人工智能在高校體育教學改革中的應用— 以西安電子科技大學為例

文 / 曹峰，向茂娟，王志強，李 東斌

2021年8月，國家委員會發布《全民健身計劃(2021-2025)》，指出“促進數據賦能智能體育等”，明確提出：“鼓勵互聯網、區塊鏈、物聯網、虛擬現實、人工智能等技術在體育運動方面的創新應用”。 不斷發展的信息技術正在解構傳統的教育模式，并重新改造體育教育，讓人工智能融入體育教學[1]王天波,張蘭春,孫煒,等.淺談人工智能在車輛工程本科教學改革中的應用[J].江蘇理工學院學報,2020(6).。在“十四五”開局之年，促進現代信息技術與教育教學的深度融合，提高課堂教學質量，已成為人工智能時代高等教育體育教育與改革的發展方向。

1 人工智能發展現狀及在教學中的運用

人工智能(AI)的定義來源于1956年美國的達特茅斯學院會議。到目前為止，新一代人工智能已經過了三個主要發展階段。第一階段是人類計算智慧的初創發展階段，但由于受到機器學習、自然語言、計算機科學技術發展的不成熟的因素，進展速度較慢；下一代人工智能的發展直至20世紀80時代才到達第二階段。隨著專家機制和人工神經網絡技術的發展，新一代人工智能已步入感知智能階段，即第三個發展階段；在21世紀，人工智能已被廣泛應用于教育、治療、研究、生活和健康等諸多領域，直接導致以上領域的革命性變化[2]王雙明.大數據視閾下高職院校智慧體育教育創新研究[J].電腦知識與技術,2022年,18(3).。

表1 人工智能教育應用場景分類

1.2 人工智能在體育教學領域的應用

人工智能在教育界的運用，致力于研究、發展和評價有助于教師改善學生學習方式，并進行教學優化的計算機軟件[3]王相飛,王真真,延怡冉.人工智能應用與體育傳播變革[J].上海體育學院學報. 2021,45(02).。目前，人工智能在教育界中的應用主要可分成以下四種：教育者的教學情景和管理場景，被教育者的教學情景和考試場景，其應用分為智慧教學系統、教育機器人、智慧語音教育、評估、照片編輯、網絡問答、建模仿真、游戲化平臺、綜合智能評估體系等。“人工智能+體育”這一理念已經深入到體育很多領域，但是主要是應用于國內外各大型國際賽事，大范圍應用于高校校園體育競賽這種大眾性的學生賽事和體育教學卻比較罕見。人工智能和運動教學的融合，最大的意義就是設計智能體育運動，智能體育是指利用大數據分析、人工智能等技術，整合知識、醫療健康、戶外運動等資源委托給競技體育、體育產業、全民健身等先進生態圈的構建。近年來，國際學術界對智能運動的研究主要集中在三個方面：第一方面，大數據采集、清洗和分析，機器學習、活動識別和智能可穿戴設備等智能運動算法的優化和設備改進；第二方面，活動量測量、血壓和心率的力學分析等操作是智能體育在運動測量和健康監測方面的應用[4]戈俊.人工智能與大數據在體育中的應用研究[J].體育科技. 2020,41(02).；第三方面，智能體育可以預防和控制接觸性疾病，如身體功能退化、肥胖和超重、缺乏體育活動。中國對智能體育的研究還處于起步階段，新興信息技術在體育領域的應用還在不斷完善。[5]費一鳴.基于人工智能技術的大數據分析方法研究進展[J].電腦知識與技術.2022年,18(3).

2 高校體育課程存在的問題

2.1 體育教學模式陳舊

首先，舊的體育教學模式表現在教師固定的教學方法上，以教師為中心的授課方式主要以教師告訴學生聽為主，體育技術動作作為一種肌肉記憶，難以將理論轉化為實踐，限制了學生的主觀能動性和自我探索能力；其次，陳舊的教學方法反映在體育教師繼續采用舊的教材，人類對運動的理解是不斷深化與演變的，舊教材中的一些知識已經過時，案例等與現代社會相差甚遠，難以引起學生學習興趣；第三，舊的體育教學模式表現為單一的考核方式，傳統的考核方式難以做到以學生個性發展為中心，無法做到個性化教學；第四，大班體育教學的舊模式，即“大班教學”，表現為難以發展學生的長處，無法實現精細化教學[6]李雅婷.淺談大數據時代背景下AI人工智能發展與展望[J].中國管理信息化. 2019,22(24).。

2.2 理論實踐結合不足

理論和實踐的不良結合表現為理論大于實踐，教師在課堂上只注重口頭教學，不注意講解體育項目的專業理論，教師主要利用學生的身體形態和管理基本動作來實現教學目標，項目講解的深度不夠。理論和實踐結合不良會出現理論難，實踐易的情況。教師主要在理論層面給學生講解，但實踐訓練不足，學生體育活動主要集中在體育課，課外體育鍛煉不足。導致學生既沒有學到深厚的理論知識，也沒有良好的體育習慣。

2.3 教學內容不夠豐富

通常情況下，體育教師在課堂教學活動中普遍以講授基本動作為主，以達到幫助學生掌握基本運動技能的教學目標，對體育項目中使用的戰術和心理層面的教學較少，導致體育課程缺乏與體育運動有關的歷史文化底蘊與精神內核，學生在體育課程主要以身體活動、運動技能學習為主，對學生的體育精神和體育素養培養不足，導致大學生普遍對運動理論、發展史、項目文化認知不足。現階段，高校體育部門不僅應重視學生體質提升和體育興趣培養，還應重視大學生體育精神的培養，為學生提供體育健康服務，培養學生成為體魄強健的人才。

3 人工智能在高校體育教學改革應用探析

在“智能+”時代背景下，網絡、大數據、云計算等新技術與現代教育技術結合日益緊密。針對傳統體育課程信息化水平不足、課程內容單一、理論與實踐結合不足等問題，西安電子科技大學依托學校電子信息專業學科優勢，以“人工智能+體育”為切入點，根據運動項目特點和學生選課情況，選取籃球(約1906人)、網球(約1008人)、中華傳統武術(約450人)3個項目作為試點項目，隨后全項覆蓋(約10931人)。對體育俱樂部全員參賽校園體育競賽體系進行系統設計與實踐論證，以大學生全員參賽為目標，實現體育課程課內外一體化。高校體育部門可通過學習分析技術、虛擬現實技術、認知圖譜等現代信息技術，建立了智能化的體育課程教育綜合評估與考核系統，全方位考核學習者體質健康狀況和運動參與情況。

表2 試點項目簡介

圖1 試點項目網球決賽現場

圖2 西電全員參賽信息化試點項目閉幕式及試點項目反饋會

3.1 自動生成鍛煉監測和運動處方

智能測評系統和智慧教育平臺銜接，可實現資源共享與相互利用。測評系統通過智能教育平臺接收學習者的相關數據，如體育課程教學視頻、運動軌跡和里程、體質健康狀況等，并使用數據分析技術對學習者學習記錄、鍛煉記錄和體質健康狀況進行實時監測和智能化運動指導，并通過利用真實案例和實時測評，為學生出具運動處方和鍛煉建議，促使學習者準確檢測自身的身體健康狀況，通過有針對性的進行體育鍛煉，促進體質健康目標的實現。

3.2 實時跟蹤學生體育鍛煉進度并及時反饋

在進行身體智能評價體系測評后，系統可自動糾正學生學習進度并形成健康報告，對學生身體健康狀況進行及時監測和鍛煉指導。系統還可將體育課程教學內容和技能考核要點進行線上分析，通過在線視頻為學生進行線上體育輔導和體育鍛煉指導，實時跟蹤學生體育鍛煉進度和身體健康狀況，并將學員個人的體育鍛煉目標錄入體質監測系統，通過實時跟蹤和及時反饋，對學生體育鍛煉達成度進行量化，督促學生進行體育鍛煉，系統還能夠自動形成對學員個人的綜合復習報告，并據此指導學生實時調整學習內容和方法，提高教學效果[7]郭艷花，趙琳.多平臺嵌合在大學體育教學中的實踐應用— 評《現代高校體育教學改革與信息化發展研究》[J].中國高校科技. 2022(04).。

3.3 豐富體育課程考核內容與形式

體育運動教學體系均要求學生全面掌握運動實際能力，而智能測試體系通過運用虛擬現實技術強化對學生運動實際能力的考核，克服傳統體育課程考核體系重理論、輕實踐的問題。通過配置專門的虛擬仿真現實軟件系統，模擬出類似于現實環境的三維虛擬環境，并為核心教學內容生成實際訓練項目和考評單元。比如，針對“網球正手擊球”考核，系統通過創建按人體部位動態排序的訓練模型，在虛擬環境中提供實際的運動慢動作展示，在訓練與考評中加強學員的運動實踐能力。另外，由于傳統的書面測試只是以照片的形式呈現考核內容，無法清晰地表現運動細節，綜合智能評估體系通過引入在線評估方法，提出圖像、三維立體結構圖、動畫、視頻等考核形式，進一步提升學生對運動技能的掌握[8]鐘成.立德樹人視閾下的高校高校體育教學改革的策略分析[J].科學咨詢(教育科研). 2022(04).。

4 結語

智慧教育的出現，現代信息技術使大數據與體育教育的融合成為現實，將人工智能融入高校體育教學，有助于培養學生的運動興趣，還可發展學生性格和意志，激發學生體育鍛煉的積極性和主動性，對于實現體育教學信息化和學校體質健康目標具有重要意義。