“AI+體育”精準(zhǔn)教學(xué)的路徑與價值探析

摘要：“AI+教育”是面向未來的教育改革趨勢。以AI“跳躍吧！少年”融合課堂教學(xué)為例，從“學(xué)練賽評”四個環(huán)節(jié)探討人工智能與體育課堂的深度融合，探究“AI+體育”調(diào)動學(xué)生“學(xué)”的興趣、增強“練”的實效、提升“賽”的水平和凸顯“評”的個性的路徑與實效。通過“精準(zhǔn)教學(xué)+智能測試”教學(xué)模式，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為私人定制運動處方，實現(xiàn)精準(zhǔn)化教學(xué)、差異化教學(xué)和課后作業(yè)的個性化指導(dǎo)，有效實現(xiàn)大班教學(xué)中的因材施教。

關(guān)鍵詞：AI+體育；因材施教；精準(zhǔn)教學(xué)

中圖分類號：G633.96 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-4289（2024）05-0056-04

信息技術(shù)進入“2.0+”時代，教育面臨前所未有的挑戰(zhàn)和機遇。國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新時代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出要“開展‘AI+教育’，注重人工智能與教育的交叉融合”。近年來，“AI+體育”的實踐教學(xué)掀起了學(xué)校體育的變革熱潮。傳統(tǒng)體育教學(xué)中，教師很難用語言清楚地表達和直觀呈現(xiàn)學(xué)生的運動軌跡，導(dǎo)致學(xué)生在練習(xí)中無法看清自身動作，不知道自己需要糾正和改進的動作，更不知如何糾正和改進自己的動作。將AI智慧體育的數(shù)字化、可視化、精準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化融入傳統(tǒng)體育教學(xué)中，開展體育精準(zhǔn)教學(xué)，有助于實現(xiàn)因材施教，助力學(xué)生個性化發(fā)展。

一、AI智慧體育教學(xué)案例概述

田徑項目是學(xué)校體育必修課程，也是體育教學(xué)的基礎(chǔ)內(nèi)容。在人教版七年級全一冊田徑大單元跳躍部分教學(xué)中，筆者利用AI智能設(shè)備輔助立定跳遠技術(shù)動作的教學(xué)，對動作差異化問題進行個別指導(dǎo)和有針對性研究。

本課利用AI智能機器人將學(xué)生學(xué)練動作以骨關(guān)節(jié)點智能呈現(xiàn)，讓學(xué)生了解自身運動問題并及時獲得自動化輔導(dǎo)，輔助立定跳遠技術(shù)動作教學(xué)，包括個性化學(xué)習(xí)、自動化輔導(dǎo)、智能測評、模擬和游戲化體能練習(xí)等環(huán)節(jié)，同時進行個別指導(dǎo)和個性化實施，激發(fā)學(xué)生體育潛能和運動興趣，讓學(xué)生真正喜歡上運動。

如圖1所示，在AI“跳躍吧！少年”的教學(xué)實踐中，圍繞立定跳遠的技術(shù)教學(xué)重難點，通過立定跳遠的初級練習(xí)，學(xué)生根據(jù)AI的指導(dǎo)進行分層分組學(xué)練探究，根據(jù)AI機器人的提示和個性化建議，精準(zhǔn)地找到適合的練習(xí)手段與練習(xí)內(nèi)容。如當(dāng)機器人顯示擺臂動作有問題時，學(xué)生根據(jù)AI建議到中間的原地擺臂練習(xí)區(qū)域進行針對性練習(xí)；當(dāng)機器人提示腿部肌肉力量有待提高時，學(xué)生到深蹲提膝練習(xí)區(qū)進行小組練習(xí)；當(dāng)機器人顯示起跳角度問題時，學(xué)生去縱跳組進一步鞏固與加強下肢力量練習(xí)；對于基礎(chǔ)較好、立定跳遠技術(shù)動作較為完整的同學(xué)，可以在立定跳遠中級練習(xí)個性化挑戰(zhàn)區(qū)域進行完整技能的提升；其中重復(fù)練習(xí)區(qū)域可以為學(xué)生在進行分組個性化加強后提供再次診斷，為第二次第三次的分組提供測試分析場域。

二、Al智慧體育教學(xué)價值分析

“AI+體育”在教學(xué)環(huán)節(jié)中的深度融合、在智能測試下的精準(zhǔn)教學(xué)，彰顯出AI智慧體育教學(xué)的價值意蘊。

（一）基于AI數(shù)據(jù)分析：創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，激發(fā)“學(xué)”的興趣

1．準(zhǔn)備活動階段：智慧分組，同級熱身，激發(fā)學(xué)練積極性

在準(zhǔn)備熱身環(huán)節(jié)，學(xué)生在AI機器人系統(tǒng)中自主選擇成套熱身功能操，跟屏練習(xí)。在熱身過程中，AI機器人會對熱身節(jié)奏、熱身頻次、熱身積極性進行現(xiàn)場的數(shù)據(jù)分析，并根據(jù)學(xué)生的熱身體能狀態(tài)和身體素質(zhì)綜合能力，以綜合挑戰(zhàn)積分的形式對班級學(xué)生做第一次個性化分組。如分為A、B、C、D四個等級，A組學(xué)生綜合能力強，在第二階段可以選擇進階的挑戰(zhàn)；B組為中上水平，可以選擇相對時長和頻次略少于A的練習(xí)；C組為中等水平，需要加強肌肉耐力和下肢力量的練習(xí)；D組能力基礎(chǔ)相對較差且體能較弱，可根據(jù)自身能力和需求選擇適合的熱身運動。由于學(xué)生對熱身動作和練習(xí)強度的適應(yīng)狀態(tài)有親身感受和直觀數(shù)據(jù)，分組認同感強，同時同組的練習(xí)者都是同等級能力水平，可以最大程度激發(fā)學(xué)生在練習(xí)中的斗志，增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)的信心和能力。

2．基本活動階段：探究學(xué)習(xí)，人機互動，引導(dǎo)學(xué)生走向深度學(xué)習(xí)

本環(huán)節(jié)將人機互動、軌跡呈現(xiàn)和小組探究融合到學(xué)習(xí)環(huán)境中，引導(dǎo)學(xué)生深度思考與探究。

一是人機互動的小組探究。教師通過問題引導(dǎo)學(xué)生運用立定跳遠技術(shù)動作進行人機互動，探索什么樣的跳躍動作才能在AI機器人上呈現(xiàn)。學(xué)生通過多種嘗試會發(fā)現(xiàn)立定跳遠動作對AI機器人來說呈現(xiàn)方式會多種多樣，比如“火柴棍”的身體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)、完整動作的構(gòu)成分解、起跳與落地的測算生成，通過這一系列的小組互動探究、人機的互動測試與嘗試，將立定跳遠的技術(shù)動作進行解剖與分析，激發(fā)學(xué)生深度思考，將學(xué)什么、怎么學(xué)的思考落實于認知與實踐中。

二是軌跡呈現(xiàn)的小組實踐。通過學(xué)生的嘗試與互動，學(xué)生對生成的運動軌跡會有更清晰的認識。針對AI機器人呈現(xiàn)出的“起跳、騰空、收腿、落地”等動作軌跡，學(xué)生如何去讀懂?dāng)?shù)據(jù)呢？此時教師進行問題引導(dǎo)：結(jié)合各小組的共性測試報告里的問題，小組應(yīng)該通過怎樣的練習(xí)去解決它？比如A組共同問題是應(yīng)如何加強屈髖練習(xí)，學(xué)會髖主導(dǎo)發(fā)力，讓A組結(jié)合訓(xùn)練建議和肌肉的分析，尋找到練習(xí)髖關(guān)節(jié)的鍛煉方式。學(xué)生根據(jù)立定跳遠初次嘗試后生成的運動軌跡和測試報告，尋找到A組同學(xué)的共性問題，小組長帶領(lǐng)該小組成員在AI機器人的訓(xùn)練庫里去找到適宜的練習(xí)內(nèi)容，探究符合該組成員的練習(xí)方式，這樣的練習(xí)自然更精準(zhǔn)、更高效。

（二）借助AI智能呈現(xiàn)：實現(xiàn)個性化指導(dǎo)，增強“練”的實效

在技能練習(xí)階段，AI智能機器人指導(dǎo)學(xué)生進行精細化練習(xí)。AI智能機器人可以實時捕捉和分析學(xué)生的運動動作，AI智慧體育大屏?xí)蓪W(xué)生的運動軌跡、測試點評和肌群狀態(tài)、建議加強的鍛煉方式的分析和測評等，為學(xué)生提供針對性的反饋和建議。

在進行學(xué)的軌跡分析后，學(xué)生根據(jù)自己的實際情況選擇適合的分解練習(xí)手段，比如在原地擺臂練習(xí)區(qū)域、深蹲提膝練習(xí)區(qū)域、縱跳練習(xí)區(qū)域、重復(fù)練習(xí)區(qū)域、立定跳遠初級區(qū)域、立定跳遠中級區(qū)域及游客練習(xí)區(qū)域（見圖1）選擇相應(yīng)的訓(xùn)練。同時，AI智能機器人還可以根據(jù)學(xué)生的訓(xùn)練情況，調(diào)整訓(xùn)練難度和強度，確保每位學(xué)生都能在適合自己的難度的區(qū)域進行有效訓(xùn)練。

AI智能機器人還能對動作規(guī)律進行分析。例如針對學(xué)生運動軌跡的起跳擺臂次數(shù)和起跳角度進行分析，學(xué)生擺臂次數(shù)越多次，起跳角度趨近正常范圍的概率就越小，擺臂三次的起跳角度是1560左右，偏高，而擺臂一次的起跳角度會是140°多，在正常區(qū)間。學(xué)生可以根據(jù)機器人的指導(dǎo)建議調(diào)整自己的起跳姿勢和擺臂動作。

AI機器人的數(shù)據(jù)分析與動作分析，更好地滿足了學(xué)生的真實需求，實現(xiàn)個性化的指導(dǎo)，增強學(xué)生練習(xí)實效性。

（三）應(yīng)用Al智能評判：發(fā)起智慧挑戰(zhàn)，提升“賽”的水平

“賽”不一定是體育課中必需的環(huán)節(jié)，但“以賽促學(xué)”“以賽代練”卻能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高訓(xùn)練效率。

如圖2所示，在“賽”的環(huán)節(jié)利用AI機器人的體能課訓(xùn)練，通過學(xué)生分組和內(nèi)容分層的方式提升學(xué)生“賽”的水平。將學(xué)生分成8組，每兩組進行1次相同內(nèi)容PK和4次輪換內(nèi)容PK。在比賽的過程中，在內(nèi)容上學(xué)生可能遇到高強的練習(xí)、中強的練習(xí)、中等的練習(xí)或基礎(chǔ)的練習(xí)，在分組上學(xué)生可能遇到強強小組，也可能遇到強弱小組或強中小組，在大的競爭環(huán)境下可以全方位、全面、全員地激發(fā)學(xué)生的好勝心。比賽中學(xué)生在各區(qū)域的練習(xí)心率、頻次和狀態(tài)，AI機器人都會有提示和實時數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)讓學(xué)生回到真實的情景中去感受自己的運動能力和水平，發(fā)現(xiàn)自己的不足，精準(zhǔn)幫助學(xué)生更好地完成技能的學(xué)練。

（四）依托AI評價系統(tǒng)：形成運動處方，凸顯“評”的個性

AI智慧體育將學(xué)生的立定跳遠動作進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，包括預(yù)擺幅度、騰起角度、髖關(guān)節(jié)角度、前伸角度、落地角度等個性化的數(shù)據(jù)分析。如表1所示，選取兩位運動能力差異較小的學(xué)生，進行部分數(shù)據(jù)的分析和運動建議的對比，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的技術(shù)動作在運動軌跡的呈現(xiàn)上是有差異性的，并且可能同一個學(xué)生的多次數(shù)據(jù)都會有差異。AI智慧體育可以結(jié)合后臺多次的數(shù)據(jù)比對，落實對學(xué)生個性化的數(shù)據(jù)分析與對比，并提供切實有效的訓(xùn)練建議。學(xué)生通過分析報告的建議，自主完成課后作業(yè)的設(shè)計與質(zhì)量完成情況登記，將自己的練習(xí)精準(zhǔn)落實于運動處方中。這樣的作業(yè)針對性強，訓(xùn)練更精準(zhǔn)、更自主、更有效。

三、AI智慧體育教學(xué)效果型塑

教學(xué)實踐中，筆者有意識地開展了“AI+體育”融合研究，探索將動作軌跡分析、數(shù)據(jù)分析和肌肉鍛煉指導(dǎo)等融入傳統(tǒng)體育課堂的路徑，并通過大數(shù)據(jù)檢測其教學(xué)效果。

（一）落實于體育教學(xué)跟蹤測試，過程監(jiān)測，精準(zhǔn)化教學(xué)

如圖3所示，在AI智能體育教學(xué)環(huán)境下，連續(xù)4個月跟蹤Y校7年級三個班的學(xué)生模擬測試成績，七年級學(xué)生（女生）立定跳遠成績分析顯示，班級立定跳遠整體成績呈上升趨勢，波動不明顯，通過AI智能體育科學(xué)分析及數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，A、B、C三個班的女生成績都有質(zhì)的提升，便于教師根據(jù)分析數(shù)據(jù)情況合理安排教學(xué)任務(wù)和采取相應(yīng)的教學(xué)手段，讓學(xué)習(xí)有據(jù)可依，讓鍛煉有跡可循。

（二）落實于體育課堂的差異化教學(xué)，因材施教，促進個性化發(fā)展

如圖4所示，初二部分學(xué)生連續(xù)4個月AI個別化指導(dǎo)數(shù)據(jù)跟蹤顯示，學(xué)生的立定跳遠有明顯的進步與提高。通過圖3的AI科學(xué)數(shù)據(jù)分析，針對學(xué)生的立定跳遠技術(shù)進行分析，為學(xué)生制定科學(xué)的鍛煉計劃，提供練習(xí)方法，最終經(jīng)過4個月的個別化指導(dǎo)，學(xué)生得到了很大的突破，并且在數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)上也比較理想（如圖5）。

（三）落實于課后作業(yè)科學(xué)指導(dǎo)，精準(zhǔn)把握需要，落實以生為本

AI智能體育的用途落實在學(xué)校體育的方方面面，通過學(xué)生的練習(xí)，生成測試報告與數(shù)據(jù)分析，學(xué)生可以針對報告自己進行運動處方個性化設(shè)計。如圖6學(xué)生肌群跟蹤變化及運動處方設(shè)計圖示圖6所示，學(xué)生在經(jīng)過模擬測試后，會有肌肉分析、技術(shù)動作數(shù)據(jù)分析、評價及建議，學(xué)生根據(jù)一系列的數(shù)據(jù)及結(jié)果反饋，落實于課后運動處方的設(shè)定，根據(jù)自身情況科學(xué)、精準(zhǔn)地設(shè)定課后鍛煉計劃，真正做到以學(xué)定教、以生為本。

（四）落實于體育教學(xué)方式的變革，模式創(chuàng)新，賦能高質(zhì)量教育

AI智能體育將教學(xué)中的相關(guān)數(shù)據(jù)落實于課堂教學(xué)，形成精準(zhǔn)教學(xué)，優(yōu)化學(xué)生的鍛煉習(xí)慣和運動方式。對接體測數(shù)據(jù)、生成學(xué)生體質(zhì)報告，將課堂大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為課后私人訂制運動處方，形成“精準(zhǔn)教學(xué)+智能體測”的體育教學(xué)創(chuàng)新模式。更重要的是學(xué)生在AI智慧環(huán)境中極大地提高了對運動軌跡的理解能力，可以直觀地對點評數(shù)據(jù)進行自我解剖，自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)更自主靈動，參與性和積極性更高，為學(xué)生的全面發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

“AI+體育”精準(zhǔn)教學(xué)以課堂教學(xué)為核心，以課堂有效性量化與質(zhì)化評價體系為中心，實現(xiàn)體育學(xué)科對學(xué)生體育核心素養(yǎng)的最優(yōu)培養(yǎng)，為學(xué)生構(gòu)建一體化的智能學(xué)習(xí)模式提供了強大的數(shù)據(jù)支撐。“AI+體育”精準(zhǔn)教學(xué)將課堂還給學(xué)生，學(xué)生在實踐中通過人工智能的引導(dǎo)進行小組探究與互助，實現(xiàn)了學(xué)習(xí)方式變革，凸顯了學(xué)生的自主精神。人工智能與體育課堂的深度融合，輔助教師課堂的高效率，助力學(xué)生課堂的個性化發(fā)展，形成體育智慧課堂，提高了課堂教學(xué)的效率和精準(zhǔn)性，更好地輔助課堂教學(xué)，促進教學(xué)相長，從而實現(xiàn)以學(xué)定教、因材施教，滿足核心素養(yǎng)對學(xué)生的全面培養(yǎng)需求。

（作者單位：成都市錦江區(qū)教育科學(xué)研究院，成都610023四川省成都市七中育才學(xué)校，成都610000）