“AI”智能“愛”運動

2024年7月19日，教育部懷進鵬部長在介紹和解讀中共二十屆三中全會精神時再次表示，大力推進智慧校園建設，打造中國版人工智能教育大模型，探索大規模因材施教、創新性與個性化教學，更好滿足群眾“上好學”的需要。隨著AI科技的快速迭代，新時代學校體育工作需要與時俱進，植入“科技大腦”。人工智能賦能教育，將成為學校高品質辦學的新質生產力，進一步激發全體學生的運動熱情、持久運動的積極性。筆者所在學校近幾年積極引進AI智能科技，賦能學校體育建設，不斷嘗試新的實踐探索。

一、整體架構，打造“一站式AI智慧體育系統”

學校體育是系統工程，需要用“一站式”思維，學生課后鍛煉的現場與系統外顯設備之間實現“所練即所見、所見即所得、所得即綜評”的效果，激發學生參與運動并持久堅持的動力。學校通過引入“一站式AI智慧體育系統”，采用物聯網邊緣計算的方式部署，將計算和數據存儲交由物聯網設備，實現設備之間的互聯互通和智能化控制，由一臺服務器“大腦”指揮。學校將“一站式AI智慧體育系統”的各種設備分布在操場、教室廊道等處，建成AI智慧操場和AI運動吧、體測吧。AI智慧操場場地寬闊，目前可以進行50m、100m、50m×8往返跑、800/1000m中長跑等跑類項目，還可以進行仰臥起坐、引體向上項目。AI運動吧和體測吧建設在廊道內，離學生教室更近，便于學生課間活動。AI運動吧可進行跳繩、立定跳遠、原地縱跳摸高、仰臥起坐、開合跳等項目，AI體測吧可進行跳繩、立定跳遠、仰臥起坐、肺活量、身高體重、坐位體前屈等項目（圖1～圖4）。

與傳統體育教育教學場景相比，“一站式AI智慧體育系統”所有設備一次性安裝調試完成后，使用時無須再進行移動、組裝等，學生進入攝像頭覆蓋的數據采集范圍，即可開展鍛煉或測試，省去了大量測評設備和人員配合等環節的人力成本和時間消耗。“一站式AI智慧體育系統”各場地設備占地少功能大，AI智慧操場在不同距離起點布置一個邊緣計算盒子、攝像頭，終點安裝一塊顯示屏，AI運動吧和體測吧在每個場地布置一個邊緣計算盒子、一個攝像頭和一塊顯示屏，系統依托計算機視覺深度學習算法，通過對攝像頭采集到的視頻進行實時分析，計算人體關鍵點和動作識別，做到了一臺設備支持多人、多項運動。所有數據均能在一個“大腦”中處理，為后續數據自動歸類、統計、分析、存檔等奠定基礎。

二、高效算力，實現運動場景人機可視互動

高科技以算力的支撐、人與智能機器的可視互動使學校體育工作正在發生的改變。“一站式 AI 智慧體育系統”裝備雖然數量少、個頭小，但功能強大，無論是系統的友好交互、界面設計、語音提示、練習場景、過程引導等，處處都體現著兒童視角，用學生容易理解、便于操作、樂意接受的方式，激發學生參與體育活動的興趣。

不僅如此，“一站式AI智慧體育系統”在體育課堂教學、大課間體鍛、體質測試、課后自主鍛煉、期末項目測評等多種場景中的應用都取得了突破。第一，“一站式AI智慧體育系統”采用無感人臉識別，學生只需站在對應點位，無須其他操作，系統即可自動識別，匹配學生個人信息和運動檔案，實現毫秒識別，快速捕捉鎖定，并支持同場景內多人同時人臉識別、多人同時測試，方便快捷。第二，“一站式AI智慧體育系統”支持智能手勢識別。系統內貯存多種運動項目，學生站在系統指定的點位，舉手即可激活系統，開啟人機交互，通過揮臂動作就可以切換運動模式，根據個人喜好進行項目切換，高效完成自主鍛煉。第三，“一站式AI智慧體育系統”可實現數據可視化。以跳繩為例，首先，系統會判斷周邊環境是否符合練習要求，并對安全隱患進行提醒，如提示請站在測試點上等；其次，學生按系統提示音開始跳繩，系統會在屏幕上即時更新運動成績，學生看到不斷跳動的數字，注意力更加集中，專注練習；再次，系統還能智能精準判罰，支持實時犯規判斷，如果學生出現沒有用繩空手跳等的現象，系統會在屏幕上及時跳閃并標紅“空跳”字樣，及時提醒學生遵守規則；最后，系統還能在學生練習結束后給出運動曲線的切片分析，幫助學生不斷提高練習質量。第四，“一站式AI智慧體育系統”支持多人同時鍛煉或測試。有小伙伴陪伴的共同運動會讓學生更能體驗運動的樂趣，也更愿意參與其中，“一站式AI智慧體育系統”可以實現多名學生同時在場的運動情境，智能計時計數、成績即時呈現，學生隨進隨出，高效智能。

三、科技賦能，輔助落實‘教會、勤練、常賽’

《義務教育體育與健康課程標準（2022年版）》［以下簡稱《義教課程標準（2022年版）》］要求，“依據學生的學習需求和興趣愛好，面向全體學生，落實‘教會、勤練、常賽’，注重‘學、練、賽’一體化教學”。“一站式AI智慧體育系統”在落實“教會、勤練、常賽”上也能起到較好的輔助作用。

1.教會——以智助學，以智助教

《義教課程標準（2022年版）》明確提出每節課群體運動密度應不低于75%，個體運動密度應不低于50%；每節課應達到中高運動強度，所有學生平均心率原則上在140～160次/min。傳統常態課教師只能憑經驗估測，無法達到實時、精準的要求。“一站式AI智慧體育系統”則可以成為教師的高級助手。體育課堂上，學生佩戴運動手環，實時顯示心率指標，借助監測數據與分析圖表反向促進課堂教學優化，實現以學定教。其次，AI 智慧體育系統的切片分析功能也能幫助學生更加快速、準確地掌握動作技術。如，立定跳遠教學時，學生較難真正體驗到空中手臂擺動和展體收腹動作的本體感受。借助AI智能體育系統，可以將學生跳躍過程進行實時切片呈現，人機交互，逐幀解析運動姿態，教師現場演示分析，指導標準動作，因材施教（圖5）。

2.勤練——以智促練，以智激趣

借助“一站式AI智慧體育系統”，課堂教學中組織練習時可用四列橫隊12人同時出發的方式，取代以往四路縱隊4人同時出發的隊形。等候學生同步開展相關輔助性練習，解決了學生練習密度較低的問題。利于貫徹“精講多練”的原則，學生通過屏幕可以進行自主學練，縮減了教師講解示范的時間，讓教師有更多精力進行精準的個別指導。

除了課堂練習，“一站式AI智慧體育系統”還將學練延伸至課后，成為學生自主鍛煉的高級助手，幫助學生掌握技能、提升運動能力。首先，AI智慧操場通過面部自動識別和相關指令，幫助學生在自主鍛煉時快速實現50m、100m等各類徑賽類項目，以及仰臥起坐、引體向上等項目的課后自主鍛煉。其次，學生課間在AI運動吧根據個人需求開展1分鐘跳繩、仰臥起坐、開合跳、立定跳遠、縱跳摸高五種練習，選擇自己感興趣的項目或薄弱項目進行強化練習。無論是AI智慧操場還是AI運動吧，所有練習數據都能實時統計分析，運動狀態即時評價，幫助學生提升練習效率。此外，智慧體育系統還能在校外體育家庭作業環節發揮重要作用，教師在后臺選擇運動項目或自定義運動項目、運動時間，布置周期性體育家庭作業，學生在家通過App打卡完成作業，系統自動識別計數，自動生成運動報告，供家長和教師查閱，幫助學生鞏固學練成果，養成鍛煉習慣。

3.常賽——以智助賽，以賽促學

“一站式AI智慧體育系統”解決了以往賽事組織費時耗力難以常態開展的問題，在學校組織的每周運動參與文明班級評選、每月挑戰校園吉尼斯、冬季運動會等賽事中得到較多應用，實現人人參與、處處參與、時時參與。智慧系統簡化了組織過程，提高效率，且成績判定更加精準。智慧體育系統支持下的競賽，看不到大賽組織者和裁判員，但每時每刻都能感受裁判員的存在；多數學生可以在一段時間內每天多次參賽，系統將取最優成績參與項目名次排序；系統還能將學生參加項目比賽成績按不同統計方式進行評比，在統計個人比賽名次方面，分設運動時長、參賽項目數量、堅持天數、挑戰校園吉尼斯活動等方面的評獎，在統計班級名次方面，分設參與率、均分率、打榜活動等方面的評獎。

此外，系統還可以在不同項目中按不同周期進行評比。如，在每周評比中，對各班學生體育作業參與率、完成率進行評比，結果納入每周文明班級評選加分項；在每月評比中，對挑戰校園吉尼斯、個人堅持天數、個人鍛煉項目、個人成長幅度等方面進行評選，在每月集會時宣布評選結果，并通過頒發獎狀、獎章及學校微信推送等方式給予表彰。通過以上多種方式，不斷發現新質激趣點，讓學生積極投入到體育鍛煉中來。

四、未來理念，促進學校體育持續高質量發展

“一站式AI智慧體育系統”雖然在學校體育中得到了有效的應用，但其潛力還有待進一步開發。

開放雙休校園，親情陪伴共運動。為進一步促進學校未來學習（體育）中心建設，發揮AI智能更大作用，學校將在進一步完善AI智慧運動場館的基礎上，積極做好家長信息錄入系統的前期準備，爭取在雙休日對本校學生與家長免費開放，家長和孩子到學校開展自助鍛煉，系統自動錄入鍛煉數據，家長通過登錄App即時查看鍛煉場景視頻，學校將定期評價，表彰積極鍛煉家庭。

完善項目分析，提升運動高品質。未來學校將對AI智慧操場、AI運動吧及AI體測吧的項目進一步豐富，讓參與者有更多選擇。此外，加強系統對項目運動即時顯示切片分析能力，通過基礎大模型對比分析，讓學生即刻找到完善關鍵點，并給予訓練處方指導，提高運動能力。

未來在資金允許的情況下，增添設備覆蓋，擴大受益學生。未來將運動吧和體測吧的數量需要安裝到學生所在的每一幢樓，讓每一層都有活動空間，讓更多的學生受益，為學生終身運動打下堅實基礎。