人工智能在學校體育中的應用問題與解決策略

白雪松，胡良平

（1.黃山學院體育學院，安徽 黃山 245041；2.首都體育學院休閑與社會體育學院，北京 100191）

教育事業(yè)是我國優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略之一。加快教育現(xiàn)代化辦好人民滿意的教育，是為了不斷滿足人民日益增長的美好生活所需。搭建信息化平臺與學習型社會離不開人工智能技術的應用，其可以有效提高我國教育信息化、智能化水平。人工智能是一種人為創(chuàng)造的機器實現(xiàn)深度學習過程，最早始于20 世紀40 年代，由機器學習、計算機視覺等領域組成。隨著時代發(fā)展，人工智能的學習任務和發(fā)展方向也在不斷調整。

現(xiàn)階段，人工智能為我國學校體育事業(yè)發(fā)展提供了新的可能性，然而，其在體育領域應用中的相應支持和保障體系還亟待發(fā)展與健全[1]。從橫向看，我國學者對于人工智能與體育融合發(fā)展的研究方向主要集中于以下幾個方面：1.評估人工智能對運動動作模式、技術[2，3]；2.探討人工智能與體育新聞生產(chǎn)的困境[4，5]；3.人工智能在體育課堂建設的應用。從縱向看，關于人工智能與體育發(fā)展的討論，最早可追述到1987 年全國體育發(fā)展戰(zhàn)略討論會上就提出了加快建設體育信息系統(tǒng)。總體來看，我國體育人工智能的相關研究尚在起步階段，需要以跨學科的思維與方法進行從理論到實踐的構建與應用。不難判斷，隨著我國人工智能技術的不斷發(fā)展，體育與其融合發(fā)展的程度不斷加深，體育人工智能將會成為學者研究的熱點與難點。鑒于此，本文以人工智能與學校體育融合發(fā)展為主題，研究其應用價值及應用困境，提出促進人工智能在學校體育中應用的策略，為提高我國學校體育質量貢獻微薄力量，助力我國體育強國建設。

1 人工智能在學校體育中的應用

學校體育的健康發(fā)展是建設體育強國的重要力量之一。人工智能技術與學校體育結合，有利于服務我國教育事業(yè)新一代人才培養(yǎng)工作，提升學習者運動技能，增強學習者體質健康。人工智能在學校體育中應用形式主要包括：語音及面部識別技術、云計算協(xié)同工作、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析。

1.1 人工智能在學校體育中的應用目標

學校體育是學校教育的重要環(huán)節(jié)，教育的本質是培養(yǎng)人、塑造人[6]，體育是促成受教育者形成身心和諧、全面發(fā)展的“全人”的過程[7]。時代在變遷，學校體育工作也在不斷地進行調整和改革，而人工智能的應用與發(fā)展加快了學校體育工作改革的進程[8]。人工智能（Artificial Intelligence）是用人工的、深度學習的方法在機器上實現(xiàn)的智能，即人們使用機器來模擬人類智能。簡單來說，就是在機器上實現(xiàn)人的教育[9]。人工智能與學校體育融合正在逐步深化，主要表現(xiàn)在思維、身體、心智以及意識4個方面。首先，人工智能運用于學校體育場景中能充分重視學生主體個性化，照顧到每一個學生個性與需求；其次，人工智能能夠幫助學生更加了解自己的身體，在體育課堂中運動表現(xiàn)能夠清晰記錄與反饋；再次，通過“人工智能+學校體育”的方式，一定程度上可以幫助體育學科的科學發(fā)展，使更多學生享受運動的樂趣，建立良好的人際關系；最后，人工智能運用有利于提高學生終生體育參與意識，培養(yǎng)更多自由而全面發(fā)展并具備國際競爭力、人文底蘊、科學精神、強健體魄、實踐創(chuàng)新、負責任敢擔當?shù)娜恕?/p>

1.2 人工智能在學校體育中的應用價值

學校體育課程教學目標主要是“增強學生體質”還是“運動技能習得”，長久以來是中國學校體育研究學者爭論的問題[10]，而人工智能在這兩方面都能起到一定的促進作用。一方面，學校體育智能生態(tài)系統(tǒng)打造，有利于幫助教師及教練精準了解學生運動表現(xiàn)，有針對性地調整訓練計劃和課程安排；另一方面，學生通過人工智能信息平臺，了解更多體育故事，激發(fā)對體育活動的興趣，有利于其樹立終身體育觀念。與此同時，通過人工智能使學生在日常中提升信息素養(yǎng)，以達到為我國人工智能發(fā)展提供人才儲備的目的。

1.3 人工智能在學校體育中的應用形式

長期以來，人工智能旨在幫助人們提高學習和適應能力、感官理解和互動能力、推理和計劃能力、編程和參數(shù)優(yōu)化能力、自治能力、創(chuàng)造力以及數(shù)字提取及運算的能力。在教育領域，人工智能通過大數(shù)據(jù)及算法，可以為學生選擇最佳的學習方式。在學校體育教育領域，人工智能主要通過語音及面部識別技術、云計算協(xié)同工作、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析等形式幫助學生提高運動表現(xiàn)。

1.3.1 語音及面部識別技術

語音及面部識別技術在過去10 年中得到迅速發(fā)展，最常見的形式是智能手機語音及面部解鎖功能。該技術目前作用于智能體育導師系統(tǒng)，識別和解釋學生的體育課程狀態(tài)。如識別學生表情與語調，了解學生何時感到無聊、興奮等，對于診斷學生在體育課堂中不同階段狀態(tài)有較大的幫助，并且根據(jù)大多數(shù)學生普遍狀態(tài)及時動態(tài)調整運動內(nèi)容和強度有積極實踐價值。在實踐應用中，語音及面部識別技術已經(jīng)應用于可穿戴測量傳感器、智慧校園管理平臺、課上課后教學平臺、家長互相溝通平臺等。記錄監(jiān)控并分析青少年運動和健康數(shù)據(jù)，為學校、教師、專業(yè)教練、家長和學生提供詳盡精準運動教育和健康報告，可有效提升體育教育和運動訓練管理及評估效率。

1.3.2 云計算協(xié)同工作

在學校體育云平臺建設過程中，智慧體育課堂正在潛移默化地改變著學校體育教學方式、課程設置和青少年學習狀態(tài)。完整的“家庭-學校-社區(qū)”多元聯(lián)動機制正在通過云計算平臺，加強對兒童青少年體育課堂表現(xiàn)、身體活動、久坐時長、運動強度、體質健康等數(shù)據(jù)進行動態(tài)采集和分類管理，激發(fā)“三位一體”共同實現(xiàn)學校體育健康新局面。通過云計算協(xié)同工作，有條件的學校可以實現(xiàn)兒童青少年學校體育教育云，各學校教育之間資源不再只是簡單的數(shù)字跟蹤和信息資源收集，而是包括了計算、效能和環(huán)境資源，運算結果可以在學校間起到廣泛的參考與借鑒。此外，通過云計算搭建集運動健身、社交、科技為一體的學校智慧運動交互空間，學校教育和課堂教學正在被云計算和數(shù)字化中心所改變。

1.3.3 物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析

互聯(lián)網(wǎng)將人們聯(lián)系在一起，它還允許無生命物體連接，2021年大約有500億個事物被連接起來，形成了龐大的數(shù)據(jù)鏈條。身體傳感器連接已經(jīng)實現(xiàn)人和身體、身體與身體之間的廣泛聯(lián)系，通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的觀察、學習和分析，可以幫助學生了解自己身體健康狀況，進一步提高自己的運動表現(xiàn)。在實踐過程中，廣州市增城區(qū)新星學校通過穿戴式的智能腳環(huán)，完整地記錄了該校初三一班學生在中長跑時的速度、步幅、步頻、心率，對成績優(yōu)秀和不及格的學生進行數(shù)據(jù)對照，發(fā)現(xiàn)不及格的學生多是因為前半程跑得太快，體力難以保持。數(shù)據(jù)分析后提出對學生進行為期兩周的跑步節(jié)奏訓練，使用前程降速、途中保持、后程發(fā)力跑法，提供運動負荷心率采集監(jiān)測個性化應用解決方案，顯著提高了學生在中長跑項目上的運動表現(xiàn)。

1.3.4 自動化評測系統(tǒng)

目前，自動化評測系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用于學校體育課程評價、學生運動處方開具等方面。在人工智能時代，自動化評測系統(tǒng)可精確測量出學生全維度身體數(shù)據(jù)，為體育老師輸出個性化體育教學報告，打造智慧體育教育全新樣本奠定了基礎。傳統(tǒng)的校園體測工具只是對學生基本數(shù)據(jù)進行檢測，而現(xiàn)在針對不同中小學體育教育場景和條件，借助3D視覺和自動化評測系統(tǒng)，企業(yè)能根據(jù)學校要求設計集智能設備、云服務和數(shù)字化教學工具于一體的智慧體育教育整體解決方案，可以較為全面地展示及把控學生運動情況、考試成績、國家或者地區(qū)體測等多維數(shù)據(jù)，自動生成個人、班級、年級、不同階段項目的分析報告，快速檢視教學成績和訓練成果。此外，在體育學科實踐應用中，已經(jīng)建立起測量及計算一體化動作指標體系，建設以依靠視覺、激光等方式建立的三維人體模型，捕捉人體運動奔跑速度、旋轉角度等信息，幫助運動者提供個性化改善方案，進而提高其訓練能力。

2 人工智能在學校體育應用中存在的問題

現(xiàn)階段，我國人工智能技術仍存在許多尚待驗證的問題，大范圍地應用人工智能幫助學校體育發(fā)展存在如下困境：學校體育融合程度不深、缺乏相應支持體系、相關的配套文件和倫理道德規(guī)制亟待建設等問題。

2.1 人工智能與學校體育融合程度不深

目前，我國人工智能技術發(fā)展很快，但仍處于起步階段。因此，許多關于人工智能與學校體育的融合發(fā)展理念還沒有在技術層面落實。國內(nèi)一些學校和企業(yè)正在探索的應用人工智能體育教育模型仍較為粗糙，能覆蓋的體育項目少，不具備大范圍推廣價值。其主要受制于學校體育大數(shù)據(jù)數(shù)量不足、品質不高等問題，極難支撐人工智能的學習需求。此外，現(xiàn)有的成熟技術，如人臉識別、數(shù)據(jù)分析等應用到教學管理、教學過程等環(huán)節(jié)較多，且在應用過程中存在一定的安全漏洞和尚需驗證的問題，使得人工智能與學校體育融合進程緩慢，融合程度還處于初始階段。

2.2 人工智能在學校體育中缺乏支持體系

人工智能在學校體育中缺乏包括基本數(shù)據(jù)、社會認同、人才儲備三方面構成的支持體系。首先，在基本數(shù)據(jù)方面，學校體育中涉及大量學生運動及身體數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在采集過程中依據(jù)不同標準，達到教學與醫(yī)療健康的不同目的，并不能為人工智能學習提供較好的數(shù)據(jù)支撐。其次，體育教師、家長、學生對于人工智能與學校體育融合的看法不一。強調精準、規(guī)范的動作指導和教學模式可能扼殺學生自主探究能力，在人工智能大數(shù)據(jù)裹挾下，體育教師教學經(jīng)驗可能無法發(fā)揮作用。最后，人工智能在學校體育中發(fā)展與建設需要人才儲備支撐，而從目前情況看，很多地區(qū)的體育教師對人工智能接受度不高，體育人工智能相關專業(yè)設置不足，使得學校沒有足夠的人力資源支持學校體育應用人工智能技術。

2.3 相關配套文件和倫理道德亟待建設

人工智能深度學習行為需要掌握大量學生體育課堂表現(xiàn)、面部表情、肢勢體態(tài)等可能侵犯到學習者隱私的材料。關于人工智能是否能學習這些內(nèi)容，以什么方式學習這些內(nèi)容，引發(fā)了人們關于教學倫理及道德規(guī)范的討論。在有條件地區(qū)運用了人工智能提高學生的運動表現(xiàn)，而在沒有條件開展人工智能技術的學校及地區(qū)是否被剝奪了部分受教育權，這拉開了區(qū)域之間教育信息化的差異，也削弱了體育精神中公平的內(nèi)涵。目前，我國相關文件及規(guī)定并未回應這些爭議，關于人工智能引起的倫理道德問題還亟待規(guī)制。

2.4 人工智能在學校體育應用中的監(jiān)管缺失

目前，我國尚未出臺相關法律法規(guī)對人工智能進行監(jiān)管，而人工智能進入學校后，采集學生身體數(shù)據(jù)、運動樣本等，對數(shù)據(jù)隱私保護、責任規(guī)范、安全性等沒有明確的法律規(guī)定。此外，商業(yè)機構采集數(shù)據(jù)的準確性如果沒有行業(yè)規(guī)范，大量采集都是非結構性數(shù)據(jù)，可能會影響到對學生體育課程設計的科學性。目前人工智能在體育領域應用的質量標準、準入體系、評估體系尚是空白，無法對人工智能數(shù)據(jù)和算法進行有效驗證和評價，一定程度上阻礙了人工智能產(chǎn)品在學校體育領域的應用和發(fā)展。

3 人工智能在學校體育應用中的建議

人工智能是未來科學技術發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。如何立足于我國現(xiàn)實情況，借助人工智能力量幫助學校體育高質量發(fā)展已成為社會關注的問題，本研究結合文獻資料成果和專家訪談意見，提出如下建議。

3.1 以智能化、個性化、多元化為目標

在人工智能技術支持下，每一個學習者都有機會獲取自己獨有的運動訓練方案，以實現(xiàn)《中國教育現(xiàn)代化2035》的目標，即通過智能化技術幫助學生解決不同問題，提供多元化解決方法，讓學生根據(jù)自己已掌握的運動技能、戰(zhàn)術去主動構建、理解、運用新的知識，有效提升學習者自我管理、自主探究等基本學科素養(yǎng)。在具體的實踐過程中，通過人工智能實現(xiàn)對學生運動訓練計劃個性化推送，學習考核多元化評價，并通過集體互聯(lián)，不斷動態(tài)掌握和調整學生體育課堂學習內(nèi)容等方面的服務。

3.2 加強師生認知，滿足學校體育發(fā)展需要

人工智能在學校體育中發(fā)展應用使得整個教學模式、手段、環(huán)境等諸多方面產(chǎn)生巨大的改變。學校師生應加強對人工智能技術的認知，學習其相應的操作流程。幫助體育教師或教練將自己實際教學經(jīng)驗與人工智能大數(shù)據(jù)分析相結合，實現(xiàn)人工智能與教師協(xié)同合作，幫助學生掌握運動技能、提升身體素質。但是，人工智能并不能替代教師的角色，學生的運動表現(xiàn)需要情感支撐，需要教師為榜樣。人工智能技術的應用可以幫助教師從重復性工作中解脫出來，更好地完成學生培養(yǎng)任務。

3.3 討論應用標準，維護體育公平和社會倫理

針對目前關于人工智能技術應用與教育領域的爭論，可以從4 個方面進行規(guī)制：第一，廣泛采集學生、家長、教師對人工智能在學校體育中應用的看法，組織學校體育、人工智能、法律等領域的專家基于這些看法討論人工智能應用于學校體育的具體標準及權限要求，最大程度保護學習者的隱私安全；第二，聘請第三方機構評估學校制定的人工智能應用標準是否適宜，酌情調整有關要求；第三，建立一套人工智能監(jiān)管體系，請家長、媒體、社會組織、相關部門進行長期監(jiān)督；第四，建立長期有效的人工智能信息保護及追責機制，落實人工智能在學校體育中應用的安全性，推動安全校園建設。

3.4 完善學校教育支持體系，推進人工智能與學校體育融合

全面完善人工智能在學校教育中的支持體系包括規(guī)范數(shù)據(jù)的采集、分析、應用；加強學校體育從業(yè)人員人工智能技能及信息素養(yǎng)培訓；建立健全體育人工智能人才培養(yǎng)體系等。具體來說，推進人工智能與學校體育深度融合需要做到：第一，頂層設計層面，要明確政府、學校等單位的職責，給予人工智能在學校體育中健康發(fā)展的政策環(huán)境與資金保障；第二，中觀管理層面，要利用人工智能技術，實現(xiàn)學校體育專業(yè)知識跨學科、跨領域和多層次的融合創(chuàng)新，實現(xiàn)不同學科知識之間的綜合應用；第三，微觀個體層面，要通過人工智能技術進行個性化的運動指導，不斷鼓勵學生參與體育活動，提高運動技能，提升身體素質。

4 總結與建議

我國正處于信息轉型時代，人工智能技術日常化趨勢不可逆轉。然而，我國人工智能應用于校園還處于初級階段，需要廣泛聽取一線工作人員的經(jīng)驗與建議，反饋給人工智能研發(fā)團隊，并進行不斷的實踐調研，才能提高人工智能在學校體育中的應用水平，助力我國體育強國建設。