人工智能賦能學校體育教學的價值、困境與對策

高明光 付欣欣 徐青玲

（江西師范高等?？茖W校 江西 鷹潭 335000）

近年來，我國教育領域的人工智能應用發(fā)展迅速，為人工智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了豐富的場景和創(chuàng)新舞臺。人工智能賦能學科教育是時代發(fā)展過程中的必然趨勢，是不同學科謀求發(fā)展的一致訴求，也將為我國學校體育的轉(zhuǎn)型發(fā)展提供強大助力。人工智能將廣泛滲透到學校體育、全民健身、競技體育以及體育產(chǎn)業(yè)等各個方面。2018年4月，教育部印發(fā)了《教育信息化2.0行動計劃》，明確指出人工智能、大數(shù)據(jù)等技術迅猛發(fā)展，將深刻改變?nèi)瞬判枨蠛徒逃螒B(tài)。人工智能＋教育首次在國家層面提及。2019年，李克強總理在政府工作報告中將人工智能升級為“智能+”。2020年7月，中央網(wǎng)信辦等五部門印發(fā)了 《國家新一代人工智能標準體系建設指南》，并率先在養(yǎng)老、環(huán)保、教育、醫(yī)療健康等重點行業(yè)和領域進行推進。人工智能連續(xù)多年出現(xiàn)在政府文件和工作報告中，反映出人工智能對我國社會發(fā)展的戰(zhàn)略意義與重要價值。因此，推動人工智能與學校體育教育的融合發(fā)展，既是“素質(zhì)教育”、“健康中國”、“體育強國”等國家戰(zhàn)略的重要抓手，也必將成為學校教育現(xiàn)代化的重要體現(xiàn)。在此時代背景下，本文著重探討人工智能賦能學校體育教學所帶來的價值與所遇困境，針對困境進行對策研究，以期加速推進人工智能走向?qū)W校體育教學。

1、人工智能賦能學校體育教學的價值探究

數(shù)據(jù)顯示，2019年我國青少年體質(zhì)健康達標優(yōu)良率為23.8%，2020年青少年肥胖率近20%、青少年近視率達52.7%。在形勢如此嚴峻的情況下，如何有效促進青少年體質(zhì)的健康發(fā)展是新時代下的重要課題，備受社會關注。學校體育是培養(yǎng)學生體育技能，增強學生體質(zhì)健康的重要場所，政府和人民都希望學校體育能打破此種下滑趨勢，讓學生的身體真正強起來。人工智能賦能學校體育教學的核心價值是利用當今時代最前沿的革新技術，推動我國學校體育教學的改革與發(fā)展，破解傳統(tǒng)體育教學過程中存在的問題，進而達到提高學生健康體質(zhì)的目的。

1.1、提升學生運動表現(xiàn)，預防運動傷害事故

智能可穿戴設備可用來獲取學生的跑速、距離、心率等運動數(shù)據(jù)，大量運動數(shù)據(jù)通過云和人工智能算法等技術可及時將分析后的數(shù)據(jù)反饋給教師和學生，助力教師全方位掌握學生的運動狀況、幫助學生更清楚地了解自己的運動表現(xiàn)。Under Armor的鞋配有感應裝置，能收集運動者的速度、頻率、距離，分析肌肉負荷狀態(tài)，并能即時反饋運動負荷量。這些智能可穿戴設備面向的客戶群體較為廣泛，不僅向競技體育領域提供尖端設備，也向市場提供親民的高性價比產(chǎn)品，產(chǎn)品的適配終端產(chǎn)品則是大眾化的智能手機和電腦等產(chǎn)品，但卻能提供穩(wěn)定且可靠的數(shù)據(jù)收集、計算及分析服務。這些智能產(chǎn)品運用在學校體育教學中，將起到幫助學生提升運動表現(xiàn)，預防運動傷害事故等作用。

1.2、助力教師科學化與針對性教學

智能可穿戴產(chǎn)品、視頻識別以及姿勢識別等技術運用在體育教學中，可產(chǎn)生海量的學生學練大數(shù)據(jù)，所產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)結(jié)合深度學習等人工智能算法可使傳統(tǒng)體育課堂中的定性信息定量化，相比傳統(tǒng)體育教學而言，在人工智能技術賦能加持下的體育教學過程，則更具科學性、針對性和高效性。海量學習與鍛煉的體育數(shù)據(jù)，通過智能算法與體育大數(shù)據(jù)庫進行比對分析，能得到每一個學生的學練數(shù)據(jù)分析結(jié)果，這將為教師提供更科學、更有針對性的教學依據(jù)，從而為學生提供科學化和針對性的課堂體育教學。

1.3、提高學生學練效率和質(zhì)量

運動視覺、圖像識別、姿勢識別等技術可以采集學生多方面的學練數(shù)據(jù)，并可同步至云端通過人工智能算法與標準體育動作數(shù)據(jù)庫進行比對分析，最終通過可視化方式將學生的學練效果反饋給教師和學生。教師可通過反饋信息科學調(diào)整教學方法，學生通過反饋結(jié)果可清楚地感知自身動作與標準動作的差別，更易理解所學動作，改進學習。在人工智能技術的賦能下，可有效提高學生的學練效率和學習質(zhì)量。

1.4、智能評判學生動作的科學性與規(guī)范性

計算機視覺技術結(jié)合人工智能算法，通過與標準動作數(shù)據(jù)庫比對，可智能評判學生動作的科學性和規(guī)范性。計算機視覺技術通過在時域上追蹤某些關鍵點以標記人體動作，并輸出為數(shù)學方式以描述運動的過程，這對于體育教學具有重要意義。計算機視覺通過錄像對運動關鍵點進行記錄、追蹤和計算，并通過人工智能算法對動作進行自動識別，有效改善了傳統(tǒng)動作識別技術的不足之處。隨著技術的不斷迭代，運動視覺技術也從最初的僅能單人捕捉發(fā)展到目前的可多人識別，技術在不斷的走向完善。計算機視覺技術應用于體育教學中，能智能評判學生動作的科學性與規(guī)范性，推動學校體育教學向現(xiàn)代化和智能化方向發(fā)展。

2、人工智能賦能學校體育教學的困境

2.1、我國體育大數(shù)據(jù)尚未真正形成

大數(shù)據(jù)是相對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)而言的，其大小已經(jīng)超出傳統(tǒng)意義上的尺度，一般的軟件工具難以捕捉、存儲、管理和分析的數(shù)據(jù)。近年來，我國體育大數(shù)據(jù)建設發(fā)展迅速，已初具規(guī)模，但總體上處于初步階段，發(fā)展過程中還存在諸多問題，如，數(shù)據(jù)的采集人群和運動類型不全面；數(shù)據(jù)采集基本停留在步數(shù)、距離、心率等單一類型層面；對人體運動生理數(shù)據(jù)的采集和挖掘較為欠缺等問題。各類體育數(shù)據(jù)服務商各有自己的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，沒有達成數(shù)據(jù)互通與共享的系統(tǒng)平臺，目前已形成了諸多分散的數(shù)據(jù)孤島。由于開發(fā)主體眾多，難以協(xié)調(diào)利益分配、數(shù)據(jù)權(quán)利等問題，數(shù)據(jù)互通與共享平臺的開發(fā)進展緩慢，以至于我國到迄今為止依然沒有建成真正意義上的體育大數(shù)據(jù)庫。

2.2、人工智能技術有待改進與升級

目前，人工智能處于初步發(fā)展階段，屬弱人工智能階段，機器沒有自主思考與分析的能力。如果不向其輸入大量背景知識，數(shù)據(jù)在采集、處理和分析過程中將出現(xiàn)分析偏差和計算不準確等問題。另外，需要通過技術升級和完善，解決民眾所擔心的人工智能應用所帶來的負面問題如信息安全、算法歧視和隱私保護等問題，周鴻祎在第2屆世界智能大會上指出，360人工智能安全團隊對目前最流行的人工智能深度學習框架進行了研究，發(fā)現(xiàn)了幾十個開源系統(tǒng)的安全漏洞。因此，人工智能技術需不斷迭代、完善與改進。

2.3、相關支持和保障體系有待發(fā)展與健全

人工智能發(fā)揮作用的前提是擁有大量且有效的運動數(shù)據(jù)。目前，無論是學校體育領域，還是在競技體育和大眾體育領域中，數(shù)據(jù)在采集、傳輸、分析、應用等諸多環(huán)節(jié)，均沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準規(guī)范，且?guī)缀醪粚ν夤_。標準化數(shù)據(jù)的缺失，制約了人工智能賦能體育教學的進程，阻礙了體育人工智能的良性成長。人才是科技發(fā)展的基礎，在體育人工智能人才培養(yǎng)方面，我國仍處于起步階段，“體育+人工智能”復合型人才缺口巨大，而美國在上世紀90年代就已經(jīng)初步建立了本國人工智能人才培養(yǎng)體系。人才是人工智能競爭的關鍵，我國高等院校、科研院所作為人才輸出基地，存在對體育人工智能相關專業(yè)設置不足、人才培養(yǎng)體系還不夠成熟等問題。

2.4、教師對人工智能的認同度和接受度低

相比于其它教育學科，體育學科信息化基礎建設相對較弱，教師缺乏信息化和智能化體育教學的概念。因此，多數(shù)體育教師對人工智能的認同度和接受度低。體育教師是學校體育教學過程的主體，他們的意識和觀念直接影響了人工智能設備在體育教學中的應用情況，決定了人工智能與學校體育教學的最終融合效果。因此，體育教師對人工智能持有的消極態(tài)度，成為了人工智能與學校體育教學深度融合的阻礙之一。

3、人工智能賦能學校體育教學的策略

3.1、給與人工智能賦能學校體育教學的政策支持

目前，我國人工智能賦能學校體育教學正處于起步階段，需要政策的強有力引領和支持，規(guī)范行業(yè)發(fā)展初期相對雜亂的低等級應用，全局引領學校體育人工智能的發(fā)展。政府部門應制定切實可行的支持政策，并嚴格貫徹落實。支持有發(fā)展?jié)摿Φ娜斯ぶ悄芷髽I(yè)，并引導建立人工智能體育實驗基地，鼓勵并扶持基礎性和應用性研究，為人工智能賦能學校體育創(chuàng)建發(fā)展平臺。

3.2、整合社會資源，加速推動體育＋人工智能復合型人才的培養(yǎng)

人工智能是否能較好的與體育教學相結(jié)合，關鍵點在于專業(yè)性人才和人才的儲備情況，“體育+人工智能”復合型專業(yè)人才的專業(yè)建設情況和培養(yǎng)力度決定了人才產(chǎn)出和儲備情況。政府、高校和企業(yè)在“體育+人工智能”復合型人才的培養(yǎng)中具有重要作用。政府應該從政策指導和資金支持兩個方面提供保障，高校作為人工智能技術創(chuàng)新和應用實踐的平臺，要挖掘自身優(yōu)勢體育項目與人工智能研發(fā)相結(jié)合，積極探索體育人工智能專業(yè)的建設，培養(yǎng)不僅具有體育學科類專業(yè)知識，還必須具備計算機科學等相關學科背景知識的復合型人才。高校與企業(yè)應加強合作，給學生創(chuàng)造適合的學習與實習環(huán)境，并使學習與實習高效對接。企業(yè)應擔負起自身社會責任，積極為高校學生提供相關課程培訓和實踐研究平臺，為高校體育人工智能復合型人才的培養(yǎng)提供意見和指導。

3.3、組織開展相關培訓，提升體育教師及管理者的應用意識和信息素養(yǎng)

體育教師在教學以及訓練過程中，累積了較多亟待解決的問題，這正是人工智能賦能體育教學和訓練的實際需求和創(chuàng)新動力，由于忙于授課、職稱晉升和教學評比檢查等，體育教師及管理者對人工智能了解較少。因此，相關部門需積極開展人工智能系列培訓，讓體育教師和管理者切實認識到人工智能賦能體育教學的意義。對于管理者而言，參加系列培訓為他們制定相關政策，進行資源配置與整合等提供了知識儲備和參考依據(jù)。另外，應大力發(fā)展校企合作，為人工智能企業(yè)提供產(chǎn)品研發(fā)的需求信息，促進人工智能與學校體育教學的深度融合。