学校智慧体育促进中学生体育素养提升研究

2024-04-10施少春

教育参考 2024年1期

施少春

（上海市宝山中学上海 201999）

数字时代背景下的高质量教育体系建设需要积极发挥技术优势。学校秉持教育高质量发展数字化转型理念，将数据作为核心，把生态定为基础，充分利用数字基座这个关键技术，推进学校教育数字化转型。通过数字素养提升、教学改革、教育资源建设三个抓手，开展学校智慧体育，促进青少年体育素养提升，以智慧方式培育智慧的未来人。

一、研究背景

2018 年7 月，由中国互联网协会主办的2018（第十七届）中国互联网大会，再一次提出智慧体育的理念。确实，随着《关于加强发展体育产业促进体育消费的若干意见》《“健康中国2030”规划纲要》《全民健身计划（2016—2022 年）》等相关政策发布，中学生的运动需求及运动潜能不断显现，智慧体育作为新兴事物，已经成为体育发展史上的一个关键节点。智慧体育是一个未来体育的概念，与传统体育有着显著的不同，表现出强烈的现代化体育特征。智慧体育从字面意思上解释，便是赋予体育以“智慧”的内涵。

本文所讲的智慧体育，就是将人工智能、5G 等科学技术引入中学体育教育改革中，遵循“主动健康”的教育理念，在物联网、云计算、大数据等背景下，提出通过构建数字化、网络化、智能化的运动空间、运动模式和运动生态，全面提升学生的运动技能水平，培养一批高水平运动员，促进学生的身心健康，让学生拥有终身受用的运动习惯，培养爱运动、体质强、会锻炼、有智慧的新时代人才。

二、研究方法

本研究采用文献研究法、调查研究法、行动研究法、比较研究法等。

（一）文献研究法

本研究利用国家图书馆、中英文学术期刊数据库搜集有关智慧体育的文献，了解信息技术赋能体育的相关理论和实践；利用国家的政策文件文本，解读我国智慧体育改革发展的现状和趋势。

（二）调查研究法

本研究采用分层抽样法对宝山区6 所普通高中的近1 万名学生进行问卷调查，运用访谈法对本校100名左右教师进行访谈，了解调查对象在学校智慧体育建设方面的现状及需求，理清学校已有的智能体育教育资源。

（三）行动研究法

在整理问卷调查结果与获得文献综述材料之后，拟定整体研究计划；邀请专家论证研究方案，并做出合理化修改；根据时间节点落实研究任务。在研究中期，对照研究方案监控，评鉴方案实施的结果与预期之间的关系。

（四）比较研究法

本研究主要运用比较法对典型案例进行比较分析，找到传统体育与智慧体育的异同，为研究提供借鉴。

三、研究成果

（一）智慧体育课程图谱开发

课程是学校探索智慧体育的重要路径。项目组开发智慧体育课程图谱，注重四类课程的建设，即科技支撑体育课的相关课程、体育融入信息科技的相关课程、体育课与信息课融合的相关课程、研究性学习的相关课程，构建面向全体学生、部分学生、少数学生的必修、选择性必修、选修课程体系。

1.必修课程（面向全体学生）

“AI+”体育教学课程是在体育教学中开展体育素养培育的课程；“体科融合基础性学科”课程是在政治、语文、数学、英语、物理、历史等基础性学科中开展体科融合素养培育课程。

2.选择性必修课程（面向部分学生）

“AI+”体育特色课程是在体育专项课程中开展以科技支撑体育课的相关课程，例如智能篮球、智慧乒乓球、智慧田径等课程；体育与信息融合课程有线上竞技运动、网络运动游戏、VR 体验、机器人竞赛、AI 辅助运动康复等课程。

3.选修课程（面向少数学生）

以体育心课程，即“体科融合+心理健康教育”课程，例如“AI+”心理诊断、“AI+”心理健康辅导等课程；以体育劳课程，即“体科融合+劳动教育”课程，例如“AI+”校园活动、体育健康等课程。

（二）智慧体育教学范式构建

随着“互联网+”时代科技发展日新月异，越来越多的前沿科技被应用于教学，改变了传统的教育教学模式。中学体育传统教学也面临严峻挑战，教育理念、教学方法、教学设施等亟待更新，如何把互联网相关技术融入体育教学，怎样创建智慧体育新的教学范式成为举足轻重的问题。本研究通过引入各种人工智能硬件、部署相关设备及系统平台，在整个体育教学过程中形成教授、学习、测试、评估、反馈、干预、优化的闭环体系，建立“智能感知—综合分析—因材施教—评价激励”的教学范式。

1.智能感知，建立学生体质健康数字画像

通过应用创新和系统优化，对学生日常成长体质检测数据实现从云到端的多方位的立体化采集；通过对学生身体形态数据，体态测量数据，日常行为数据（睡眠、饮食、运动等），柔韧与灵活性数据（身体成分、身体的柔韧性、肌肉的耐力、肌肉的强度等）的采集，对每个学生个体进行体育健康的科学评估；建立学生“档案”，通过这种可追溯的学生体育健康个性化管理体系，掌握真实可靠的体育健康信息，为学校开展智慧体育教育提供有力的数据支撑，推进教育数据治理，实现“一数一源”。学校已经为1540 位学生构建了体质健康数字画像，形成了“一人一档”的基础数据，生成了整个学校的数字画板。

2.综合分析，开具学生运动健康处方

利用大数据技术，建立以学生体质健康数字画像为核心的数据库，并结合专家知识库综合分析，实现学生体质健康管理的量化评估，为学生体质健康开具运动处方，例如强健骨骼的运动处方、身高增长的运动处方等。处方的内容包括有氧运动、抗阻运动、柔韧性练习和神经动作练习等。通过智能硬件与AI 教学助手实现体育教学、管理的数字化，与运动学、医学领域专家开出的训练处方匹配，实现学生个性化教育与辅导。同时，把评估建议以文档形式告知家长，家校共同指导学生运动健康。借助情绪心理声呐检测系统的辅助评估，通过课内与课外相结合、线上与线下相结合的方式，为学生提供个性化的运动项目的指导、训练及心理干预，学生在运动中治愈心灵，陶冶身心。

学校为1200 位学生推送了个性化的运动处方，完成了一批健康处方的生成，每个学生利用运动交互镜可查询自己的健康处方，并在系统运动资源库的支持下开展个性化的体育锻炼。

此外，学校还利用智慧点餐平台提供多种类型的营养套餐，供家长、学生选择，合理均衡的饮食搭配调节着学生的营养。

3.因材施教，开展个性多样的体育教学

通过大数据分析学生学习过程中的行为、状态等，评估学生的学习目标、学习兴趣、学习方式，挖掘学生的运动潜力，适合学什么、怎样学、什么时候学。对不同学生的体质健康数字画像制作不同层次的微课，有针对性地让学生学习和练习，提升整体的教学效率和效果。

（1）教师方面

利用大数据，基于学生体质健康数字画像，针对不同学生身体素质及健康状况的特点，高效、智能地推进体育精准教学。通过AR、VR 和MR 等方式开发微课程，通过教师行为采集系统制作微课，建设“一人一库”的数字教材资源、研究型课程自适应学习平台，推进优质教育资源建设、开放与共享。

（2）学生方面

依据运动学、医学领域专家开出的训练处方，借助个性化干预支持系统，使“一人一空间”的体育资源优化整合。高效、智能的体育锻炼和支持系统，丰富体育运动形式，实现“线上—线下”资源的互联与共享。引导学生热爱体育运动，提升身体素质，充分体现以体促融、以体育人的目的。以一节智慧乒乓课为例。

课前：智慧体测

学生利用大课间，提前在智能乒乓球台前完成人脸识别、竞技能力等级测评。教师基于课前获得的学生体质健康水平和竞技能力等级，设计教学活动，设置智能乒乓设备，安排分组练习。

课中：智慧课堂

本堂课开展基于数据的个性化教学，教学环节包括正手攻球原地徒手练习、正手攻球多球练习、“挑战自我”正手攻球教学比赛。教学内容紧扣学生核心素养的培养，人机互动的学练模式是学生不断挑战自我、勤学巧练善思的过程，有助于培养学生积极进取的精神。

课后：智慧评价

借助数字化赋能、智能化管理，构建“健康E评价”，实现“一生一画像”“一生一档案”。建立以学生体质健康数字画像为核心的数据库，并结合专家知识库综合分析，实现学生体质健康管理的量化评估，为学生体质健康开具运动处方。本节课课后，教师借助人工智能算法，将针对性的处方一键推送给学生，融通课内课外。

引入智能乒乓发球台、智能手环、电子屏等设备的智慧体育乒乓课堂，实效明显，弥补了以往教师陪练人数有限、学生练习有限的问题。

本节课利用智能手环，在大屏幕上进行信息反馈，有效帮助教师及时关注学生的学练程度，同时也能让学生及时关注自身的运动负荷情况。在这种教学模式下，学生参与程度高，课堂竞争激烈；学生探究热情高，课堂氛围活跃；教师技术分析水平高，课堂内涵丰富。以往的乒乓球课，教师除了教学，还忙着陪练，智慧体育课堂帮助教师节约出大量的陪练时间，教师能够花更多时间关注每个学生的练习细节，辅以智能手环实时记录以及电子屏的及时反馈，准确分析学生技术水平，帮助学生在课堂更高效地学与练，丰富课程内涵。

4.评价激励，构建数智综合评价机制

高质量高中的教育综合评价指标应该体现在学校发展中的自我规划能力、五育融合能力、文化再造能力、特色发展能力、品牌辐射能力等方面。基于数据的分析与评价，打造教育评估数字化体系，推进数据驱动的教育综合能力评价，紧跟学生成长数据追踪，展开综合素质智能评价。学生体质健康数字画像包含静态快照和动态数据，由此形成多种评价方式。评价对象可以分为个体评价和群体评价两类。个体评价是对学生本人所作的横向、纵向评价。横向评价指个人在同龄人群体中的绝对与相对体质健康发展水平，纵向评价指个人在自身体质发展轴线上的趋势分析。群体评价则以班级、年级、学校、男生、女生等不同维度做聚类分析，做特定类型评价。

本研究旨在通过数据采集、个性干预，最终形成对学生健康素养的科学评价，以体育素养为主导，助推学生品德素养、智慧素养、美育素养、劳动素养相融合的“五育”落实。创设学生运动激励情境，创建校园体育“运动银行”，通过智能技术手段采集学生的运动细节，存储成大数据库，为学生开运动处方，开设“运动账户”；借助运动奖励、兑换，鼓励学生投入运动健身，实现“随时可健身，随处可锻炼”。

（三）智慧体育的应用场景打造

新型体育学科空间数字化环境建设是深化体育教学改革的基础。智慧体育的应用场景打造将现实和虚拟相结合，将AI 等先进技术与体育教学相融合，将线下训练与在线测评相结合，将课堂授课与课后反思相融合。对教学环节实时评估，提升学校体育教育的智慧化水平，科学地开展体育学科分析和评价工作，实现体育教学资源高度共享。结合智慧体育的内涵与定位，从智能辅导、微格教学、沉浸学习、自动测评四个方面，开展智慧体育场景建设。

1.智能辅导

智能乒乓球AI 系统是将人工智能系统嵌入实体乒乓球练习中，并通过互联网实时同步数据。通过AI智能识别身份管理配置，可适应自主训练、集体授课、分层训练、集体讲解等多种教学场景；支持多终端设备协同操控，可用于以班级为单位的多球训练教学，高效利用教学时间，提升教学效率。

2.微格教学

微格教学是学校智能体测的一种方式，借助专用平板，到指定区域进行测试，测试项目包括身高、体重、肺活量、坐位体前屈等。测试结束后，不仅设备上立刻显示学生此次测试的具体成绩，而且成绩也会同步到学生的个人体质健康数据库中，为学生的体质健康数字画像提供数据支持。

3.沉浸学习

当学生戴好虚拟现实头盔，进入仿真场景中，人工智能技术就能够对学习者的学习过程性数据进行全面采集与记录，并且适时实现无感测评与反馈，通过模拟大量的个性化交互体验，构建一个面向学生个体的智慧空间。

4.自动测评

学生戴上智能运动手环后，登录网页输入账号密码，即可实时查看自己的各项状态数值，包括在校期间（8—9 小时）全日运动数据监测，监测内容包括但不限于卡路里、步数、运动时长、平均心率、运动负荷等。体育课上，学生运动手环的使用能让教师迅速获取每个学生个体的体质状况，差异性安排训练内容。虚拟教室突破时空限制，弥补常规教育短板，融合线上线下教学。数据采集、智能分析、健康处方、个性化教学、运动银行五个环节的闭环机制，记录学生在校期间完整的健康成长过程。

四、研究反思

未来通向智能技术的学校是充分利用人工智能融合教育的智慧化学校。学校通过“一像、一方、一库、一户、一空间”的“一人一档”的五个“一”建设，促进体育智慧化。

（一）校园元宇宙赛道的培育与开发

通过各类人工智能硬件、部署设备及相关系统，打通设备系统与健康银行数据通路，在学生运动表现及健康管理的提高过程中，通过预设目标、实时反馈、收益激励等方式，在校内形成运动健康提升的正向循环趋势，在日常的校园生活中逐步提高学生的综合运动健康素质水平。运动健康银行是打造智慧体育“元宇宙”的重要环节，学生通过活动获取积分，并在运动健康银行进行权益兑换，权益既可以是虚拟的，也可以是真实的。