以智育人：智慧体能教室的系统构建

赫忠慧 郭钟泽

（北京大学体育教研部 北京 100871）

1、引言

随着信息化不断发展，知识获取方式和传授方式发生了革命性变化，教育领域的数字化改革日渐加速。党的十九大报告提出，要建设网络强国、数字中国、智慧社会，“数字中国”上升为国家战略，互联网、大数据、人工智能等新一代信息技术全面应用于我国各领域建设，并取得决定性进展和显著成效。《教育部2022年工作要点》提出“实施教育数字化战略行动”，加快推进教育数字转型与智能升级。随着现代教育技术的发展，越来越多新型的教育技术被运用到教育中，对整个教育过程、教育体系都产生了很大的影响。“物联网”、“云平台”等现代技术为传统教室的智慧提升提供了支持，极大地促进了校园信息化的程度，而智慧教室的出现为改革学习过程和学习评价提供了技术支撑，满足了不同课程体系以及不同师生的需求，进而得到了全新的学习体验。

新时代，发展与提升青少年体能有着时代的必要性和可行性，随着数字化运动数据监测设备和设施在体能训练过程中的成熟运用，让智慧体能教室的系统性发展成为可能。本文旨在探讨基于智慧体能教室设计的需求分析前提下，进行智慧体能教室的系统化设计，并提出智慧体能教室的建设建议。

2、智慧体能教室的需求分析

智慧体能教室是针对在校学生以提升体质与健康水平而进行的专门化、专业化教室。结合传统教学过程中与体能发展相关的学生体质与健康测评、体能课程教学、课外体育锻炼等活动，有针对性地制订智能化教室的系统设计方案，进而进行场地及设施设计，以及人体及运动数据采集与分析系统等架构分析。

2.1、《国家学生体质健康标准》测评的需要

《国家学生体质健康标准》（以下简称《标准》）是国家学校教育工作的基础性指导文件和教育质量基本标准。《标准》从身体形态、身体机能和身体素质等方面综合评定学生的体质健康水平，是学生体质健康的个体评价标准。测评指标中的身体形态及身体素质类指标可以作为体质健康水平的监测指标，也可以通过它们的变化来反映运动对体能的改善和提升效果，因此，《标准》测评指标可作为智能体能教室中重要的测评工具。

2.2、体质健康发展的需求

青少年时期是各项身体素质与身心发展的关键阶段，然而中国青少年的体质健康水平呈现着连续下滑趋势。已先后进行了8次的“中国学生体质与健康调研”结果显示，从1995-2014年，中国儿童和青少年身体素质情况下降了167%，且不及1985年的水平。其中，有33%的青少年存在不同程度的健康隐患。细化至身体姿态这一领域，驼背、圆肩、高低肩、脊柱异常等身体姿态问题在青少年群体中较为多发，脊柱侧弯已成为继肥胖症、近视之后中国儿童青少年健康的第三大隐患。

《普通高中体育与健康课程标准（2017版）》和2021年新颁布的《义务教育体育与健康课程标准》中都将发展体能作为技能发展的前提和基础，在课时安排和教学内容等方面都提出了明确的要求。在体育教学中采用数字化教学资源、智能测评及运动处方指导方案等也已明确写入课程标准中，引导着体育教学改革的方向。

3、智慧体能教室的系统设计

智慧教室是一种全新的教学环境，其依托泛在网络环境等科技，以海量的数字化课程与教学教育资源为前提，融合多媒体技术、通信技术、传感技术、人工智能技术、虚拟现实技术等，实现电子设备系统化管理、促进课堂交互开展，优化教学内容呈现，以师生互动为核心，实现“教”与“学”关系最优，具有情境感知和环境管理功能的新型教室。

智慧体能教室的系统设计应用智慧教室的上述技术，实现智慧教室的功能。还应遵循体能发展规律，充分体现发展体能的过程，且全方位呈现“智慧教育”的特征。发展体能的过程应体现体能基础水平的测试与评价，体能训练方案的实施与质量监控，以及体能发展的效果反馈。而智慧教育的主要特点包括：学习方式个性化，教育信息共享化，管理服务智能化。

3.1、智慧体能测评系统

体能测评系统基于体能测评的需求，系统开展《国家学生体质健康标准》测试与评估，同时围绕体能发展所关注的身体姿态、身体功能筛查等测评项目，结合运动能力的测评满足运动技能学习的需要。

体能测评数据的采集及统计分析采用目前通用的数据采集设备，如电子计时设备，电子测距设备，数字化计数设备，电子传感器设备，压力感应设备，人工智能动作捕捉系统等。通过发展较为成熟的外设设备将体能测试数据采集到评价管理系统，并依据评价标准进行评价，出具结果分析报告。

体能测评系统既可以对个体体能状况进行测评、结果反馈，也可以针对不同群体开展群体数据分析，为个体进行运动处方指导提供依据，也可以为班级体能教学指导提供数据分析报告。

图1 智慧体能评价系统结构示意图

3.2、智慧体能运动监控系统

运动处方根据功能可以分为以发展健康体能的运动处方和发展运动体能的运动处方。运动处方根据不同目标进行设计，同时根据练习者的基础体能状况安排不同的运动处方方案。此外，很多体育教学课件也可以作为教学资源在教室里加以推送与应用。这些方案中通常包含运动的强度、时间、运动量等实时运动指标，也包括身体负荷等整体评估指标。上述运动实时数据的采集目前较常用的是可穿戴设备，如，以普通健身需求为导向,简单轻便,个人常用的计步器、运动手环、运动手表等，还有一类以运动监控需求为导向，设备专业属性强，可根据需要灵活调整采集指标和相关参数，设备佩戴安全性和舒适性高，如 GPS、加速度计、陀螺仪等。对于监控数据也通常会有相应的软件支持及数据交互、云端交互功能。

图2 智慧体能运动监控系统结构示意图

3.3、智慧体能数据分析及管理平台

智慧体能数据管理平台可收集并整理的数据范围广且有针对性，可对练习者全方位的数据和信息实现数字化、系统化。体能训练数据管理平台应该具有技术成熟，用户体验友好，操作简单有效，便于每天数据输入和分析等特点。并且可以短时间生成准确、有针对性的数据分析报告。帮助练习者对其运动表现的变化做出准确的判断，同时，也可选择多样的个性化定制方案来满足练习者的需求。

智慧体能训练数据平台的设计应兼具灵活性和自定义性，轻松设置不同级别管理者、指导人员和练习者的操作权限。同时，大数据平台还应该支持目前主流数字化体能测试仪器的后台数据导入，可以通过直接上传或间接导入的方式来进行数据传输，减少人工输入的环节，并实现一站式体能测试和训练数据的汇总、管理、存储和分析，生成简洁直观的分析报告。

数据挖掘技术能够把各个数据之间的相互联系做出一个清晰明了的分析,进而发现一些具有很大价值的运动规律，达到对练习过程的有效控制。

图3 智慧体能数据分析及管理平台结构示意图

4、建设智慧体能教室的建议

4.1、秉承“以人为中心”的设计理念

智慧体能教室在建设过程中，应采用“以人为中心”的设计理念，即遵循以学习者为主体的设计理念，应体现体能测评结果分析、运动方案实施过程监测以及运动质量及效果评估的需求。同时，智慧教室应具有高科技的智能技术与教学装备，即要求网络、云服务、智能行为分析系统、各种交互式设备等应成为标配；优化整合教学资源，优质教学资源获取及推送服务便捷，实现线上线下的混合式教学；根据课程特点，充分运用先进技术和装备，创设体验型、主题型不同类型的教学情境，满足不同需求。

4.2、坚持“以应用为中心”的建设原则

在建设智慧体能教室过程中，应坚持“以应用为中心”的原则，选取发展成熟的体能测评及数据监测采集等软、硬件产品，保障数据采集过程中软、硬件系统应用的流畅性与个人数据及隐私的安全性。在功能实现方面也应以实用性为出发点，充分考虑交互过程的操作更为便捷，设计应用操作便捷、界面清晰的交互界面，操作系统应有较高的纠错容错能力，从而让智慧体能教室的使用更具实用价值。