人工智能下小学体育运动负荷数据采集实施路径

人工智能下小学体育运动负荷数据采集实施路径一、教育背景部分体育教师对体育课堂运动负荷与密度关系认识模棱两可，安排运动负荷与密度不合理的现状情况很多，东城区小学义务教育阶段充分利用现代信息技术手段，监测各个学校不同年级学生的运动负荷与密度，根据不同运动项目，追踪各年龄段学生体育锻的效果，形成中小学生参加体育活动参考依据，指导体育教师科学合理的进行体育课堂教学设计。二、重点举措与成效1.通过课堂运动负荷监测系统，促进学生体能提升，增强学生的自信心，引导学生注重个人的身体素质发展，此项目也会在社会上产生一定的声誉，对学校今后的发展起到了可持续的作用，会得到家长的大力支持。2.掌握课堂运动数据，运用数据来进行指导训练和教学，提高教师的科研能力。3.通过对相关数据进行分析，为教学提出合理化建议、为学生开具运动处方、为提高体育课堂教学实效性服务、为加强学校体育工作服务、为增强学生体质、提高学生运动能力、培养学生健全人格服务。4.通过数据来评价课堂，使得教学更趋合理化，科学化，促使教师评比更加公平，得到评委的认可。三、推进机制（一）运动负荷监测系统开发及培训使用流程1.智能运动臂带利用教师、学生佩戴的智能运动臂带，通过ANT+无线通信的方式与“智能感知网络”进行运动信息的实时上传，支持远程开关心率测量功能，还提供高度集成的应用功能，如时间、消息显示等。教师臂带和学生臂带为特别定制的运动臂带，配备三轴加速度计和PPG光电式心率传感器，能够精确记录走、跑步数，实时心率状态，卡路里消耗，睡眠质量等数据。另外教师臂带具有久坐提醒、喝水提醒功能，臂带震动提醒久坐办公的教师，需要定时起来运动和饮水，时刻关注教师健康。2.课堂运动负荷监测子系统上课前，允许任课教师选择上课班级与上课中需要使用的设备分组（包含运动臂带和接收器），完成学生（按学号）和设备分组中的运动臂带（按设备ID号）的一一绑定。在上课过程中，系统支持将设备采集的各项运动数据（心率强度、卡路里和步数等）实时通过WiFi网络上传至数据库服务器并在屏幕上显示，支持教师按多种条件进行排序和查看任意学生的详细信息（如心率、运动强度分配、步数、卡路里消耗等），其中的运动强度、卡路里消耗和警示心率可以根据学生的身体素质（如年龄、体重等）个性化计算得出，如果学生运动心率超过警示心率，系统提供声光报警功能。并根据学生完成课程目标的情况进行积分和显示。课程结束时，显示课后页面，系统在此时对智能臂带和hub设备进行远距离批量关机操作，并显示设备关机状态。3.运动密度监控子系统运动密度是衡量体育教学效果的重要指标，该系统按以下方式提供运动密度的测量。自动运动计时测量：根据智能臂带上自带的三轴传感器采集的数据和自研算法，实时估算学生运动姿态和运动幅度，自动计算学生实际的运动时间。手动运动计时测量：提供手动计时功能，由监测教师手动对学生或班级的运动情况进行计时，并以此计算班级的课堂运动密度。4.课后分析和统计子系统本系统平板电脑APP在学生上课结束后，即进入班级历史数据页面，提供课后以及历史课程的数据查询、统计功能，这些数据包括班级的心率曲线、课堂目标达成情况、运动步数、卡路里等等。允许将该堂课的各项统计信息以报表的方式发送给教师和学生家长。个人和班级心率曲线图中，系统用绿色标明各部分的适宜心率区间，并用柱状图给出预定时间、实际使用时间和各部分的理想心率区间。（二）开展运动负荷监测实施方案针对北京市东城区62所小学的在校学生，佩戴运动负荷监测腕表，在体育课时间进行运动负荷数据监测。分别记录东城区62所小学的不同年级、不同学生、不同体育课类型、不同形式体育课的运动负荷监测数据，并建立体育课负荷监测档案。（三）进行运动负荷监测数据分析根据前期监测的62所小学运动负荷监测数据，通过SPSS和Excel梳理分析，根据横向不同监测对象（不同年级、不同性别、不同学生）和纵向不同监测数据指标（包括平均心率、最大心率、平均强度、练习密度、有效锻炼密度和消耗卡路里等）进行梳理分析。（四）提供运动负荷监测数据反馈针对实时运动负荷监测数据和数据分析结果，给予针对性的改善方案和建议。其一，为实际上课的教师提供实时有效的监测数据，使上课教师及时和真实的了解课程负荷安排的合理性和学生锻炼的有效性，及时调整负荷和练习密度；其二，为东城区或全国一线体育教师提供有价值的数据分析报告，为一线体育教师做科研研究和教学反思提供有参考价值的数据，从而提高教师的科研教学研究水平，促使更多的教学反思和教学改进。四、特色或经验（一）人工智能赋能体育教学，数据报告促进科研探讨1．数据采集实时性设备实时采集的数据显示在教师终端平板电脑，并通过无线投影显示在学校场馆大屏幕保持每秒刷新，与此同时数据还能同步上传到云端服务器，方便其他老师、学校管理层或教委领导实时通过PC端查看学生的上课情况和运动信息。2．学生运动实时预警针对每个学生，系统可自动根据年龄等信息个性化计算预设最大和警示心率，并在课堂中及时提供反馈，帮助教师合理安排运动强度，并提供相关统计数据供教师进行课后分析和改进。系统根据教师设定的课堂目标，针对各项数据提供实时反馈，帮助教师把握课堂节奏，达到锻炼效果。3.数据指标权威性系统提供了强大的课后统计和报表功能，且系统数据来自一线体育教师常规体育教学的真实数据，能够完全覆盖教育部门要求的所有监测指标。（二）全区小学阶段运动负荷监测促体育教学质量提升成果经验1.建立中小学校体育课运动负荷监测与评价工作体系，保证工作的规范性和持续性。2.建立学生体育课程运动负荷监测档案库，提高学校体育课运动负荷监测与评价工作管理水平。3.通过采集数据提高学生体育锻炼的生理效果，落实北京关于《北京市中小学校体育课运动负荷监测与评价通知附方案技术规范》要求。4.通过运动负荷监测使用培训和数据分析培训，提高教师科技产物应用和数据分析研究能力。5.通过实时运动负荷监测数据呈现，提升学生对自己锻炼效果的期待值和挑战性，提高学生体育锻炼的积极性。（三）运动负荷监测体育课堂运用案例案例1：学校通过不同年级学生的运动负荷与密度监测，根据不同运动项目，追踪各年龄段学生体育锻的效果，形