解決學校體育運動傷害事故的新武器：智能體育安全儀的設計思路

宋 賓，張 朋，袁小超

前言

“如何有效解決學校體育運動傷害事故”早已是老生常談的話題了，但是在現實學校體育教學中依然存在很多學校擔心運動傷害事故的發生，在體育教學中大幅度降低運動負荷或取消一些高風險的運動項目的教學現狀，這不僅影響學校體育教學活動的正常進行，還影響學生運動技能的習得與身體素質的發展。體育課運動負荷大小與學生的身體素質發展和體質健康測試成績都有較大的關聯性，可以說學校體育運動傷害事故是造成學校體育教育成效低，學生肥胖率上升、體質健康下降的一個重要誘因。所以對如何解決學校體育運動傷害事故的探索仍有著非常重要的現實意義。在解決策略上學者們已經從強化學校體育安全宣傳教育、加強學校體育安全常規管理、學校體育安全應急救護、學校體育資源安全保障等途徑進行多了多維度的分析，本研究綜合以上問題與策略嘗試從人工智能的思路去設計一種實體，分別從師生缺乏體育安全意識、學校的場地設施存在安全隱患、學生運動負荷過度等易發運動傷害的因素出發，構想出一種智能體育安全儀。它所應具備運動前對師生進行智能安全教育、建立與現實同步的學生體育運動檔案；運動中監測負荷量度、提供體育運動傷害事故應急預案及實時錄像等多元化功能，可以為普及體育安全知識，完善學生體育運動檔案、促使師生進行課堂反思、解決學校體育運動傷害事故提供參考和證據鏈條。

1 智能體育安全儀設計的問題基礎

1.1 積重難返的學校體育運動傷害事故嚴重影響著學校體育教育質量

隨著體育運動的開展，期間會不可避免地會發生運動傷害事故。因為一些體育活動本身就帶有一定的風險性，即使學校的安全管理沒有任何的問題，也有發生運動傷害的可能［1］。學生在學校發生運動傷害事故后，不管由于是何種原因造成的，家長通常都會首先追究學校的責任，一些極端的家長甚至還會做出在學校門口聚眾鬧事的極端行為，這不僅擾亂了學校的正常教學秩序，還會對學校的聲譽造成極其不良的影響，對學校的招生質量和社會評價等都會造成難以估量的影響，很有可能還會對見證這一運動傷害事故的教師和學生造成生理和心理上難以彌補的創傷。一些學校擔心運動傷害事故的發生，甚至對教師的教學活動下達了“零事故”的嚴令，導致一些體育教師在體育教學中如履薄冰，在體育課堂上“不求有功，但求無過”，只要求能夠讓學生安全順利地度過體育課。這不僅影響著教學目標的完成，還影響著學生運動技能的習得與身體素質的發展，與學生的體質健康測試成績具有較大的關聯性。

1.2 運動傷害事故發生的多因素性

通過查閱相關文獻和與專家訪談發現，造成學校體育運動傷害事故的原因涉及多方面因素的影響，如：學校的場地設施存在隱患、在體育教學中教師組織不當或教法錯誤、運動負荷過度等，筆者對其進行了綜合整理，現將造成學校體育運動傷害事故的多種誘因初步歸納為：學校管理致因、體育教師致因、學生個人致因和其他意外致因四大方面。

1.2.1 學校管理致因

學校管理致因是指由學校日常管理、安全教育工作或體育裝備采購的質量等方面存在疏漏或不規范而造成的運動傷害事故。經過對所查閱的文獻進行整理發現，學校管理因素涉及的運動傷害事故最多，為了便于有針對性地進行防控，現將學校管理致因歸納為：場地器材管理致因和師生管理致因2大方面，以圖示說明，如圖一。

圖一 學校管理致因

1.2.2 體育教師致因

體育教師致因是指由體育教師的不當教學行為或缺乏教學責任心而造成的運動傷害事故。如體育教師的教學方法和手段不恰當、缺乏教學責任心、等。體育教師作為學校各項體育工作的直接參與者，對學生的運動安全負有重要責任，其教學、訓練課外活動組織不合理或對學生體育活動疏于管理均可誘發運動傷害事故。經過對查閱的文獻資料進行整理現將體育教師致因歸納為：體育教師的教學業務能力、安全教學意識和教學責任心3三類，以圖示說明，如圖二。

圖二 體育教師致因

1.2.3 學生個人致因

學生個人致因指學生不能正確的估計自己的運動水平和風險防控能力，過于自信或大意，從事超出自己能力的高難危險動作等，導致傷害事故的發生［6］。如學生自己不能正確的估計自己的專業技能水平和體能、擅自進行與課堂無關的活動、在未有同學或教師的指導保護下做一些力所不能及的高難度危險動作等。學生是參與學校體育運動活動的主體，由于其自身不同年齡階段的不同性格特征，也是造成運動傷害事故的四大致因中最活躍、最不容易控制的因素，因此學生個人致因成為預防運動傷害事故的關鍵。經過文獻整理和專家訪談現將學生個人致因歸納為：學生自身的專業水平、運動安全意識2大類，學生自身的專業水平致因、運動安全意識致因以圖示說明，如圖三。

圖三 學生個人致因

1.2.4 其他意外傷害致因

其他意外運動傷害致因是指外來的、突發性的、非疾病性的，沒有涉及學校管理、教師和學生個人的主觀意識判斷的客觀因素，所造成的運動傷害原因。如惡劣的自然天氣：高溫、雷電、寒冷等自然條件，學生在高溫天氣下進行體育運動出現中暑和暈倒的機率會大大增加；學生在嚴寒低溫的環境中參加體育運動，身體肌肉的粘滯性會大大的增強，運動前的準備活動不夠充分的話極易出現運動傷害事故；在雨雪天氣過后，室外的運動場地會變得濕滑，學生在濕滑的運動場地上進行活動也會導致運動傷害事故的發生。

2 智能體育安全儀設計的主要功能

2.1 運動前進行智能安全教育灌溉

體育運動本身就帶有一定的風險性，一些學校的場地設施安檢工作不到位，學生對所參加的運動項目的危險性認識不足，再加上學校疏于安全教育工作的宣傳，師生在參加體育運動時也就不可避免地會出現不同程度的運動傷害事故。

當我們外出或出差時打開手機上的“天氣預報”APP，它會自動更新最近的天氣動態變化并且提示我們應該如何做好防范工作。那么我們是否也可以根據類似的功能運用到學校體育運動安全中。教師在進行某項運動教學時或學生在參加某項運動前打開智能體育安全儀點擊相對應的運動項目，通過視頻或語音的形式開展安全教育工作，列出該項運動出現過哪些運動傷害事故，分析各種傷害事故的致因，并提示師生如何進行相對應的安全防范。彌補學校安全教育和防范工作的疏漏，提高師生的安全防范意識。

2.2 建立與現實同步的學生體育運動檔案

學生體育運動檔案指學生在學習生活過程中產生、持有并保存的與體育運動參與過程相關的記錄，文件或資料，學生的運動傷病歷史、先天或后天患得的某些疾病、學生的體質情況和體質測試成績都會包含在體育運動檔案中。

在智能體育安全儀中建立與現實同步的學生體育運動檔案，對學生的運動傷病歷史、先天或后天患得的疾病、學生的體質情況等都記錄在其中，然后通過對學生體育檔案的篩選，分析出每個學生是否能夠參加某項運動項目，其體質狀況能夠承受的最大負荷量和運動強度，讓學生充分了解自己的身體狀況，選擇適宜的運動項目，承受適宜的負荷量和運動強度，確保參加運動鍛煉的安全性，提高師生的運動安全意識。

2.3 監測運動負荷，溫馨提示負荷量度

運動負荷指運動者在體育教學、健身鍛煉、競技運動等活動中，在一定時間內完成的活動及其承受的運動量度。學生在體育鍛煉活動中，如果運動負荷過小，沒有對機體產生足夠的刺激，也相應地達不到鍛煉身體的作用；當運動負荷過大時，會加深機體的疲勞程度，容易導致運動傷害的發生，因此，學生在參加體育鍛煉時能否把控好運動負荷尤為重要。

我們駕車行駛在高速公路上，當車速超過120km/h時導航會自動播放“您以超速，請減速行駛”，這時司機們一般都會降低車速，有效地避免了交通事故的發生。我們是否也可以參照此方法運用到學校體育運動安全中，避免或消除負荷量過大、疲勞訓練等造成的運動傷害事故？通過智能體育安全儀監測學生運動時的負荷量度，當負荷量過小時，提示該次運動未達到相應的鍛煉效果；當負荷量超出身體所能承受的最大負荷時，提示運動者停止運動并做放松練習，在運動中階段有效地避免因負荷過大而導致的運動傷害事故。

2.4 提供體育運動傷害事故的應急預案

當運動傷害事故發生時，專業教師或醫護人員沒有在附近，學生自己也不懂得該項目的緊急處理方法，有些運動傷害事故留給緊急處理的時間僅有關鍵的幾分鐘，錯過后很有可能會造成不堪設想的后果。

在智能體育安全儀中通過預定程序輸入運動傷害事故發生時的應急預案，當發生運動傷害時點擊所參加的運動項目中相對應的傷害應急預案，后臺程序視頻和語音的形式提供遠程指導，幫助學生進行及時的緊急處理。學校和教師也可以日常的教學中通過該系統讓學生掌握多種類型傷害事故的應急預案進行練習，使學生能夠熟練掌握運動安全專業應急預案和急救知識，在未來的校內或校外體育運動中做到學以致用。

2.5 實時錄像儲存

體育活動本身就帶有一定的風險性，隨著體育運動的開展，即使學校的安全管理沒有任何的問題，期間也有發生運動傷害事故的可能。

發生交通事故后，相關部門會通過查看錄像回放來還原現場責任進行判罰，我們未嘗不可以借鑒交通責任事故的判別方式來解決學校體育運動傷害事故。在未來的學校體育運動中，師生的運動現場我們可以進行360°無死角的查看，對于各種可能會發生運動傷害事故的現場我們可以及時地制止。即使當運動傷害事故發生后，家長想過度追究學校的責任，學?？梢愿鶕浵窕胤胚€原現場，查看傷害事故是由何種原因造成的，事故責任一目了然，相關部門在處理接下來的事故糾紛時也有據可依。使學校摒棄“零事故”的體育教學原則，體育教師可以以“職業初心”進行教學，學校體育工作可以正常進行。

2.6 建立鏡面式的教學理念，促使學生和教師進行課堂反思

課堂錄像不僅可以作為課堂教學研究的重要工具，也可以作為教師專業研修的一種手段，還可以作為指導學生學習專業知識的一種重要載體。體育課由于其自身科目的特殊性和練習形式的多樣性，很多時候學生在課堂上并不能很好的掌握本次課程的全部內容。

課后學生通過課堂錄像回放，查看自己的運動技術掌握程度和課堂表現，在教師和同學的幫助下不斷糾正自己的技術動作和戰術意識，達到精益求精；學生還可以通過課堂回放學習優秀同學的學習方法，提升自己的學習效率。教師可以通過課堂錄像察看各個學生在課堂中的表現，因材施教的進行教學；還可以通過課堂回放與全國優質體育健康課程進行對比，為教學工作的深度反思提供基礎。

根據上述的核心功能，現將其劃分為三個主要的時間維度：運動前、運動中、運動后，如圖四所示。

圖四 智能體育安全系統的主要功能

3 智能體能安全儀的投產建議及后續改進方向

3.1 體育運動知識的系統歸納及云空間存儲

智能體育安全儀的體育運動知識版塊分為：智能安全教育、體育運動傷害事故的應急預案、學生體育運動檔案三大部分，在進行投產前首先進行全方位的收集體育運動安全教育知識、不同類別體育運動傷害事故應急預案以及各個學生的體育運動檔案的相關知識，然后對其進行系統的歸納整理，分別相對應的存儲于其云空間中的安全教育知識、運動傷害事故應急預案的知識板塊中。其中運動安全教育知識版塊包括不同項目曾經發生過的運動傷害事故類別、不同類別運動傷害事故的各種致因及相對應的安全防范措施；運動傷害事故應急預案版塊包括不同種類和性質的運動傷害事故應急組織、應急指揮、應急控制、應急協調及應急處理等多個部分；學生體育運動檔案版塊包括學生的運動傷病歷史、先天或后天患得的某些疾病、學生的體質情況和體質測試成績等。

3.2 運動負荷量度監控系統的設計與實現

在智能體育安全儀中選用STM32L單片機作為其監控運動負荷量度系統中的核心控制器，同時搭配先進的遙感心率監測系統，與智能體育安全儀的云空間和外顯示器相連接。使學生在體育課堂學習和課下體育鍛煉中，通過監測佩戴者在運動過程中心率的變化實現對其運動負荷的實時監控，對監測到的實時心率數據傳輸到云空間系統中，系統按照預定的算法對其實時運動負荷進行統計分析的同時并及時反饋給佩戴者，通過監控佩戴者在運動中的心率變化反饋進行負荷量度的評定。若運動負荷量度超出其身體所能承受的最大負荷量度時，智能體育安全儀會通過語音和振動的形式進行預警提示，迫使其停止運動并做放松練習；若負荷量度沒有達到相應的負荷水平時提示其可以繼續運動。進而幫助佩戴者實時監控其在運動過程中的負荷水平，及時發現運動風險，適時調整運動負荷量度。

3.3 運動過程中視頻信息的實時儲存系統的設計與實現

學生在運動過程中的視頻信息作為在運動傷害事故發生后有效解決和避免糾紛的證據鏈和促進師生進行課堂反思的重要信息載體，是通過智能體育安全儀中的實時錄像版塊媒介實現的，同時也是本設計中的又一核心亮點功能。在智能體育安全儀中配備高清攝像頭和多個芯片，通過視頻攝像頭收集到的學生在運動過程中的視頻信息以RN6318芯片為媒介進行自動轉換，然后再傳輸到Hi520D芯片中進行數據處理，將處理后的視頻信息自行存入到云空間中的數據錄像儲存系統中。在解決學校體育運動傷害事故糾紛亦或師生進行課堂反思時，通過連接相應的顯示器進行視頻輸出，同時再搭配相應的播放器完成師生在運動過程中的視頻信息回放。

4 結論

以人工智能為代表的智能科技為人類社會的發展帶來了新的機遇和新的階段，伴隨著全球化的互聯互通，日益智能的機器產品及其應用正以超乎想象的速度刷新我們對世界的理解，越來越多的人工智能設備進入到我們的學習和生活中。在學校體育運動傷害事故頻發的今天，對于傷害事故的解決我們可以結合人工智能技術，在運動前對師生進行智能安全教育、建立與現實同步的學生體育運動檔案；運動中監測運動負荷量度、提供體育運動傷害事故應急預案及實時錄像；通過課堂回放建立鏡面式教學理念，促使師生進行課堂反思，分別從運動前和運動中避免或消除運動傷害事故發生的可能，同時也為運動傷害事故發生后相關部門解決事故糾紛提供參考依據。還教師初心、家長放心、學生開心的學校體育之本貌，或許可以成為我們在解決學校體育運動傷害事故中“眾里尋他千百度”的那一“驀然回首”。