人工智能在高校体育教学改革中的应用— 以西安电子科技大学为例

文 / 曹峰，向茂娟，王志强，李 东斌

2021年8月，国家委员会发布《全民健身计划(2021-2025)》，指出“促进数据赋能智能体育等”，明确提出：“鼓励互联网、区块链、物联网、虚拟现实、人工智能等技术在体育运动方面的创新应用”。 不断发展的信息技术正在解构传统的教育模式，并重新改造体育教育，让人工智能融入体育教学[1]王天波,张兰春,孙炜,等.浅谈人工智能在车辆工程本科教学改革中的应用[J].江苏理工学院学报,2020(6).。在“十四五”开局之年，促进现代信息技术与教育教学的深度融合，提高课堂教学质量，已成为人工智能时代高等教育体育教育与改革的发展方向。

1 人工智能发展现状及在教学中的运用

人工智能(AI)的定义来源于1956年美国的达特茅斯学院会议。到目前为止，新一代人工智能已经过了三个主要发展阶段。第一阶段是人类计算智慧的初创发展阶段，但由于受到机器学习、自然语言、计算机科学技术发展的不成熟的因素，进展速度较慢；下一代人工智能的发展直至20世纪80时代才到达第二阶段。随着专家机制和人工神经网络技术的发展，新一代人工智能已步入感知智能阶段，即第三个发展阶段；在21世纪，人工智能已被广泛应用于教育、治疗、研究、生活和健康等诸多领域，直接导致以上领域的革命性变化[2]王双明.大数据视阈下高职院校智慧体育教育创新研究[J].电脑知识与技术,2022年,18(3).。

表1 人工智能教育应用场景分类

1.2 人工智能在体育教学领域的应用

人工智能在教育界的运用，致力于研究、发展和评价有助于教师改善学生学习方式，并进行教学优化的计算机软件[3]王相飞,王真真,延怡冉.人工智能应用与体育传播变革[J].上海体育学院学报. 2021,45(02).。目前，人工智能在教育界中的应用主要可分成以下四种：教育者的教学情景和管理场景，被教育者的教学情景和考试场景，其应用分为智慧教学系统、教育机器人、智慧语音教育、评估、照片编辑、网络问答、建模仿真、游戏化平台、综合智能评估体系等。“人工智能+体育”这一理念已经深入到体育很多领域，但是主要是应用于国内外各大型国际赛事，大范围应用于高校校园体育竞赛这种大众性的学生赛事和体育教学却比较罕见。人工智能和运动教学的融合，最大的意义就是设计智能体育运动，智能体育是指利用大数据分析、人工智能等技术，整合知识、医疗健康、户外运动等资源委托给竞技体育、体育产业、全民健身等先进生态圈的构建。近年来，国际学术界对智能运动的研究主要集中在三个方面：第一方面，大数据采集、清洗和分析，机器学习、活动识别和智能可穿戴设备等智能运动算法的优化和设备改进；第二方面，活动量测量、血压和心率的力学分析等操作是智能体育在运动测量和健康监测方面的应用[4]戈俊.人工智能与大数据在体育中的应用研究[J].体育科技. 2020,41(02).；第三方面，智能体育可以预防和控制接触性疾病，如身体功能退化、肥胖和超重、缺乏体育活动。中国对智能体育的研究还处于起步阶段，新兴信息技术在体育领域的应用还在不断完善。[5]费一鸣.基于人工智能技术的大数据分析方法研究进展[J].电脑知识与技术.2022年,18(3).

2 高校体育课程存在的问题

2.1 体育教学模式陈旧

首先，旧的体育教学模式表现在教师固定的教学方法上，以教师为中心的授课方式主要以教师告诉学生听为主，体育技术动作作为一种肌肉记忆，难以将理论转化为实践，限制了学生的主观能动性和自我探索能力；其次，陈旧的教学方法反映在体育教师继续采用旧的教材，人类对运动的理解是不断深化与演变的，旧教材中的一些知识已经过时，案例等与现代社会相差甚远，难以引起学生学习兴趣；第三，旧的体育教学模式表现为单一的考核方式，传统的考核方式难以做到以学生个性发展为中心，无法做到个性化教学；第四，大班体育教学的旧模式，即“大班教学”，表现为难以发展学生的长处，无法实现精细化教学[6]李雅婷.浅谈大数据时代背景下AI人工智能发展与展望[J].中国管理信息化. 2019,22(24).。

2.2 理论实践结合不足

理论和实践的不良结合表现为理论大于实践，教师在课堂上只注重口头教学，不注意讲解体育项目的专业理论，教师主要利用学生的身体形态和管理基本动作来实现教学目标，项目讲解的深度不够。理论和实践结合不良会出现理论难，实践易的情况。教师主要在理论层面给学生讲解，但实践训练不足，学生体育活动主要集中在体育课，课外体育锻炼不足。导致学生既没有学到深厚的理论知识，也没有良好的体育习惯。

2.3 教学内容不够丰富

通常情况下，体育教师在课堂教学活动中普遍以讲授基本动作为主，以达到帮助学生掌握基本运动技能的教学目标，对体育项目中使用的战术和心理层面的教学较少，导致体育课程缺乏与体育运动有关的历史文化底蕴与精神内核，学生在体育课程主要以身体活动、运动技能学习为主，对学生的体育精神和体育素养培养不足，导致大学生普遍对运动理论、发展史、项目文化认知不足。现阶段，高校体育部门不仅应重视学生体质提升和体育兴趣培养，还应重视大学生体育精神的培养，为学生提供体育健康服务，培养学生成为体魄强健的人才。

3 人工智能在高校体育教学改革应用探析

在“智能+”时代背景下，网络、大数据、云计算等新技术与现代教育技术结合日益紧密。针对传统体育课程信息化水平不足、课程内容单一、理论与实践结合不足等问题，西安电子科技大学依托学校电子信息专业学科优势，以“人工智能+体育”为切入点，根据运动项目特点和学生选课情况，选取篮球(约1906人)、网球(约1008人)、中华传统武术(约450人)3个项目作为试点项目，随后全项覆盖(约10931人)。对体育俱乐部全员参赛校园体育竞赛体系进行系统设计与实践论证，以大学生全员参赛为目标，实现体育课程课内外一体化。高校体育部门可通过学习分析技术、虚拟现实技术、认知图谱等现代信息技术，建立了智能化的体育课程教育综合评估与考核系统，全方位考核学习者体质健康状况和运动参与情况。

表2 试点项目简介

图1 试点项目网球决赛现场

图2 西电全员参赛信息化试点项目闭幕式及试点项目反馈会

3.1 自动生成锻炼监测和运动处方

智能测评系统和智慧教育平台衔接，可实现资源共享与相互利用。测评系统通过智能教育平台接收学习者的相关数据，如体育课程教学视频、运动轨迹和里程、体质健康状况等，并使用数据分析技术对学习者学习记录、锻炼记录和体质健康状况进行实时监测和智能化运动指导，并通过利用真实案例和实时测评，为学生出具运动处方和锻炼建议，促使学习者准确检测自身的身体健康状况，通过有针对性的进行体育锻炼，促进体质健康目标的实现。

3.2 实时跟踪学生体育锻炼进度并及时反馈

在进行身体智能评价体系测评后，系统可自动纠正学生学习进度并形成健康报告，对学生身体健康状况进行及时监测和锻炼指导。系统还可将体育课程教学内容和技能考核要点进行线上分析，通过在线视频为学生进行线上体育辅导和体育锻炼指导，实时跟踪学生体育锻炼进度和身体健康状况，并将学员个人的体育锻炼目标录入体质监测系统，通过实时跟踪和及时反馈，对学生体育锻炼达成度进行量化，督促学生进行体育锻炼，系统还能够自动形成对学员个人的综合复习报告，并据此指导学生实时调整学习内容和方法，提高教学效果[7]郭艳花，赵琳.多平台嵌合在大学体育教学中的实践应用— 评《现代高校体育教学改革与信息化发展研究》[J].中国高校科技. 2022(04).。

3.3 丰富体育课程考核内容与形式

体育运动教学体系均要求学生全面掌握运动实际能力，而智能测试体系通过运用虚拟现实技术强化对学生运动实际能力的考核，克服传统体育课程考核体系重理论、轻实践的问题。通过配置专门的虚拟仿真现实软件系统，模拟出类似于现实环境的三维虚拟环境，并为核心教学内容生成实际训练项目和考评单元。比如，针对“网球正手击球”考核，系统通过创建按人体部位动态排序的训练模型，在虚拟环境中提供实际的运动慢动作展示，在训练与考评中加强学员的运动实践能力。另外，由于传统的书面测试只是以照片的形式呈现考核内容，无法清晰地表现运动细节，综合智能评估体系通过引入在线评估方法，提出图像、三维立体结构图、动画、视频等考核形式，进一步提升学生对运动技能的掌握[8]钟成.立德树人视阈下的高校高校体育教学改革的策略分析[J].科学咨询(教育科研). 2022(04).。

4 结语

智慧教育的出现，现代信息技术使大数据与体育教育的融合成为现实，将人工智能融入高校体育教学，有助于培养学生的运动兴趣，还可发展学生性格和意志，激发学生体育锻炼的积极性和主动性，对于实现体育教学信息化和学校体质健康目标具有重要意义。