運動傳感網在中小學體育教學中的應用實踐和探索

文/孫 剛

黨的二十大提出了要建設教育強國、體育強國、科技強國。學校體育領域如何和科技相結合？首都體育學院近年來著力發展融合創新，在中小學體育教學應用中做了有價值的實踐和探索。

首都體育學院率先確立了體育人工智能作為未來科技體育的核心方向，同時將體育學、工程技術和醫學進行“體醫工”交叉融合發展，建設了運動傳感網的技術體系。運動傳感網是為揭示人體運動的變化規律，通過傳感器、物聯網和人工智能算法等技術集成的數據采集和分析的網絡解決方案，并以場景為中心解決實際問題。

近一年多來學校主持的北京市中小學日運動負荷監測項目就是典型的運動傳感網示范項目，項目的最終目標是通過量化監測日常運動負荷強度，在中小學生的體育成績中加入過程性考核。監測數據要形成有價值的計算評估結果，首先要做規劃，明確采集哪些關鍵數據可以建立分析模型。一要充分考慮到個體差異性的問題；二要精準兼顧便捷；三是數據安全和數據處理能力。中小學生日常運動的基礎信息，如心率步數等數據可以靠手環手表來進行采集。同時建設了身體數據檔案集，分為四個板塊，首先是身體形態數據，比如BMI（身體質量指數）、是否脊柱側彎等；第二是身體機能數據，包括肺活量、體脂率、肌肉含量等；第三是身體素質數據，包括力量、耐力、靈活性、平衡等；第四是運動表現數據，這就構成了個體差異化的實測數據集。學生的身體在發育期，所以這是一個連續的動態數據庫。

對于個體差異化的體育運動，因為不同學校校內體育的具體規劃和鍛煉方案是不同的，需要標準化多場景監測和評估，如何把中小學體育運動項目包括足球、籃球、武術、游泳等一系列的體育項目和運動負荷進行關聯。另外，“雙減”政策實施之后，很多學校加強了校外體育安排，對此也開發了一些標準化的青少年身體功能訓練的教學視頻庫，可以個性化匹配，也就是一個青少年版的“Keep”軟件，以便于校外體育運動也可以納入到整個評價系統中。

項目開發了一個完整的系統解決方案“首體健身（校園版）”，包含了六個板塊，其中有身體數據檔案集，有云系統服務和調度中心，以及為家長和中小學教師提供簡單易用的小程序和管理軟件服務。另外也用到了便攜穿戴裝備以及針對專項體育運動表現關鍵指標的采集系統，還有基于學生用眼疲勞和動作識別的智能監測系統。最后，還有身體功能訓練為核心的科學鍛煉指導庫和知識庫。

在身體數據檔案建設的過程中，用到了一系列智能監測裝備，有些是服務專業運動員常用的。另外，中小學身體功能訓練和身體功能評估也是近幾年才興起，有必要把基于專業體育的經驗和模式引入到中小學，同時結合一些智能裝備來糾正學生的鍛煉動作，同時通過生理監測和動作監測做綜合計算，來評判是不是達標，這樣可以大大減少教師的工作量。

項目已經完成了第一階段試點，服務了19所學校，采集了2800萬條數據，第一階段使用了4G版智能手表，不需要教師和家長做任何數據同步工作，只需要充電就可以。在第二階段正在推進，學校從19所增加到了30所，4G手表也換成了基站版的低功耗藍牙手環，它會自動連接校內的藍牙基站，學生進到藍牙基站區，數據就會自動傳輸到藍牙基站，與藍牙基站失聯的時候，數據就會存儲在本地，是一種無感的數據通訊。

針對第一階段試點學校700個學生的數據分析，發現超重和肥胖比例還是比較高的，應對這部分體質偏弱的學生群體重點關注。通過實測數據比較，當一個BMI正常的學生按照學校體育計劃達到預期的中高強度負荷時，另一個偏胖學生的運動負荷數據在體育課和大課間沒有太大變化，這說明他的體育活動的執行效果不佳，需要體育教師重點關注和設計合理的運動處方。數據追蹤顯示，這些肥胖的學生在其他時間段運動意愿也不是很強，所以造成肥胖的原因也和日常運動消耗不足有很大的關系。同時，通過針對肥胖學生的不同運動項目如跳繩和2000米跑等的數據分析發現，在被動的有氧運動過程中，有心率激增的情況，如經常出現要特別關注，甚至需要做一些運動風險的篩查。

最后是這個項目實踐中的問題思考和一些探索。第一，基于個體差異化的運動負荷達標標準需要大量的樣本和完整性的數據做分析，不同年齡的中小學生公認的和科學化的標準并不成熟，需要成立專門的專家組，除了高校教師，教科院的研究員以及一線體育教師都是非常重要的，需要不斷完善這個科學評價標準，并形成可執行的落地方案。第二，項目到底是為課題服務，還是真正為學生的體質健康服務。目前課題經費是來自于財政的支持，但是要想持續的發展，就需要相關職能部門領導重視以及形成長期性、前瞻性的規劃，分階段、分步驟做好體育教育科學化發展的目標設計，這樣才能讓中小學體育發揮應有的作用，真正提升青少年體質健康水平，形成終身運動的好習慣。