人工智能在学校体育中的应用问题与解决策略

2023-05-13白雪松胡良平

黄山学院学报 2023年5期

白雪松，胡良平

（1.黄山学院体育学院，安徽黄山 245041；2.首都体育学院休闲与社会体育学院，北京 100191）

教育事业是我国优先发展战略之一。加快教育现代化办好人民满意的教育，是为了不断满足人民日益增长的美好生活所需。搭建信息化平台与学习型社会离不开人工智能技术的应用，其可以有效提高我国教育信息化、智能化水平。人工智能是一种人为创造的机器实现深度学习过程，最早始于20 世纪40 年代，由机器学习、计算机视觉等领域组成。随着时代发展，人工智能的学习任务和发展方向也在不断调整。

现阶段，人工智能为我国学校体育事业发展提供了新的可能性，然而，其在体育领域应用中的相应支持和保障体系还亟待发展与健全[1]。从横向看，我国学者对于人工智能与体育融合发展的研究方向主要集中于以下几个方面：1.评估人工智能对运动动作模式、技术[2，3]；2.探讨人工智能与体育新闻生产的困境[4，5]；3.人工智能在体育课堂建设的应用。从纵向看，关于人工智能与体育发展的讨论，最早可追述到1987 年全国体育发展战略讨论会上就提出了加快建设体育信息系统。总体来看，我国体育人工智能的相关研究尚在起步阶段，需要以跨学科的思维与方法进行从理论到实践的构建与应用。不难判断，随着我国人工智能技术的不断发展，体育与其融合发展的程度不断加深，体育人工智能将会成为学者研究的热点与难点。鉴于此，本文以人工智能与学校体育融合发展为主题，研究其应用价值及应用困境，提出促进人工智能在学校体育中应用的策略，为提高我国学校体育质量贡献微薄力量，助力我国体育强国建设。

1 人工智能在学校体育中的应用

学校体育的健康发展是建设体育强国的重要力量之一。人工智能技术与学校体育结合，有利于服务我国教育事业新一代人才培养工作，提升学习者运动技能，增强学习者体质健康。人工智能在学校体育中应用形式主要包括：语音及面部识别技术、云计算协同工作、物联网和大数据分析。

1.1 人工智能在学校体育中的应用目标

学校体育是学校教育的重要环节，教育的本质是培养人、塑造人[6]，体育是促成受教育者形成身心和谐、全面发展的“全人”的过程[7]。时代在变迁，学校体育工作也在不断地进行调整和改革，而人工智能的应用与发展加快了学校体育工作改革的进程[8]。人工智能（Artificial Intelligence）是用人工的、深度学习的方法在机器上实现的智能，即人们使用机器来模拟人类智能。简单来说，就是在机器上实现人的教育[9]。人工智能与学校体育融合正在逐步深化，主要表现在思维、身体、心智以及意识4个方面。首先，人工智能运用于学校体育场景中能充分重视学生主体个性化，照顾到每一个学生个性与需求；其次，人工智能能够帮助学生更加了解自己的身体，在体育课堂中运动表现能够清晰记录与反馈；再次，通过“人工智能+学校体育”的方式，一定程度上可以帮助体育学科的科学发展，使更多学生享受运动的乐趣，建立良好的人际关系；最后，人工智能运用有利于提高学生终生体育参与意识，培养更多自由而全面发展并具备国际竞争力、人文底蕴、科学精神、强健体魄、实践创新、负责任敢担当的人。

1.2 人工智能在学校体育中的应用价值

学校体育课程教学目标主要是“增强学生体质”还是“运动技能习得”，长久以来是中国学校体育研究学者争论的问题[10]，而人工智能在这两方面都能起到一定的促进作用。一方面，学校体育智能生态系统打造，有利于帮助教师及教练精准了解学生运动表现，有针对性地调整训练计划和课程安排；另一方面，学生通过人工智能信息平台，了解更多体育故事，激发对体育活动的兴趣，有利于其树立终身体育观念。与此同时，通过人工智能使学生在日常中提升信息素养，以达到为我国人工智能发展提供人才储备的目的。

1.3 人工智能在学校体育中的应用形式

长期以来，人工智能旨在帮助人们提高学习和适应能力、感官理解和互动能力、推理和计划能力、编程和参数优化能力、自治能力、创造力以及数字提取及运算的能力。在教育领域，人工智能通过大数据及算法，可以为学生选择最佳的学习方式。在学校体育教育领域，人工智能主要通过语音及面部识别技术、云计算协同工作、物联网和大数据分析等形式帮助学生提高运动表现。

1.3.1 语音及面部识别技术

语音及面部识别技术在过去10 年中得到迅速发展，最常见的形式是智能手机语音及面部解锁功能。该技术目前作用于智能体育导师系统，识别和解释学生的体育课程状态。如识别学生表情与语调，了解学生何时感到无聊、兴奋等，对于诊断学生在体育课堂中不同阶段状态有较大的帮助，并且根据大多数学生普遍状态及时动态调整运动内容和强度有积极实践价值。在实践应用中，语音及面部识别技术已经应用于可穿戴测量传感器、智慧校园管理平台、课上课后教学平台、家长互相沟通平台等。记录监控并分析青少年运动和健康数据，为学校、教师、专业教练、家长和学生提供详尽精准运动教育和健康报告，可有效提升体育教育和运动训练管理及评估效率。

1.3.2 云计算协同工作

在学校体育云平台建设过程中，智慧体育课堂正在潜移默化地改变着学校体育教学方式、课程设置和青少年学习状态。完整的“家庭-学校-社区”多元联动机制正在通过云计算平台，加强对儿童青少年体育课堂表现、身体活动、久坐时长、运动强度、体质健康等数据进行动态采集和分类管理，激发“三位一体”共同实现学校体育健康新局面。通过云计算协同工作，有条件的学校可以实现儿童青少年学校体育教育云，各学校教育之间资源不再只是简单的数字跟踪和信息资源收集，而是包括了计算、效能和环境资源，运算结果可以在学校间起到广泛的参考与借鉴。此外，通过云计算搭建集运动健身、社交、科技为一体的学校智慧运动交互空间，学校教育和课堂教学正在被云计算和数字化中心所改变。

1.3.3 物联网和大数据分析

互联网将人们联系在一起，它还允许无生命物体连接，2021年大约有500亿个事物被连接起来，形成了庞大的数据链条。身体传感器连接已经实现人和身体、身体与身体之间的广泛联系，通过大数据系统的观察、学习和分析，可以帮助学生了解自己身体健康状况，进一步提高自己的运动表现。在实践过程中，广州市增城区新星学校通过穿戴式的智能脚环，完整地记录了该校初三一班学生在中长跑时的速度、步幅、步频、心率，对成绩优秀和不及格的学生进行数据对照，发现不及格的学生多是因为前半程跑得太快，体力难以保持。数据分析后提出对学生进行为期两周的跑步节奏训练，使用前程降速、途中保持、后程发力跑法，提供运动负荷心率采集监测个性化应用解决方案，显著提高了学生在中长跑项目上的运动表现。

1.3.4 自动化评测系统

目前，自动化评测系统已经广泛应用于学校体育课程评价、学生运动处方开具等方面。在人工智能时代，自动化评测系统可精确测量出学生全维度身体数据，为体育老师输出个性化体育教学报告，打造智慧体育教育全新样本奠定了基础。传统的校园体测工具只是对学生基本数据进行检测，而现在针对不同中小学体育教育场景和条件，借助3D视觉和自动化评测系统，企业能根据学校要求设计集智能设备、云服务和数字化教学工具于一体的智慧体育教育整体解决方案，可以较为全面地展示及把控学生运动情况、考试成绩、国家或者地区体测等多维数据，自动生成个人、班级、年级、不同阶段项目的分析报告，快速检视教学成绩和训练成果。此外，在体育学科实践应用中，已经建立起测量及计算一体化动作指标体系，建设以依靠视觉、激光等方式建立的三维人体模型，捕捉人体运动奔跑速度、旋转角度等信息，帮助运动者提供个性化改善方案，进而提高其训练能力。

2 人工智能在学校体育应用中存在的问题

现阶段，我国人工智能技术仍存在许多尚待验证的问题，大范围地应用人工智能帮助学校体育发展存在如下困境：学校体育融合程度不深、缺乏相应支持体系、相关的配套文件和伦理道德规制亟待建设等问题。

2.1 人工智能与学校体育融合程度不深

目前，我国人工智能技术发展很快，但仍处于起步阶段。因此，许多关于人工智能与学校体育的融合发展理念还没有在技术层面落实。国内一些学校和企业正在探索的应用人工智能体育教育模型仍较为粗糙，能覆盖的体育项目少，不具备大范围推广价值。其主要受制于学校体育大数据数量不足、品质不高等问题，极难支撑人工智能的学习需求。此外，现有的成熟技术，如人脸识别、数据分析等应用到教学管理、教学过程等环节较多，且在应用过程中存在一定的安全漏洞和尚需验证的问题，使得人工智能与学校体育融合进程缓慢，融合程度还处于初始阶段。

2.2 人工智能在学校体育中缺乏支持体系

人工智能在学校体育中缺乏包括基本数据、社会认同、人才储备三方面构成的支持体系。首先，在基本数据方面，学校体育中涉及大量学生运动及身体数据，这些数据在采集过程中依据不同标准，达到教学与医疗健康的不同目的，并不能为人工智能学习提供较好的数据支撑。其次，体育教师、家长、学生对于人工智能与学校体育融合的看法不一。强调精准、规范的动作指导和教学模式可能扼杀学生自主探究能力，在人工智能大数据裹挟下，体育教师教学经验可能无法发挥作用。最后，人工智能在学校体育中发展与建设需要人才储备支撑，而从目前情况看，很多地区的体育教师对人工智能接受度不高，体育人工智能相关专业设置不足，使得学校没有足够的人力资源支持学校体育应用人工智能技术。

2.3 相关配套文件和伦理道德亟待建设

人工智能深度学习行为需要掌握大量学生体育课堂表现、面部表情、肢势体态等可能侵犯到学习者隐私的材料。关于人工智能是否能学习这些内容，以什么方式学习这些内容，引发了人们关于教学伦理及道德规范的讨论。在有条件地区运用了人工智能提高学生的运动表现，而在没有条件开展人工智能技术的学校及地区是否被剥夺了部分受教育权，这拉开了区域之间教育信息化的差异，也削弱了体育精神中公平的内涵。目前，我国相关文件及规定并未回应这些争议，关于人工智能引起的伦理道德问题还亟待规制。

2.4 人工智能在学校体育应用中的监管缺失

目前，我国尚未出台相关法律法规对人工智能进行监管，而人工智能进入学校后，采集学生身体数据、运动样本等，对数据隐私保护、责任规范、安全性等没有明确的法律规定。此外，商业机构采集数据的准确性如果没有行业规范，大量采集都是非结构性数据，可能会影响到对学生体育课程设计的科学性。目前人工智能在体育领域应用的质量标准、准入体系、评估体系尚是空白，无法对人工智能数据和算法进行有效验证和评价，一定程度上阻碍了人工智能产品在学校体育领域的应用和发展。

3 人工智能在学校体育应用中的建议

人工智能是未来科学技术发展的关键环节。如何立足于我国现实情况，借助人工智能力量帮助学校体育高质量发展已成为社会关注的问题，本研究结合文献资料成果和专家访谈意见，提出如下建议。

3.1 以智能化、个性化、多元化为目标

在人工智能技术支持下，每一个学习者都有机会获取自己独有的运动训练方案，以实现《中国教育现代化2035》的目标，即通过智能化技术帮助学生解决不同问题，提供多元化解决方法，让学生根据自己已掌握的运动技能、战术去主动构建、理解、运用新的知识，有效提升学习者自我管理、自主探究等基本学科素养。在具体的实践过程中，通过人工智能实现对学生运动训练计划个性化推送，学习考核多元化评价，并通过集体互联，不断动态掌握和调整学生体育课堂学习内容等方面的服务。

3.2 加强师生认知，满足学校体育发展需要

人工智能在学校体育中发展应用使得整个教学模式、手段、环境等诸多方面产生巨大的改变。学校师生应加强对人工智能技术的认知，学习其相应的操作流程。帮助体育教师或教练将自己实际教学经验与人工智能大数据分析相结合，实现人工智能与教师协同合作，帮助学生掌握运动技能、提升身体素质。但是，人工智能并不能替代教师的角色，学生的运动表现需要情感支撑，需要教师为榜样。人工智能技术的应用可以帮助教师从重复性工作中解脱出来，更好地完成学生培养任务。

3.3 讨论应用标准，维护体育公平和社会伦理

针对目前关于人工智能技术应用与教育领域的争论，可以从4 个方面进行规制：第一，广泛采集学生、家长、教师对人工智能在学校体育中应用的看法，组织学校体育、人工智能、法律等领域的专家基于这些看法讨论人工智能应用于学校体育的具体标准及权限要求，最大程度保护学习者的隐私安全；第二，聘请第三方机构评估学校制定的人工智能应用标准是否适宜，酌情调整有关要求；第三，建立一套人工智能监管体系，请家长、媒体、社会组织、相关部门进行长期监督；第四，建立长期有效的人工智能信息保护及追责机制，落实人工智能在学校体育中应用的安全性，推动安全校园建设。

3.4 完善学校教育支持体系，推进人工智能与学校体育融合

全面完善人工智能在学校教育中的支持体系包括规范数据的采集、分析、应用；加强学校体育从业人员人工智能技能及信息素养培训；建立健全体育人工智能人才培养体系等。具体来说，推进人工智能与学校体育深度融合需要做到：第一，顶层设计层面，要明确政府、学校等单位的职责，给予人工智能在学校体育中健康发展的政策环境与资金保障；第二，中观管理层面，要利用人工智能技术，实现学校体育专业知识跨学科、跨领域和多层次的融合创新，实现不同学科知识之间的综合应用；第三，微观个体层面，要通过人工智能技术进行个性化的运动指导，不断鼓励学生参与体育活动，提高运动技能，提升身体素质。