運(yùn)動(dòng)傳感網(wǎng)在中小學(xué)體育教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐和探索

文/孫 剛

黨的二十大提出了要建設(shè)教育強(qiáng)國、體育強(qiáng)國、科技強(qiáng)國。學(xué)校體育領(lǐng)域如何和科技相結(jié)合？首都體育學(xué)院近年來著力發(fā)展融合創(chuàng)新，在中小學(xué)體育教學(xué)應(yīng)用中做了有價(jià)值的實(shí)踐和探索。

首都體育學(xué)院率先確立了體育人工智能作為未來科技體育的核心方向，同時(shí)將體育學(xué)、工程技術(shù)和醫(yī)學(xué)進(jìn)行“體醫(yī)工”交叉融合發(fā)展，建設(shè)了運(yùn)動(dòng)傳感網(wǎng)的技術(shù)體系。運(yùn)動(dòng)傳感網(wǎng)是為揭示人體運(yùn)動(dòng)的變化規(guī)律，通過傳感器、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能算法等技術(shù)集成的數(shù)據(jù)采集和分析的網(wǎng)絡(luò)解決方案，并以場景為中心解決實(shí)際問題。

近一年多來學(xué)校主持的北京市中小學(xué)日運(yùn)動(dòng)負(fù)荷監(jiān)測項(xiàng)目就是典型的運(yùn)動(dòng)傳感網(wǎng)示范項(xiàng)目，項(xiàng)目的最終目標(biāo)是通過量化監(jiān)測日常運(yùn)動(dòng)負(fù)荷強(qiáng)度，在中小學(xué)生的體育成績中加入過程性考核。監(jiān)測數(shù)據(jù)要形成有價(jià)值的計(jì)算評(píng)估結(jié)果，首先要做規(guī)劃，明確采集哪些關(guān)鍵數(shù)據(jù)可以建立分析模型。一要充分考慮到個(gè)體差異性的問題；二要精準(zhǔn)兼顧便捷；三是數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)處理能力。中小學(xué)生日常運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)信息，如心率步數(shù)等數(shù)據(jù)可以靠手環(huán)手表來進(jìn)行采集。同時(shí)建設(shè)了身體數(shù)據(jù)檔案集，分為四個(gè)板塊，首先是身體形態(tài)數(shù)據(jù)，比如BMI（身體質(zhì)量指數(shù)）、是否脊柱側(cè)彎等；第二是身體機(jī)能數(shù)據(jù)，包括肺活量、體脂率、肌肉含量等；第三是身體素質(zhì)數(shù)據(jù)，包括力量、耐力、靈活性、平衡等；第四是運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)數(shù)據(jù)，這就構(gòu)成了個(gè)體差異化的實(shí)測數(shù)據(jù)集。學(xué)生的身體在發(fā)育期，所以這是一個(gè)連續(xù)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫。

對(duì)于個(gè)體差異化的體育運(yùn)動(dòng)，因?yàn)椴煌瑢W(xué)校校內(nèi)體育的具體規(guī)劃和鍛煉方案是不同的，需要標(biāo)準(zhǔn)化多場景監(jiān)測和評(píng)估，如何把中小學(xué)體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目包括足球、籃球、武術(shù)、游泳等一系列的體育項(xiàng)目和運(yùn)動(dòng)負(fù)荷進(jìn)行關(guān)聯(lián)。另外，“雙減”政策實(shí)施之后，很多學(xué)校加強(qiáng)了校外體育安排，對(duì)此也開發(fā)了一些標(biāo)準(zhǔn)化的青少年身體功能訓(xùn)練的教學(xué)視頻庫，可以個(gè)性化匹配，也就是一個(gè)青少年版的“Keep”軟件，以便于校外體育運(yùn)動(dòng)也可以納入到整個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中。

項(xiàng)目開發(fā)了一個(gè)完整的系統(tǒng)解決方案“首體健身（校園版）”，包含了六個(gè)板塊，其中有身體數(shù)據(jù)檔案集，有云系統(tǒng)服務(wù)和調(diào)度中心，以及為家長和中小學(xué)教師提供簡單易用的小程序和管理軟件服務(wù)。另外也用到了便攜穿戴裝備以及針對(duì)專項(xiàng)體育運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)關(guān)鍵指標(biāo)的采集系統(tǒng)，還有基于學(xué)生用眼疲勞和動(dòng)作識(shí)別的智能監(jiān)測系統(tǒng)。最后，還有身體功能訓(xùn)練為核心的科學(xué)鍛煉指導(dǎo)庫和知識(shí)庫。

在身體數(shù)據(jù)檔案建設(shè)的過程中，用到了一系列智能監(jiān)測裝備，有些是服務(wù)專業(yè)運(yùn)動(dòng)員常用的。另外，中小學(xué)身體功能訓(xùn)練和身體功能評(píng)估也是近幾年才興起，有必要把基于專業(yè)體育的經(jīng)驗(yàn)和模式引入到中小學(xué)，同時(shí)結(jié)合一些智能裝備來糾正學(xué)生的鍛煉動(dòng)作，同時(shí)通過生理監(jiān)測和動(dòng)作監(jiān)測做綜合計(jì)算，來評(píng)判是不是達(dá)標(biāo)，這樣可以大大減少教師的工作量。

項(xiàng)目已經(jīng)完成了第一階段試點(diǎn)，服務(wù)了19所學(xué)校，采集了2800萬條數(shù)據(jù)，第一階段使用了4G版智能手表，不需要教師和家長做任何數(shù)據(jù)同步工作，只需要充電就可以。在第二階段正在推進(jìn)，學(xué)校從19所增加到了30所，4G手表也換成了基站版的低功耗藍(lán)牙手環(huán)，它會(huì)自動(dòng)連接校內(nèi)的藍(lán)牙基站，學(xué)生進(jìn)到藍(lán)牙基站區(qū)，數(shù)據(jù)就會(huì)自動(dòng)傳輸?shù)剿{(lán)牙基站，與藍(lán)牙基站失聯(lián)的時(shí)候，數(shù)據(jù)就會(huì)存儲(chǔ)在本地，是一種無感的數(shù)據(jù)通訊。

針對(duì)第一階段試點(diǎn)學(xué)校700個(gè)學(xué)生的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)超重和肥胖比例還是比較高的，應(yīng)對(duì)這部分體質(zhì)偏弱的學(xué)生群體重點(diǎn)關(guān)注。通過實(shí)測數(shù)據(jù)比較，當(dāng)一個(gè)BMI正常的學(xué)生按照學(xué)校體育計(jì)劃達(dá)到預(yù)期的中高強(qiáng)度負(fù)荷時(shí)，另一個(gè)偏胖學(xué)生的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷數(shù)據(jù)在體育課和大課間沒有太大變化，這說明他的體育活動(dòng)的執(zhí)行效果不佳，需要體育教師重點(diǎn)關(guān)注和設(shè)計(jì)合理的運(yùn)動(dòng)處方。數(shù)據(jù)追蹤顯示，這些肥胖的學(xué)生在其他時(shí)間段運(yùn)動(dòng)意愿也不是很強(qiáng)，所以造成肥胖的原因也和日常運(yùn)動(dòng)消耗不足有很大的關(guān)系。同時(shí)，通過針對(duì)肥胖學(xué)生的不同運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目如跳繩和2000米跑等的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在被動(dòng)的有氧運(yùn)動(dòng)過程中，有心率激增的情況，如經(jīng)常出現(xiàn)要特別關(guān)注，甚至需要做一些運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的篩查。

最后是這個(gè)項(xiàng)目實(shí)踐中的問題思考和一些探索。第一，基于個(gè)體差異化的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)需要大量的樣本和完整性的數(shù)據(jù)做分析，不同年齡的中小學(xué)生公認(rèn)的和科學(xué)化的標(biāo)準(zhǔn)并不成熟，需要成立專門的專家組，除了高校教師，教科院的研究員以及一線體育教師都是非常重要的，需要不斷完善這個(gè)科學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并形成可執(zhí)行的落地方案。第二，項(xiàng)目到底是為課題服務(wù)，還是真正為學(xué)生的體質(zhì)健康服務(wù)。目前課題經(jīng)費(fèi)是來自于財(cái)政的支持，但是要想持續(xù)的發(fā)展，就需要相關(guān)職能部門領(lǐng)導(dǎo)重視以及形成長期性、前瞻性的規(guī)劃，分階段、分步驟做好體育教育科學(xué)化發(fā)展的目標(biāo)設(shè)計(jì)，這樣才能讓中小學(xué)體育發(fā)揮應(yīng)有的作用，真正提升青少年體質(zhì)健康水平，形成終身運(yùn)動(dòng)的好習(xí)慣。