基于計(jì)算體育學(xué)的體育教育新模式探索與實(shí)踐

摘要：在科技引領(lǐng)時(shí)代發(fā)展的前提下，體育教育高質(zhì)量發(fā)展離不開(kāi)智能技術(shù)的支持。該研究通過(guò)深入探究智慧體育模式構(gòu)建的內(nèi)在邏輯，基于計(jì)算體育學(xué)理論尋求高效的體育教育創(chuàng)新發(fā)展模式，明確智慧體育模式的構(gòu)建思路和時(shí)代價(jià)值。研究認(rèn)為，當(dāng)前構(gòu)建智慧體育模式的基本條件已然具備，這種新模式將通過(guò)計(jì)算體育學(xué)和智慧體育應(yīng)用模式，持續(xù)推動(dòng)體育教育高質(zhì)量發(fā)展，促進(jìn)青少年主動(dòng)健康意識(shí)和能力，養(yǎng)成體育運(yùn)動(dòng)的習(xí)慣和技能，解決“小胖墩”“小綿羊”、脊柱側(cè)彎等青少年身心健康突出問(wèn)題。通過(guò)厘清構(gòu)建智慧體育模式的邏輯重點(diǎn)和運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)理，設(shè)計(jì)出以學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)字檔案、學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)字畫像、學(xué)生身心成長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)處方、學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)字資源和基于開(kāi)放系統(tǒng)融合的智慧空間五大功能為核心的智慧體育技術(shù)框架，并通過(guò)區(qū)域智慧體育實(shí)踐探索進(jìn)行系統(tǒng)解析，為打造現(xiàn)代化體育綜合應(yīng)用范式提供路徑借鑒。

關(guān)鍵詞：體育教育；計(jì)算體育學(xué)；智慧體育

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

* 本文系科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“青少年體育學(xué)習(xí)智能分析與個(gè)性化處方智能推薦技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2023YFC3305804）研究成果。

進(jìn)入智能時(shí)代，中國(guó)和西方的體育科學(xué)處在新的同一起跑線上，誰(shuí)能更好地抓住并利用好當(dāng)前的新思想、新方法、新技術(shù)，誰(shuí)就能引領(lǐng)未來(lái)體育科學(xué)的發(fā)展方向。在國(guó)家科技部“青少年跨場(chǎng)域體育活動(dòng)促進(jìn)身心成長(zhǎng)的研究與應(yīng)用示范”重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)資金資助下，本研究嘗試提出計(jì)算體育學(xué)，并基于此建立青少年身心成長(zhǎng)促進(jìn)智能支持的技術(shù)框架，探索大規(guī)模智慧體育應(yīng)用模式，以期為各級(jí)各類學(xué)校和專業(yè)人員指導(dǎo)青少年開(kāi)展科學(xué)健身提供支持，踐行健康中國(guó)行動(dòng)，貫徹落實(shí)體育強(qiáng)國(guó)和教育強(qiáng)國(guó)深度融合。

一、計(jì)算體育學(xué)的理論釋義

本部分將剖析傳統(tǒng)體育教育在發(fā)展過(guò)程中所面臨的困境，揭示其在適應(yīng)社會(huì)發(fā)展中的局限與不足，隨后聚焦國(guó)家政策與智能技術(shù)，探索體育智慧化轉(zhuǎn)型契機(jī)。一方面，國(guó)家政策在體育教育領(lǐng)域發(fā)揮著引領(lǐng)和推動(dòng)作用，為計(jì)算體育學(xué)的興起提供了有力支撐；另一方面，智能技術(shù)的快速發(fā)展為體育教育的智慧化轉(zhuǎn)型注入了強(qiáng)大動(dòng)力，為計(jì)算體育學(xué)的發(fā)展提供了無(wú)限可能。

（一）體育教育的發(fā)展困境與突破

體育是社會(huì)發(fā)展和人類進(jìn)步的重要標(biāo)志，是綜合國(guó)力和國(guó)家軟實(shí)力的重要體現(xiàn)。學(xué)校的體育教育是培養(yǎng)青少年運(yùn)動(dòng)習(xí)慣、增強(qiáng)身體素質(zhì)的主陣地，承擔(dān)著提高國(guó)民體質(zhì)健康水平和國(guó)民素質(zhì)的重要職責(zé)，但是體育教育低效問(wèn)題依然突出。一是，日益嚴(yán)重的青少年身心健康問(wèn)題映射出體育教育效能不足。近視、脊柱側(cè)彎、肥胖、肌無(wú)力、心理危機(jī)等問(wèn)題長(zhǎng)期威脅著青少年健康成長(zhǎng)，且有越來(lái)越嚴(yán)重的發(fā)展趨勢(shì)。這與當(dāng)前學(xué)校教育普遍存在的開(kāi)不足、開(kāi)不齊、開(kāi)不好體育課以及每天鍛煉1小時(shí)難以有效落實(shí)存在直接聯(lián)系。二是，體育教學(xué)過(guò)度重視教什么、怎么教、怎么評(píng)等傳統(tǒng)教學(xué)問(wèn)題，對(duì)學(xué)生情感、態(tài)度、人格發(fā)展等真實(shí)需求關(guān)注少，難以培養(yǎng)學(xué)生體育運(yùn)動(dòng)興趣和習(xí)慣。通常，學(xué)生能夠掌握體育知識(shí)和一定的技能，但鍛煉習(xí)慣、運(yùn)動(dòng)興趣、體育素養(yǎng)卻未能習(xí)得，導(dǎo)致“學(xué)生喜歡體育卻不喜歡體育課”，身心健康水平未能通過(guò)體育得到有效提升。三是，體育教學(xué)從主觀出發(fā)，忽略學(xué)生個(gè)體差異，從教學(xué)目標(biāo)到教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法，再到教學(xué)評(píng)價(jià)都“一刀切”，忽略了學(xué)生在學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)風(fēng)格、體質(zhì)基礎(chǔ)、性格特征等方面的千差萬(wàn)別。且以教師為中心依然是主流，體育動(dòng)作講解與示范占據(jù)體育課大量時(shí)間，而受限于課程時(shí)長(zhǎng)，學(xué)生難以內(nèi)化體育知識(shí)與技能，更難以提高技能、培養(yǎng)運(yùn)動(dòng)素養(yǎng)。四是，傳統(tǒng)體育的技術(shù)含量日漸落后，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、態(tài)勢(shì)感知、人工智能大模型、數(shù)字畫像、精準(zhǔn)訓(xùn)練、激勵(lì)獎(jiǎng)賞機(jī)制、個(gè)性體育管理系統(tǒng)等，都方興未艾，新技術(shù)的全面賦能亟待促進(jìn)體育科學(xué)研究和體育實(shí)踐的升級(jí)迭代。

經(jīng)過(guò)新世紀(jì)初10年的探索實(shí)踐，我國(guó)教育事業(yè)進(jìn)入了以深化綜合改革和質(zhì)量提升為核心的新時(shí)期[1]。國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)了一系列相關(guān)政策?！蛾P(guān)于深化體教融合促進(jìn)青少年健康發(fā)展的意見(jiàn)》《關(guān)于全面加強(qiáng)和改進(jìn)新時(shí)代學(xué)校體育工作的意見(jiàn)》等政策文件的出臺(tái)，為學(xué)校體育教育的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支撐和明確的發(fā)展方向。同時(shí)，隨著科技的快速發(fā)展，將科技與體育相結(jié)合已成為推動(dòng)體育事業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。政策文件中對(duì)于學(xué)校體育教育的發(fā)展要求，也為“科技+體育”的融合提供了切入點(diǎn)與廣闊空間。

（二）智能技術(shù)賦能：體育智慧化轉(zhuǎn)型的新契機(jī)

隨著各類技術(shù)不斷改造體育運(yùn)動(dòng)方式和體育教學(xué)，特別是可穿戴技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、態(tài)勢(shì)感知技術(shù)和通用人工智能技術(shù)廣泛影響體育，科技的力量正以前所未有的方式滲透到競(jìng)技體育、大眾健身、學(xué)校體育以及體育產(chǎn)業(yè)等各個(gè)體育領(lǐng)域，為體育教育的智慧化改造提供了嶄新的機(jī)遇。

第一，大數(shù)據(jù)技術(shù)促進(jìn)體育訓(xùn)練精準(zhǔn)化、個(gè)性化。大數(shù)據(jù)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員體能訓(xùn)練，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練質(zhì)量和競(jìng)技狀態(tài)，對(duì)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。例如，足球比賽實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)員的跑動(dòng)距離、跑動(dòng)速度、沖刺距離、沖刺次數(shù)和心率等數(shù)據(jù)，針對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，幫助教練制定更有效的訓(xùn)練策略；在“國(guó)家乒乓球隊(duì)大數(shù)據(jù)采集分析及平臺(tái)建設(shè)”的項(xiàng)目研究中，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析對(duì)手運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)特征，制定針對(duì)性的訓(xùn)練對(duì)策，從而在比賽中占據(jù)先機(jī)。國(guó)外關(guān)于體育大數(shù)據(jù)和人工智能的研究起步較早且已經(jīng)較為深入。眾多高科技數(shù)據(jù)采集、分析系統(tǒng)以及人工智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用有效提高了數(shù)據(jù)的應(yīng)用效率，即通過(guò)高速攝影機(jī)、可穿戴設(shè)備（傳感器、GPS、陀螺儀、VR）、紅外線等采集到的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)反饋。無(wú)論是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)還是賽后數(shù)據(jù)，都能夠被有效利用，為運(yùn)動(dòng)員和教練團(tuán)隊(duì)提供全面的信息支持。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展及其在體育教育領(lǐng)域的深入應(yīng)用，體育訓(xùn)練將更加精準(zhǔn)、個(gè)性化。

第二，人工智能技術(shù)促進(jìn)體育訓(xùn)練科學(xué)、高效。體育一直是人工智能的天然“試驗(yàn)場(chǎng)”[2]，人工智能技術(shù)正深刻改變著體育面貌。在競(jìng)技體育領(lǐng)域，智能訓(xùn)練反饋系統(tǒng)[3]、運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)分析[4]、運(yùn)動(dòng)智能裝備開(kāi)發(fā)[5]等都為運(yùn)動(dòng)員提供了更加科學(xué)、精準(zhǔn)的訓(xùn)練指導(dǎo)。人工智能還能輔助裁判，在足球、棒球以及許多奧運(yùn)會(huì)賽事中發(fā)揮智能評(píng)分作用，人類裁判的作用僅限于賽場(chǎng)上運(yùn)動(dòng)員部分行為的管理，而將具體判罰決策交予人工智能處理[6]，這種“虛擬裁判”能夠及時(shí)修正錯(cuò)誤、彌補(bǔ)人類的信息差、保持裁判的一致性、具有可預(yù)測(cè)性以及中立性等優(yōu)勢(shì)[7]。在大眾健身領(lǐng)域，人工智能在身心健康預(yù)警、體育成績(jī)預(yù)測(cè)、技術(shù)戰(zhàn)術(shù)決策輔助、運(yùn)動(dòng)動(dòng)作識(shí)別評(píng)價(jià)等方面[8]都發(fā)揮著重要作用。例如，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，預(yù)測(cè)和生成改善老年人骨密度的運(yùn)動(dòng)處方[9]；利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和攝氧量動(dòng)力學(xué)實(shí)現(xiàn)身體活動(dòng)能量消耗預(yù)測(cè)[10]；利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，自動(dòng)識(shí)別運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究中常用的人體模型關(guān)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)人體運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)捕捉[11]。在體育教育領(lǐng)域，智慧運(yùn)動(dòng)評(píng)價(jià)與智能陪練技術(shù)[12]實(shí)現(xiàn)對(duì)體育教學(xué)數(shù)據(jù)和學(xué)生在校課外鍛煉數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并據(jù)此進(jìn)行個(gè)性化鍛煉指導(dǎo)和智能陪練，分析、管理學(xué)生體質(zhì)健康狀況。

第三，可穿戴設(shè)備技術(shù)實(shí)現(xiàn)體育運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)感知。可穿戴設(shè)備是直接穿在人身上或能被整合進(jìn)衣服、配件并記錄人體數(shù)據(jù)的移動(dòng)智能設(shè)備[13]，是連接人體與智能設(shè)備的金鑰匙[14]。隨著技術(shù)不斷突破，可穿戴設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作及數(shù)據(jù)的捕捉，并加入矢量分析與張量計(jì)算豐富了設(shè)備的數(shù)據(jù)處理能力[15]，更好地滿足了人們進(jìn)行科學(xué)鍛煉和個(gè)性化定制健康服務(wù)的雙重需求[16]。目前，可穿戴技術(shù)在提升體育運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，主要涉及運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)采集[17]、運(yùn)動(dòng)員機(jī)能狀態(tài)監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)估計(jì)[18]、運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤[19]、人體動(dòng)作建模[20]等。可穿戴設(shè)備能捕捉運(yùn)動(dòng)員肢體的各種運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中也可以更加科學(xué)、高效地提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。

第四，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人與體育資源的緊密連接。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息感知、信息傳輸、普適化支撐技術(shù)以及相關(guān)應(yīng)用管理在內(nèi)的技術(shù)統(tǒng)稱[21]，被譽(yù)為信息產(chǎn)業(yè)的第三次創(chuàng)新。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別裝置、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描等，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，使所有物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，使得識(shí)別和管理更加方便[22]。中國(guó)很早就已提出了“感知中國(guó)”的物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略，并將其視為占領(lǐng)世界科技制高點(diǎn)的重大戰(zhàn)略部署之一，在各行各業(yè)大力推進(jìn)。在體育領(lǐng)域，感知體育建立了體育物聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)傳感設(shè)備和通信協(xié)議將體育因子（人、體育器材、體育場(chǎng)地、體育比賽、體育服裝、體育環(huán)境、體育競(jìng)賽等）相連，實(shí)現(xiàn)體育系統(tǒng)內(nèi)部的識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理以便進(jìn)行體育信息交流[23]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)高度互聯(lián)、智能化的體育生態(tài)系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練狀態(tài)、場(chǎng)館設(shè)施使用情況、體育教學(xué)計(jì)劃等，都可以實(shí)時(shí)地被感知、傳輸和處理，為體育精準(zhǔn)管理提供了可能。通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的生理數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)等信息的收集和分析，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠揭示每個(gè)運(yùn)動(dòng)員的獨(dú)特性，幫助教練制定更加科學(xué)、個(gè)性化的訓(xùn)練計(jì)劃。運(yùn)動(dòng)員也能通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)了解自己的訓(xùn)練狀態(tài)，調(diào)整訓(xùn)練節(jié)奏和方式，實(shí)現(xiàn)自我驅(qū)動(dòng)和自我優(yōu)化。

綜上所述，新一代信息技術(shù)正在深度嵌入體育，體育智慧化改造的技術(shù)支撐體系已經(jīng)形成。這些技術(shù)不僅為體育教育的數(shù)據(jù)收集、分析與應(yīng)用提供了強(qiáng)大的工具，更為體育教育的個(gè)性化、精準(zhǔn)化、智能化發(fā)展提供了可能。但在體育智慧化改造的過(guò)程之中，依然存在許多挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在技術(shù)應(yīng)用不成熟、復(fù)合型人才短缺、數(shù)據(jù)隱私保護(hù)問(wèn)題、產(chǎn)品形態(tài)和內(nèi)容缺乏規(guī)范統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題。究其原因，體育教育的智慧化改造，不能簡(jiǎn)單依靠直接或者間接經(jīng)驗(yàn)的匯總，也不能重復(fù)低端勞動(dòng)和大量試錯(cuò)導(dǎo)致資源的浪費(fèi)，而是要依靠規(guī)范的學(xué)科引領(lǐng)，需要體育科學(xué)研究范式協(xié)同進(jìn)化。

（三）計(jì)算體育學(xué)的提出

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，數(shù)據(jù)科學(xué)和大數(shù)據(jù)技術(shù)蓬勃發(fā)展，圖靈獎(jiǎng)獲得者格雷（Gray，J.）提出了科學(xué)研究的第四種范式——數(shù)據(jù)密集型科學(xué)范式[24]。2009 年，哈佛大學(xué)的拉澤爾（Lazer，D.）等人提出了“計(jì)算社會(huì)科學(xué)”這一嶄新學(xué)科[25]。在大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)爆發(fā)式發(fā)展的推動(dòng)下，各行各業(yè)正在經(jīng)歷著深刻的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，新一代智慧要素正全面替代農(nóng)業(yè)、工業(yè)及信息等傳統(tǒng)要素，成為引領(lǐng)智能時(shí)代變革的重要引擎，數(shù)據(jù)呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，計(jì)算無(wú)處不在。

在此背景下，計(jì)算社會(huì)科學(xué)成為社會(huì)科學(xué)發(fā)展的必然走向。計(jì)算社會(huì)科學(xué)，正在促成自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)走向融合發(fā)展，衍生出一種新型、跨學(xué)科“計(jì)算+”的研究范式。例如，在教育領(lǐng)域，隨著教、學(xué)、測(cè)、評(píng)、管以及研究等各個(gè)層面數(shù)據(jù)的沉淀與快速增長(zhǎng)，催生出計(jì)算教育學(xué)[26]；在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，信息技術(shù)與金融經(jīng)濟(jì)學(xué)等多學(xué)科交叉融合發(fā)展，形成了計(jì)算金融學(xué)……第三次科技革命正讓學(xué)科研究范式革新潛移默化地發(fā)生。

這種數(shù)據(jù)密集型科學(xué)范式的興起對(duì)體育科學(xué)發(fā)展提出了新的要求和前所未有的變革機(jī)遇。體育是一種根據(jù)人體生長(zhǎng)發(fā)育、技能形成和機(jī)能提高等規(guī)律，以身體活動(dòng)為基本手段，提高人的身體素質(zhì)和運(yùn)動(dòng)能力，改善生活方式，提高生活質(zhì)量，促進(jìn)人的全面發(fā)展的社會(huì)活動(dòng)。體育科學(xué)的核心是用科學(xué)的方法來(lái)探求體育的本質(zhì)和規(guī)律。從縱向發(fā)展來(lái)看，體育科學(xué)研究由經(jīng)驗(yàn)判斷轉(zhuǎn)向基于實(shí)證數(shù)據(jù)、從抽樣調(diào)查轉(zhuǎn)向全樣本分析、從現(xiàn)象的局部觀察轉(zhuǎn)向全景式深度解構(gòu)；從橫向融合來(lái)看，體育科學(xué)研究范式已經(jīng)出現(xiàn)了人文科學(xué)向社會(huì)科學(xué)轉(zhuǎn)向、社會(huì)科學(xué)向自然科學(xué)轉(zhuǎn)向、自然科學(xué)與人文科學(xué)交融的勢(shì)頭[27]。體育科學(xué)研究范式的轉(zhuǎn)變，正成為體育科學(xué)發(fā)展與實(shí)踐創(chuàng)新的重要加速器和助推器。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的體育科學(xué)研究范式在技術(shù)助力體育發(fā)展的浪潮中正逐漸形成學(xué)術(shù)共識(shí)，越來(lái)越多的學(xué)者希望借助這一新范式，探索人體生長(zhǎng)發(fā)育、技能形成和機(jī)能提高的本質(zhì)和規(guī)律。正是體育科學(xué)研究范式的轉(zhuǎn)換，推動(dòng)體育數(shù)據(jù)共享、多學(xué)科交叉聯(lián)合研究，并與信息技術(shù)進(jìn)一步融合發(fā)展，同時(shí)催生出學(xué)科發(fā)展的新方向——計(jì)算體育學(xué)。

計(jì)算體育學(xué)是因應(yīng)人工智能的范式革命，基于計(jì)算科學(xué)，并借鑒演化體育學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)等經(jīng)典理論，借助大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，探求人體生長(zhǎng)發(fā)育、技能形成和機(jī)能提高等體育科學(xué)規(guī)律，發(fā)展而形成的一種體育學(xué)與計(jì)算科學(xué)交叉的新型研究范式。計(jì)算體育學(xué)是體育高質(zhì)量發(fā)展的重要基石，支撐著運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)、體育教育訓(xùn)練學(xué)、體育人文社會(huì)學(xué)等體育學(xué)各分支領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。本文側(cè)重于計(jì)算體育學(xué)在體育教育領(lǐng)域的探索，嘗試構(gòu)建基于計(jì)算體育學(xué)的智慧體育新模式。

二、計(jì)算體育學(xué)驅(qū)動(dòng)的智慧體育技術(shù)框架

在計(jì)算體育學(xué)研究范式興起的背景下，“人工智能+體育”已是大勢(shì)所趨。以“智慧體育”為導(dǎo)向，囊括大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備等技術(shù)，重塑體育教育，是深化體育教育改革、引領(lǐng)體育教育學(xué)科高質(zhì)量發(fā)展、建設(shè)體育強(qiáng)國(guó)和教育強(qiáng)國(guó)的重大戰(zhàn)略先導(dǎo)。但是，體育教育領(lǐng)域資本回報(bào)周期長(zhǎng)、受眾小，且牽涉到學(xué)科教學(xué)和教育政策，因而智能技術(shù)的融入較為有限。計(jì)算體育學(xué)驅(qū)動(dòng)的智慧體育嘗試加速智能技術(shù)融入體育教育的進(jìn)程，重點(diǎn)解決不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目促進(jìn)青少年身心健康的量效機(jī)制、青少年身心健康異常的分類指征捕捉及分級(jí)、運(yùn)動(dòng)處方矯正青少年身心健康異常等重大科學(xué)問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)跨場(chǎng)域、全時(shí)段的體育活動(dòng)智能感知和青少年體育學(xué)習(xí)數(shù)字化管理，提升防范化解健康風(fēng)險(xiǎn)和心理危機(jī)能力，為青少年提供身心健康成長(zhǎng)的伴隨式智慧指導(dǎo)服務(wù)，同時(shí)對(duì)體育教學(xué)、體育鍛煉、體質(zhì)健康管理等體育教育各個(gè)維度的需求做出智能化響應(yīng)和智能化決策支持。本文結(jié)合體育教育的基本邏輯，將智慧體育的技術(shù)框架分解為數(shù)據(jù)隊(duì)列、數(shù)字畫像、運(yùn)動(dòng)處方、數(shù)字資源和智慧空間五個(gè)核心架構(gòu)。

（一）意義和價(jià)值

目前，體育教育缺乏成熟的公共服務(wù)平臺(tái)，如何基于智能技術(shù)和平臺(tái)提高體育教育成效，解決青少年身心成長(zhǎng)突出問(wèn)題，提升身心健康水平，是當(dāng)下亟待解決的重大問(wèn)題。智慧體育利用技術(shù)賦能，實(shí)現(xiàn)體育教育的智慧化轉(zhuǎn)型，有助于推動(dòng)體育教學(xué)走向個(gè)性、科學(xué)和高效，促進(jìn)體育學(xué)科研究范式重塑。

1.個(gè)性

在計(jì)算體育學(xué)驅(qū)動(dòng)的智慧體育中，“個(gè)性”得到了前所未有的凸顯和實(shí)質(zhì)性體現(xiàn)。智慧體育將超越基于主觀經(jīng)驗(yàn)的決策模式，增強(qiáng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和數(shù)字化的定量調(diào)控。每位運(yùn)動(dòng)員的身體狀況、技能水平、心理特征等都能被采集、量化，海量數(shù)據(jù)支撐科學(xué)決策，為運(yùn)動(dòng)員提供及時(shí)、個(gè)性化的反饋和支持。這意味著，體育鍛煉將因人而異、因時(shí)而進(jìn)、因勢(shì)而新。無(wú)論是初學(xué)者還是高水平的專業(yè)運(yùn)動(dòng)員，都能得到最符合自身特點(diǎn)和需求的訓(xùn)練指導(dǎo)，都能在最適合自己的路徑上實(shí)現(xiàn)最大潛能。這種智慧體育模式將運(yùn)動(dòng)員的需求、興趣和發(fā)展置于教學(xué)的核心位置，不僅關(guān)注運(yùn)動(dòng)技能和身體素質(zhì)，還關(guān)注情感和心理發(fā)展，強(qiáng)身健體的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的自信心、毅力、團(tuán)隊(duì)合作、勇于挑戰(zhàn)等體育精神，實(shí)現(xiàn)從“被動(dòng)接受”走向“主動(dòng)選擇”的個(gè)性化體育學(xué)習(xí)模式。

2.科學(xué)

智慧體育的基礎(chǔ)根植于科學(xué)理論之中，生理學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算科學(xué)等多學(xué)科規(guī)律融入體育科學(xué)，共同構(gòu)筑智慧體育的底層邏輯。在生理學(xué)方面，智慧體育能夠全面感知和分析運(yùn)動(dòng)員的生理狀態(tài)，如心率、呼吸、肌肉活動(dòng)等，為教練和運(yùn)動(dòng)員提供及時(shí)、準(zhǔn)確的反饋，根據(jù)個(gè)體差異和實(shí)時(shí)狀態(tài)調(diào)適訓(xùn)練計(jì)劃，提高訓(xùn)練效果，降低運(yùn)動(dòng)損傷。在心理學(xué)方面，智慧體育秉承身心一元、相互促進(jìn)的原則，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析運(yùn)動(dòng)員的心理狀態(tài)，如情緒、壓力、自信心等，靈活調(diào)整訓(xùn)練方式和方法，幫助運(yùn)動(dòng)員保持良好的心態(tài)，提高運(yùn)動(dòng)成效和競(jìng)技表現(xiàn)。同時(shí)，智慧體育還運(yùn)用動(dòng)機(jī)理論、認(rèn)知行為療法等心理學(xué)理論，優(yōu)化訓(xùn)練過(guò)程，以體育心，激發(fā)運(yùn)動(dòng)員的內(nèi)在動(dòng)力，提高他們的自信心和應(yīng)對(duì)壓力的能力。在計(jì)算科學(xué)方面，智慧體育能夠更加精確地預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技狀態(tài)、評(píng)估訓(xùn)練效果、發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，并為教練和運(yùn)動(dòng)員提供更加科學(xué)、個(gè)性化的訓(xùn)練建議。

3.效率

智慧體育基于一套科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立量效模型，監(jiān)測(cè)、評(píng)估、反饋運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的科學(xué)性和個(gè)性化，以保證體育運(yùn)動(dòng)和體育教學(xué)效率。量效模型為教練和運(yùn)動(dòng)員提供了精確的訓(xùn)練效果反饋。教練可以根據(jù)量效模型反饋的運(yùn)動(dòng)量、運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)類型等與運(yùn)動(dòng)成效之間的定量關(guān)系，及時(shí)調(diào)整訓(xùn)練計(jì)劃，確保運(yùn)動(dòng)員在最佳狀態(tài)下進(jìn)行訓(xùn)練。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)員也能夠通過(guò)數(shù)據(jù)了解自己的訓(xùn)練狀態(tài)，更好地調(diào)整自己的心態(tài)和訓(xùn)練策略。這種綜合性的訓(xùn)練方法，不僅能夠提高運(yùn)動(dòng)員的競(jìng)技水平，更能夠促進(jìn)他們的身心健康和全面發(fā)展。量效模型為我們提供的科學(xué)依據(jù)，使得教練和運(yùn)動(dòng)員能夠在追求效率的同時(shí)，確保訓(xùn)練的安全性和有效性。整體而言，量效模型使得體育鍛煉過(guò)程變得更加高效、精準(zhǔn)、人性化，以成效為導(dǎo)向透視運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)前所未有的效率提升。

4.科研范式的重塑

長(zhǎng)期以來(lái)，體育科學(xué)研究以經(jīng)驗(yàn)主義為主導(dǎo)，通過(guò)人的觀察、描述，總結(jié)和提煉出訓(xùn)練方法、策略和研究成果，為體育科學(xué)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。然而，隨著科技的飛速進(jìn)步和數(shù)據(jù)的爆炸式增長(zhǎng)，經(jīng)驗(yàn)主義已無(wú)法滿足現(xiàn)代體育科學(xué)的發(fā)展需求。我們不僅需要“這樣做有效”的經(jīng)驗(yàn)之談，更需要“為什么這樣做有效”的科學(xué)依據(jù)。計(jì)算體育學(xué)和智慧體育模式不再僅僅依賴人的經(jīng)驗(yàn)或直覺(jué)，而是通過(guò)收集和分析大量的數(shù)據(jù)，利用科學(xué)的算法和模型，來(lái)揭示體育和身心發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，減少了研究者主觀影響，能夠生成更加客觀、準(zhǔn)確的結(jié)論。而且，計(jì)算和建模能夠深入挖掘數(shù)據(jù)中的隱藏信息，揭示出傳統(tǒng)方法難以發(fā)現(xiàn)的規(guī)律和趨勢(shì)，為發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)和科學(xué)訓(xùn)練決策提供支持。計(jì)算體育學(xué)正在與經(jīng)驗(yàn)主義相結(jié)合，成為體育科研的發(fā)展趨勢(shì)。

（二）基于計(jì)算體育學(xué)的智慧體育技術(shù)框架

智慧體育的技術(shù)框架包含學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)字檔案、數(shù)字畫像、運(yùn)動(dòng)處方、數(shù)字資源和智慧空間五個(gè)核心系統(tǒng)，如下頁(yè)圖1所示。智慧體育遵循“家庭—學(xué)校—社會(huì)”跨場(chǎng)域協(xié)同集成服務(wù)的理念，采用“理論—技術(shù)—分析—服務(wù)—示范”的研究策略，通過(guò)構(gòu)建基于大規(guī)模多模態(tài)時(shí)序數(shù)據(jù)的學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)據(jù)隊(duì)列，探索不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目與身心成長(zhǎng)問(wèn)題的作用機(jī)制和問(wèn)題預(yù)警；基于學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)字畫像，提供“健康生活+科學(xué)運(yùn)動(dòng)+心理調(diào)適”的運(yùn)動(dòng)綜合指導(dǎo)模式和個(gè)性化運(yùn)動(dòng)綜合處方靶向適配、智能推送與自適應(yīng)調(diào)適服務(wù)，構(gòu)建全鏈條、自主可控和數(shù)實(shí)融合的一體化跨場(chǎng)域服務(wù)模式，支撐智能技術(shù)促進(jìn)學(xué)生身心成長(zhǎng)的應(yīng)用體系。

1.學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)字檔案

學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)字檔案是以數(shù)據(jù)為核心，圍繞學(xué)生身心成長(zhǎng)，綜合采集課堂內(nèi)外、正式和非正式學(xué)習(xí)環(huán)境、線下和線上學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)活動(dòng)和生活表現(xiàn)等多個(gè)視角客觀信息的數(shù)據(jù)檔案，涵蓋學(xué)生學(xué)習(xí)屬性及其從入學(xué)到畢業(yè)整個(gè)教育周期內(nèi)的體育活動(dòng)、健康數(shù)據(jù)、課程安排、個(gè)人發(fā)展等多個(gè)維度的過(guò)程性和結(jié)果性數(shù)據(jù)，記錄保存在系統(tǒng)中，構(gòu)建系統(tǒng)、完備的學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)字檔案，形成針對(duì)每一位學(xué)生的完整數(shù)據(jù)生態(tài)閉環(huán)，為制定針對(duì)性的教育策略和健康管理提供依據(jù)。學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)據(jù)隊(duì)列已經(jīng)具備良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，《國(guó)家體育鍛煉標(biāo)準(zhǔn)》《國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)》先后發(fā)布，各省市每年開(kāi)展國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)上傳國(guó)家學(xué)生體質(zhì)健康網(wǎng)。我國(guó)廣大學(xué)生的體質(zhì)健康有測(cè)試、有數(shù)據(jù)、有平臺(tái)，從某種意義上該閉環(huán)體系已經(jīng)具有智慧體育雛形。學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)字檔案通過(guò)測(cè)試和調(diào)查等多種方式獲取學(xué)生成長(zhǎng)數(shù)據(jù)（如表1所示），同時(shí)與教學(xué)、管理等平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，提高數(shù)據(jù)處理的效率，也確保了信息的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

大數(shù)據(jù)不僅追求獲得更大體量、更多樣的數(shù)據(jù)，還注重?cái)?shù)據(jù)的價(jià)值與意義及其連續(xù)性。數(shù)據(jù)隊(duì)列是打破現(xiàn)有教育數(shù)據(jù)截?cái)嗍讲蛔愕男绿剿鳎瑸橥诰驅(qū)W生成長(zhǎng)規(guī)律、關(guān)鍵事件的追蹤與溯源等提供基礎(chǔ)性的支撐。學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)字檔案正是遵循“數(shù)據(jù)隊(duì)列”這一思想，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能等最新研究與應(yīng)用成果，建立基于大規(guī)模多模態(tài)時(shí)序數(shù)據(jù)的青少年體育鍛煉與身心成長(zhǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)隊(duì)列。并按照一定標(biāo)準(zhǔn)將人群分為不同的隊(duì)列，追蹤觀察不同隊(duì)列中個(gè)體的發(fā)展變化，比較不同隊(duì)列之間的差異。使用大數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)來(lái)處理和分析青少年身心健康數(shù)據(jù)，觀察不同隊(duì)列之間在健康狀況上的差異，找出體育鍛煉相關(guān)因素對(duì)身心健康的影響機(jī)制。

2.學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)字畫像

學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)字畫像是基于全面感知的物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、圖像識(shí)別等技術(shù)，以及青少年多模態(tài)、長(zhǎng)時(shí)序的運(yùn)動(dòng)能力、生活方式、身體發(fā)育和心理健康等數(shù)字檔案，利用機(jī)器學(xué)習(xí)和高速的云計(jì)算體系，通過(guò)數(shù)據(jù)建模分析，生成全數(shù)字畫像，既包含過(guò)程性描述也包含總結(jié)性描述，既有定性描述，也有定量描述，可生成學(xué)生個(gè)體畫像和群體畫像，刻畫真實(shí)、可信的學(xué)生身心成長(zhǎng)狀況。數(shù)字畫像提供多模態(tài)、不同時(shí)間尺度的青少年身心成長(zhǎng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與反饋服務(wù)，是設(shè)計(jì)學(xué)生個(gè)性化身心成長(zhǎng)發(fā)展路徑的基礎(chǔ)，促進(jìn)體育教育從經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)。本研究基于中小學(xué)生體育育人目標(biāo)，結(jié)合國(guó)家相關(guān)政策要求，確立了可直接測(cè)量的具體指標(biāo)，初步形成中小學(xué)生體質(zhì)健康評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)，畫像由高級(jí)標(biāo)簽、模型標(biāo)簽、事實(shí)標(biāo)簽組成，如表2所示。

數(shù)字畫像是層次化的標(biāo)簽體系，呈現(xiàn)出學(xué)生身心成長(zhǎng)狀況的標(biāo)簽，首先分類，再在各類別下進(jìn)行逐層細(xì)分。上層標(biāo)簽都是抽象的標(biāo)簽集合，一般沒(méi)有實(shí)用意義，只有統(tǒng)計(jì)意義。底層標(biāo)簽用于學(xué)生體質(zhì)健康數(shù)據(jù)分析和個(gè)性化推薦，每個(gè)標(biāo)簽僅有一種含義且具有一定語(yǔ)義，便于計(jì)算和處理。基于原始數(shù)據(jù)首先構(gòu)建的是事實(shí)標(biāo)簽，事實(shí)標(biāo)簽可以從數(shù)字檔案直接獲?。ㄈ缧彰W(xué)號(hào)等），或通過(guò)簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)得到。模型標(biāo)簽采用了機(jī)器學(xué)習(xí)和自然語(yǔ)言處理等智能技術(shù)，是數(shù)字畫像發(fā)揮價(jià)值的底層驅(qū)動(dòng)力，也是標(biāo)簽體系的核心。在事實(shí)標(biāo)簽和模型標(biāo)簽基礎(chǔ)上統(tǒng)計(jì)、建模得出高級(jí)標(biāo)簽，與體質(zhì)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)緊密聯(lián)系，以人體3D模型數(shù)字圖、數(shù)據(jù)分析圖、個(gè)體情況雷達(dá)圖、正態(tài)分布雷達(dá)圖、綜合文字評(píng)價(jià)等多種形式呈現(xiàn)。

3.學(xué)生身心成長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)處方

“運(yùn)動(dòng)處方”于 1969 年被世界衛(wèi)生組織正式采用[28]，由運(yùn)動(dòng)鍛煉的目的、運(yùn)動(dòng)類型和運(yùn)動(dòng)的基本形式、運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、運(yùn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)頻率、運(yùn)動(dòng)鍛煉進(jìn)展的速度構(gòu)成[29]，運(yùn)動(dòng)方式、時(shí)間、頻率及強(qiáng)度是運(yùn)動(dòng)處方的四要素[30]。近年來(lái)，運(yùn)動(dòng)處方研究從“治已病”向“治未病”轉(zhuǎn)變[31]，以健康促進(jìn)和疾病預(yù)防為研究導(dǎo)向，取得長(zhǎng)足進(jìn)步與發(fā)展。運(yùn)動(dòng)處方可有效防治癌癥、糖尿病、骨關(guān)節(jié)炎、代謝性疾病、肩周炎和頸椎病等疾病[32]，如運(yùn)動(dòng)提高非肺癌人群心肺耐力，降低心血管疾病的發(fā)病率和預(yù)防癌癥，對(duì)癌癥患者[33]和骨質(zhì)疏松患者[34]具有重要作用。未來(lái)醫(yī)生就診時(shí)，應(yīng)評(píng)估體力活動(dòng)情況及提供運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)，借助運(yùn)動(dòng)處方改善患者的健康狀況[35]。在智能技術(shù)的加持下，運(yùn)動(dòng)處方的積極作用進(jìn)一步放大。智能手表、智能手環(huán)等新型可穿戴設(shè)備，已應(yīng)用運(yùn)動(dòng)處方有關(guān)研究，如健康相關(guān)的體適能測(cè)試和臨床運(yùn)動(dòng)測(cè)試等[36]，有效增加運(yùn)動(dòng)時(shí)間、距離等，從而增加能量消耗[37]。大數(shù)據(jù)與改善人體運(yùn)動(dòng)研究相結(jié)合，用于骨關(guān)節(jié)炎治療和體重管理等[38]。

目前，我國(guó)尚難以為大眾出具智能化、系統(tǒng)性、個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)處方，促進(jìn)國(guó)民身心健康[39]。為此，智慧體育技術(shù)框架嘗試將學(xué)生運(yùn)動(dòng)處方作為核心組成部分。針對(duì)體育教學(xué)與體育鍛煉過(guò)程性學(xué)習(xí)管理缺失，加之青少年身心基線、狀態(tài)特征和發(fā)展進(jìn)程等存在個(gè)體差異，導(dǎo)致面向群體的體育教學(xué)和運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)靶向性不足和個(gè)體效果不一等問(wèn)題，智慧體育通過(guò)建立多模態(tài)多時(shí)間尺度青少年體育學(xué)習(xí)與鍛煉行為的特征表示，研究涉及情感、行為、效果等的青少年體育學(xué)習(xí)管理算法，形成面向個(gè)體特征的青少年精準(zhǔn)化和動(dòng)態(tài)化運(yùn)動(dòng)綜合處方智能推薦，創(chuàng)新變革體育教學(xué)與運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)服務(wù)的范式，提高體育活動(dòng)促進(jìn)青少年身心成長(zhǎng)的精準(zhǔn)靶向、個(gè)體適應(yīng)和管理效能。

具體而言，運(yùn)動(dòng)處方在促進(jìn)強(qiáng)化學(xué)生體質(zhì)健康發(fā)展工作的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同學(xué)生身體素質(zhì)及健康狀況的個(gè)體特點(diǎn)，基于頻率（Frequency，每周進(jìn)行多少次）、強(qiáng)度（Intensity，單位時(shí)間內(nèi)身體活動(dòng)的能耗水平或?qū)θ梭w生理刺激的程度）、時(shí)間（Time，持續(xù)時(shí)間或總時(shí)間）、方式（Type，模式或類型）四項(xiàng)維度，通過(guò)人工智能算法，尊重個(gè)體差異，為每一位青少年提供一份符合其特性的運(yùn)動(dòng)處方，包括體質(zhì)健康促進(jìn)方案、運(yùn)動(dòng)技能指導(dǎo)、飲食營(yíng)養(yǎng)建議、生活方式建議，輔助教師查缺補(bǔ)全，培養(yǎng)學(xué)生體育素養(yǎng)，提升青少年身心健康整體水平。

4.學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)字資源

智慧體育的應(yīng)用核心是教與學(xué)，離不開(kāi)數(shù)字教育資源支撐。智慧體育通過(guò)構(gòu)建包含基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)技能、體能及專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)技能的數(shù)字化體育教育資源庫(kù)，在推進(jìn)實(shí)施體育新課標(biāo)的同時(shí)，結(jié)合人工智能與信息化技術(shù)，引入社會(huì)優(yōu)質(zhì)資源，創(chuàng)新體育教育形態(tài)，并充分發(fā)揮創(chuàng)新數(shù)字資源供給模式的特點(diǎn)，提升信息化供應(yīng)鏈水平，為學(xué)校提供更加豐富的數(shù)字化體育教育資源供給。

第一，構(gòu)建青少年身心成長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)綜合處方資源。從體育鍛煉、技能學(xué)習(xí)、心理、生活方式等多個(gè)維度進(jìn)行研究，綜合考慮內(nèi)容、量、強(qiáng)度和注意事項(xiàng)等方面因素，基于“健康生活+科學(xué)運(yùn)動(dòng)+心理調(diào)適”的“1+1+1”青少年運(yùn)動(dòng)綜合處方干預(yù)模式，研制面向不同性別、年齡、學(xué)段、身體機(jī)能、運(yùn)動(dòng)能力、心理狀態(tài)等的青少年運(yùn)動(dòng)綜合處方集，滿足跨場(chǎng)域下青少年身心成長(zhǎng)促進(jìn)指導(dǎo)需求。第二，構(gòu)建青少年身心成長(zhǎng)體育教學(xué)視頻資源。研究不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的適應(yīng)人群、鍛煉內(nèi)容、鍛煉方法、易錯(cuò)點(diǎn)等，基于課程要求，構(gòu)建適合中國(guó)青少年身心發(fā)展目標(biāo)和針對(duì)肥胖、近視、發(fā)育遲緩、脊柱側(cè)彎等重點(diǎn)關(guān)注人群調(diào)適的課外教學(xué)指導(dǎo)視頻資源，覆蓋健康知識(shí)、技能學(xué)習(xí)、運(yùn)動(dòng)鍛煉、運(yùn)動(dòng)防護(hù)等教學(xué)內(nèi)容，滿足青少年跨場(chǎng)域體育鍛煉需求。第三，構(gòu)建青少年身心成長(zhǎng)科學(xué)指導(dǎo)資源。構(gòu)建穩(wěn)定、安全、高效、高彈性的青少年身心成長(zhǎng)科學(xué)指導(dǎo)資源，并面向體育與健康知識(shí)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)文本處理、影音處理、知識(shí)體系構(gòu)建等內(nèi)容和知識(shí)資源的存儲(chǔ)、處理、共享等全生命周期管理。

5.基于開(kāi)放系統(tǒng)融合的智慧空間

數(shù)字畫像、運(yùn)動(dòng)處方、數(shù)字資源等智慧體育教育服務(wù)通過(guò)智慧空間觸及每個(gè)學(xué)生、教師和家長(zhǎng)，目標(biāo)群、任務(wù)群、策略群以空間為紐帶，聯(lián)成一個(gè)完整的閉環(huán)，形成大規(guī)模優(yōu)質(zhì)體育教育資源和個(gè)性化成長(zhǎng)路徑的“私人訂制”?；趯W(xué)生個(gè)人數(shù)字檔案和數(shù)字畫像，個(gè)性化運(yùn)動(dòng)綜合處方通過(guò)線上的智慧空間，適配、推送給每個(gè)學(xué)生。第一，智慧空間整合了面向個(gè)體特征的青少年運(yùn)動(dòng)綜合處方靶向適配技術(shù)。針對(duì)青少年個(gè)體差異導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)處方干預(yù)效果不一的問(wèn)題，根據(jù)體育鍛煉行為特征與身心發(fā)展的量化效能模型，利用知識(shí)工程技術(shù)，研制多層次運(yùn)動(dòng)綜合處方特征編碼及標(biāo)準(zhǔn)，并建立基于深度學(xué)習(xí)的青少年個(gè)體基線與運(yùn)動(dòng)綜合處方特征匹配機(jī)制。第二，智慧空間提供基于數(shù)字畫像和圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的青少年運(yùn)動(dòng)綜合處方和數(shù)字化體育教學(xué)資源的精準(zhǔn)推送服務(wù)。根據(jù)青少年成長(zhǎng)數(shù)字畫像，構(gòu)建適應(yīng)個(gè)體發(fā)展的和面向移動(dòng)終端、體育陪練系統(tǒng)等跨場(chǎng)域多類應(yīng)用終端的青少年運(yùn)動(dòng)綜合處方精準(zhǔn)推送服務(wù)，如圖2所示。第三，數(shù)據(jù)、畫像、處方和資源在大規(guī)模常態(tài)化教學(xué)應(yīng)用中不斷迭代更新，通過(guò)智慧空間沉淀至智慧體育平臺(tái)。智慧體育模式以青少年各學(xué)段和年齡的機(jī)能和心理特征為約束，以滿足運(yùn)動(dòng)綜合處方目標(biāo)各要素為導(dǎo)向，建立青少年運(yùn)動(dòng)綜合處方自適應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)適機(jī)制，實(shí)現(xiàn)過(guò)量減荷、缺量增荷等調(diào)適模式，并滿足“小學(xué)興趣化、初中多樣化、高中專項(xiàng)化”的體育教學(xué)課程要求。

三、智慧體育的實(shí)踐路徑探索

智慧體育應(yīng)用模式是以學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)據(jù)和模型為核心，以管理后臺(tái)、體育教學(xué)助手、體育家校通具體應(yīng)用形式，實(shí)現(xiàn)了體型體態(tài)管理、運(yùn)動(dòng)能力評(píng)估、智能體測(cè)、智能教學(xué)、課堂運(yùn)動(dòng)負(fù)荷監(jiān)測(cè)、家庭鍛煉指導(dǎo)等功能，如下頁(yè)圖3所示。

（一）技術(shù)賦能實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化教學(xué)管理及智能測(cè)評(píng)

智慧體育首先需要建立感知體育的環(huán)境，將智能感知技術(shù)融入體育設(shè)備和運(yùn)動(dòng)環(huán)境中，自動(dòng)感知學(xué)生體育鍛煉和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能測(cè)評(píng)和全面數(shù)字化體育教學(xué)管理。首先，智能測(cè)評(píng)大幅提升體育課測(cè)和國(guó)測(cè)效率。當(dāng)前，體育課程測(cè)試和國(guó)家青少年體測(cè)占據(jù)了體育教師大部分工作時(shí)間，測(cè)試是學(xué)生體質(zhì)健康狀況和運(yùn)動(dòng)能力的快照，是體育教育的起點(diǎn)也是體育教育的評(píng)價(jià)依據(jù)，但難以充分促進(jìn)和提升學(xué)生的身體健康和體育素養(yǎng)。智能測(cè)評(píng)是智慧體育的基礎(chǔ)應(yīng)用，通過(guò)壓縮測(cè)試的單次時(shí)間，增加測(cè)試頻次，提升測(cè)評(píng)效率。體育教師日常工作將通過(guò)數(shù)字化智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)學(xué)生運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的全面自動(dòng)化采集，并依據(jù)數(shù)據(jù)反哺優(yōu)化體育測(cè)評(píng)環(huán)節(jié)及評(píng)價(jià)指標(biāo)。未來(lái)體育教育將在虛擬與現(xiàn)實(shí)融合的環(huán)境中開(kāi)展，是基于數(shù)據(jù)的治理，實(shí)現(xiàn)體育學(xué)習(xí)空間、學(xué)習(xí)內(nèi)容與教學(xué)方式的顛覆式創(chuàng)新。

大規(guī)模、常態(tài)化智能體育測(cè)評(píng)為全面數(shù)字化體育教學(xué)管理奠定了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，提高教學(xué)管理的個(gè)性化、科學(xué)性和效能性。依據(jù)班級(jí)、學(xué)校、區(qū)域三個(gè)層級(jí)，智慧體育應(yīng)用模式建立了三級(jí)數(shù)據(jù)管理體系，支撐微觀、中觀、宏觀三個(gè)層級(jí)的體育教學(xué)管理，如圖4所示。在班級(jí)體育教學(xué)管理層面，第一等級(jí)由學(xué)生個(gè)體數(shù)據(jù)組成，讓體育教師從繁重冗余的簡(jiǎn)單工作中解放出來(lái)，操作者變成觀察者、工作流程的優(yōu)化者，更多精力用于提升體育教學(xué)；在學(xué)校體育教學(xué)管理層面，第二級(jí)數(shù)據(jù)面向校級(jí)門戶與家長(zhǎng)開(kāi)放，體育教研組可以依據(jù)年級(jí)、班級(jí)、個(gè)人數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行跨班級(jí)、年級(jí)的分層分類體育教學(xué)；在區(qū)域體育教學(xué)管理層面，第三級(jí)數(shù)據(jù)可與區(qū)教育系統(tǒng)連接，支撐教學(xué)監(jiān)督、評(píng)估和督導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)信息互通。

（二）跨場(chǎng)域數(shù)據(jù)協(xié)同實(shí)現(xiàn)學(xué)校、家庭、社區(qū)協(xié)同育人

受限于課時(shí)和教學(xué)時(shí)長(zhǎng)，體育教育需要學(xué)校、家庭、社區(qū)三方協(xié)同，充分拓展學(xué)生參加體育鍛煉的空間和資源，結(jié)合學(xué)生課間活動(dòng)、居家時(shí)間和社區(qū)活動(dòng)，保障學(xué)生每天有效鍛煉1小時(shí)，構(gòu)建青少年健康成長(zhǎng)的“同心圓”。

家庭是青少年成長(zhǎng)的第一場(chǎng)域，學(xué)生對(duì)于運(yùn)動(dòng)、鍛煉的最初啟蒙及運(yùn)動(dòng)習(xí)慣的早期形成始于家庭教育。在家庭，智慧體育平臺(tái)推送身心成長(zhǎng)數(shù)字畫像給到學(xué)生家長(zhǎng)，用詳實(shí)的數(shù)據(jù)和形象的展示方式，使家長(zhǎng)充分了解孩子的真實(shí)狀況，輔助家長(zhǎng)指導(dǎo)學(xué)生居家鍛煉；在線咨詢服務(wù)輔助解答家長(zhǎng)的困惑，也為家長(zhǎng)引導(dǎo)孩子身心成長(zhǎng)提供科學(xué)指導(dǎo)。體育家庭作業(yè)則幫助孩子建立終身運(yùn)動(dòng)的習(xí)慣，體育教研組的老師們精心挑選的視頻，不僅有標(biāo)準(zhǔn)的示范動(dòng)作，還有親子互動(dòng)環(huán)節(jié)，使家長(zhǎng)深入?yún)⑴c其中，共建家校共育的健康環(huán)境。

學(xué)校是青少年體育意識(shí)培養(yǎng)及運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)的主要場(chǎng)域。在學(xué)校，基于學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)據(jù)的分析與診斷，針對(duì)地區(qū)、學(xué)校、年級(jí)、班級(jí)、學(xué)生薄弱項(xiàng)，完善學(xué)生運(yùn)動(dòng)評(píng)價(jià)，以運(yùn)動(dòng)評(píng)價(jià)來(lái)促進(jìn)學(xué)生多場(chǎng)景鍛煉?；诰C合數(shù)據(jù)幫助學(xué)生建立運(yùn)動(dòng)健康計(jì)劃，例如基于體型數(shù)據(jù)推薦學(xué)生運(yùn)動(dòng)類型（下肢長(zhǎng)利于長(zhǎng)跑，臂長(zhǎng)身高比值大利于游泳）；根據(jù)胸、腹、臀、腿推薦不同的減重計(jì)劃；監(jiān)督體態(tài)不良的學(xué)生堅(jiān)持矯正訓(xùn)練；患有某些疾病的學(xué)生避免參與不利于其健康的運(yùn)動(dòng)形式，而推薦有助于康復(fù)的其他運(yùn)動(dòng)。

社區(qū)是青少年成長(zhǎng)的第三場(chǎng)域，學(xué)生體育習(xí)慣與所在社區(qū)體育活動(dòng)組織和體育設(shè)施完備情況緊密相關(guān)?？鐖?chǎng)域數(shù)據(jù)協(xié)同將社區(qū)活動(dòng)納入記錄和治理范疇，教師可利用數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)生進(jìn)行社區(qū)運(yùn)動(dòng)干預(yù)，后臺(tái)設(shè)置學(xué)校、教師、家庭的雙向反饋通道，數(shù)據(jù)信息快速處理，為學(xué)生社區(qū)體育活動(dòng)的追蹤、診斷、調(diào)控和管理決策提供現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)條件，教師根據(jù)學(xué)生已有的運(yùn)動(dòng)能力和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度承受能力進(jìn)行運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)反饋，讓學(xué)生體驗(yàn)更加科學(xué)合理的體育鍛煉活動(dòng)。

（三）人工智能助力學(xué)生身心成長(zhǎng)守護(hù)

完善身心智，首在體育。早在一百多年前，毛澤東在《體育之研究》便作出“無(wú)體無(wú)德智”的重要論述。體育是教育的基礎(chǔ)，促進(jìn)青少年身心健康成長(zhǎng)也是培養(yǎng)社會(huì)主義接班人和建設(shè)者的奠基性工程。在第三次科技革命與中國(guó)崛起的時(shí)代背景下，智能技術(shù)為中國(guó)青少年身心成長(zhǎng)提供了強(qiáng)力支撐。智慧體育整合了人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備等新一代信息技術(shù)，結(jié)合體育科學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)等專家經(jīng)驗(yàn)，人技協(xié)同守護(hù)青少年身心成長(zhǎng)。

本項(xiàng)目在上海市寶山區(qū)開(kāi)展了智慧體育綜合應(yīng)用示范，以學(xué)生身心成長(zhǎng)數(shù)據(jù)和模型生成的數(shù)字畫像為紐帶，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生體型體態(tài)管理、運(yùn)動(dòng)能力評(píng)估、智能體測(cè)、智能教學(xué)、課堂運(yùn)動(dòng)負(fù)荷監(jiān)測(cè)、家庭鍛煉指導(dǎo)等全流程數(shù)字化，整合科技和專業(yè)人才，全方位守護(hù)青少年身心成長(zhǎng)。學(xué)生數(shù)字畫像由人體3D模型數(shù)字圖、數(shù)據(jù)分析圖、個(gè)體情況雷達(dá)圖、正態(tài)分布雷達(dá)圖、綜合文字評(píng)價(jià)五種類型組成，如圖5所示。3D模型數(shù)字圖直觀呈現(xiàn)學(xué)生多角度的體型體態(tài)、動(dòng)作評(píng)估狀況、身體機(jī)能情況、身體素質(zhì)狀況。數(shù)據(jù)分析圖和個(gè)體情況圖呈現(xiàn)學(xué)生身體各個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)的“偏移差值”（體態(tài)、BMI等重要指標(biāo)的偏離正常值圖示）、“指數(shù)分析”（體型、體態(tài)、柔韌性、靈活性、營(yíng)養(yǎng)狀況等）、“趨勢(shì)折線圖”（各個(gè)身體長(zhǎng)度、圍度、體重等周期生長(zhǎng)發(fā)育折線圖）。綜合雷達(dá)圖包含學(xué)生BMI、肺活量、視力、跑步、坐位體前屈、跳繩、立定跳遠(yuǎn)、仰臥起坐、體態(tài)、體型、柔韌性、靈活性等指標(biāo)的綜合狀況在學(xué)校同年齡段的對(duì)比雷達(dá)圖。依據(jù)數(shù)字畫像，智慧體育平臺(tái)為每位學(xué)生訂制綜合處方建議。例如，該學(xué)生身體機(jī)能優(yōu)異，基本動(dòng)作能力完成情況良好，日常有較好的作息和飲食習(xí)慣，但是運(yùn)動(dòng)習(xí)慣、爆發(fā)力、耐力訓(xùn)練有待提升，腰圍超標(biāo)準(zhǔn)10cm；視力情況不佳，左右眼視力差400度，應(yīng)改善用眼習(xí)慣；有脊柱側(cè)彎和高低肩癥狀，應(yīng)引起重視，否則會(huì)影響身體機(jī)能水平。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)開(kāi)始向第二個(gè)百年奮斗目標(biāo)奮勇前進(jìn)，體育需要擁抱創(chuàng)新。無(wú)論是技術(shù)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新還是理念創(chuàng)新，都需要更新理念，計(jì)算體育學(xué)將成為體育科學(xué)發(fā)展的重要領(lǐng)域?；谟?jì)算體育學(xué)的智慧體育模式將重塑體育教育方式，進(jìn)一步豐富體育大數(shù)據(jù)，滋養(yǎng)計(jì)算體育學(xué)新發(fā)展和智慧體育教育新生長(zhǎng)。智慧體育將秉持以人為本的核心理念，聚焦青少年身心成長(zhǎng)，以跨場(chǎng)域體育活動(dòng)為手段，解決青少年群體存在的“小眼鏡”“小胖墩”“小綿羊”和心理危機(jī)傾向等不良問(wèn)題，以體促心，以體養(yǎng)德，以體促智，促進(jìn)體育強(qiáng)國(guó)、教育強(qiáng)國(guó)和健康中國(guó)建設(shè)。

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作者簡(jiǎn)介：

王繼紅：副研究員，博士，研究方向?yàn)閿?shù)字化體育教育。

毛麗娟：教授，博士，研究方向?yàn)榍嗌倌牦w質(zhì)與健康促進(jìn)。

張治：教授，博士，研究方向?yàn)橛?jì)算教育學(xué)與教育的智能化改造。

Exploration and Practice of New Models of Physical Education Based on Computational Physical Education

Wang Jihong1， Mao Lijuan1， Zhang Zhi2

1.Shanghai Sport University， Shanghai 200438 2.Education Bureau of Baoshan District， Shanghai 201999

Abstract： Under the premise of technology leading the development of the times， the high-quality development of physical education cannot be achieved without the support of intelligent technology. By delving into the inherent logic of constructing a smart sports model and based on the theory of computational sports， we seek an efficient innovative development model for sports education， and clarify the construction ideas and era value of the smart sports model. Research suggests that the basic conditions for building a smart sports model are already in place， and with the development of computational sports and smart sports application， we will continue to promote the high-quality development of physical education， promote the active health awareness and ability of young people， cultivate sports habits and skills， and solve prominent physical and mental health problems such as obesity， myasthenia， and scoliosis in young people. By clarifying the logical focus and operational mechanism of constructing a smart sports model， a smart sports technology framework is designed with five core functions： student growth record system， physical health portrait system， personalized sports prescription system， smart sports resource system， and smart space based on open system integration. Through regional smart sports practice exploration， a systematic analysis is conducted to provide a path reference for building a modern sports comprehensive application paradigm.

Keywords： physical education； computational sports； smart sports

責(zé)任編輯：李雅瑄