人工智能在体育教育领域中的应用与展望

马文博，马 敬

(1.韩国昌原大学 体育学院，庆尚南道 昌原 51140；2.安徽师范大学 体育学院，安徽 芜湖 241000)

2017年“两会”首次将人工智能写入政府工作报告，人工智能发展上升为国家战略。教育部副部长杜占元表示，新时代要有新气象，更要有新作为。我国教育要走出传统的思维模式，进入信息化2.0时代，真正打造具有中国特色的教育信息化发展平台。人工智能是现下社会各领域的研究热点之一，而其与体育相结合的研究成果寥寥无几，亟待深入研究和探讨。本文试图从表现形式、应用形态、未来展望三个方面探索人工智能与体育教育的结合，以期为人工智能在体育教育领域中的应用提供参考。

1 人工智能与体育教育的关系

教育是一个动态系统，在不断累积经验与知识的过程中受教育者的智能得到提高[1]，教育是持续人的一生的动态过程。学习是人的天赋与社会化表现。学习有自主学习和指导学习两种方式，指导学习的表现形式就是教育。指导学习是教育的本体，即不变的教育本质，培养人、塑造人[2]。在不同时代和社会，教育的本质是我们需要长期坚持的。体育是促成受教育者形成身心和谐、全面发展的“全人”的过程[3]。体育作为教育的重要组成部分，拥有自身特点的科学特质与教学范式，但其根本目标与本质和教育保持高度一致。人工智能(Artificial Intelligence)就是用人工的、深度学习的方法在机器上实现的智能，即人们使用机器来模拟人类智能。简单来说，就是在机器上实现人的教育[4]。把人工智能(AI)技术运用在体育领域是新时代的一种教育模式，这种教育模式是在“互联网+体育”基础上的升级演变，其教育目标变为培养和塑造拥有一定知识技能，具备国际视野，全面发展的人。因而，人工智能在体育教育中的应用实质就是利用人工智能的手段，从课堂环境、教学资源、教学的交互形式等方面提高教学效率，培养更多自由而全面发展、具备国际竞争力、深厚人文底蕴、科学精神、强健体魄、实践创新、负责任敢担当的新一代人才。

2 人工智能在体育教育中的表现形式

2.1 精准诊断

人工智能是基于大数据的深度机器学习算法，因此，其掌握的数据越多，就越能精准分析学生知识掌握薄弱点，从而有机会获得更有针对性的个性化辅导，提升老师教学和学生知识学习效率。在体育的应用中，人工智能通过跟踪不同类型的动态运动轨迹，可及时分析、计算每个练习者的学习心理与外在行为表现特征，刻画出立体化、可视化的练习者画像[5]，从而为不同受教育者的个性化学习以及体育教师改进教学提供精准诊断与服务，降低低效的重复劳动，使学生能够准确地掌握运动技术，培养其运动兴趣与能力。

2.2 过程监控

人工智能能在习得知识的过程中，对受教育者的情绪、反思、探究等活动进行监控和评价。此外，人工智能技术辅助教师进行日常教学监控，基于学生的能力和技能水平及时提醒教师动态调整课程内容，以进一步适应和提高学习者表现，实现教学的自助干预。再次，人工智能技术通过监控一系列学习过程行为及数据，来帮助受教育者实现学习目标。例如：智慧课堂行为管理系统，就可根据学生的面部表情，运作轨迹分析学生学习的专注度和技能掌握的程度，提高教育的针对性，促进学生学习和教师教学良性互动。在体育教学中，教师在传授完动作技术后，通过人工智能的过程监控，使教师得到学生掌握运动技能的反馈，及学习运动技能的疲劳程度，并及时修正体育课堂教学目标，达到预期的学习效果。

2.3 个性化服务

人类社会的发展已经进入信息化时代，习近平指出，信息化为中国民族带来千载难逢的机遇，必须牢牢抓住这个时代机遇，将学生个性与智能教育紧密结合，促使学生的个性能在学习的过程中得到充分肯定与发展。基于人工智能技术的智能体育云服务平台支持，针对学生的心智、体育技能、体育知识进行分析，把握运动的学习个性偏向，需求和已有经验，提供有差异性的个性化服务，针对不同生长环境下学生的特点，制定出因材施教的体育课程培养方案，最后在目标的驱动下，完成受教育者在人生各阶段所进行的体育学习活动，促成受教育者养成终身运动与学习的生活方式与行为习惯。人工智能能够有效记录和生成受教育者在不同阶段体育的学习路径[6]，帮助体育教师更好地实现因学定教和精准教学。

2.4 智慧化决策

大数据时代，教育数据挖掘与开发成为教育领域中的新兴业态与具体应用[7]。人工智能与体育的结合碰撞出了大量火花。人工智能—课堂质量评估系统(AI-CQE)是基于人工智能+大数据分析的教学评估系统。根据海量的课堂教学视频数据，采用深度学习的人工智能训练方法，利用AI技术对体育教师和学生的课堂行为进行智能识别，包括：人脸识别，表情分析等，经过大数据针对教师及学生的行为进行分析，包括：学生动作轨迹、课堂表现、专注度等数据，将结果以更加直观的图表形式呈现给学生、教师、家长以及其他教育工作者，并给教育决策者提供了科学的决策依据。人工智能的智慧化决策使用，极大程度地为体育教师提供了方便，在我国这样一个极其注重教育的国家，要培养学生德、智、体、美、劳全面发展，且体育教师目前还存在稀缺现象，各地人才分布不均匀，在面对学生人数众多的教学课堂时，利用人工智能来记录每一个学生的运动技能学习情况，为教师节省更多的时间来精心布置教学内容，从而把体育教学全方面地落实到每一个学生中去。

表1 人工智能在体育教育中的应用与服务内容

3 人工智能在体育教育中的应用形态

3.1 智能导师系统

在大数据的支持下，智能导师系统建模分析评价决策，搭建的智能在线学习教育平台，是“人工智能+教育”当下的主要应用形式。智能导师首次出现于1982年，它是由计算机模拟教师教学的经验和方法，采取对学生进行一对一的教学模式，针对不同需求和特征的受教育者授业解惑[9]。智能导师通过语言处理、语音识别等技术，实时深度分析场景及数据，发挥导师角色的作用，提供全方位饮食、训练计划、量化训练结果与分析，减少体育训练者不必要的重复劳动，提高运动训练效果，并且根据练习者的表现和问题解决的情况进行跟踪评价和反馈，并提出相应的建议[10]。其可以为练习者提供科学的学习方法，在离开教师本人的指导后，通过智能导师系统对数据的有效分析，提供解决体育教学中学生存在问题的方法。

3.2 自动化评测系统

“人工智能+体育”自动化评测系统最初的雏形是由2001年黄大海[11]在其毕业论文中提出的设计体育教学智能评价系统，他指出体育教学评价是一项复杂且重复性劳动较多的系统工程，需求耗费大量的人、财、物等资源，传统的人工处理的方法已满足不了现在日益严格的体育教学评价要求，因此必须加快推进体育教学评价智能化。目前，这种自动化评测系统被普遍用于各学科在线测评。通过自然语言处理技术和大量的语料库存贮为基础，自动分析评价学生的作业和标准语料库之间的距离，进而进行即时评分并提供建议和内容分析结果，如批改网[12]。未来，自动化评测系统在实时跟踪管理和评价上还有很大的提升空间。在体育课上教师传授完本堂的教学内容后，学生课下自主练习动作技能，自动化评测系统可以随时随地对学生在体育课上的学习内容进行智能化的系统评价。因而，也可以应用到体质健康测试当中去，改变以往通过教师及体育工作者进行测试的方式，不仅提高了测试数据的准确性，还节省了人力和财力，并能结合学生日常的体育课学习效果评测内容，来提高他们的身体素质。

3.3 体育教育机器人

人工智能与其他学科交叠促进了教育人工智能(Educational Artificial Intelligence)在教育领域的新突破[13]。教育机器人从最开始的教育器械，升级成为一种应用更为广泛，功能更为全面的人工智能型助手。教育机器人除了帮助学生管理日常的学习任务，分享学习资源，引导学生积极主动地参与到学习中[14]，还能与学生建立友好的陪伴关系，寓教于乐，促进学生的学习与成长。教育机器人应用于体育的主要形式有：①辅助个性化的练习，使体育训练不再枯燥。②体育讲堂知识助手，普及运动常识，讲解运动史。③实时反馈的运动助手，精准记录你的运动时间、强度、心跳等生理指标，生成运动报告，根据身体实际情况，提供运动建议。④运动者数字肖像，帮助教师了解每个学生的学习情况，不断改进教学方法。未来体育教育机器人的普及，使越来越多的学生参与到体育课堂教学中去，家长放心，学生更加热爱体育锻炼，从而养成终身体育的学习观念。

4 人工智能在体育教育中的展望

4.1 面向现代化，构建学习型社会

十九大报告中，明确把教育事业作为民生之首，落实教育优先发展战略，加快教育现代化，办好人民满意的教育，不断满足人民日益增长的美好生活需要，增进人民群众的获得感、幸福感、安全感。2018年习近平提出建设“人人皆学，处处能学，时时可学”的学习型社会[15]。苏州大学教授朱永新提出，未来学习会逐步实现学习共同体，形成学习社区[16]。人工智能技术的应用，可以有效提高教育质量，提升学生学习的兴趣，同时也指明了新时期教育工作的发展方向，实现教育信息化2.0发展。只有更加注重面向人人的教育，大力促进教育公平，更加注重以学习者为中心，因材施教，提高教育质量，才能不断办好人民满意的教育。体育是民族昌盛发展的基石，切实抓好人民体质及心理健康，加大力度普及和完善体育健身知识，利用人工智能技术，促进学校体育发展，使学生养成终身运动的行为习惯，是一项长久坚持，功在千秋的伟绩。当前我国的学校体育虽然受到相关部门的重视，但在日常教学中仍面临着各种困难和问题。因此，应抓住人工智能时代的发展机遇，从而把体育教学推向智能化，打破外界认为的体育只是一种简单的身体活动的观念，充分利用人工智能的特点，不仅为学生传授运动技能，还为他们带来内在丰富的体育知识，使学生成为全面发展的人。学校体育与全民健身、竞技体育相互关联，人工智能在不同体育领域间的普及，有助于推动整个社会体育的良性发展。

4.2 面向世界，转变教学理念

历史学家尤瓦尔·赫拉利在《人类简史》中把人类社会的发展总结为三大革命：认知革命、农业革命与科学革命。我国已经错过了世界发展的前两次革新，定然不能再错失信息化发展的良机，应尽力而为改革创新，发展具有中国特色、世界水平的现代教育，以教育现代化支撑国家现代化，增强教育国际竞争力。“人工智能+教育”就是其中一个重要的组成部分，而在教育之中，体育的发展事关国民健康的基石。在以往的教学中，学校以学生的主要课程为主，大都忽视体育课，且在体育课上不敢让学生从事大量运动，加之学生在体育课上的受伤，使得许多学校对体育课望而却步，逐渐造成对体育课的不重视。在教学理念上缺乏对学生人格品质的培养，体育锻炼有助于培养学生坚强、积极乐观的人生态度。人工智能飞速发展的今天，就是助力于体育教学的进步，使它突破旧有的教学理念，发展人工智能与体育，转变现有的教育思想，树立切合实际，立意长远的教育目标。

4.3 面向未来，创新体育教学教法

多学科融合教学发展已成为当下教育的发展趋势。懂体育未必懂技术，懂技术未必能深刻理解体育。由于技术人员对数据挖掘结果无法从体育的本质出发进行诠释与分析，而教育者无法从技术层面提出准确要求与目标，对机器所预测的结果也无法确信，两者之间缺乏交流与实践。因此，加大力度探讨体育与人工智能领域的深度融合具有紧迫性与重要性。比如：开设课程促进人才的流通与合作，实现跨学科人才培养。目前，有多种方面可有效帮助体育从业人员理解机器学习和人工智能系统，比如：可视化技术开发人机界面，可加大促进跨领域深度融合，不断创新体育教学的趣味性、科学性、严谨性。教师在体育教学中有时会存在对学生提出的问题不能详细科学地回答，在传授运动技能时忽视对理论知识的讲解等问题。有了人工智能机器人的帮助，使学生在课堂上更容易理解体育运动项目，教师不仅节省了不必要的教学时间，还可以与人工智能机器共同学习，不断完善教学内容与方法，从而达到互利的教学效果。

5 结语

我国正处在信息时代与中国特色社会主义新时代的历史交汇期，教育信息化必须要与时代同频共振。新时代，体育教育也被赋予了更为重要的教育意义，人工智能与体育的结合，为体育教育带来了更多的可能性。我国的人工智能技术尚在进一步的研发与完善之中，客观来说，我国的教育人工智能技术还缺乏大量的实践，还需广泛采纳基层教师的建议和意见。因而必须以长远的目光去审视我国信息化教育的发展，必须以受教育者为中心审视我国信息化教育开展的强项和弱势，必须立足于国际视野打造我国未来的人才，大力开发人工智能在教育领域的应用，在未来更好地助力体育事业的发展。