智慧化操場的功能價值、 發展困境及優化路徑

摘 "要：運用文獻資料法等研究方法，對智慧化操場的功能價值、發展困境及優化路徑進行剖析，為推進智慧化操場的建設提供理論參考。結果表明：1）功能價值在于數據共享，推進教學手段創新化;智能測試，實現考核評價科學化;定制服務，促進學生個性化發展;智能保障，推動體育競賽公平化。2）發展困境為智慧體育行業人才缺失;智慧化操場發展落實不到位;智慧化操場進入課堂飽受爭議。基于此，從強化頂層設計，加強復合型人才培養;加強政府牽引，建立資金扶持制度;加強數據安全，開設信息教育課程等3個角度提出智慧化操場建設的優化路徑，進而推動智慧化操場平穩落實。

關鍵詞：智慧化操場 "智慧體育 "數字賦能 "信息化教學

Intelligent Playground： Functional Value， Development Dilemma and Optimization Path

LI Zhongyu " XU Jia

（Liaoning Finance and Trade University，Huludao，Liaoning，125100 "China）

Abstract： By using the methods of literature and other research methods， this paper analyzes the functional value， dev " " " elopment dilemma and optimization path of intelligent playground， and provides theoretical reference for promoting the construction of intelligent playground. The results show that： 1）the functional value lies in data sharing and promoting the innovation of teaching methods; intelligent test， realize the scientific evaluation; customized services to promote students ' personalized development; intelligent security promotes the fairness of sports competition. 2）The development dilemma is the lack of talents in the smart sports industry; the development of intelligent playground is not in place; the intelligent playground into the classroom is controversial. Based on this， from strengthening the top-level design， strengthen the cultivation of compound talents; strengthen government traction and establish a financial support system;Strengthen data security， set up information education courses and other three angles to put forward the optimization path of intelligent playground construction， and then promote the smooth implementation of intelligent playground.

Key words： intelligent playground; smart Sports; digital empowerment ;information teaching

中圖分類號：G812.6 "文獻標識碼：A " 文章編號：

隨著社會不斷發展，大數據、云計算、人工智能等新技術在多個領域已廣泛應用，以“互聯網+體育”的方式逐步推行，體育逐漸走向智能化道路。2021年10月，國家體育總局印發《“十四五”體育發展規劃》，明確提出加快推進智能技術在體育領域中的應用，構建更高質量的教育教學體系，建設社會主義現代化體育強國[1]。智慧化操場是一種以大數據、物聯網、人工智能等技術為手段，依托標準操場，建立集管理、教學、考核于一體的智能化系統，實現體育教學精準化。智慧化操場主要應用在智慧運動、智能體育測試、學校體育器材借還等場景。目前，該領域學者主要圍繞智慧體育內涵特征[2]、智慧體育場館[3]以及智慧體育公園[4]等方面進行研究，詳細地闡述了運用科技智慧助力體育的優勢。雖然涉及諸多體育領域，但關于智慧化操場的構建缺少深入的研究，尚處于“從無到有，從少到多”的初步探索階段。對于智慧化操場，還有一些值得探究的問題未被剖析：智慧化操場的構建如何提高學生體質健康？智慧化操場的構建遇到哪些發展困境？如何推進智慧化操場的建設？基于此，本文以智慧化操場中的學生為主線，探討其功能價值、發展困境及優化路徑，從而為我國智慧化操場建設及其對提高學生身體素質提供理論參考。

1 智慧化操場功能價值

1.1 數據共享，推進教學手段創新化

智慧化操場是一種基于大數據、物聯網、人工智能等技術，運用卷積神經網絡技術（CNN）和循環神經網絡技術（RNN）來實現動作識別和評估的智能化系統，功能覆蓋學校體育“備、教、學、測、管”全場景，實現備課目標化、教學可視化、測試分析化、學習交互化的智慧體育課堂。在課程開始之前，利用智慧化操場系統，對學生的性別比例、年齡分布等數據進行整理，教師可以在課前通過手機APP快速了解授課班級學生的基本信息，制定科學的教學計劃。同時，教師可以通過智慧化操場系統開展課前預習，幫助學生提前了解課上學習內容，有利于提高學生對技術動作的掌握。在課上學習過程中，智慧化操場系統可以自動識別運動主體，自動辨別運動項目，分析運動過程中的骨骼點、角度、距離等技術數據，最后生成運動報表。學生可以在后臺大屏上觀看動作分析，根據系統提供的運動處方，矯正錯誤或者不規范的技術動作。此外，可以通過智慧化系統的自動識別、數據分析等功能，進行學校體育運動員選材，更加地高效、便捷。

學校體育課的課后練習是鞏固體育教學成果的重要組成部分，也是不可缺少的教學環節之一。學生可以在系統中錄入自己的面孔、名字、班級等基本信息，選擇自主運動模式，設定計劃周期，學生即可以利用課下的“碎片化時間”進行鞏固練習。通過智慧化操場系統分析，在沒有教師指導的情況下根據系統提供的運動處方進行自我改進，不斷提高身體素質和技術水平。智慧化操場充分利用數字技術的力量，推動運動體驗由傳統運動體驗向數字體育服務、沉浸體驗轉變，有助于培養學生體育學習興趣，形成終身體育意識。

1.2 智能測試，實現考核評價科學化

智慧化操場利用遠距離無感知視覺系統，通過AI自動識別學生身份進行考核測試，將AI識別抓取的數據實時傳輸到數據庫中，算法服務器對其運動成績進行計算，同時也對運動姿態、運動過程等關鍵指標進行分析，準確識別出是否存在違規行為，并完成考核項目的測試。例如，測試100m跑時，學生根據語音提示舉手示意，智慧化操場系統語音發令，搶跑踩線等犯規行為會被語音召回，自動判罰犯規，學生沖過終點后會自動播報測試成績，生成技術動作分析報告。整個測試過程簡單、高效，大幅度地減少測試時間。學生也可以在課下自主測試，根據運動報表，自主補差。

目前，在體育中考監管方面，仍存在“走過場”“托關系”“送考分”，甚至“替考”等現象，智慧化操場系統則可提供過程性考核的數字化記錄，提供客觀詳實的有力證據。教師僅需要設定測試名稱、測試班級、測試的開始時間和結束時間，并參照考試標準選定考試內容。其測試項目可覆蓋跑步、立定跳遠、引體向上、仰臥起坐、跳繩、實心球、排球墊球等，具有強大的系統算法支撐。測試開始后，教師可通過網頁端、手機端查看學生的測試情況，系統會自動生成學生的測試報告，并提供運動處方。智慧化操場的引入，極大的降低了學生體質健康測試的工作量，可以有效提高成績判斷的準確率，減少人為因素導致的成績誤判，提升考試的公平公正性。同時，測試過程中通過智能穿戴設備實時監測學生心率，提供運動安全監護與主動預警，有效預防運動過程中的心率異常風險，減少安全事故。可見，智慧化操場不僅適用于體育課程考核評價，還可以應用在體育中考和各類體育測試中。

1.3 定制服務，促進學生個性化發展

傳統體育教學模式單一，教學質量參差不齊，教師難以獲取學生的個體化需求，無法掌握學生的生理特征、身體素質水平等相關指標，教師在安排教學內容過程中只能“一刀切，齊步走”，導致學生對體育運動積極性下降，課堂學習效率不高。而智慧化操場系統將教學過程“數字化、可視化、精準化、結構化”，能夠對學生的運動數據和體育行為進行分析，獲取生理特征、體育興趣偏好等信息，幫助學生找到適合自己且感興趣的運動項目，為學生提供定制服務，實現分層教學，因材施教，進而滿足學生個性化需求。

智慧化操場可以對學生課前、課中、課后的全過程進行全面輔導、指正，通過佩戴智能穿戴設備實時聯動綁定，采集學生在課堂中的運動數據，如血氧、最大攝氧量、運動過程中的平均心率、最大心率等體征數據，生成運動效果分析報告，幫助學生進一步了解運動情況，實現體育教學精準化。智慧化操場系統可以自動評價運動負荷，幫助教練員制定科學合理的訓練計劃，避免運動損傷，保障體育課堂學生運動安全。同時，在訓練過程中，教練員可以通過學生佩戴智能穿戴設備反饋的有效信息，對一些運動效果較差的學生及時調整訓練計劃，提供針對性教學，培養學生的運動思維，促進學生個性化發展。

1.4 智能保障，推動體育競賽公平化

學校體育中的“常賽”已經形成一種共識，成為貫穿體育教學、課外體育活動、“一校一品”建設以及體教融合的主線，對比賽的頻度、廣度、水平等都提出更高的要求[5]。傳統范式下體育比賽，受到時間、場地、天氣等方面的影響較多，且比賽評判標準不統一，存在較強的主觀因素，容易造成比賽出現爭議。智慧化操場則借助AI技術識別抓取比賽過程中運動信息，對體育比賽智能評分，提供精準的比賽成績，可以減少比賽出現的爭議，有效解決主觀因素造成的誤差等現象。

以2022年卡塔爾世界杯為例，日本隊逆轉西班牙隊，成功晉級16強，其中日本隊第二個進球引發巨大爭議，通過VAR協助判定，顯示球垂直角度上和底線還有1.88mm的重合，進球有效，僅靠肉眼難以分辨毫米級距離。其次，場館內不同位置安裝12個跟蹤攝像頭，比賽用球內置一顆IMU傳感器，它可以以500Hz的頻率發送信號，再通過人工智能系統整合分析，準確判斷足球落點與傳球點，實時追蹤足球和球員的位置，自動畫出虛擬越位線。同時，通過AI識別球員身上的29個數據點，識別后將數據傳遞到VAR室，輔助越位判罰，再由視頻裁判助理確認后，通過耳機通知主裁判，作出最后判定，更有效地監控比賽，減少錯判漏判，讓比賽更加公平公正。此外，智慧化操場還能為參賽者提供比賽反饋報告，包括比賽過程中的身體機能變化、動作技術等方面的參數，為提高競技水平和改進動作技術提供數據支撐。整個“競賽”過程中，利用人臉識別技術進行識別確認，杜絕“替比”行為。在智慧化操場的支持下，未來學校體育競賽活動，將更加適應復雜多變的情況。

2 智慧化操場的發展困境

2.1 智慧體育行業人才缺失

智慧化操場的構建更加注重人工智能與體育領域的融合發展，學科交融，這就意味著智慧體育人才不僅要掌握體育專業知識，更需要對大數據、人工智能、計算機視覺等領域有著深入了解，具備體育、大數據、人工智能等多方面的專業素養。智慧化操場系統的發展需要更多的智慧體育人才，對人才的質量要求更高。而智慧體育研究型人才的缺失，導致智慧化操場系統不完善，出現一系列問題，如對一些開放式動作有效識別和評價有待優化。其次，智慧化操場系統由硬件設備和軟件程序組成，學科專業性要求更強，對體育教師科學技術方面知識的掌握提出高要求，但體育教師中高學歷人才僅占少數，大部分體育教師學習這些方面的知識較為困難，很難熟練掌握專業技術，導致智慧化操場系統融入體育教學受到一定的阻礙。

傳統體育課程缺少智慧體育教學內容，學生很難了解到如何運用科技智慧賦能體育，也是導致我國智慧體育人才缺失的重要原因之一。雖然目前很多高校加大對復合型人才的培養，但對于體育與人工智能、大數據等領域的復合型人才培養較少。而對該領域研究的教學從業者少之又少，很難滿足智慧體育行業人才的培養。

2.2 智慧化操場發展落實不到位

智慧化操場系統的構建需要配備系統管理人員，檢查系統是否能夠正常運行、有無系統漏洞等問題，但我國智慧體育行業人才缺失，難以滿足全國所有學校的需求，智能技術的應用推廣成為發展的首要問題。而智慧化操場的軟硬件支持是新一代信息技術，硬件設備和軟件程序又是智慧化操場構建的重要基石，學校需要對其投入大量的人力、物力、財力，許多學校無法承擔智慧化操場建設帶來的高昂費用。盡管國家出臺相關政策，劃撥專項經費來扶持智慧體育的建設，但全國學校基數龐大，難以覆蓋所有的學校。此外，經濟發達地區與經濟落后地區的學校所處環境不一樣，部分地區政府扶持力度有所差異，繼而造成教學資源不均衡，并且經濟落后地區學校建設智慧化操場難以有足夠資金維護系統，是智慧化操場發展落實不到位的原因之一。

智慧化操場的構建需要網絡基礎設施支撐，學校建立“數據傳輸穩定、處理速度快、數據準確性高”的網絡連接，可以保證數據的實時反饋，提高教學效果。然而，數字化校園建設并未普及，很多學校網絡存在數據傳輸不穩定、數據處理速度慢等問題，無法達到智慧化操場建立的網絡要求，影響實時數據處理和分析，阻礙了智慧化操場的發展。此外，目前國內還沒有被廣泛認可的智慧化操場統一標準，信息化規劃和改造工作缺乏官方科學依據，導致被迫適應市場中相關網絡科技企業的技術設計標準，造成市場價格混亂。智慧化操場的落實，面臨一定的挑戰。

2.3 智慧化操場進入課堂飽受爭議

智慧化操場的引入，改變了傳統體育教學模式，極大豐富教學的多樣性，提高了課堂趣味性，但部分教師受到傳統觀念的桎梏，對智慧體育教學具有很大的爭議，認為智慧化操場系統不安全、不可靠。加強體育信息化教學推廣是當前的重中之重。隨著進入大數據時代，數據成為重要的形式財產，很多不良分子會通過售賣他人信息牟取利益，而智慧化操場系統正是通過收集學生的各項數據，如身體情況、運動偏好等敏感信息，上傳數據庫中進行計算分析。因此，保護學生和教師的個人信息安全，是數據監管的首要任務，但目前科學技術水平難以保證數據不被泄露。而智慧化操場系統存儲大量的數據，學校由于科學技術原因，無法保護數據的安全，只能保留在企業里。因此，數據安全面臨著重要的挑戰，也是智慧化操場進入課堂飽受爭議的原因之一。

智慧化操場是以互聯網為基礎，學生利用智能設備完成教師安排的教學內容，但技術本身也會產生一定的異化影響。一方面，自制力較差的學生在學習過程中很容易沉迷于網絡游戲，出現邊運動邊玩手機的現象，造成嚴重的后果。另一方面，智慧化操場的過渡介入，可能會對體育教育思想產生較大的影響，體現出“重技術應用，輕身體發展”的現象。長期使用智能設備進行技術分析，可能會導致學生過度依賴智能設備，主要表現在學生越來越沉迷技術動作分析，而忽略體育教學內容本身，難以發揮體育教學內容的效用。因此，如何避免學生過度依賴智能設備，是智慧化操場發展面臨的棘手問題，也是部分教師反對智慧化操場進入課堂的重要原因。

3 智慧化操場建設的優化路徑

3.1 強化頂層設計，加強復合型人才培養

加強培養智慧體育人才對推動智慧化操場發展具有重要作用。首先需要強化智慧體育人才培養的頂層設計，制定科學合理的智慧體育人才培養方案，增設智慧體育教學課程，培養更多的體育與信息技術跨學科復合型人才，解決目前智慧體育行業人才短缺的問題。其次，鼓勵科學技術創新型人才進入體育領域開展教學活動、科學研究等，為智慧化操場的發展提供智力支撐。

2022年11月，教育部制定的《教師數字素養》教育行業標準，明確要求體育教師提升數字化教學能力，以滿足智慧體育建設的人才要求[6]。可見，提升體育教師信息技術能力也是推動智慧化操場發展的重要途徑。學校可以通過定期舉辦體育教師培訓，進一步提高體育教師的智慧化教學水平和專業素養，了解其智慧化操場系統的運行原理、應用方式等，以引導學生正確運用智慧化操場系統完成體育教學任務，加快推進智慧體育教學建設。

3.2 加強政府牽引，建立資金扶持制度

加強基礎設施建設是推動智慧化操場平穩落實的重要方式。學校需要強化智慧化操場建設的基礎設施，以滿足智慧化操場系統的正常運行，而對于一些經濟落后地區的學校，并不能滿足智慧化操場建設的基本條件，政府要制定相關政策，增加對其智慧化操場建設的專項經費，用于購買智慧化操場系統、建立網絡基礎等。同時，政府可以對企業研發智慧化操場系統所產生的費用，予以政策性資金補貼，鼓勵其技術創新，建立資金扶持制度，加快推進我國智慧化操場的發展。

政府可以打造統一采購平臺，制定統一產品標準。學校則可通過政府打造的采購平臺與智慧化操場系統供應商對接，減少不必要的中間環節，價格透明化，避免后續出現一系列糾紛，保證了產品的可靠性。平臺也可為智慧化操場系統供應商提供原材料渠道，降低原材料成本，減少智慧化操場系統建設所需的成本，間接扶持企業，促進企業可持續性發展。政府購買也是推動智慧化操場建設的重要途徑之一。政府可以通過向企業購買智慧化系統和技術服務來支持學校智慧化操場的建設，大規模采購也可以降低智慧化操場建設的成本，推動我國體育教學信息化建設。此外，政府可建立集省、市、縣于一體的智慧體育學習平臺，制定統一的考核體系，定期組織各大學校教師學習，為智慧化操場建設提供人才支撐。

3.3 加強數據安全，開設信息教育課程

加強數據安全技術是保護數據安全最有效的辦法。高新技術企業可以加強對數據安全技術的研發，攻克相關技術，保護用戶的隱私安全。政府可以制定相關的法律法規，明確禁止對他人數據信息進行買賣。學校應該增設數據安全教育課程，對教師進行數據安全培訓，提高師生對數據安全重要性的認識。同時，建立數據保護制度，加強對技術供應商的監督和審查，確保用戶的數據未被泄露和濫用。

加強學生的信息評估能力是防止技術沉迷的重要方式。學校通過開設信息教育課程，培養學生的批判思維能力，讓他們能夠正確認識智慧化操場系統的優點和局限性，避免學生盲目追求技術動作，而忽視教學內容本身的學習。教師應該合理運用智慧技術，將智慧化操場系統僅僅作為教學輔助手段，合理安排智慧化操場系統的使用時間，充分發揮教學內容的效用。學校應積極開展運動安全教育主題活動，培養學生運動安全意識，避免學生出現運動損傷。

4 結語

智慧化操場的融入，解決了傳統體育教學“難量化、難記錄、難監督、難分析”的問題，推動了我國體育教學信息化建設。但我國對智慧化操場的研究仍處于起步階段，存在人才缺失、發展落實不到位、進入課堂飽受爭議等現實問題。鑒于此，本文對智慧化操場建設的優化路徑做了初步探討，旨在推動智慧化操場發展平穩落實，打造高質量體育課堂，促進學生對體育運動的興趣，培養更多新文科人才，為建設社會主義現代化體育強國打下堅實基礎。

參考文獻：

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[5] 趙剛，席翼.突破、展望與隱憂：AI技術介入學校體育的思考[J].天津體育學院學報，2023，38（03）：283-288.

[6] 中華人民共和國教育部.教育部關于發布《教師數字素養》教育行業標準的通知[EB/OL].（2022-12-02）[2023-09-08].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/202302/t20230214_1044634.html