“四化”轉(zhuǎn)型：AI賦能體育課堂精準(zhǔn)化教學(xué)的應(yīng)用探索

摘

要：《中國教育現(xiàn)代化2035》提出在教育領(lǐng)域中要積極探索AI人工智能及數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用方式，實施“教、學(xué)、評”一致性教學(xué)，推動人工智能與教育教學(xué)的深度融合。本文首先闡述了數(shù)字化課堂的定義及意義，然后提出了應(yīng)用AI人工智能技術(shù)助推體育課堂精準(zhǔn)教學(xué)的“四化”轉(zhuǎn)型，即形成實現(xiàn)學(xué)生運動數(shù)據(jù)的實時化、構(gòu)建運動技術(shù)學(xué)習(xí)的可視化、助推教師教學(xué)評價的循證化、實現(xiàn)教學(xué)空間重構(gòu)的系統(tǒng)化。以期通過AI人工智能技術(shù)監(jiān)測課堂數(shù)據(jù)與教學(xué)過程，提高教師在教學(xué)中的評價反饋與調(diào)控能力，針對學(xué)生個體差異做到因材施教實現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)，從而實現(xiàn)打造高效體育課堂的目的。關(guān)鍵詞：AI技術(shù)；人工智能；體育教學(xué)；智慧課堂2024年政府工作報告提出“加快新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展，深化大數(shù)據(jù)、人工智能等研發(fā)應(yīng)用，開展‘人工智能+行動”。這為教育發(fā)展帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)，教育部部長懷進鵬指出，對教育系統(tǒng)來說，人工智能是把“金鑰匙”，它不僅影響未來的教育，也影響教育的未來。當(dāng)前人工智能技術(shù)的快速應(yīng)用，正深度影響著人們的工作生活與思維方式，尤其是以ChatGPT為代表的人工智能應(yīng)用于各個社會行業(yè)，也正逐步改變著當(dāng)前的教育教學(xué)方式。中共中央、國務(wù)院2019年聯(lián)合印發(fā)了《中國教育現(xiàn)代化2035》，報告中指出：“要緊貼時代數(shù)字發(fā)展趨勢加快信息時代的教育改革，應(yīng)用數(shù)字信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)一體化的智能教育教學(xué)、管理服務(wù)平臺，建設(shè)新時代的智能校園。運用現(xiàn)代數(shù)字信息技術(shù)改進人才培養(yǎng)模式，滿足當(dāng)今教育規(guī)?；徒逃齻€性化的融合發(fā)展，建立新型的人工智能教育服務(wù)輔助監(jiān)管體系，構(gòu)建數(shù)字教育資源共建共享機制人工智能教育平臺，推動教育教學(xué)高質(zhì)量的發(fā)展提升，使之形成現(xiàn)代數(shù)智化的教育管理和監(jiān)測體系，促進教育現(xiàn)代化的精準(zhǔn)管理和科學(xué)決策”，加強人工智能與教育教學(xué)的融合是未來教育發(fā)展的必然趨勢。如何應(yīng)用AI人工智能技術(shù)提高體育課堂的精準(zhǔn)教學(xué)，促進師生教學(xué)的高效化與深度學(xué)習(xí)，正成為未來智慧教學(xué)的生長點。一、形成學(xué)生運動數(shù)據(jù)的實時化《義務(wù)教育體育與健康課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》[以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》]明確提出，體育課堂教學(xué)要有一定的強度和負(fù)荷，學(xué)生在體育課中的平均心率需為140～160次/分鐘，且其個人運動密度應(yīng)不能低于50%，群體運動密度也不能低于75%。AI技術(shù)可以依托學(xué)生的體育學(xué)習(xí)目標(biāo)，在教師的“教”、學(xué)生的“學(xué)”過程中反饋出學(xué)生的各項運動數(shù)據(jù)，并且可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)節(jié)奏和運動強度或心率變化，盡快調(diào)整學(xué)習(xí)內(nèi)容與練習(xí)密度，從而根據(jù)學(xué)生個體需求，制定調(diào)控個性化的科學(xué)鍛煉體育教學(xué)內(nèi)容?！墩憬≈行W(xué)體育與健康課程指導(dǎo)綱要》[以下簡稱《省綱要》]對當(dāng)下中小學(xué)體育與健康課程教學(xué)與體育課堂評價提出了不同程度的要求（表1），體育教學(xué)過程的數(shù)據(jù)可以通過智能手環(huán)等一些智能運動穿戴裝備，采集教學(xué)過程中學(xué)生的心率、脈搏等運動強度數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生運動強度等問題。眾所周知，體育與健康課程其教學(xué)主要的鮮明特征是以身體練習(xí)為主要手段，在體育課堂教學(xué)中要突出“精講多練”，強化學(xué)生的練習(xí)密度和運動負(fù)荷。美國教育家艾倫·C·奧恩斯坦（AllanC.Ornstein）在《課程論》中表示，評價的主要功能是導(dǎo)向明確，AI人工智能技術(shù)使教學(xué)評價精準(zhǔn)化成為了可能?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中教學(xué)評價包括學(xué)業(yè)評價、過程評價、綜合評定等，特別大單元教學(xué)背景下其評價是以新課標(biāo)為依據(jù)，以教學(xué)目標(biāo)為落腳點，它關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)運動項目的全過程，通過對學(xué)生學(xué)練過程“畫像”，提升學(xué)生運動技能學(xué)練效果，最終促進學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。評價的針對性是指在課前可以根據(jù)不同類型學(xué)生運動能力的發(fā)展情況，不同類型運動項目的難易程度設(shè)計大致的評價方案，使教學(xué)過程更加清晰，學(xué)生更加容易理解教學(xué)內(nèi)容，可以依據(jù)《省綱要》“學(xué)練三個一”的要求，在教學(xué)小組化中進行評價，學(xué)生分別要有不同的評價。評價的準(zhǔn)確性是指教師應(yīng)在學(xué)生練習(xí)、展示、比賽中給予即時的正確評價，例如以前在日常的課堂教學(xué)當(dāng)中，僅僅通過教師個人通常只有主觀模糊的評價，很難對所有學(xué)生進行精準(zhǔn)評價，通過AI技術(shù)的輔助能為每名學(xué)生某個動作技術(shù)的練習(xí)次數(shù)、練習(xí)時間、成功次數(shù)、跑動距離等提供準(zhǔn)確的依據(jù)（圖1）。例如，筆者在參與寧波市和銀川市兩地大單元教學(xué)聯(lián)合教研活動中，在執(zhí)教《田徑：蹲踞式跳遠》《足球：運球+傳接球的練習(xí)方法》這兩次展示課時，利用智能手環(huán)、AI設(shè)備采集學(xué)生的運動心率、動作軌跡等數(shù)據(jù)，實時呈現(xiàn)學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)過程中的各項運動數(shù)據(jù)及動作技能軌跡，并實時投屏在大屏幕上，使體育教師能及時全面地了解到每位學(xué)生在課堂中練習(xí)的相關(guān)運動數(shù)據(jù)，以便對全體學(xué)生或個別學(xué)生運動情況進行及時調(diào)控，確保學(xué)生始終在一個科學(xué)健康合理的運動負(fù)荷區(qū)間進行學(xué)習(xí)。創(chuàng)新應(yīng)用AI技術(shù)建設(shè)人機交互、虛擬智能技術(shù)下的體育教學(xué)組織形式，可實現(xiàn)課堂教學(xué)、校內(nèi)競賽、課外鍛煉、健康評價四維一體的云端智能體育平臺。同時教師還要設(shè)計好課程內(nèi)容與形式、運動技術(shù)個人學(xué)習(xí)、課外運動處方，實現(xiàn)教師在線評價，以此增強師生互動，實現(xiàn)AI數(shù)字技術(shù)學(xué)習(xí)的多重互動，并在此基礎(chǔ)上尋求適合個人動機與自我調(diào)節(jié)的體育個性化學(xué)習(xí)模式。二、構(gòu)建運動技術(shù)學(xué)習(xí)的可視化AR和VR是人工智能領(lǐng)域使用較為典型的數(shù)字化技術(shù)，通過數(shù)字模擬技術(shù)使學(xué)生置身于一個虛擬的現(xiàn)實學(xué)習(xí)且生動形象的教學(xué)情境之中，其高度的相仿原理和逼真性，易激發(fā)學(xué)生的好奇心和探知欲。特別對于一些復(fù)雜的運動技術(shù)，教師可能不便講解或無法直觀演示，可以通過AR和VR技術(shù)，讓學(xué)生模擬真實技術(shù)，置于一種逼真的學(xué)習(xí)情境當(dāng)中，有助于學(xué)生更加直觀和快速了解和掌握一些復(fù)雜的運動技術(shù)。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，對一個技術(shù)動作的學(xué)習(xí)，大部分需要教師進行動作示范與語言反復(fù)提示，學(xué)生處于一種比較模糊的“依葫蘆畫瓢”的模仿過程，時間消耗大，效果弱。但在AI體育課堂中教師可以通過視頻播放、動作細(xì)節(jié)拍攝、改變播放速度，為學(xué)生呈現(xiàn)該動作全景式模式，直觀、具象，能清晰地為學(xué)生建立正確動作的理解與認(rèn)知，為科學(xué)準(zhǔn)確的評價奠定基礎(chǔ)。例如，足球教學(xué)中，使用VR眼鏡，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中親身體驗點球撲救的動作；并且可以借助AR技術(shù)，將普通的技術(shù)動作分解并轉(zhuǎn)換為三維立體圖像，使得對運動技術(shù)的評價更加直觀化，也有利于讓學(xué)生從多維角度觀看動作細(xì)節(jié)，加深記憶與理解動作技術(shù)。隨著AI人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域當(dāng)中的不斷普及，VR、AR數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于體育教學(xué)越來越廣泛，在一些體育科研院所和競技訓(xùn)練當(dāng)中的自適應(yīng)學(xué)習(xí)得到重視，但目前因為價格因素在一些基層學(xué)校尚未普及，但越來越多的城市學(xué)校已經(jīng)開始嘗試應(yīng)用，目前使用反響普遍較好。又如《足球的正腳背運球的練習(xí)方法》一課，在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，對學(xué)生技術(shù)動作進行點評時，通常采用示范與模仿，對于個別學(xué)生反復(fù)強調(diào)，但其學(xué)習(xí)效果較差。采用AI技術(shù)的同時利用希沃批改功能進行點評，讓學(xué)生清晰直觀地看到自身動作，找到需要改進的動作，并做到及時改正、反復(fù)練習(xí)、反復(fù)對比、反復(fù)改進，最后達到要求。運用AI體育課堂將足球正腳背運球的動作進行拆解，反復(fù)播放動作細(xì)節(jié)，給學(xué)生視覺沖擊，讓他們明確學(xué)習(xí)目標(biāo)的各個細(xì)節(jié)。這樣利用AI數(shù)據(jù)分析的可視化課堂，讓學(xué)生在進行學(xué)習(xí)時有了更直觀的依據(jù)進而實現(xiàn)精準(zhǔn)化教學(xué)。三、助推教師教學(xué)評價的循證化在體育教學(xué)中采用AI人工智能技術(shù)，能利用其快速實時的數(shù)據(jù)采集能力，甚至通過對學(xué)生個體的人面部識別，還能捕捉和采集到每一名學(xué)生的實時運動數(shù)據(jù)，在云計算平臺即時計算反饋學(xué)生在體育課堂中的人體運動變化，能為學(xué)生生成個人或者群體的運動數(shù)據(jù)詳細(xì)報告，并基于數(shù)據(jù)循證能及時自動地進行數(shù)據(jù)分析與反饋，形成數(shù)字化的體育教學(xué)評價與診斷的體系。AI人工智能技術(shù)能夠完成“采集監(jiān)測數(shù)據(jù)、確定教學(xué)評價指標(biāo)，建立符合體育課程學(xué)習(xí)的科學(xué)化和精準(zhǔn)化評價模型”。在日常運用較多的有心率監(jiān)測、運動視頻成像技術(shù)兩種AI體育課堂的教學(xué)方式。在教學(xué)過程中，只有在學(xué)生了解學(xué)習(xí)當(dāng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)，在明確學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，才能開展科學(xué)有效的教學(xué)評價，同時真實的評價需要來自課堂及時有效的反饋。在傳統(tǒng)體育課堂當(dāng)中對學(xué)生的評價主要有自我評價、他人評價、教師評價三種形式。而三者的評價依據(jù)是什么，一般都是根據(jù)個人的主觀能動性進行評價，其中，教師由于受個人的主觀意識影響，評價的精準(zhǔn)性相對不足。例如在國家學(xué)生體質(zhì)健康標(biāo)準(zhǔn)測試中，具備AI人工智能的視覺分析技術(shù)儀器、各類自助測試套件，能在學(xué)生測試體質(zhì)健康數(shù)據(jù)中心實時分析學(xué)生的運動姿態(tài)、成績指標(biāo)，能夠幫助學(xué)生50米跑、立定跳遠、仰臥起坐等項目改進技術(shù)，除了能使測試成績的評價更加精準(zhǔn)，還有助于學(xué)生改進動作提高測試成績。例如筆者執(zhí)教《足球：正腳背運球》一課，學(xué)生心率快慢是判斷體育課質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，尤其是在耐久跑課中，心率的把控能使課堂變得更科學(xué)。在傳統(tǒng)體育課程中，教師只能憑借自己的教學(xué)經(jīng)驗進行教學(xué)，無法監(jiān)測學(xué)生的課堂情況，對學(xué)生進行及時反饋，同時也無法科學(xué)地把控課堂教學(xué)的真實有效性。在AI體育課堂中能實時監(jiān)測學(xué)生的心率及各運動數(shù)據(jù)變化，教師可實時監(jiān)測學(xué)生的心率變化，若有心率超出時，系統(tǒng)大屏?xí)屑t色提醒，教師能基于實證數(shù)據(jù)對每位學(xué)生做出客觀真實的評價，實現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)，因材施教。在大型公開課或者展示課中，使用AI人工智能技術(shù)進行監(jiān)測，能夠克服傳統(tǒng)的人工測試數(shù)據(jù)，減少人為誤差，能量化每位教師的課堂教學(xué)效果，讓課堂教學(xué)更加真實、合理、科學(xué)，實現(xiàn)精準(zhǔn)化教學(xué)。四、實現(xiàn)教學(xué)空間重構(gòu)的系統(tǒng)化傳統(tǒng)的線下體育教學(xué)是單維度的學(xué)習(xí)方式，隨著AI智能技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了人工智能與傳統(tǒng)教育活動空間的重構(gòu)，從表面上看是AI智能技術(shù)輔助傳統(tǒng)教育，但往更深層次來說是AI智能技術(shù)的滲入重塑了一個全新的體育課程教學(xué)維度空間。在未來，隨著互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)為支撐的人工智能技術(shù)不斷完善，為創(chuàng)設(shè)的優(yōu)質(zhì)線上線下教育資源提供了即時化、便捷化的保障，也為在線上線下學(xué)習(xí)平臺的定制化、教學(xué)評價科學(xué)化、教學(xué)形式多樣化提供了可能。AI數(shù)字技術(shù)有助于學(xué)生課后體育鍛煉與課內(nèi)體育鍛煉方式的補充與聯(lián)結(jié)，AI人工智能可以根據(jù)學(xué)生平時上課的運動數(shù)據(jù)、學(xué)生的身心特點，自動優(yōu)化課外體育學(xué)習(xí)與鍛煉方案，結(jié)合現(xiàn)在國家智慧教育平臺推薦相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容給學(xué)生，提供貼近學(xué)生需求的體育學(xué)習(xí)方案。AI人工智