“四化”转型：AI赋能体育课堂精准化教学的应用探索

摘

要：《中国教育现代化2035》提出在教育领域中要积极探索AI人工智能及数字化技术应用方式，实施“教、学、评”一致性教学，推动人工智能与教育教学的深度融合。本文首先阐述了数字化课堂的定义及意义，然后提出了应用AI人工智能技术助推体育课堂精准教学的“四化”转型，即形成实现学生运动数据的实时化、构建运动技术学习的可视化、助推教师教学评价的循证化、实现教学空间重构的系统化。以期通过AI人工智能技术监测课堂数据与教学过程，提高教师在教学中的评价反馈与调控能力，针对学生个体差异做到因材施教实现精准教学，从而实现打造高效体育课堂的目的。关键词：AI技术；人工智能；体育教学；智慧课堂2024年政府工作报告提出“加快新质生产力发展，深化大数据、人工智能等研发应用，开展‘人工智能+行动”。这为教育发展带来了新的机遇与挑战，教育部部长怀进鹏指出，对教育系统来说，人工智能是把“金钥匙”，它不仅影响未来的教育，也影响教育的未来。当前人工智能技术的快速应用，正深度影响着人们的工作生活与思维方式，尤其是以ChatGPT为代表的人工智能应用于各个社会行业，也正逐步改变着当前的教育教学方式。中共中央、国务院2019年联合印发了《中国教育现代化2035》，报告中指出：“要紧贴时代数字发展趋势加快信息时代的教育改革，应用数字信息技术创设一体化的智能教育教学、管理服务平台，建设新时代的智能校园。运用现代数字信息技术改进人才培养模式，满足当今教育规模化和教育个性化的融合发展，建立新型的人工智能教育服务辅助监管体系，构建数字教育资源共建共享机制人工智能教育平台，推动教育教学高质量的发展提升，使之形成现代数智化的教育管理和监测体系，促进教育现代化的精准管理和科学决策”，加强人工智能与教育教学的融合是未来教育发展的必然趋势。如何应用AI人工智能技术提高体育课堂的精准教学，促进师生教学的高效化与深度学习，正成为未来智慧教学的生长点。一、形成学生运动数据的实时化《义务教育体育与健康课程标准（2022年版）》[以下简称《课程标准（2022年版）》]明确提出，体育课堂教学要有一定的强度和负荷，学生在体育课中的平均心率需为140～160次/分钟，且其个人运动密度应不能低于50%，群体运动密度也不能低于75%。AI技术可以依托学生的体育学习目标，在教师的“教”、学生的“学”过程中反馈出学生的各项运动数据，并且可根据学生的学习节奏和运动强度或心率变化，尽快调整学习内容与练习密度，从而根据学生个体需求，制定调控个性化的科学锻炼体育教学内容。《浙江省中小学体育与健康课程指导纲要》[以下简称《省纲要》]对当下中小学体育与健康课程教学与体育课堂评价提出了不同程度的要求（表1），体育教学过程的数据可以通过智能手环等一些智能运动穿戴装备，采集教学过程中学生的心率、脉搏等运动强度数据，及时发现学生运动强度等问题。众所周知，体育与健康课程其教学主要的鲜明特征是以身体练习为主要手段，在体育课堂教学中要突出“精讲多练”，强化学生的练习密度和运动负荷。美国教育家艾伦·C·奥恩斯坦（AllanC.Ornstein）在《课程论》中表示，评价的主要功能是导向明确，AI人工智能技术使教学评价精准化成为了可能。《课程标准（2022年版）》中教学评价包括学业评价、过程评价、综合评定等，特别大单元教学背景下其评价是以新课标为依据，以教学目标为落脚点，它关注学生学习运动项目的全过程，通过对学生学练过程“画像”，提升学生运动技能学练效果，最终促进学生核心素养的发展。评价的针对性是指在课前可以根据不同类型学生运动能力的发展情况，不同类型运动项目的难易程度设计大致的评价方案，使教学过程更加清晰，学生更加容易理解教学内容，可以依据《省纲要》“学练三个一”的要求，在教学小组化中进行评价，学生分别要有不同的评价。评价的准确性是指教师应在学生练习、展示、比赛中给予即时的正确评价，例如以前在日常的课堂教学当中，仅仅通过教师个人通常只有主观模糊的评价，很难对所有学生进行精准评价，通过AI技术的辅助能为每名学生某个动作技术的练习次数、练习时间、成功次数、跑动距离等提供准确的依据（图1）。例如，笔者在参与宁波市和银川市两地大单元教学联合教研活动中，在执教《田径：蹲踞式跳远》《足球：运球+传接球的练习方法》这两次展示课时，利用智能手环、AI设备采集学生的运动心率、动作轨迹等数据，实时呈现学生在课堂学习过程中的各项运动数据及动作技能轨迹，并实时投屏在大屏幕上，使体育教师能及时全面地了解到每位学生在课堂中练习的相关运动数据，以便对全体学生或个别学生运动情况进行及时调控，确保学生始终在一个科学健康合理的运动负荷区间进行学习。创新应用AI技术建设人机交互、虚拟智能技术下的体育教学组织形式，可实现课堂教学、校内竞赛、课外锻炼、健康评价四维一体的云端智能体育平台。同时教师还要设计好课程内容与形式、运动技术个人学习、课外运动处方，实现教师在线评价，以此增强师生互动，实现AI数字技术学习的多重互动，并在此基础上寻求适合个人动机与自我调节的体育个性化学习模式。二、构建运动技术学习的可视化AR和VR是人工智能领域使用较为典型的数字化技术，通过数字模拟技术使学生置身于一个虚拟的现实学习且生动形象的教学情境之中，其高度的相仿原理和逼真性，易激发学生的好奇心和探知欲。特别对于一些复杂的运动技术，教师可能不便讲解或无法直观演示，可以通过AR和VR技术，让学生模拟真实技术，置于一种逼真的学习情境当中，有助于学生更加直观和快速了解和掌握一些复杂的运动技术。在传统的课堂教学中，对一个技术动作的学习，大部分需要教师进行动作示范与语言反复提示，学生处于一种比较模糊的“依葫芦画瓢”的模仿过程，时间消耗大，效果弱。但在AI体育课堂中教师可以通过视频播放、动作细节拍摄、改变播放速度，为学生呈现该动作全景式模式，直观、具象，能清晰地为学生建立正确动作的理解与认知，为科学准确的评价奠定基础。例如，足球教学中，使用VR眼镜，让学生在虚拟环境中亲身体验点球扑救的动作；并且可以借助AR技术，将普通的技术动作分解并转换为三维立体图像，使得对运动技术的评价更加直观化，也有利于让学生从多维角度观看动作细节，加深记忆与理解动作技术。随着AI人工智能技术在教育领域当中的不断普及，VR、AR数字技术应用于体育教学越来越广泛，在一些体育科研院所和竞技训练当中的自适应学习得到重视，但目前因为价格因素在一些基层学校尚未普及，但越来越多的城市学校已经开始尝试应用，目前使用反响普遍较好。又如《足球的正脚背运球的练习方法》一课，在传统的教学过程中，对学生技术动作进行点评时，通常采用示范与模仿，对于个别学生反复强调，但其学习效果较差。采用AI技术的同时利用希沃批改功能进行点评，让学生清晰直观地看到自身动作，找到需要改进的动作，并做到及时改正、反复练习、反复对比、反复改进，最后达到要求。运用AI体育课堂将足球正脚背运球的动作进行拆解，反复播放动作细节，给学生视觉冲击，让他们明确学习目标的各个细节。这样利用AI数据分析的可视化课堂，让学生在进行学习时有了更直观的依据进而实现精准化教学。三、助推教师教学评价的循证化在体育教学中采用AI人工智能技术，能利用其快速实时的数据采集能力，甚至通过对学生个体的人面部识别，还能捕捉和采集到每一名学生的实时运动数据，在云计算平台即时计算反馈学生在体育课堂中的人体运动变化，能为学生生成个人或者群体的运动数据详细报告，并基于数据循证能及时自动地进行数据分析与反馈，形成数字化的体育教学评价与诊断的体系。AI人工智能技术能够完成“采集监测数据、确定教学评价指标，建立符合体育课程学习的科学化和精准化评价模型”。在日常运用较多的有心率监测、运动视频成像技术两种AI体育课堂的教学方式。在教学过程中，只有在学生了解学习当中的相关数据指标，在明确学生学习目标的基础上，才能开展科学有效的教学评价，同时真实的评价需要来自课堂及时有效的反馈。在传统体育课堂当中对学生的评价主要有自我评价、他人评价、教师评价三种形式。而三者的评价依据是什么，一般都是根据个人的主观能动性进行评价，其中，教师由于受个人的主观意识影响，评价的精准性相对不足。例如在国家学生体质健康标准测试中，具备AI人工智能的视觉分析技术仪器、各类自助测试套件，能在学生测试体质健康数据中心实时分析学生的运动姿态、成绩指标，能够帮助学生50米跑、立定跳远、仰卧起坐等项目改进技术，除了能使测试成绩的评价更加精准，还有助于学生改进动作提高测试成绩。例如笔者执教《足球：正脚背运球》一课，学生心率快慢是判断体育课质量的一个重要指标，尤其是在耐久跑课中，心率的把控能使课堂变得更科学。在传统体育课程中，教师只能凭借自己的教学经验进行教学，无法监测学生的课堂情况，对学生进行及时反馈，同时也无法科学地把控课堂教学的真实有效性。在AI体育课堂中能实时监测学生的心率及各运动数据变化，教师可实时监测学生的心率变化，若有心率超出时，系统大屏会有红色提醒，教师能基于实证数据对每位学生做出客观真实的评价，实现精准教学，因材施教。在大型公开课或者展示课中，使用AI人工智能技术进行监测，能够克服传统的人工测试数据，减少人为误差，能量化每位教师的课堂教学效果，让课堂教学更加真实、合理、科学，实现精准化教学。四、实现教学空间重构的系统化传统的线下体育教学是单维度的学习方式，随着AI智能技术的应用，实现了人工智能与传统教育活动空间的重构，从表面上看是AI智能技术辅助传统教育，但往更深层次来说是AI智能技术的渗入重塑了一个全新的体育课程教学维度空间。在未来，随着互联网、云计算、大数据为支撑的人工智能技术不断完善，为创设的优质线上线下教育资源提供了即时化、便捷化的保障，也为在线上线下学习平台的定制化、教学评价科学化、教学形式多样化提供了可能。AI数字技术有助于学生课后体育锻炼与课内体育锻炼方式的补充与联结，AI人工智能可以根据学生平时上课的运动数据、学生的身心特点，自动优化课外体育学习与锻炼方案，结合现在国家智慧教育平台推荐相应的学习内容给学生，提供贴近学生需求的体育学习方案。AI人工智