小學體育運動全過程智能化實踐應用

《義務教育體育與健康課程標準（2022年版）》在課程實施中建議“運用信息化教育手段和方法……幫助學生通過線下、線上相結合的方式，打破學習的時空壁壘，拓寬體育與健康課程的學習視野”。筆者所在學校作為浙江省數字化改革示范校及智慧校園示范校，利用AI技術，為學生提供可見、可觸、可賽的運動氛圍與環境，形成運動全過程的智能化新樣態（圖1）。

一、運動全過程的智能化場景構建

針對學生運動過程中難量化、難記錄、難監督、難分析等問題，學校利用智慧終端進行資源整合，將學習、練習、比賽和評價等各個環節緊密連接在一起，實現結構化建構，建立運動全過程的場景打造，進行運動競賽、運動教學、運動提升、運動鍛煉的功能化多維立體打造。

1.AI運動環境場景的一體化建設

學校原有運動環境的場景構建，是以國家生均運動面積及運動功能場館需求標準進行建設，分別建設了智體游戲區、主題運動場館、童玩運動空間等設施。在此基礎上，學校依托人工智能終端設備，積極探索學生年段需求，分別建構了校內AI基礎設備及校外居家運動挑戰App，實時采集學生的技能水平及體能情況，通過運動分析和處方反饋，提供精準的課外延伸指導，幫助學生找到提升運動能力的練習項目。學生可在虛擬環境中進行比賽挑戰，滿足學生走出教室即能運動，離開學校也能運動的運動需求。

學校以教學樓學習區為樞紐站，將田徑場、山海廣場及體育場館等運動場域進行AI智慧體育分區域場景構建，分別建設AI智慧跑步、AI智慧跳繩屏、AI智慧教學及AI智慧體能等場景，供學生自主選擇（圖2）。校內智慧系統可對學生校內運動情況進行識別、記錄、分析，校外則借助跳繩等各類運動App為延伸端，以家庭作業等形式，為學生提供便捷的運動提升、體態改善及專項課程定制推送，引導學生養成運動習慣。

2.AI運動項目的結構化設計

學生通過AI課堂、AI跟練、AI跳繩、AI體能、AI球類、AI趣味項目等練習后，利用人工智能技術及算法生成運動處方，形成動作準確度、運動頻次及身體機能提升的建議報告，在課間及居家時間根據自身提升需求，借助AI軟件等進行專項練習和體能挑戰，增強體質和運動能力（圖3）。

二、運動全過程的智能化應用

1.課堂教學，從“一課一師”走向“一課多師”

利用AI智慧體育虛擬教師賦能課堂教學，為每名學生提供長期的學練助教，包含體育課程學習虛擬教師與體能提升虛擬教練員。在體育課堂教學中，圍繞學校所開發的武術基本動作與游戲、排球墊球、跳繩、中長跑起跑技術、籃球運球及足球繞桿等數字化課程資源進行雙師教學。學校組建“數字化教師”團隊，對教學資源、教學經驗和教學方法進行整合，提煉和錄制18個課時及以上的大單元數字化教學視頻資源。在課堂教學中，“數字化教師”充當學練示范，上課教師進行有目的的巡回指導，對學生進行高效的小組化合作學練，體現出師生的協同創新與教學合力。

在體能練習課中，根據學生歷史體能狀況、技能水平及興趣偏好，AI智慧體育自動化分析及定制訓練計劃，提供豐富的體能提升練習項目，如力量、速度、耐力等，并融入趣味性語文詩詞、英語單詞、數學計算等運動互動，讓體能訓練不再枯燥乏味。學生輕觸屏幕，根據個人興趣和能力水平進行練習。屏幕上的虛擬教練員邊示范邊實時評估學生的動作準確性，提供即時反饋，幫助學生在安全、科學的指導下逐步提升體能。

同時，AI還能實時監測學生的運動數據及運動軌跡等，及時提供反饋與調整建議，確保學生學習的科學性與安全性。“一課多師”教學形式涵蓋的課程教學、體能鍛煉及專項提升等功能，實現了教學資源的全面整合與優化。

2.家校共育，從“任務鍛煉”走向“智慧鍛煉”

學校聚焦學生體質健康及運動興趣的培養，以AI智慧運動空間為載體，進一步提升運動效率與效果，將智慧體育融入校園無感教學，根據學生的運動項目挑戰頻次數據，開發及上傳匹配度極高的數字化體育專項技術課程及體能提升鍛煉項目。

學生在校園或居家環境下，利用AI智慧體育終端及智慧運動App中的虛擬課程教師及體能教練員，自主進行專項技能學習或體能跟練后，系統自動收集和形成學生運動過程數據，分析其運動行為、能力水平及興趣偏好，其運動能力分析主要從速度、耐力、力量、靈活性及協調性等幾個維度，通過AI算法的深入剖析，精確反映出學生各項運動技能水平，預測其潛在運動發展趨勢，為學生量身定制個性化訓練計劃做好底層基礎。家長和教師可通過后臺鏈接及App實時查看學生的運動數據、進步情況及興趣變化，實現家校共育，共同關注和支持學生的健康成長（圖3）。學生還可進行關卡等級挑戰、最佳成績榜、在線競賽等，讓鍛煉過程充滿樂趣與挑戰，增強鍛煉的趣味性和互動性，有效激發學生的參與熱情，使學生邁向更加健康、積極的生活方式。

3.課外拓展，從“定向競賽”走向“無痕競賽”

學校打造智慧體育常態化無感競賽樣態，利用AI智慧體育無痕競賽系統，進行智慧體育動態看板自主研發，以自然月為計量單位，為學生提供6項多樣化無痕競賽形式，項目包含1分鐘跳繩、高抬腿、開合跳、深蹲、蹲跳、左右橫跳等。結合吉尼斯挑戰賽中的月單項吉尼斯榜及月累計吉尼斯榜形式將運動過程及結果進行呈現，“無痕競賽”采用不固定時間、地點和對手的方式，分級段分項目實時生成競賽報告，學生在體育課外所進行的每一項運動鍛煉數據都被智能地記錄并分析，形成個性化的運動成績單。如，通過設立不同運動項目的達標時間和達成數量的通級指標，幫助學生找到所需提升的運動項目，并通過AI設備進行無感競賽。呈現運動結果數據反饋，檢驗自身體質測試成績所在水平，不斷刷新自身紀錄。當學生自主挑戰并成功達成這些目標時，系統自動生成運動特長通級報告，并在校園智慧體育數字駕駛艙進行表彰，實現教學與競賽的深度融合，為學生提供更智能和高效的智慧體育場景，提升運動快樂感。同時，也為學生提供運動特長展示平臺，享受運動帶來的樂趣。此外，系統會根據學生的無痕競賽運動數據，AI數據大模型數據系統自動計算和識別學生的運動信息并計入運動過程數據，實時產生排行榜。評選出“月單項吉尼斯者”及“月累計吉尼斯者”等獎項，并在校園內公開展示，給予表彰（圖4）。學生在享受運動樂趣的同時，改變學生對體育運動的認知與態度，提升其體能、技能和團隊協作能力，實現“寓教于樂，寓學于動”。

三、運動全過程的智能化處方

1.運動過程的可視化呈現

學校AI智慧體育設備及居家智慧運動App的運動過程可視化呈現，是利用AI視覺算法功能，實時捕捉收集和呈現學生等運動數據。其中學校AI智慧體育設備，學生通過人臉識別進行跳繩、立定跳遠、仰臥起坐等項目鍛煉后，系統實時從運動曲線、肢體角度、運動頻率、力量輸出及肌群狀態等，自動生成點評分析及加強建議，學生在挑戰后實時查看自己的運動過程報告。居家智慧運動App則是在居家運動環境下，一是通過導入學生體質健康成績數據，對學生的BMI值、體測項目得分情況進行分析，提供運動內容、強度、時長及頻次等提升建議。二是利用手機攝像頭進行運動視頻采集分析，通過頻次速度、失誤次數及高頻次數等方面進行即時評價，并提供運動過程的視頻回放功能。運動全過程的可視化呈現與指導，不僅讓學生感受到科技帶來的便捷與高效，還能在科學的運動計劃中不斷提升自我，享受運動帶來的快樂與健康，讓學生直觀感受成長歷程，共同推動教育服務質量的持續優化。

2.運動處方的個性化設計

基于學生運動能力分析、體質測試結果及動態運動過程的多維度數據，利用大數據分析和AI算法，實時為學生更新個性化運動改善方案及運動訓練計劃，在實施過程中，學生可以通過居家智慧運動APP接收到每日個性化運動任務。

如，五年級謝××體測數據顯示BMI為19.3、肺活量3712ml、50m跑成績10.2s、坐位體前屈成績10cm、1分鐘跳繩101個、一分鐘仰臥起坐23個、50m×8往返跑成績199s。依據體測成績，智慧系統經過分析認為該生肺活量和坐位體前屈項目成績較好，一分鐘跳繩和一分鐘仰臥起坐需加強，50m跑和往返跑需加強；總體分析為在心肺耐力、肺功能和速度上表現較好，柔韌性和腹肌肉力量方面需進一步提升。前期鍛煉計劃圍繞提升學生柔韌性和腹部肌肉力量訓練為主，輔助鍛煉速度和爆發力，故給出如下個性化運動處方：原地跑×100s×2組，提升速度和爆發力；踩樁子×60s×2組，通過提膝動作促進大小腿肌肉增長，以提升力量能力；敏捷摸球×60s×1組，通過鍛煉手眼協調能力，提升反應能力和爆發力；全身入框×60s×1組，橫向運動全身入框內，通過俯臥撐、深蹲或者起跳3個動作，鍛煉全身肌肉與核心力量；蹲馬步×60s×1組，鍛煉體能提升精神意識；平衡摸球×60s×2組，利用單腳移動進行活動，鍛煉手眼協調提升反應力和腿部爆發力；高抬腿摸樁×120s×2組，鍛煉腿部力量和反應能力。首周推動項目主要以跑步和體能訓練為主，運動強度中等，每日進行15分鐘左右的體育運動，包含4分鐘穿插休息和11分鐘間歇體育運動。系統還會根據學生的實際完成情況，動態調整處方內容，確保干預內容的有效性和針對性。家長和教師通過App實時查看學生的運動處方執行情況，共同監督和促進學生的運動改善。經過實踐，學生體質健康水平普遍有了顯著提升，并逐漸養成居家鍛煉的良好運動習慣。