小学体育运动全过程智能化实践应用

《义务教育体育与健康课程标准（2022年版）》在课程实施中建议“运用信息化教育手段和方法……帮助学生通过线下、线上相结合的方式，打破学习的时空壁垒，拓宽体育与健康课程的学习视野”。笔者所在学校作为浙江省数字化改革示范校及智慧校园示范校，利用AI技术，为学生提供可见、可触、可赛的运动氛围与环境，形成运动全过程的智能化新样态（图1）。

一、运动全过程的智能化场景构建

针对学生运动过程中难量化、难记录、难监督、难分析等问题，学校利用智慧终端进行资源整合，将学习、练习、比赛和评价等各个环节紧密连接在一起，实现结构化建构，建立运动全过程的场景打造，进行运动竞赛、运动教学、运动提升、运动锻炼的功能化多维立体打造。

1.AI运动环境场景的一体化建设

学校原有运动环境的场景构建，是以国家生均运动面积及运动功能场馆需求标准进行建设，分别建设了智体游戏区、主题运动场馆、童玩运动空间等设施。在此基础上，学校依托人工智能终端设备，积极探索学生年段需求，分别建构了校内AI基础设备及校外居家运动挑战App，实时采集学生的技能水平及体能情况，通过运动分析和处方反馈，提供精准的课外延伸指导，帮助学生找到提升运动能力的练习项目。学生可在虚拟环境中进行比赛挑战，满足学生走出教室即能运动，离开学校也能运动的运动需求。

学校以教学楼学习区为枢纽站，将田径场、山海广场及体育场馆等运动场域进行AI智慧体育分区域场景构建，分别建设AI智慧跑步、AI智慧跳绳屏、AI智慧教学及AI智慧体能等场景，供学生自主选择（图2）。校内智慧系统可对学生校内运动情况进行识别、记录、分析，校外则借助跳绳等各类运动App为延伸端，以家庭作业等形式，为学生提供便捷的运动提升、体态改善及专项课程定制推送，引导学生养成运动习惯。

2.AI运动项目的结构化设计

学生通过AI课堂、AI跟练、AI跳绳、AI体能、AI球类、AI趣味项目等练习后，利用人工智能技术及算法生成运动处方，形成动作准确度、运动频次及身体机能提升的建议报告，在课间及居家时间根据自身提升需求，借助AI软件等进行专项练习和体能挑战，增强体质和运动能力（图3）。

二、运动全过程的智能化应用

1.课堂教学，从“一课一师”走向“一课多师”

利用AI智慧体育虚拟教师赋能课堂教学，为每名学生提供长期的学练助教，包含体育课程学习虚拟教师与体能提升虚拟教练员。在体育课堂教学中，围绕学校所开发的武术基本动作与游戏、排球垫球、跳绳、中长跑起跑技术、篮球运球及足球绕杆等数字化课程资源进行双师教学。学校组建“数字化教师”团队，对教学资源、教学经验和教学方法进行整合，提炼和录制18个课时及以上的大单元数字化教学视频资源。在课堂教学中，“数字化教师”充当学练示范，上课教师进行有目的的巡回指导，对学生进行高效的小组化合作学练，体现出师生的协同创新与教学合力。

在体能练习课中，根据学生历史体能状况、技能水平及兴趣偏好，AI智慧体育自动化分析及定制训练计划，提供丰富的体能提升练习项目，如力量、速度、耐力等，并融入趣味性语文诗词、英语单词、数学计算等运动互动，让体能训练不再枯燥乏味。学生轻触屏幕，根据个人兴趣和能力水平进行练习。屏幕上的虚拟教练员边示范边实时评估学生的动作准确性，提供即时反馈，帮助学生在安全、科学的指导下逐步提升体能。

同时，AI还能实时监测学生的运动数据及运动轨迹等，及时提供反馈与调整建议，确保学生学习的科学性与安全性。“一课多师”教学形式涵盖的课程教学、体能锻炼及专项提升等功能，实现了教学资源的全面整合与优化。

2.家校共育，从“任务锻炼”走向“智慧锻炼”

学校聚焦学生体质健康及运动兴趣的培养，以AI智慧运动空间为载体，进一步提升运动效率与效果，将智慧体育融入校园无感教学，根据学生的运动项目挑战频次数据，开发及上传匹配度极高的数字化体育专项技术课程及体能提升锻炼项目。

学生在校园或居家环境下，利用AI智慧体育终端及智慧运动App中的虚拟课程教师及体能教练员，自主进行专项技能学习或体能跟练后，系统自动收集和形成学生运动过程数据，分析其运动行为、能力水平及兴趣偏好，其运动能力分析主要从速度、耐力、力量、灵活性及协调性等几个维度，通过AI算法的深入剖析，精确反映出学生各项运动技能水平，预测其潜在运动发展趋势，为学生量身定制个性化训练计划做好底层基础。家长和教师可通过后台链接及App实时查看学生的运动数据、进步情况及兴趣变化，实现家校共育，共同关注和支持学生的健康成长（图3）。学生还可进行关卡等级挑战、最佳成绩榜、在线竞赛等，让锻炼过程充满乐趣与挑战，增强锻炼的趣味性和互动性，有效激发学生的参与热情，使学生迈向更加健康、积极的生活方式。

3.课外拓展，从“定向竞赛”走向“无痕竞赛”

学校打造智慧体育常态化无感竞赛样态，利用AI智慧体育无痕竞赛系统，进行智慧体育动态看板自主研发，以自然月为计量单位，为学生提供6项多样化无痕竞赛形式，项目包含1分钟跳绳、高抬腿、开合跳、深蹲、蹲跳、左右横跳等。结合吉尼斯挑战赛中的月单项吉尼斯榜及月累计吉尼斯榜形式将运动过程及结果进行呈现，“无痕竞赛”采用不固定时间、地点和对手的方式，分级段分项目实时生成竞赛报告，学生在体育课外所进行的每一项运动锻炼数据都被智能地记录并分析，形成个性化的运动成绩单。如，通过设立不同运动项目的达标时间和达成数量的通级指标，帮助学生找到所需提升的运动项目，并通过AI设备进行无感竞赛。呈现运动结果数据反馈，检验自身体质测试成绩所在水平，不断刷新自身纪录。当学生自主挑战并成功达成这些目标时，系统自动生成运动特长通级报告，并在校园智慧体育数字驾驶舱进行表彰，实现教学与竞赛的深度融合，为学生提供更智能和高效的智慧体育场景，提升运动快乐感。同时，也为学生提供运动特长展示平台，享受运动带来的乐趣。此外，系统会根据学生的无痕竞赛运动数据，AI数据大模型数据系统自动计算和识别学生的运动信息并计入运动过程数据，实时产生排行榜。评选出“月单项吉尼斯者”及“月累计吉尼斯者”等奖项，并在校园内公开展示，给予表彰（图4）。学生在享受运动乐趣的同时，改变学生对体育运动的认知与态度，提升其体能、技能和团队协作能力，实现“寓教于乐，寓学于动”。

三、运动全过程的智能化处方

1.运动过程的可视化呈现

学校AI智慧体育设备及居家智慧运动App的运动过程可视化呈现，是利用AI视觉算法功能，实时捕捉收集和呈现学生等运动数据。其中学校AI智慧体育设备，学生通过人脸识别进行跳绳、立定跳远、仰卧起坐等项目锻炼后，系统实时从运动曲线、肢体角度、运动频率、力量输出及肌群状态等，自动生成点评分析及加强建议，学生在挑战后实时查看自己的运动过程报告。居家智慧运动App则是在居家运动环境下，一是通过导入学生体质健康成绩数据，对学生的BMI值、体测项目得分情况进行分析，提供运动内容、强度、时长及频次等提升建议。二是利用手机摄像头进行运动视频采集分析，通过频次速度、失误次数及高频次数等方面进行即时评价，并提供运动过程的视频回放功能。运动全过程的可视化呈现与指导，不仅让学生感受到科技带来的便捷与高效，还能在科学的运动计划中不断提升自我，享受运动带来的快乐与健康，让学生直观感受成长历程，共同推动教育服务质量的持续优化。

2.运动处方的个性化设计

基于学生运动能力分析、体质测试结果及动态运动过程的多维度数据，利用大数据分析和AI算法，实时为学生更新个性化运动改善方案及运动训练计划，在实施过程中，学生可以通过居家智慧运动APP接收到每日个性化运动任务。

如，五年级谢××体测数据显示BMI为19.3、肺活量3712ml、50m跑成绩10.2s、坐位体前屈成绩10cm、1分钟跳绳101个、一分钟仰卧起坐23个、50m×8往返跑成绩199s。依据体测成绩，智慧系统经过分析认为该生肺活量和坐位体前屈项目成绩较好，一分钟跳绳和一分钟仰卧起坐需加强，50m跑和往返跑需加强；总体分析为在心肺耐力、肺功能和速度上表现较好，柔韧性和腹肌肉力量方面需进一步提升。前期锻炼计划围绕提升学生柔韧性和腹部肌肉力量训练为主，辅助锻炼速度和爆发力，故给出如下个性化运动处方：原地跑×100s×2组，提升速度和爆发力；踩桩子×60s×2组，通过提膝动作促进大小腿肌肉增长，以提升力量能力；敏捷摸球×60s×1组，通过锻炼手眼协调能力，提升反应能力和爆发力；全身入框×60s×1组，横向运动全身入框内，通过俯卧撑、深蹲或者起跳3个动作，锻炼全身肌肉与核心力量；蹲马步×60s×1组，锻炼体能提升精神意识；平衡摸球×60s×2组，利用单脚移动进行活动，锻炼手眼协调提升反应力和腿部爆发力；高抬腿摸桩×120s×2组，锻炼腿部力量和反应能力。首周推动项目主要以跑步和体能训练为主，运动强度中等，每日进行15分钟左右的体育运动，包含4分钟穿插休息和11分钟间歇体育运动。系统还会根据学生的实际完成情况，动态调整处方内容，确保干预内容的有效性和针对性。家长和教师通过App实时查看学生的运动处方执行情况，共同监督和促进学生的运动改善。经过实践，学生体质健康水平普遍有了显著提升，并逐渐养成居家锻炼的良好运动习惯。