朱悅銘
摘? 要：為解決傳統校園體育教學中“難量化、難記錄、難監督、難分析”的問題，本研究通過智慧操場AI智能技術數據實測，針對體測和中考項目實時分析和反饋學生的運動姿態、運動過程、運動成績等關鍵指標，幫助學校實現對學生體質健康教育課中、課后服務一體化。
關鍵詞：智慧操場；
AI智能；
體育教學
中圖分類號：G623.8? ? ?文獻標識碼：B? ? ?文章編號：1005-2410（2023）05-0083-03
教育部在《關于進一步加強中小學生體質健康管理工作的通知》中要求學校著力保障學生校內外各一小時體育活動時間；
提高教學質量，讓每位學生掌握1～2項運動技能；
做好體質健康監測，建立完善以體質健康水平為重點的“監測—評估—反饋—干預—保障”閉環體系。
近年來在諸多學校體育相關政策出臺下，學生體質健康在我國學校體育事業發展中所占據的位置日漸凸顯，特別是隨著現代化、信息化的發展，人工智能已經慢慢滲透影響著日常生活，而傳統體育教學中的問題日漸暴露。
一、體育教學中存在的問題
（一）體育教學手段的信息化和智能化水平偏低
體育教學設備信息化落后于其他學科，當微格教室、希沃教室和平板教學等走進教學時，體育學科仍在沿用皮尺、秒表等一成不變的教學器械，功能單一，設備缺乏交互性，枯燥乏味，無法激起學生運動興趣，無法實現數據采集和上傳的閉環。學生上課的質量完全依靠教師的觀察和以往的教學經驗，沒有具體的數據做參考，無法量化體育教學效果，不利于提高體育教學的質量和科學化發展。
（二）體育教學方法的針對性和實效性有待提升
學校學生人數的增多、班級規模的擴大化，意味著體育教師在上課過程中難度加大，管理監督上更需要花時間精力；
練習上水平參差不齊，無法真正實現因材施教，導致學生學練效率低。
體育成績學期、學年會多次錄入，紙質錄入、整理上傳等工作流程耗時耗力不易保存，數據分析周期時間長，不能長時間對比分析。課堂效果沒有穩定的留存記錄，無法對長時間的教學內容進行數據分析，得到的結果一般都是靠教師的感官經驗判斷，不利于快速地對教學內容進行改善調優。訓練和測試后反饋不足，缺少針對性評價和指導，無法進行有效的課后監督執行。
綜上這些“難量化、難記錄、難監督、難分析”的問題也進一步推動了人工智能在校園體育教學中的應用和發展的迫切需求，為解決傳統教學存在的問題，濱江區教育局引進智慧操場AI體育自主測試技術進校園，以浙江省杭州高新實驗學校和聞濤中學為試點，利用AI視覺分析技術的自助測試套件，針對體測和中考項目實時分析和反饋學生的運動姿態、運動過程、運動成績等關鍵指標，為學校實現對學生體質健康教育課中課后服務一體化提供啟發與借鑒意義。
二、解決問題的技術方法和經驗
（一）AI智能——助力體育教學過程便捷化
AI評測教學系統自主測試套件包括運動攝像機、互動查詢屏幕、人臉識別機、立桿、聲音提示器等，是首創利用終端視頻采集設備采集學生運動數據，是整個課堂的基礎環節同時也是核心系統之一，利用終端視頻采集設備可以實時精準的獲取學生的課堂運動情況，為整個系統提供數據支撐。首先進行學籍、人臉信息錄入，其次從不同的階段幫助師生實現信息化體育課的教學實踐，從課前的教學準備，到課中的數據采集，再到課后的多維度分析，統計學生成績并形成相應的運動處方，包括錯誤的提示和糾正的方法，然后反饋給學生，學生自主學習提升。AI評測教學系統認真服務每個教學環節，使體育教學過程變得更智能、更便捷，成績數據更加精準。
以八年級男生原地雙手頭上前擲實心球為例階段教學為例，傳統課堂中，體育教師安排好單元教學計劃，分別從持球、預備姿勢、預擺和最后用力四個動作方法來教授，輔助技術要點教學分別從兩腿用力蹬地、展胸送髖以及出手角度、速度調整等，逐個擊破教學重難點，整個教學過程都是由體育教師教授指導，學生認真學練去完成；
而智慧操場課堂上，體育教師同樣從示范講解開始，不同的是，AI智能評測系統會利用采集到的數據自動識別其出手速度、角度實時播報不足之處及相應的運動處方，像“出手速度慢，建議通過仰臥起坐、俯臥背弓等項目練習，提高腰腹肌力量”“出手角度偏低，建議采用仰頭標記參照物練習”等，這樣教師就不會因為管理不到位、糾錯不及時而造成學生的錯誤動作定形。整個教學過程以體育教師監督為主，學生無論是在課堂上還是課后，都可以到相應場地進行自主練習，很大程度上為整個體育教學過程提供了便利。
（二）智慧操場——推進體育教學手段創新化
智慧操場解決方案采用AI智能視頻識別、云計算和大數據技術，實時采集和分析學生在體育鍛煉運動過程的各項數據，覆蓋項目包括：50/100米、立定跳遠、跳繩、引體向上、投實心球等，其深度結合體育教學的全過程，能夠實際應用于各種類型的課堂及多樣化的教學內容，體育教學手段的創新貫穿于課堂始終，讓體育課教學可量化和可視化，體育教師實時掌握課堂教學效果并及時調整鍛煉內容，輔助體育教學達到因材施教的效果（圖1）。
在七年級男生快速跑起跑教學課堂上時，體育教師經過準備部分的常規教學后，先讓學生進行50米快速跑測試，智慧操場系統智能發令，跑完后學生通過后臺大屏成績數據播報記住自己的第一個成績，進而在學習完教師教授的起跑姿勢進行先后數據的比較，使其了解到起跑后蹬抬腿折疊發力帶給快速跑的好處以及其速度成績的提升，這樣大大激發起了這些青春期孩子的運動興趣和好勝心，使他們發自內心地去認可起跑技術，自主學練。學生每次通過數據端自己查詢成績，體育教師不必再位于終點處計時，只需在起點處指導起跑動作。相較于之前的傳統課堂，體育教師用哨子發令，秒表計時，紙筆記錄成績，既耗時長，又誤差大。應用智慧操場，可以節省時間留給學生練習，同時又因為新奇技術學生更愿意主動去學習，這大大提升了體育課堂效率，提高了學生成績的精確度，符合體育課堂精講多練的原則。
（三）數據共享——拓展體育教學方法科學化
體育課堂期間實現數據實時收集、連續不間斷分析、數據可視化實時展示。師生可以通過大屏或者平板電腦端實時查看運動情況，讓學生及時了解自己的運動反饋數據情況，及時調整自身的運動姿勢，同時授課教師可以通過查看實時視頻數據，及時調整上課節奏，轉換多種教學方法，實現課堂教學效益的最大化。實時數據的最大共享，充分利用數據價值，學生能清楚知道自己的運動情況，教師上課更有科學依據去調整體育教學方法，處理運動問題更有針對性（圖2）。
從七年級女生立定跳遠的智慧化課堂中可以觀察出體育教師通過智慧操場打破了傳統的單一或少許教學方法結合的體育課堂模式，利用實時數據分析的可視化不斷調整體育教學方法，更加有針對性、時效性地去解決立定跳遠課堂中所發生的問題。首先體育教師利用講解示范法去測驗一個自己的立定跳遠數據并展示給學生看，激起學生的崇拜心理后，采用分解練習法對學生進行預擺、起跳騰空、落地三大技術的學習，進而采用完整練習法教學，一定程度后在場地排隊測驗練習，利用AI智能實時數據分析讓學生自主化練習，自主練習中學生出現的像擺臂不充分、起跳高度角度不足等這些問題，可以自行觀看后臺實時數據分析知曉并獲取改正方法自行糾錯，這時體育教師需要做的是維持場地秩序，針對認知不足的學生進行個別指導，對癥下藥，像蹬擺結合、蹬伸充分、展體收腹等關鍵舉措可以帶動排隊等候的學生體會，這樣的做法可以讓學生及時體會到改進動作帶來的成就喜悅感。最后下課前，體育教師劃分體育小組，布置課后任務，讓學生課后采用小組形式自主去完成相應練習任務，教師則在后臺監督。數據可視化的課堂，量化了學生的成績，讓體育教學方法更加科學，更加有實效。
（四）智能測試——促進體育教學評價效能化
課堂教學智能化是智慧操場第一步，同時這又能應用到項目測試和自主運動提高當中，僅需要教師設置測驗名稱、班級、測驗的開始及結束時間，并選擇需要測驗的內容。測驗項目包括50/100米、立定跳遠、投實心球、跳繩、引體向上；
測驗項目確定后，按照考試標準設置次數。測驗開始后，可查看測驗相關信息。測驗結束后，系統會自動為每位學生提供測驗報告（圖3）。
在自主運動中，學生能夠利用“碎片化時間”進行自我測驗，教師同樣可以查看所有任務，并通過任務名稱、班級、開始時間等過濾條件，查找各自負責班級的自主運動執行情況。在列表中，簡要展示運動名稱、班級、任務時間、任務涵蓋的項目；
創建計劃時，需要指定運動名稱、班級、計劃生效時間，計劃內容。指定自主運動任務后，要指定計劃的執行周期及每個周期內執行的數量，周期可被限定為“天”或“周”，學生即可開始到設備場地進行自主任務“打卡”。周期內教師和學生都可在后臺系統上查詢任務詳情及動作技能情況以及運動處方報告。
測驗功能以教師監督執行為主，人工智能為輔。目的是提高教師在測驗執行中的效率，而并非是用智能代替專業。對于任務詳情，系統會按照項目及執行次數，逐個展示執行情況，參照評判標準進行成績評價和提出相應問題（表1）。測驗的智能化使體育教學評價更加高效便捷，教師與學生都能做到心中有數。
三、問題解決的成效和反思
（一）成效影響
1.減輕教師負擔，提高教學質量
智慧操場的引進在一定程度上解決了教師上課過程中記錄成績難、學生多管理糾錯難的問題，在智慧化課堂模式下，教學過程變得“數字化、可視化、精準化、結構化”，體育教師從而能識別學生個體差異，分層教學，因材施教，提高教學質量。從長遠角度來看，每年的數據可以存入云端檔案庫保留下來，然后通過歷年縱向數據分析比較，體育教師可以從中研究一套符合學情與校情的特有智能化教學新模式。
2.清晰學練過程，增強科學意識
智慧操場的出現能夠實現智能化的課堂教學數據采集與分析，保障課堂教學的透明化與數據化。學生通過實時數據播報和自身運動情況及時做出調整；
體育教師也可隨時發現學生動作問題，及時進行指導糾錯，避免因為技術動作不規范導致運動損傷的發生，保障教學安全性，引導課堂教學科學化。
3.反饋運動處方，提升運動水平
無論在課中還是運動結束后，每次鍛煉前進行AI人臉識別，鍛煉的項目和成果將會被錄入到學生的個人數據端中，形成連貫的過程性發展數據。同時對他們的運動進行詳細記錄后可以針對每個人形成獨特的“運動處方”反饋于學生，學生即可針對自身不足問題有效進行自主練習，糾正違規動作，改進動作方法，不斷提升運動水平。
4.增強運動動機，營造樂學氛圍
創新化下的體育課堂新模式，通過大屏榜單實時更新每一階段的運動之星，充分調動了學生學習的主動性與積極性，讓學生想學、肯練，大大增強了學生的運動動機，讓他們樂在其中，樂在鍛煉，營造出了濃厚的校園體育氛圍。同時智慧操場的應用不止存在于體育課堂中，學生在課后也可以利用自己的“碎片化時間”自主訓練，這在一定程度上培養了學生自覺堅毅的意志品質和終身體育觀念的形成。
（二）經驗反思
1.應用項目不夠豐富
目前此套智慧操場設備對體育中考和體測的針對性較強，但應用項目不夠豐富，會導致學生的體育技能學習有局限性。從發展的眼光來觀察體育教學應用面，非田徑項目教學模式應用也可開發起來，拓寬學生體育鍛煉的選擇面。
2.硬件設備存在局限
硬件設備具有適用條件，其受限于雨雪天氣時，室外場地不能使用，只能轉至室內跳繩和立定跳遠場地；
同時其受限于特定場地，學生課后只能在學校裝有設備的區域進行自主測試，這導致周末節假日不能正常發揮其作用。目前AI識別技術受限于人數及其密集程度，人數過多導致測評精度有所下降。