宋 偉，潘治國，王麗娜

(1.中國民航大學(xué) 體育工作部，天津 300300；2.天津工業(yè)大學(xué) 體育工作部，天津 300387)

新時(shí)代，以大數(shù)據(jù)為核心的人工智能正在影響或者改變我們的生活、學(xué)習(xí)、鍛煉方式，并加快了學(xué)校體育的改革步伐。人工智能技術(shù)與學(xué)校體育的深度融合對于豐富教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量，轉(zhuǎn)變教學(xué)模式，滿足學(xué)生個性化需求，培養(yǎng)體育教師利用現(xiàn)代信息技術(shù)能力，推動學(xué)校體育全面轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)學(xué)校體育加速改革與高質(zhì)量發(fā)展具有重要作用。本文對人工智能時(shí)代的學(xué)校體育改革的背景、方向與路徑進(jìn)行系統(tǒng)闡述，以為我國學(xué)校體育智能化提供參考與借鑒。

1 人工智能時(shí)代學(xué)校體育改革的背景

1.1 人工智能時(shí)代的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

人工智能是一把“雙刃劍”，一方面，使得傳統(tǒng)意義上的只有人能做到的事情，不管是簡單的體力勞動(如感知和運(yùn)動)，還是復(fù)雜的腦力勞動(如推理、決策、學(xué)習(xí))，都可以通過機(jī)器或者軟件去完成，并且達(dá)到跟人工同樣的效果，甚至比人做得還好。隨著人工智能理論和技術(shù)的日益成熟，有專家預(yù)言，未來的人工智能技術(shù)產(chǎn)品將成為人類智慧的“容器”，雖然通用的智能系統(tǒng)在未來10年內(nèi)很難超過人類智能，但在越來越多的特定領(lǐng)域內(nèi)，智能系統(tǒng)的問題解決能力可以達(dá)到甚至超過人類的智能水平[1]；另一方面，數(shù)據(jù)是人工智能的“燃料”，是驅(qū)動人工智能取得更高識別率和準(zhǔn)確度的核心要素。人工智能的快速發(fā)展讓其安全與信任問題成為焦點(diǎn)[2]，如何正確、合理地使用與管理用戶數(shù)據(jù)，保護(hù)用戶數(shù)據(jù)隱私等問題是其面臨的主要挑戰(zhàn)。進(jìn)而，人工智能技術(shù)發(fā)展的瓶頸是什么？人工智能會給人類社會帶來什么影響？人工智能是否會被安全使用等問題，都需要我們深入探索與解答。

1.2 人工智能時(shí)代我國政府智能教育戰(zhàn)略規(guī)劃

人工智能經(jīng)過60多年的快速發(fā)展，在互聯(lián)網(wǎng)、超級計(jì)算、大數(shù)據(jù)、5G等新技術(shù)的共同驅(qū)動下，正在引發(fā)鏈?zhǔn)酵黄?，推動?jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化加速躍升?！敖逃菄笥?jì)、黨之大計(jì)”，加快教育現(xiàn)代化建設(shè)對實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興具有決定性意義。人工智能作為引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略性技術(shù)，對推動我國教育現(xiàn)代化、智能化建設(shè)具有重要作用。2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出，利用智能技術(shù)加快推動新型教育體系，建立智能、快速、全面的教育分析系統(tǒng)[3]。2018年，教育部印發(fā)《教育信息化2.0行動計(jì)劃》明確提出，大力推進(jìn)智能教育，開展智能化教學(xué)支持環(huán)境建設(shè)，推動人工智能在教學(xué)、管理等方面全流程應(yīng)用，利用智能技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，探索教育教學(xué)新環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用模式[4]。2019年，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《中國教育現(xiàn)代化2035》明確提出，將加快信息化時(shí)代教育變革，建設(shè)智能化校園，統(tǒng)籌建設(shè)一體化智能化教學(xué)、管理與服務(wù)平臺[5]。學(xué)校體育是教育的重要組成部分，學(xué)校體育智能化發(fā)展是一種必然趨勢，人工智能必將對學(xué)校體育的學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)機(jī)會、鍛煉場所、鍛煉方法等諸多方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

1.3 人工智能時(shí)代體育教育的疫情應(yīng)對

在新冠肺炎疫情的沖擊下，隨著“學(xué)校停課”“居家隔離”等一系列切斷病毒傳播路徑的措施出臺，線下教育按下“暫?！辨I。為落實(shí)教育部“停課不停學(xué)”要求，線上體育課加速落地，教育信息化尤其是教育智能化成為應(yīng)對新冠肺炎疫情危機(jī)的有效途徑[6]。在線教育、遠(yuǎn)程辦公以及視頻會議都蘊(yùn)含著人工智能元素，如圖像與語言識別技術(shù)應(yīng)用、學(xué)生自我學(xué)習(xí)評價(jià)模型構(gòu)建以及各種智能化學(xué)習(xí)軟件等，對促進(jìn)學(xué)生有針對性地自主學(xué)習(xí)和加強(qiáng)弱項(xiàng)“精準(zhǔn)化”練習(xí)起到重要作用[7]。在嚴(yán)格實(shí)行居家隔離的情況下，學(xué)生無法進(jìn)行戶外體育鍛煉，體育教學(xué)活動受到嚴(yán)重影響，先進(jìn)的智能技術(shù)為化解學(xué)校體育危機(jī)提供了新思路與新方法[8]。

2 人工智能時(shí)代學(xué)校體育改革的方向

2.1 教學(xué)形式多元化：線上線下有機(jī)融合

相較于傳統(tǒng)教學(xué)，線上教學(xué)具有跨時(shí)空性、共享性、聯(lián)通性、大數(shù)據(jù)性等特點(diǎn)。結(jié)合這些特點(diǎn)，本文將從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織形式、教學(xué)資源、學(xué)生主體與教學(xué)管理6個層面，對線上與線下教學(xué)進(jìn)行對比分析。

(1)教學(xué)方法。線下教學(xué)是先教后學(xué)，即教師先講解課堂所傳授的內(nèi)容，而后學(xué)生通過學(xué)習(xí)或者練習(xí)等方式來完成體育技能的遷移，最終達(dá)到體育技能的熟練掌握和動作自動化。線上體育教學(xué)，造成了師生一定的時(shí)空隔離，體育教師弱化了教授過程，更多側(cè)重學(xué)生體育技能的自學(xué)，學(xué)生的主體性進(jìn)一步凸顯，學(xué)生從被動學(xué)習(xí)逐漸變成主動學(xué)習(xí)，更有助于培養(yǎng)學(xué)生的體育技能與思維能力。

(2)教學(xué)內(nèi)容。線上體育教學(xué)對教學(xué)場地與空間具有較高要求，太極拳、八段錦等傳統(tǒng)體育項(xiàng)目，以及健美操、瑜伽、原地徒手與器械練習(xí)等受空間限制較少的運(yùn)動項(xiàng)目，可以轉(zhuǎn)移到線上組織與開展。而足籃排、乒羽網(wǎng)等對場地要求較高的運(yùn)動項(xiàng)目受到較多限制，不適宜線上教學(xué)。

(3)教學(xué)組織形式。師生由面對面教學(xué)轉(zhuǎn)向基于互聯(lián)網(wǎng)的人機(jī)界面。線下教學(xué)，是教師與學(xué)生面對面的交流，教師成為學(xué)生獲取知識與解決疑問的唯一渠道；而線上教學(xué)，由于師生時(shí)空分離，教師與學(xué)生間不再是簡單的一對一或一對多的線性層級，而是多點(diǎn)對多點(diǎn)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)[6]，這無疑對教師的教學(xué)設(shè)計(jì)、平臺操作與管理、面對設(shè)備上課情緒的調(diào)節(jié)與管理等教學(xué)能力提出了更高的要求。

(4)教學(xué)資源。線下教學(xué)資源主要是由體育教師進(jìn)行搜集與準(zhǔn)備，而線上教學(xué)可以獲取、利用的教學(xué)資源更加豐富多樣，各大網(wǎng)絡(luò)平臺有著海量且高質(zhì)量的體育教學(xué)與鍛煉相關(guān)內(nèi)容，為學(xué)生提供了更便利、靈活的選擇，學(xué)生在教學(xué)資源的搜集掌握中越來越占據(jù)主導(dǎo)。

(5)學(xué)生主體。線下教學(xué)主要是“灌輸知識，技能傳授”的方式，學(xué)生并無多少自主選擇權(quán)，只能被動接受；而線上教學(xué)，教師會根據(jù)學(xué)生身心特點(diǎn)、興趣愛好以及體育基礎(chǔ)進(jìn)行相應(yīng)的模塊化與定制化的教學(xué)設(shè)計(jì)，真正體現(xiàn)學(xué)生主體性，激發(fā)學(xué)生體育學(xué)習(xí)的興趣。

(6)教學(xué)管理。線下教學(xué)主要采用“主觀觀察—測試—平時(shí)表現(xiàn)”的管理模式，該模式主觀性較強(qiáng)，難以保證管理的科學(xué)性與準(zhǔn)確性；而線上教學(xué)可通過大數(shù)據(jù)分析得出精準(zhǔn)的教學(xué)規(guī)律與結(jié)論，為教學(xué)管理提供更加科學(xué)合理的決策。

如前所述，一部分體育教學(xué)內(nèi)容需要教師面對面地言傳身教以及足夠的運(yùn)動空間，而線上教學(xué)無法滿足這些要求。線上教學(xué)主要是在一些特殊情況(如重大疫情、特殊天氣等)或是針對一些特定教學(xué)內(nèi)容開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，將知識點(diǎn)移至課前，以實(shí)現(xiàn)“先學(xué)后教”“以教定學(xué)”的目的，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性?？傊瑢W(xué)校體育課程要以線下教學(xué)為主體，通過線下帶動線上，線上彌補(bǔ)線下不足，實(shí)現(xiàn)兩者的有機(jī)融合，為新時(shí)代學(xué)校體育課程改革與發(fā)展提供新形式與新動能。

2.2 主體行為協(xié)同化：人機(jī)協(xié)同

人工智能技術(shù)應(yīng)用于學(xué)校體育，教學(xué)主體將不再局限于“師—生”和“生—生”之間的肢體語言與情感溝通與交流，而是轉(zhuǎn)向“人—機(jī)器”之間的聯(lián)系。劉三女牙等人指出“人與機(jī)器智能各有所長，機(jī)器擅長搜索、計(jì)算、優(yōu)化等操作，而人擅長直覺、推理、決策等更復(fù)雜的認(rèn)知活動。”[2]具體來說，“人能做的事人去做，機(jī)器能做的事機(jī)器去做，而人機(jī)可以相互融合做的事人機(jī)共做。”[9]目前應(yīng)關(guān)注教師與機(jī)器協(xié)同教學(xué)，以充分整合人與機(jī)器的各自優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)兩者的有機(jī)融合與協(xié)同。

基于人工智能的人機(jī)協(xié)同教學(xué)路徑(圖1)的具體工作機(jī)制是，學(xué)生向智能機(jī)器提出體育教學(xué)問題，智能機(jī)器通過自身系統(tǒng)所存儲的知識元素(即知識庫)，分析與診斷學(xué)生的提問，提出解決方案或修正與優(yōu)化建議，通過人機(jī)界面反饋給學(xué)生；智能機(jī)器如果沒有解決方案，則會把問題反饋給AI(人工智能)代理人，由AI代理人進(jìn)行診斷與分析，提出解決方案或修正與優(yōu)化建議，通過人機(jī)界面反饋給學(xué)生；AI代理人如果沒有解決方案，會直接反饋給體育教師，由體育教師進(jìn)行診斷與分析后直接解答，或者與其他教師、同行、專家等溝通交流與討論，提出相對科學(xué)的解決方案或修正與優(yōu)化建議，最后通過人機(jī)界面反饋給學(xué)生，或者與學(xué)生面對面交流。如有多種解決方案或修正與優(yōu)化建議，學(xué)生可以有選擇地參考與借鑒，并根據(jù)自身情況消化吸收。

圖1 基于人工智能的人機(jī)協(xié)同教學(xué)路徑

2.3 學(xué)校體育適性化：共性與個性統(tǒng)一

教育的本質(zhì)在于使人成為人，學(xué)校教育應(yīng)以培養(yǎng)“完整的人”和“全面發(fā)展的人”為目標(biāo)[10]。過去的體育教學(xué)內(nèi)容基本都是統(tǒng)一化或共性化的，忽略了學(xué)生個體的差異性，缺乏對學(xué)生個性的尊重，學(xué)生只需服從教師、服從教學(xué)大綱，而無自主選擇權(quán)，有違教育培養(yǎng)全面發(fā)展的人的基本規(guī)律。在教學(xué)中應(yīng)該以“人性為本，突出學(xué)生在體育中的主體地位。”在過去一直延續(xù)的班級授課制等規(guī)?；逃贫认拢瑐€性化教學(xué)改革進(jìn)展緩慢，教學(xué)中的共性與個性的矛盾并未得到較好處理。

而基于大數(shù)據(jù)與人工智能的教學(xué)平臺或系統(tǒng)，通過全面記錄保存下學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，對學(xué)生的興趣、愛好、特點(diǎn)、特長、薄弱環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行智能數(shù)據(jù)分析，不僅可以為學(xué)生定制個性化的服務(wù)，而且可以提供更具適應(yīng)性的學(xué)習(xí)路徑。以大數(shù)據(jù)為核心的人工智能，豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑與方法，滿足了學(xué)生的個性化需求，但對于缺乏自控能力的學(xué)生來說，網(wǎng)絡(luò)世界同樣充滿著誘惑與風(fēng)險(xiǎn)，如果使用不當(dāng)，很容易沉迷于網(wǎng)絡(luò)世界而無法自拔。

首先，不能否定統(tǒng)一化或者共性化教學(xué)的優(yōu)勢，同時(shí)也要客觀看待基于大數(shù)據(jù)的人工智能平臺的個性化教學(xué)可能產(chǎn)生的不利影響。在體育教學(xué)中，高新技術(shù)應(yīng)該更多地側(cè)重于“幫學(xué)”，而非“幫教”。在“幫教”方面，學(xué)校體育仍需要延續(xù)傳統(tǒng)的規(guī)模化教學(xué)方式，傳授共同內(nèi)容，解決共性問題；在“幫學(xué)”方面，重在輔助學(xué)生學(xué)習(xí)。針對大數(shù)據(jù)分析所得出的學(xué)生共性問題，及時(shí)歸納總結(jié)，反饋給體育老師，回歸到傳統(tǒng)的規(guī)?；虒W(xué)方式上，只有做到共性與個性相互統(tǒng)一，才能保證與提升學(xué)校體育的適性化水平，更好推動學(xué)校體育的發(fā)展與變革。

2.4 學(xué)校體育智慧化：智能信息技術(shù)的應(yīng)用

圖2 學(xué)校體育智慧化教學(xué)云平臺

隨著高新科技的發(fā)展，教育信息化也將步入下一個階段——智慧教育。學(xué)校體育的“智慧”離不開“智能”技術(shù)，離開了“智能”，也就沒有了所謂的“智慧”。人工智能技術(shù)是智慧教育時(shí)代發(fā)展的核心力量[1]。如何將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬仿真、可穿戴的電子運(yùn)動設(shè)備等技術(shù)手段應(yīng)用到學(xué)校體育教學(xué)中，以優(yōu)化教學(xué)方法與手段，提高教學(xué)質(zhì)量，科學(xué)評估體育教學(xué)效果，構(gòu)建全新的智能化的學(xué)校體育教學(xué)模式是當(dāng)下關(guān)注的重點(diǎn)。學(xué)校體育智慧化首先要構(gòu)建學(xué)校智慧化教學(xué)云平臺(圖2)，教學(xué)云平臺可以存儲體育教師錄制的教學(xué)視頻，甚至全國體育教學(xué)名師的教學(xué)視頻，以及全國和世界范圍內(nèi)優(yōu)秀運(yùn)動員的運(yùn)動技能視頻等，還可以存儲學(xué)校常用的應(yīng)用程序等。學(xué)生通過移動終端設(shè)備(如手機(jī)、平板電腦等)訪問教學(xué)平臺，獲取個人所需的學(xué)習(xí)資源。教學(xué)云平臺通過學(xué)生所佩戴的運(yùn)動手表、運(yùn)動手環(huán)等電子設(shè)備，以及KEEP、創(chuàng)高體育等App，來采集學(xué)生的運(yùn)動信息(如心率、血氧飽和度等指標(biāo))，對學(xué)生運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并給予學(xué)生及時(shí)的反饋指導(dǎo)，以避免學(xué)生運(yùn)動負(fù)荷過大及運(yùn)動方式不當(dāng)，造成身體不適。教師負(fù)責(zé)管理教學(xué)資源，及時(shí)進(jìn)行信息系統(tǒng)維護(hù)，根據(jù)學(xué)生運(yùn)動情況及時(shí)對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，制定科學(xué)的運(yùn)動訓(xùn)練計(jì)劃。

3 人工智能時(shí)代學(xué)校體育改革的路徑

3.1 加強(qiáng)虛擬仿真訓(xùn)練場建設(shè)

在以大數(shù)據(jù)為核心的人工智能時(shí)代，學(xué)校體育教學(xué)將向著精確化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，為學(xué)生提供一個更加自主、智能的信息化教學(xué)方式。虛擬仿真技術(shù)具有很強(qiáng)的互動性、逼真性、娛樂性等特點(diǎn)，其應(yīng)用會為學(xué)校體育教學(xué)帶來一場革命性的升級。虛擬仿真技術(shù)通過頭盔顯示器或者數(shù)據(jù)手套等設(shè)備，為學(xué)生創(chuàng)造一個虛擬的三維世界，給學(xué)生帶來沉浸式的直觀體驗(yàn)，讓學(xué)生獲得身臨其境的強(qiáng)烈感受。可以在綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立虛擬籃球、虛擬足球、虛擬搏擊、虛擬乒乓球等虛擬仿真訓(xùn)練場(圖3)。以籃球虛擬仿真訓(xùn)練場為例，里面安裝有攝像頭、血氧檢測儀、體溫檢測儀等各種檢測設(shè)備與傳感設(shè)備，如學(xué)生做一個簡單的投籃動作，其動作就會被系統(tǒng)采集并傳輸?shù)竭\(yùn)動仿真系統(tǒng)，運(yùn)動仿真系統(tǒng)依據(jù)力學(xué)等原理對學(xué)生所做投籃動作進(jìn)行分析并進(jìn)行運(yùn)動力學(xué)建模，對籃球運(yùn)動路線進(jìn)行仿真預(yù)測，與系統(tǒng)內(nèi)正確的籃球運(yùn)動路線進(jìn)行比較，以判斷學(xué)生所做技術(shù)動作準(zhǔn)確與否，并及時(shí)反饋與指導(dǎo)。

3.2 加強(qiáng)多主體協(xié)同發(fā)展

學(xué)校體育是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，學(xué)校、社區(qū)、家庭體育協(xié)同是未來學(xué)校體育生態(tài)化發(fā)展的目標(biāo)。孩子對體育的認(rèn)知始于家庭，家庭體育在整個學(xué)校體育體系中占據(jù)重要地位，是學(xué)校體育開展的基礎(chǔ)；學(xué)校是整個學(xué)校體育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，孩子們對體育認(rèn)知的升級以及對運(yùn)動技能的學(xué)習(xí)掌握基本上都是在學(xué)校完成的；社區(qū)是學(xué)校體育的延伸，是學(xué)校體育的依托，對孩子們體育鍛煉或者運(yùn)動習(xí)慣的保持與延續(xù)具有重要作用。但目前我國學(xué)校、社區(qū)、家庭體育的發(fā)展仍處于相對割裂的狀態(tài)[11]。要以學(xué)校為龍頭、以社區(qū)為依托、以家庭為基礎(chǔ)，打造多主體協(xié)同的學(xué)校體育教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺，通過互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)互通，促使“學(xué)校—社區(qū)—家庭”體育有機(jī)聯(lián)動，創(chuàng)造一個更加生態(tài)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的學(xué)校體育教學(xué)體系。

圖3 虛擬仿真訓(xùn)練場構(gòu)建圖

3.3 完善學(xué)校體育倫理規(guī)范

數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)是人工智能在學(xué)校體育應(yīng)用中的敏感問題，而數(shù)據(jù)又是人工智能的“燃料”，是推動學(xué)校體育智能化的核心要素，在處理數(shù)據(jù)、技術(shù)與人的關(guān)系時(shí)，必須遵循“有用”“無害”倫理訴求，充分體現(xiàn)數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)的價(jià)值地位。首先，要建立學(xué)校體育科學(xué)的倫理框架，界定主體對數(shù)據(jù)的權(quán)利，明確采集數(shù)據(jù)的具體效用，引導(dǎo)科學(xué)技術(shù)與體育相融相生[2]；其次，要制定規(guī)范的數(shù)據(jù)采集制度，保證數(shù)據(jù)使用的合法性[12]，禁止通過后臺或其他渠道搜集用戶相關(guān)信息，以真正保護(hù)用戶隱私。

3.4 多學(xué)科交叉融合發(fā)展

單一學(xué)科研究無法實(shí)現(xiàn)技術(shù)的進(jìn)步與推動教育改革，學(xué)校體育要與教育學(xué)、計(jì)算機(jī)、心理學(xué)、生理生化、醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、腦科學(xué)等學(xué)科交叉融合發(fā)展。研究方法上，關(guān)于體育的理論、方法、技術(shù)、教學(xué)研究，需要綜合運(yùn)用自然科學(xué)與社會科學(xué)研究方法。研究人才培養(yǎng)上，要重視學(xué)校體育與人工智能復(fù)合型人才培養(yǎng)和隊(duì)伍建設(shè)，以形成強(qiáng)大的研究實(shí)力，為智能化學(xué)校體育發(fā)展提供新理論、新方法、新技術(shù)與新應(yīng)用。