人工智能时代下体育课堂变革的新生态探究

田 吉 胡 胜

人工智能时代下体育课堂变革的新生态探究

田 吉 胡 胜

（沈阳大学 体育学院，辽宁 沈阳 110041）

人工智能所引发的技术革命将当代社会推向了智能化时代。人工智能技术以不可阻挡的势头突进体育课堂领域，给体育课堂教学带来新的机遇与挑战。文章运用文献资料法、归纳总结法等方法剖析了人工智能时代下体育课堂的行为模式，厘清智能化体育课堂中的人物角色定位缺陷、监管技术匮乏、交互体验缺失等方面的不足。经研究提出：强化智能人物角色的定位素养、高度整合智能监管体系、深化智能交互情感体验，是改革智能时代下体育课堂现存障碍的突破路径。至此让未来的智能化体育课堂走向更加全面的新生态。

人工智能；体育；课堂变革；新生态

人工智能是指仿真人类智能的计算机系统或技术，例如视觉或音频的识别，样貌或形态的分析，以信息技术为基础，经大数据判断与决策的加持，以对人体的模仿、沉吸和超越为目标的高新科技。这种技术的广泛应用使计算机代替人脑完成工作，在很大程度上拓宽智力与体力[1]。

2021年3月13日，我国《第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提及要“推进数字化智能化改造和跨界融合”[2]。随着中国数字化的不断发展，传统体育课堂模式无法满足人们当下的时代所需，促使体育课堂新生态快速涌现。然而，在智能技术与体育行业高度融合发展的当下，体育课堂的数字化技术尚不完备，仍需新一代体育人搭乘数字化的列车，高效发展体育信息化，在体育课堂领域大力推进“互联网+”，实现传统体育课堂向智能体育课堂的高效转型。“人工智能+体育课堂教育”是党实现体育强国的重要举措，对提升国家综合国力具有重大意义。

文章主要针对当下人工智能技术与体育课堂融合的现状，简述当下智能化体育课堂变革的发展问题，以人物定位关系、监管系统、交互体验为例，分析在体育课堂教学中人工智能技术的运行情况。并提出了相应问题的解决措施：加强智能技术对角色的准确定位，高度整合国外数字技术的监管体系，利用现有资源改造互动系统。旨在更全面完善体育课堂的新生态，使人工智能技术与体育课堂进行更深入的融合，为培养体育高质量人才搭建有效平台。

1 人工智能时代下体育课堂变革的新生态

1.1 智能体育课堂逻辑化建构

智能化体育课堂是以计算机为核心的产物，利用智能程序和高科技芯片与虚拟环境制造相结合，创设适用于体育课堂的模拟构造。在人工智能飞速发展的时代，只有高度结合智能技术的功能性逻辑学与体育课堂基本构造，努力把握并不断探索和挖掘其内涵特征，扩大所要研究的两者范围，发挥智能技术在现代体育课堂的作用，从而更好地推动人工智能与体育课堂的融合发展。基于当下数字化技术的发展，针对人工智能技术的概念已提出三种极具代表性的研究范式，使体育课堂下的人体变得更加符合数据化、结合创新化、行为动作化[3]。

现如今，我国人工智能技术在体育课堂领域已广泛普及，例如早课人脸识别系统、沉浸式体育教学情景、测量学生运动数据、精准化体质监测以及智能教学平台等。利用人工智能技术，逐渐对体育课堂进行更加全面规范式建设改革。体育课堂理念变革在于人工智能技术融合人类综合想法，重建传统教学的价值观，并通过具体行动表现出来。基于人工智能技术发展现状以及体育课堂变革的现实需求，实现我国人工智能技术与体育课堂的交叉结合，产生了具体的数据化构建[1]。

1.2 智能体育课堂数据化处理

体育作为智能化教学体系中相对独特的一门学科，不仅有专业理论知识学习，还要求与运动技术高度配合，这就要求体育教师做出合理的教学分配。然而，在智能时代下对技术动作学习的体系尚不完善。因此，针对智能化体育课堂数据要更具全面性、易获得性与多元性。人工智能技术融入体育课堂对以下数据进行分析处理。

其一，融入语言数据处理。语言是通过声音进行表达，声音是发声者向听者传递内容、表达情感与意图的介质。一方面声音的语调可以反映发言人的情意状态，表达发言人的心理活动。另一方面可以利用语言对声音进行数据处理，获取人类的感应信号。智能技术将语言进行归纳整理，从而展现出体育课堂专业术语，比如体育课堂的整队、结束的口令。

其二，融入形态数据处理。通过对手势、动作、姿态等进行人体形态识别，以反映人体的现实状态；通过对人体结构的建模、定点与分割，剖析运动技术动作。各大名人学家也对学生的形态识别做了很多深入研究[1]。例如徐家臻等基于人体骨架信息的提取实现对学生五大行为的识别[4]；刘新运等设计算法对学生立正发言、向右看齐、向后转等体育课堂行为进行检测[5]。这类智能技术的识别结果更能对体育课堂中的形态数据进行进一步的把控，从而更有针对性地体现在体育课堂中。如教师的示范、学生的演示等。

其三，融入面容数据处理。面部表情是人体表达情感的外显方式。针对人类脸部表情的捕捉，用智能技术将捕捉到的信息进行识别，从而确定信号和意图。识别面容处理主要有两类:一是对局部特征的分析。可通过定位眼睛、鼻子、嘴唇等关键点的特征，识别面部肌肉动作并以此进行面部表情分类。二是对整体特征的分析。以分析整体面部为例，区分不同表情的面部特征[6]。面部表情是反馈教学成果的一种最直接的表达形式，如利用智能技术对学生在学习运动技术动作时的面部情态进行分析，从而确定学生运动技术的掌握程度。

其四，融入环境数据处理。智能时代下的环境以5G网络、VR技术、知识图谱、模式识别、语言处理等为代表，模拟现实技术是将背景空间从实体化向虚拟化过渡[7]。智能技术下的体育课堂是将传统的体育课堂同各种仪器的协同在屏幕画面中显示出来，以此增加学习者环境空间的浸入感，提高学习者的思考及决策能力。用智能技术将体育课堂高质量地展示出来，为体育课堂的空间仿真技术创造必要条件，为创设真实的体育教学情境提供数据上的支持。

1.3 智能体育课堂虚拟化结合

虚拟技术属于一种创建和体验虚拟世界的计算机系统仿真技术，虚拟技术的特性分为三大类：第一类沉浸性是指通过智能计算等相关设备生成逼真的多维感官环境，使参与者身临其境，同时也会对参与者的行为产生相应反馈，从而达到人与环境的深度融合[8]，更有利于动作智能化掌握。虚拟仿真情境认知理论认为“学习者”和“所处环境”是同一系统的两大子个体，两者交叉进行且相互作用。现如今，虚拟仿真技术的广泛普及，出现了较完善的软件设备。如MIPNet中的姿态估计技术可以监测到人体定位点[9]。

第二类交互性是指体验者对外在环境的感知。在体育课堂场景中，利用姿态估计技术中的预测人体关键坐标点，通过坐标点来描述一个准确的运动技术动作。如体验者可真实的感受手握虚拟杠铃、手握篮球抛出力量的大小等[8]。

第三类想象性指体验者在虚拟的环境下，根据一定的交互行为，通过大脑的想象进行一定推断，创新其赋予的超强想象能力[8]。虚拟环境的产生就是由设计者想象出来的产物，既可以是自身想象的结果，也可以是现实现象的阐述。

鉴于此，在虚拟技术的三大特性相互作用下，使虚拟技术更好的与体育学科交叉结合，进一步促进体育课堂的智能化建设，为变革体育课堂新生态创造强有力的背景条件。

2 人工智能参与体育课堂变革的现存障碍

2.1 人物定位缺陷

新兴的智能化体育课堂对体育教师与学生的感受力都产生一定影响，首先，学生自主适应能力下降，智能技术的产生给予学生不同的学习体验，传统体育课堂下产生的问题需要靠不断的探索得出最后的答案。然而，在智能时代下有大量应用软件的，体育教师与学生无须反复探索就可以得出精准的答案，使学生主动求知的欲望大幅度降低，变成智能化被动式收取。长此以往，学生在接受问题时，产生一定的生理惰性，不再主动创新。在解读人工智能教育的潜在风险时，《2022年人工智能教育蓝皮书》指出，人工智能技术剥夺了学生自主筛选、探究、辨别的基本能力，学生会逐渐习惯送到眼前的学习资源和学习路径，并盲目地认为都是适合自己的最优推荐[10]。因此，解决学生角色的定位点是当下智能体育课堂要面对的首要问题。

其次，针对体育教师在智能体育课堂的主导地位这一问题，说法有其本质性的优缺点。优点是体育教师可以在人工智能技术的帮助下深度挖掘学生的内在潜力。缺点是在智能技术的过分引导下，体育教师的主导地位被其替代，智能技术对于体育教师的压迫力日趋明显，如学生可以通过线上教学平台对技术动作进行慢动作观看与重复的学习，这比教师的现场示范更全面、更具体。人工智能技术的广泛应用将体育教师的主导地位推向末端，这也成为智能化体育课堂要面对的主要问题。

2.2 监管技术匮乏

在体育课堂教学领域中，对学生体育学习的监管则是最隐晦也是最难捕捉的困境。在虚拟环境影响下，基于学生的认知负荷控制，学生难以将注意力完全集中起来，智能技术所提供的功能会在一定层面上严重干扰受教育者对重要知识学习的注意。因此，受教育者关于一些技术动作的核心要点并不能完全掌握，而是浮于表面，此外，虚拟体育课堂中的技术动作练习，无法得到相应的条件反馈，导致技术动作的练习不够准确和精炼。

在智能体育课堂监管系统的普及应用下，体育教师能在虚拟环境下可以对学生进行实时监管教育。但是，当前智能化监管工具的开发仍有些许不足，导致体育教师难以辨别学生在虚拟环境中所做的动作是在玩还是在练习。个案研究数据表明，智能体育课堂下的体育教师在观察学生的肢体语言和行为表现时[8]，与传统的体育课堂相比，智能体育课堂下的行为表达不具真实性，也不易识别，为体育教师的智能化监管增加实质性的难度。因此，当前智能化体育课堂面临的困境：如何利用智能化数据开发更具深入化的监管体系，帮助体育教师针对性地监管学生体育知识的学习，并能适时地加以引导和进行干预。

2.3 交互体验缺失

交互体验顾名思义是指交流互动，智能化交互行为是指通过网络这一沟通平台，让体验者直接获取相关交流信息，还能使体验者之间或体验者与平台之间相互交流互动，从而达到智能时代下人类的不同互动行为。经研究认为：交互行为体验有着不同的特征，内部技术相互影响并不断完善，形成不同形式的交互体验。

现如今，智能时代下的交互行为虽能满足大部分用户的需求，但在体育课堂中交互行为却受到了严重的影响。体育课堂中的大部分交流形式即语言，语言结构的合理性有助于提高人类的沟通效果，语言交互体现在体育教师以正常的语言情感、讲授情感、理论情感等与学生的交流配合中。然而，受智能技术的影响，体育教师的交互情感却难以得到学生的回应，语言行为受到了极大的限制，教师的“讲”变成机械性的表达，对于教师带有情感态度的语言行为，在交互平台沟通中都被大打折扣，如体育教师带有批评的情感态度，在文字沟通中未涉及强烈的语气，那么在这段附有感情的交互行为中，学生是没有情感认知效应的。由此可见，人工智能技术下体育课堂通过语言所传递的情感意义均未涉及。这正是体育课堂中交互行为的一种严重缺失，是智能化体育课堂改革需要进一步深化研究的重点。

3 人工智能改革体育课堂变革的突破路径

3.1 强化智能人物定位素养

在智能化时代的影响下传统体育课堂的地位逐渐被弱化。《教育信息化2.0行动计划》中明确指出“要全面提升师生信息素养，应用信息技术解决教学、学习、生活中问题的能力成为必备的基本素质”[11]。因此，强化教师的“教”和学生的“学”是改革传统体育课堂的首要任务。

第一，提高学生的智能化学习素养。体育课堂受智能技术的影响，这会导致学生的学习兴趣、自学能力以及专业练习不断下降。学生在突破传统体育课堂限制的同时，个体发展也存在一定的变化。在面对智能化教学这一时代导向时，学生应根据自己的兴趣爱好来筛选适合自己的体育项目，而不是盲目跟从；在面对智能教学系统提供的运动分析报告时，学生应有判断力地从自身维度出发总结分析。使学生感受到智能化体育学习的主体性与重要性，提高自身创造力。

第二，提高教师的智能化专业素养。人工智能在体育教学中被定义为“教育辅助者”，而非主导者。首先，体育教师要积极学习智能技术，关注智能技术发展的前沿问题，奠定智能技术知识的基础，在日后的实践应用中，能够得心应手地运用智能技术。其次，凸显体育教师的主导性，在体育教学过程中有智慧地应用人工智能的优劣势。机器只会解决问题但不会发现问题，所以教师可以针对学生本质特点，开发挖掘学生成长的可能性。智能时代下的体育教师应创造出适合时代要求的有力的价值。最后，体育教师要进行相应的教学反思，深度考虑在智能化时代下，教学内容是否偏离原有本质，要在体育实践中不断检验与反思自身行为，实现自身的专业教学成长。

3.2 高度整合智能监管体系

有效的开发和应用智能监管体系已是智能化体育课堂的大势所趋。在体育课堂中，教师的监管系统尚不完备，这也正是智能化体育课堂的内在隐患。因此，明确监管主体和监管机构的职责才是当今智能化体育课堂所必需的。

目前我国体育行业已经成立了多个监管小组，为智能体育课堂的监管标准提供技术上的支持。同时在与别国的合作交流时发现国际智能技术已经达到在背景被干扰时，依旧可以准确识别到被检测者人体精准的姿态，保证正常的检测数据以及根据人体AI姿态分析[12]，可以实时提示违规动作，自动匹配国家评分标准程度。据了解，在当前市面上也推行了一种骨骼模型识别方法，如在跳绳运动中，不仅能检测到学生身体摆动幅度，还可以实现计数制。这些体系应用在体育课堂中，教师不仅可以精准地对学生的动作进行标准检测，还可以减轻工作负担，提高体育课堂效率。国外智能技术的融合已是当前智能时代的风尚导标，借鉴他国优质监管技术资源，对此进行深入研究并高度融合，将融合后的教学监管技术广泛应用到体育课堂中，从而促使体育教师在课堂上更加了解学生的体育学习行为，对学生进行实时监控。

3.3 问题深化智能交互情感体验

由信息数字化与自动化加持的人工智能时代，体育教师原本固定的教学互动性已逐渐处于劣势。原本依靠组间协作、语言交流的教学行为被智能技术所取代。如团队比赛、对学生纠错以及情感性的鼓励与批评等。在体育课堂中人与人之间的互动关系是智能时代下最容易被忽略掉的重要特性。体育教师对技术动作的讲解，实际上是情感互动的一种表达过程，这种带有感情色彩的交互是无可替代的，这也是当下智能技术所欠缺的。

首先，体育教师应认识到体育教学并不只是传授知识的过程，更是培养学生养成终身体育观念的过程。其次，体育教师应在体育课堂的各个阶段设立智能化互动捕捉系统，让智能技术不仅体现在师生间的互动，还可以帮助学生与学生之间信息化的交流学习，保证体育课堂的趣味性与交流性，同时通过人工智能技术对学生的兴趣爱好进行评估预测，使得体育课堂更具智能化交互“风味”，此外，充分利用智能化互动体系，可利用APP线上交流、体育竞赛虚拟化等形式[13]，基于人工智能的情景吸引力，巩固师生或学生与学生之间的互动交流，使师生感受团结一致、顽强拼搏的体育精神，生成智能化体育独特的情感体验。

4 结语

人工智能技术深度改革传统的体育教学模式，为创新体育课堂带来新的契机。对当下的体育领域来说，与智能技术的高度融合已是时代所需。文章以现存的智能化体育课堂内在特征为基础，剖析该研究领域中所存在的实时性问题并进行梳理，尝试得出相应对策，从而更好地变革体育课堂的新生态，为推行更高效的智能化体育课堂添砖加瓦。

[1]吴立宝，曹雅楠，曹一鸣.人工智能赋能课堂教学评价改革与技术实现的框架构建[J].中国电化教育,2021,42(5):94-101.

[2]黄元骋,王红震.新时代智能体育与传统体育融合发展研究[J].沈阳体育学院学报,2021,40(5):54-60.

[3]李振，周东岱，王勇.“人工智能+”视域下的教育知识图谱:内涵、技术框架与应用研究[J].远程教育杂志,2019,37(4):42-53.

[4]徐家臻,邓伟,魏艳涛.基于人体骨架信息提取的学生课堂行为自动识别[J].现代教育技术,2020,30(5):108-113.

[5]刘新运,叶时平,张登辉.改进的多目标回归学生课堂行为检测方法[J].计算机工程与设计,2020,41(9):2684-2689.

[6]Pantic M,Rothkrantz,L.J.M.Facial Action Recognition for Facial ExpressionAnalysis From Static Face Images[J].IEEE transactions on systems,man,and cybernetics,Part B.Cybernetics,2004,34(3):1449-1461.

[7]李小平,董银银,姜丽萍,等.基于知识图谱设计的VR教学资源建构问题研究[J].中国教育信息化,2020,26(19):15-23.

[8]刘德建,刘晓琳,张琰,等.虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战[J].开放教育研究,2016,22(4):25-31.

[9]KHIRODKARR, CHARIV, AGRAWALA, et al. Multi-instance pose networks:rethinking top-down pose estimation[C]//2021IEEE/CVF International Conference on Computer Vision(ICCV). Los Alamitos, CA: IEEE Computer Society, 2021:3102-3111.

[10]《2022年人工智能教育蓝皮书》发布[EB/OL].https://new.qq.com/omn/20220326/20220326A0AFVZ00.html,2022-03-26.

[11]教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html,2018-04-25.

[12]曲亮,许杏,王岽.基于边缘AI移动视频关键点的多姿态物体识别技术研究[J].信息技术与信息化,2019,44(12):205-207.

[13]杨韵.人工智能时代体育教学内涵特征、发展困境与推进策略[J].体育文化导刊,2022(9):104-110.

Research on the New Ecology of P. E. Classroom Reform in the Age of Artificial Intelligence

TIAN Ji, etal.

(Shenyang University ,Shenyang 110041 ,Liaoning ,China)

田吉（1999—），硕士生，研究方向：学校体育教学。

胡胜（1970—），硕士，副教授，研究方向：学校体育教学。