來的、突發(fā)性的、非疾病性的，沒有涉及學(xué)校管理、教師和學(xué)生個人的主觀意識判斷的客觀因素，所造成的運(yùn)動傷害原因。如惡劣的自然天氣：高溫、雷電、寒冷等自然條件，學(xué)生在高溫天氣下進(jìn)行體育運(yùn)動出現(xiàn)中暑和暈倒的機(jī)率會大大增加；學(xué)生在嚴(yán)寒低溫的環(huán)境中參加體育運(yùn)動，身體肌肉的粘滯性會大大的增強(qiáng)，運(yùn)動前的準(zhǔn)備活動不夠充分的話極易出現(xiàn)運(yùn)動傷害事故；在雨雪天氣過后，室外的運(yùn)動場地會變得濕滑，學(xué)生在濕滑的運(yùn)動場地上進(jìn)行活動也會導(dǎo)致運(yùn)動傷害事故的發(fā)生。

2 智能體育安全儀設(shè)計的主要功能

2.1 運(yùn)動前進(jìn)行智能安全教育灌溉

體育運(yùn)動本身就帶有一定的風(fēng)險性，一些學(xué)校的場地設(shè)施安檢工作不到位，學(xué)生對所參加的運(yùn)動項目的危險性認(rèn)識不足，再加上學(xué)校疏于安全教育工作的宣傳，師生在參加體育運(yùn)動時也就不可避免地會出現(xiàn)不同程度的運(yùn)動傷害事故。

當(dāng)我們外出或出差時打開手機(jī)上的“天氣預(yù)報”APP，它會自動更新最近的天氣動態(tài)變化并且提示我們應(yīng)該如何做好防范工作。那么我們是否也可以根據(jù)類似的功能運(yùn)用到學(xué)校體育運(yùn)動安全中。教師在進(jìn)行某項運(yùn)動教學(xué)時或?qū)W生在參加某項運(yùn)動前打開智能體育安全儀點擊相對應(yīng)的運(yùn)動項目，通過視頻或語音的形式開展安全教育工作，列出該項運(yùn)動出現(xiàn)過哪些運(yùn)動傷害事故，分析各種傷害事故的致因，并提示師生如何進(jìn)行相對應(yīng)的安全防范。彌補(bǔ)學(xué)校安全教育和防范工作的疏漏，提高師生的安全防范意識。

2.2 建立與現(xiàn)實同步的學(xué)生體育運(yùn)動檔案

學(xué)生體育運(yùn)動檔案指學(xué)生在學(xué)習(xí)生活過程中產(chǎn)生、持有并保存的與體育運(yùn)動參與過程相關(guān)的記錄，文件或資料，學(xué)生的運(yùn)動傷病歷史、先天或后天患得的某些疾病、學(xué)生的體質(zhì)情況和體質(zhì)測試成績都會包含在體育運(yùn)動檔案中。

在智能體育安全儀中建立與現(xiàn)實同步的學(xué)生體育運(yùn)動檔案，對學(xué)生的運(yùn)動傷病歷史、先天或后天患得的疾病、學(xué)生的體質(zhì)情況等都記錄在其中，然后通過對學(xué)生體育檔案的篩選，分析出每個學(xué)生是否能夠參加某項運(yùn)動項目，其體質(zhì)狀況能夠承受的最大負(fù)荷量和運(yùn)動強(qiáng)度，讓學(xué)生充分了解自己的身體狀況，選擇適宜的運(yùn)動項目，承受適宜的負(fù)荷量和運(yùn)動強(qiáng)度，確保參加運(yùn)動鍛煉的安全性，提高師生的運(yùn)動安全意識。

2.3 監(jiān)測運(yùn)動負(fù)荷，溫馨提示負(fù)荷量度

運(yùn)動負(fù)荷指運(yùn)動者在體育教學(xué)、健身鍛煉、競技運(yùn)動等活動中，在一定時間內(nèi)完成的活動及其承受的運(yùn)動量度。學(xué)生在體育鍛煉活動中，如果運(yùn)動負(fù)荷過小，沒有對機(jī)體產(chǎn)生足夠的刺激，也相應(yīng)地達(dá)不到鍛煉身體的作用；當(dāng)運(yùn)動負(fù)荷過大時，會加深機(jī)體的疲勞程度，容易導(dǎo)致運(yùn)動傷害的發(fā)生，因此，學(xué)生在參加體育鍛煉時能否把控好運(yùn)動負(fù)荷尤為重要。

我們駕車行駛在高速公路上，當(dāng)車速超過120km/h時導(dǎo)航會自動播放“您以超速，請減速行駛”，這時司機(jī)們一般都會降低車速，有效地避免了交通事故的發(fā)生。我們是否也可以參照此方法運(yùn)用到學(xué)校體育運(yùn)動安全中，避免或消除負(fù)荷量過大、疲勞訓(xùn)練等造成的運(yùn)動傷害事故？通過智能體育安全儀監(jiān)測學(xué)生運(yùn)動時的負(fù)荷量度，當(dāng)負(fù)荷量過小時，提示該次運(yùn)動未達(dá)到相應(yīng)的鍛煉效果；當(dāng)負(fù)荷量超出身體所能承受的最大負(fù)荷時，提示運(yùn)動者停止運(yùn)動并做放松練習(xí)，在運(yùn)動中階段有效地避免因負(fù)荷過大而導(dǎo)致的運(yùn)動傷害事故。

2.4 提供體育運(yùn)動傷害事故的應(yīng)急預(yù)案

當(dāng)運(yùn)動傷害事故發(fā)生時，專業(yè)教師或醫(yī)護(hù)人員沒有在附近，學(xué)生自己也不懂得該項目的緊急處理方法，有些運(yùn)動傷害事故留給緊急處理的時間僅有關(guān)鍵的幾分鐘，錯過后很有可能會造成不堪設(shè)想的后果。

在智能體育安全儀中通過預(yù)定程序輸入運(yùn)動傷害事故發(fā)生時的應(yīng)急預(yù)案，當(dāng)發(fā)生運(yùn)動傷害時點擊所參加的運(yùn)動項目中相對應(yīng)的傷害應(yīng)急預(yù)案，后臺程序視頻和語音的形式提供遠(yuǎn)程指導(dǎo)，幫助學(xué)生進(jìn)行及時的緊急處理。學(xué)校和教師也可以日常的教學(xué)中通過該系統(tǒng)讓學(xué)生掌握多種類型傷害事故的應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行練習(xí)，使學(xué)生能夠熟練掌握運(yùn)動安全專業(yè)應(yīng)急預(yù)案和急救知識，在未來的校內(nèi)或校外體育運(yùn)動中做到學(xué)以致用。

2.5 實時錄像儲存

體育活動本身就帶有一定的風(fēng)險性，隨著體育運(yùn)動的開展，即使學(xué)校的安全管理沒有任何的問題，期間也有發(fā)生運(yùn)動傷害事故的可能。

發(fā)生交通事故后，相關(guān)部門會通過查看錄像回放來還原現(xiàn)場責(zé)任進(jìn)行判罰，我們未嘗不可以借鑒交通責(zé)任事故的判別方式來解決學(xué)校體育運(yùn)動傷害事故。在未來的學(xué)校體育運(yùn)動中，師生的運(yùn)動現(xiàn)場我們可以進(jìn)行360°無死角的查看，對于各種可能會發(fā)生運(yùn)動傷害事故的現(xiàn)場我們可以及時地制止。即使當(dāng)運(yùn)動傷害事故發(fā)生后，家長想過度追究學(xué)校的責(zé)任，學(xué)校可以根據(jù)錄像回放還原現(xiàn)場，查看傷害事故是由何種原因造成的，事故責(zé)任一目了然，相關(guān)部門在處理接下來的事故糾紛時也有據(jù)可依。使學(xué)校摒棄“零事故”的體育教學(xué)原則，體育教師可以以“職業(yè)初心”進(jìn)行教學(xué)，學(xué)校體育工作可以正常進(jìn)行。

2.6 建立鏡面式的教學(xué)理念，促使學(xué)生和教師進(jìn)行課堂反思

課堂錄像不僅可以作為課堂教學(xué)研究的重要工具，也可以作為教師專業(yè)研修的一種手段，還可以作為指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的一種重要載體。體育課由于其自身科目的特殊性和練習(xí)形式的多樣性，很多時候?qū)W生在課堂上并不能很好的掌握本次課程的全部內(nèi)容。

課后學(xué)生通過課堂錄像回放，查看自己的運(yùn)動技術(shù)掌握程度和課堂表現(xiàn)，在教師和同學(xué)的幫助下不斷糾正自己的技術(shù)動作和戰(zhàn)術(shù)意識，達(dá)到精益求精；學(xué)生還可以通過課堂回放學(xué)習(xí)優(yōu)秀同學(xué)的學(xué)習(xí)方法，提升自己的學(xué)習(xí)效率。教師可以通過課堂錄像察看各個學(xué)生在課堂中的表現(xiàn)，因材施教的進(jìn)行教學(xué)；還可以通過課堂回放與全國優(yōu)質(zhì)體育健康課程進(jìn)行對比，為教學(xué)工作的深度反思提供基礎(chǔ)。

根據(jù)上述的核心功能，現(xiàn)將其劃分為三個主要的時間維度：運(yùn)動前、運(yùn)動中、運(yùn)動后，如圖四所示。

圖四 智能體育安全系統(tǒng)的主要功能

3 智能體能安全儀的投產(chǎn)建議及后續(xù)改進(jìn)方向

3.1 體育運(yùn)動知識的系統(tǒng)歸納及云空間存儲

智能體育安全儀的體育運(yùn)動知識版塊分為：智能安全教育、體育運(yùn)動傷害事故的應(yīng)急預(yù)案、學(xué)生體育運(yùn)動檔案三大部分，在進(jìn)行投產(chǎn)前首先進(jìn)行全方位的收集體育運(yùn)動安全教育知識、不同類別體育運(yùn)動傷害事故應(yīng)急預(yù)案以及各個學(xué)生的體育運(yùn)動檔案的相關(guān)知識，然后對其進(jìn)行系統(tǒng)的歸納整理，分別相對應(yīng)的存儲于其云空間中的安全教育知識、運(yùn)動傷害事故應(yīng)急預(yù)案的知識板塊中。其中運(yùn)動安全教育知識版塊包括不同項目曾經(jīng)發(fā)生過的運(yùn)動傷害事故類別、不同類別運(yùn)動傷害事故的各種致因及相對應(yīng)的安全防范措施；運(yùn)動傷害事故應(yīng)急預(yù)案版塊包括不同種類和性質(zhì)的運(yùn)動傷害事故應(yīng)急組織、應(yīng)急指揮、應(yīng)急控制、應(yīng)急協(xié)調(diào)及應(yīng)急處理等多個部分；學(xué)生體育運(yùn)動檔案版塊包括學(xué)生的運(yùn)動傷病歷史、先天或后天患得的某些疾病、學(xué)生的體質(zhì)情況和體質(zhì)測試成績等。

3.2 運(yùn)動負(fù)荷量度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

在智能體育安全儀中選用STM32L單片機(jī)作為其監(jiān)控運(yùn)動負(fù)荷量度系統(tǒng)中的核心控制器，同時搭配先進(jìn)的遙感心率監(jiān)測系統(tǒng)，與智能體育安全儀的云空間和外顯示器相連接。使學(xué)生在體育課堂學(xué)習(xí)和課下體育鍛煉中，通過監(jiān)測佩戴者在運(yùn)動過程中心率的變化實現(xiàn)對其運(yùn)動負(fù)荷的實時監(jiān)控，對監(jiān)測到的實時心率數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆瓶臻g系統(tǒng)中，系統(tǒng)按照預(yù)定的算法對其實時運(yùn)動負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計分析的同時并及時反饋給佩戴者，通過監(jiān)控佩戴者在運(yùn)動中的心率變化反饋進(jìn)行負(fù)荷量度的評定。若運(yùn)動負(fù)荷量度超出其身體所能承受的最大負(fù)荷量度時，智能體育安全儀會通過語音和振動的形式進(jìn)行預(yù)警提示，迫使其停止運(yùn)動并做放松練習(xí)；若負(fù)荷量度沒有達(dá)到相應(yīng)的負(fù)荷水平時提示其可以繼續(xù)運(yùn)動。進(jìn)而幫助佩戴者實時監(jiān)控其在運(yùn)動過程中的負(fù)荷水平，及時發(fā)現(xiàn)運(yùn)動風(fēng)險，適時調(diào)整運(yùn)動負(fù)荷量度。

3.3 運(yùn)動過程中視頻信息的實時儲存系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

學(xué)生在運(yùn)動過程中的視頻信息作為在運(yùn)動傷害事故發(fā)生后有效解決和避免糾紛的證據(jù)鏈和促進(jìn)師生進(jìn)行課堂反思的重要信息載體，是通過智能體育安全儀中的實時錄像版塊媒介實現(xiàn)的，同時也是本設(shè)計中的又一核心亮點功能。在智能體育安全儀中配備高清攝像頭和多個芯片，通過視頻攝像頭收集到的學(xué)生在運(yùn)動過程中的視頻信息以RN6318芯片為媒介進(jìn)行自動轉(zhuǎn)換，然后再傳輸?shù)紿i520D芯片中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將處理后的視頻信息自行存入到云空間中的數(shù)據(jù)錄像儲存系統(tǒng)中。在解決學(xué)校體育運(yùn)動傷害事故糾紛亦或師生進(jìn)行課堂反思時，通過連接相應(yīng)的顯示器進(jìn)行視頻輸出，同時再搭配相應(yīng)的播放器完成師生在運(yùn)動過程中的視頻信息回放。

4 結(jié)論

以人工智能為代表的智能科技為人類社會的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇和新的階段，伴隨著全球化的互聯(lián)互通，日益智能的機(jī)器產(chǎn)品及其應(yīng)用正以超乎想象的速度刷新我們對世界的理解，越來越多的人工智能設(shè)備進(jìn)入到我們的學(xué)習(xí)和生活中。在學(xué)校體育運(yùn)動傷害事故頻發(fā)的今天，對于傷害事故的解決我們可以結(jié)合人工智能技術(shù)，在運(yùn)動前對師生進(jìn)行智能安全教育、建立與現(xiàn)實同步的學(xué)生體育運(yùn)動檔案；運(yùn)動中監(jiān)測運(yùn)動負(fù)荷量度、提供體育運(yùn)動傷害事故應(yīng)急預(yù)案及實時錄像；通過課堂回放建立鏡面式教學(xué)理念，促使師生進(jìn)行課堂反思，分別從運(yùn)動前和運(yùn)動中避免或消除運(yùn)動傷害事故發(fā)生的可能，同時也為運(yùn)動傷害事故發(fā)生后相關(guān)部門解決事故糾紛提供參考依據(jù)。還教師初心、家長放心、學(xué)生開心的學(xué)校體育之本貌，或許可以成為我們在解決學(xué)校體育運(yùn)動傷害事故中“眾里尋他千百度”的那一“驀然回首”。