基于核心素養(yǎng)的AI課余體能鍛煉實證研究

［摘 要］ 采用實驗法和Pearson相關(guān)分析方法對100名學(xué)生線上為期8周的課余體能鍛煉數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析。研究依據(jù)《義務(wù)教育體育與健康課程標準（2022年版）》10項體能在AI運動軟件選定內(nèi)容，在運動能力方面學(xué)生體能狀況差異并不明顯，5項體能間呈現(xiàn)顯著程度不一的關(guān)聯(lián)性，體能成績與參與率間總體關(guān)聯(lián)性不高；在健康行為方面8周參與率整體呈逐漸下降趨勢，21點至0時進行鍛煉的人數(shù)相對較高；在體育品德方面賽中賽參與率整體偏低，8周體能成績整體呈上升趨勢；教師AI教育技術(shù)、學(xué)生VR運動敏感度、AI運動軟件性能是制約AI體能鍛煉深入開展教科研的制約因素。

［關(guān)鍵詞］ 課余；體能鍛煉；智能化；體育學(xué)科核心素養(yǎng)

［基金項目］ 2018年度教育部人文社會科學(xué)基金青年項目“大學(xué)生體育核心素養(yǎng)評價指標體系構(gòu)建與實證研究”（18YJC890051）2020年度國家社科規(guī)劃基金一般項目“基于三維視角探析運動干預(yù)對青春期健康的影響研究”（ZX20200679）

［作者簡介］ 肖 玲（1983—），女，遼寧盤錦人，碩士，大連理工大學(xué)公共基礎(chǔ)學(xué)院副教授（通信作者），主要從事學(xué)校體育與體育人文社會學(xué)研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）33-0005-05 ［收稿日期］ 2024-04-10

“體育素養(yǎng)”概念早期由英國學(xué)者Margaret Whitehead于1993年在國際女性體育教育與運動大會上首次提出，20余年間，在國際組織、學(xué)者不斷探索與論證歷程中，隨著時代更迭及國家教育目標的推進逐步得到完善，為體育“如何培養(yǎng)人”提供了切實參照。繼2016年《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》發(fā)布后，“體育學(xué)科核心素養(yǎng)”概念在體育領(lǐng)域迅速聚焦。隨著季瀏、汪曉贊主編的《普通高中體育與健康課程標準（2017年版）》及《義務(wù)教育體育與健康課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課標（2022年版）》）的先后發(fā)布，“體育與健康”課程領(lǐng)域的理論與實踐工作導(dǎo)向已然明晰。近年來，AI運動軟件的蓬勃向好發(fā)展，受到國家、省市及高校相關(guān)部門的青睞，線上VR體育鍛煉、體育競賽、體育測評、體育家庭作業(yè)得以廣泛應(yīng)用。然而，由于AI運動軟件尚處于開發(fā)、升級與廣泛應(yīng)用初期，故基于AI運動手段開展體育學(xué)科核心素養(yǎng)的實證研究也有待廣泛且深入地逐步開展。

一、核心素養(yǎng)視角下體能的價值

在《課標（2022年版）》中，體能被列為運動能力的重要指標之一，是增強體質(zhì)健康、促進運動技能初步形成及未來可持續(xù)提升的重要基礎(chǔ)和保證。體能狀況是運動能力的具體表現(xiàn)之一，將宏觀的運動能力細化為“看得見和摸得著”的體能狀況，且通過具體的外在行為表現(xiàn)呈現(xiàn)。體能也是評判運動能力的方式，教師可利用多種手段針對性地提升學(xué)生的體能綜合素養(yǎng)。在此基礎(chǔ)上，整體的體能水平又為進一步評判學(xué)生的運動能力核心素養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)［1］。運動能力作為體育學(xué)科核心素養(yǎng)的首要指標，體能是體育學(xué)科核心素養(yǎng)培育和評判的基礎(chǔ)，其鍛煉內(nèi)容、手段、評判也應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際全面貫穿體育學(xué)科核心素養(yǎng)理念，發(fā)揮增強體質(zhì)健康水平和助推運動能力形成，進而實現(xiàn)運動能力、健康行為與體育品德三者之間的協(xié)調(diào)互促。

二、AI體育運動類軟件

（一）AI體育運動類軟件引入與應(yīng)用的契機

目前，“體育與健康”課程的教學(xué)存在學(xué)生課后體育活動參與率較低、教師在課后環(huán)節(jié)無法及時監(jiān)管、全面體能提升難等問題［2］。2017年，國務(wù)院頒布的《關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》提出，利用智能技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系［3］。《教育部2022年工作要點》中強調(diào)，實施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動。加快推進教育數(shù)字轉(zhuǎn)型和智能升級，創(chuàng)新數(shù)字資源供給模式，強化數(shù)據(jù)挖掘和分析，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)的教育治理新模式［4］。世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《2022年全球身體活動狀況報告》也提出，在加強數(shù)據(jù)系統(tǒng)、監(jiān)測和知識轉(zhuǎn)化的推動下，各類智能體育鍛煉平臺、運動軟件得以迅猛發(fā)展并投入使用。

（二）AI體育運動類軟件的功能

一項針對19項24款游戲化App應(yīng)用于身體活動影響的研究顯示，游戲化應(yīng)更多關(guān)注有意義的內(nèi)在動機［5］。智能手機的無線互聯(lián)與可移動功能革新了教育者呈現(xiàn)、分享和管理課程內(nèi)容的方式。AI體育運動類軟件作為依托互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等各項技術(shù)獲取資源、隨時隨地進行運動和交流的一種交互工具，在運動的過程中記錄運動時長、運動軌跡及心率等方面的信息，做到了“運動過程可視化”。隨著科技的迭代更新，體育運動類軟件除具備各類運動健身內(nèi)容外，通常還具備社交、統(tǒng)計、反饋及體育相關(guān)知識推送等功能。AI體育運動類軟件為個人學(xué)練、教學(xué)工作改進與教科研提供了更多思路，使鍛煉者和體育工作實施者打破了時空限制，能夠更有效地開展體育鍛煉、教科研改革和創(chuàng)新。

三、基于核心素養(yǎng)的AI課余體能鍛煉實證研究

實驗設(shè)計：依據(jù)實證研究所需，選用“天天跳繩”AI運動游戲軟件作為實驗工具，依據(jù)啦啦操課內(nèi)外的互補性、《課標（2022年版）》中體能的分類，有針對性地選擇包含10項體能的運動游戲，開展以班級為單位的為期8周的課余體能賽［6］。體能賽中9項體能成績源于“天天跳繩”軟件評分，800米跑步成績則結(jié)合體質(zhì)與健康測試標準，將3分18秒及以前設(shè)為100分，時長每增加10秒得分遞減2分，10分50秒及以后為0分。

評比依據(jù)：依據(jù)體育學(xué)科核心素養(yǎng)的三個維度，并考慮體能對體育學(xué)科核心素養(yǎng)培育的有限性和數(shù)據(jù)的可挖掘性，在研究中將各班級的８周10項體能各自總成績均值累加的總分作為運動能力中體能的成績；將各班8周全部體能的周參與率、鍛煉時區(qū)作為健康行為中積極參與和科學(xué)鍛煉的成績；將三項賽中賽的參與率和8周全部體能成績均值的周排名作為體育品德中責(zé)任意識和不斷超越的成績。體能賽以自愿參加的形式開展。

（一）運動能力

體能是《課標（2022版）》運動能力當(dāng)中的重要指標之一，是支撐一切運動持續(xù)向好發(fā)展的重要基礎(chǔ)要素。因此，在以體能賽為中心的研究中，將體能的分數(shù)作為運動能力的體現(xiàn)。圖1為5個班級8周10項體能成績的均值（例：1班小腿拉伸成績，為8次班級均值的均值）。研究將每個班級10項體能的成績累加后，作為此次課余體能比賽中運動能力的成績。

考慮體能鍛煉與參與率密切相關(guān)性，研究將8周10項體能的各項次成績、參與率分別進行了自相關(guān)與二者間的相關(guān)分析（如圖2）。

首先，基于右上角10項成績自相關(guān)情況與體能鍛煉內(nèi)容選擇初衷而言，各項體能之間實現(xiàn)的相關(guān)性的目標并不理想。其中節(jié)奏臀橋、順序摸球、姿勢闖關(guān)、坐位體前屈、抬腿擊掌、800米跑（無速度要求）由高至低與其他體能相關(guān)程度排于前6。僅依據(jù)該項數(shù)據(jù)結(jié)果而論，反應(yīng)速度、靈敏性、位移速度、協(xié)調(diào)性、柔韌性、肌肉力量與耐力、爆發(fā)力、心肺耐力之間存在相互依賴與互促性。

其次，左下角10項參與率自相關(guān)情況，參與率之間均存在非常顯著的相關(guān)性，說明班級內(nèi)鍛煉積極程度具有一致性。進一步通過由高至低對各項參與率相關(guān)系數(shù)總值排序后發(fā)現(xiàn)，排名前6項中的5項與右上方成績相關(guān)性較高的項目相同（除燕式平衡）。通過與學(xué)生溝通發(fā)現(xiàn)，燕式平衡除難控制和稍累外，較難把握VR抓拍得分點也是重要影響因素之一。

最后，基于成績與參與率相關(guān)情況而言，抬腿擊掌與9項參與率相關(guān)程度極其顯著（與仰臥起坐無關(guān)聯(lián)），順序摸球與10項參與率相關(guān)程度非常顯著，800米跑、俯臥撐與較多項參與率呈現(xiàn)一定的關(guān)聯(lián)，而其他項目成績則與各項參與率均無關(guān)聯(lián)。因此，參與率并非確保體能有效增長的最重要條件，而有效地鍛煉才是體能增長的關(guān)鍵。

（二）健康行為

依據(jù)體育學(xué)科核心素養(yǎng)中健康行為的內(nèi)涵、體能鍛煉過程中健康行為和AI運動軟件數(shù)據(jù)的可挖掘性，研究抽取5個班級8周全部體能的周參與率并對其進行排名（如圖3）。對8次排名加以賦值（第一名為5分，依次遞減1分）后計算出8周總體參與率排名，作為健康行為中積極參與鍛煉的指標；另抽取各時段參與體能鍛煉的數(shù)據(jù)，根據(jù)國家體育總局推薦的鍛煉時段、學(xué)生學(xué)習(xí)與生活日常，將各班在7：00—21：00鍛煉的數(shù)據(jù)占比相加并總排名，作為學(xué)生健康科學(xué)鍛煉的指標。健康行為比賽成績?yōu)閮身椫笜伺琶Y(jié)果再次進行賦值后所得。

依據(jù)圖3（a）可知，5個班級8周的參與率整體呈下滑趨勢，說明積極參與鍛煉的意識和習(xí)慣有待加強；依據(jù)圖3（b）可知，7：00—21：00與21：00—0：00區(qū)間進行鍛煉的人數(shù)占比幾乎持平，說明科學(xué)鍛煉行為仍有較大的提升空間。然而，就21：00—0：00仍進行鍛煉的情況和課堂教師引導(dǎo)實際而言，認為學(xué)生在一定程度上認識到了教師所提倡的“為自己將來的體能做儲蓄”的重要性，但自我約束和時間管理能力確有不足。

（三）體育品德

研究抽取5個班級賽中賽的參與率作為責(zé)任意識指標，另抽取8周全部總成績均值并進行排名，再對每周排名進行賦值，計算8周的總排名，作為積極進取指標。體育品德比賽成績?yōu)閮身椫笜伺琶Y(jié)果再次進行賦值后所得（如圖4）。

由圖4（a）可知，賽中賽參賽率整體較低。“吃豆人”（心肺耐力、下肢力量、靈敏性與位移速度）、“切水果”（上肢力量、靈敏性與位移速度）、坐位體前屈（國家體質(zhì)健康測試和啦啦操課程要求的柔韌能力）分別于學(xué)期的三個階段發(fā)布任務(wù)。由于坐位體前屈較為簡單而參賽學(xué)生相對偏多，課余體能賽參與率偏低的其他原因為未納入課程成績占比、10項體能以外增加的內(nèi)容、在體能賽中占比較少、“切水果”很難找到關(guān)鍵技巧和“吃豆人”太累、學(xué)生忘記比賽時限或沒有發(fā)現(xiàn)任務(wù)，從而產(chǎn)生一定的倦怠和遺漏。再從每周成績與排名整體來看，各班成績整體呈現(xiàn)逐步走高趨勢，說明各班學(xué)生具有相對較好的積極進取精神。從排名變化方面來看，4班持續(xù)積極進取精神最為明顯，相比而言5班自我超越程度稍顯不足。

（四）基于核心素養(yǎng)的課余體能賽總成績

基于核心素養(yǎng)的課余體能賽總成績?yōu)檫\動能力、健康行為、體育品德三項比賽成績排名進行賦值并相加后所得，以期體能賽成績體現(xiàn)學(xué)生的綜合素養(yǎng)（如圖5）。

依據(jù)圖5三項比賽整體排名所示，該研究中各班級運動能力與體育品德之間具有一定程度的相互關(guān)聯(lián)性。相比之下，健康行為與運動能力、體育品德之間則不具有關(guān)聯(lián)性。在運動能力、體育品德排名較前的班級中健康行為也相對較好，而在運動能力、體育品德排名靠后的班級中健康行為則無法說明問題，認為健康行為具有相應(yīng)的促進作用，但不起關(guān)鍵決定作用。此次課余體能賽在保留傳統(tǒng)單一評價體能的前提下，增加了健康行為和體育品德的評分占比，使學(xué)生意識到當(dāng)前教育較以往的變化所在，也使其認識到鍛煉意識和習(xí)慣、履職盡責(zé)的重要性，為學(xué)生奠定了體育培養(yǎng)的綜合能力向其他領(lǐng)域遷移的良好基石。

結(jié)語

在學(xué)生自愿參與的前提下，運用AI運動軟件開展基于核心素養(yǎng)的課余體能賽，暴露出學(xué)生在一定階段的體能鍛煉過程中體育學(xué)科核心素養(yǎng)綜合能力的不足，為體育教師深入研討與實施體育學(xué)科核心素養(yǎng)培育提出了重要的課題。體育教師須積極應(yīng)對時代發(fā)展帶來的新任務(wù)，克服新時代背景下教育內(nèi)涵與外延革新發(fā)生的新困難，打造與社會需求相適應(yīng)的新課堂，為培養(yǎng)合格的社會主義接班人貢獻綿力。

參考文獻

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［3］國務(wù)院.關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知：國發(fā)〔2017〕35號［A/OL］.（2017-07-20）［2024-03-10］.https：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

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［5］YANG Y， HU H J， KOENIGSTORFER J. Effects of gamified smartphone applications on physical activity： A systematic review and meta-analysis［J］.American journal of preventive medicine，2022，62（4）：602-613.

［6］汪曉贊.《義務(wù)教育體育與健康課程標準（2022年版）》的課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)與特色［J］.首都體育學(xué)院學(xué)報，2022，34（3）：241-252+274.

An Empirical Study on AI-powered After-school Physical Exercise Based on Core Literacy

XIAO Ling， SONG Rui-rui， YUAN Wen-xue， WANG Lu-ping

（School of General Education， Dalian University of Technology， Panjin， Liaoning 124221， China）

Abstract： The study used both experimental method and square-weighted method of Pearson to analyse the data of 100 students spending 8 weeks online for after-school physical exercise. The study selected 10 physical abilities in AI sports software based on the Curriculum Standards for Physical Education and Health in Compulsory Education （2022 Edition）， finding no significant difference in students’ physical fitness in terms of athletic ability. It also found the correlation of varying degrees between 5 physical abilities， and the overall correlation between physical fitness performance and students’ participation rate was not high. In terms of health behaviour， the overall 8-week participation rate showed a gradual downward trend， and the number of people who exercised from 21：00 to 0：00 was relatively high. In terms of sports morality， the overall rate of competition participation was low， and the overall 8-week physical fitness performance showed an upward trend. Besides， it found constraints over in-depth teaching and scientific research of AI-powered physical training， including teachers’ mastery of AI education technology， students’ VR sports sensitivity， and the performance of AI sports software.

Key words： after-school; physical exercise; intelligence; core literacy of physical education