浅谈人工智能技术在智慧体育中的应用

浅谈人工智能技术在智慧体育中的应用

何军委 徐伟杰

杭州海康威视系统技术有限公司 浙江 杭州 310052

摘要：近年来学校体育政策影响下，学生的体质健康在我国的学校体育发展中的地位日益重要。尤其是随着互联网、特别是移动互联网和AI人工智能技术的飞速发展，信息化已经深入到社会各个领域，学校体育和学生体质健康测试也不例外。先进的信息技术推动了校园智慧体育产品的创新和更新，同时国家的政策也强调了体育在日常教学中的重要性，并促进了人工智能在校园体育教学中的应用和发展。本文首先介绍人工智能技术在智慧体育中的技术方案，然后以某高校和某中小学的实际应用为例探索AI智慧体育系统如何助力学校优化体育教学实践，使体育教师能够为每个学生提供精确的运动指导，实现个性化的体育教学。

关键词：人工智能、智慧体育、教学评价

作者简介

1何军委、1984、男、江苏、杭州海康威视系统技术有限公司、高级项目经理、高级工程师、本科学士，主要从事系统教育信息化类集成类项目的实施管理、浙江省杭州市310052。

2徐伟杰、1979、男、浙江、杭州海康威视系统技术有限公司、高级项目经理、中级工程师、本科，主要从事系统教育信息化类集成类项目的实施管理、浙江省杭州市310052。

0前言

近期，国务院办公厅和教育部连续发出公告，强调体育学科的重要性，并设定体育在中考中的分值将逐年上升，直至与语文、数学等主科分值相当。这体现了"以考促动，健康中国，体育强国"的理念，以及体育在学生生活中的决定性作用。它不仅引起了学生、家长和社会的高度关注，也对各部门提出了更高的要求。体育从副科变为主科已经成为政策的主要抓手，转变为以新技术和新科学手段实现精准化和个性化教育的模式也成为了体育教育的核心需求。

虽然人工智能与智慧体育结合在如火如荼的进行中，但是现阶段都还客观存在一些或多或少的痛点：在传统的体育教学中，学生的课堂表现主要依赖于教师的观察和他们过去的教学经验进行评估，没有具体的数据可以供参考。因此，教师无法监测学生的运动强度，也无法量化体育教学效果，这也意味着无法创建标准的体育测试环境，也无法为学生提供正确的体育练习指导，这对于提高体育教学的质量是不利的。

1. 设计思路

智慧体育系统通过融合智能设备和AI视觉识别技术，创新实现了校园体育教学、评估和锻炼的信息化建设。此系统通过智能相机和智能体育锻炼屏等设备，收集学生的运动和体质信息，如每日运动量、体育训练、体质数据等。借助AI视觉技术、图像分析和人脸识别等技术，实现对学生体育运动数据的采集、评估和指导。此外，通过大数据分析，可以构建每个学生的个人健康成长档案，记录学生的成长过程，客观评价学生的身体素质，并支持学校的体育教学。

2. 设计原则

1. 先进性：系统设计应采用先进的技术，如人脸识别、体态识别和大数据分析等，并采用先进的系统工程方法，以建立一个可持续发展、先进、开放的智慧体育系统。

2. 实用性：系统建设的基本目标是最大程度地满足学校日常教育和教学需求。具体要求包括：用户友好的界面、易于使用和管理、快速更新数据的系统，并且系统能够方便地进行升级。此外，系统应有优化的系统结构和完善的数据库系统，以及能与其他系统共享数据、协同工作的能力。

3. 前瞻性：随着信息化平台建设的深化，系统设计需要具有前瞻性。同时，系统设计应充分考虑这些发展趋势，使系统具有较强的扩展能力，保持在应用系统技术领先的地位，确保系统能适应现代信息技术的快速发展。

4. 扩展性原则：系统架构设计应合理，考虑未来的发展，设计应充分考虑扩展的需求。这包括系统与其他应用系统的互联，以及系统的扩展能力。在满足当前系统互联的基础上，应能很好地适应未来信息系统增长的需求。

5. 经济性原则：系统建设应在实用的基础上做到最经济。在硬件和软件配置、系统开发和数据库设计上，应充分考虑在实现系统全部功能的基础上尽可能节约经济成本。应最大化利用学校现有的设备和数据，以最小的投入获得最大的产出。

6. 系统安全性原则：在系统设计和建设中，应充分考虑系统的安全性，包括数据安全、网络安全、传输安全和管理安全等。

3. 设计架构

智慧体育系统能够全面记录和保存学生的所有体育活动数据，包括考试数据、测试数据、体育作业、以及课间锻炼数据，这些数据将会成为大数据分析的样本。教师能够依据不同的维度查询这些数据，系统同样会自动提取并分析相关数据，然后输出各种报表供教师参考，从而提供强大的数据支持，助力教师科学、精确地进行教学决策。这不仅能够帮助教师更好地理解学生的体育表现和改进情况，也有利于教师进一步优化体育教学计划和策略。

4. 建设方案

智慧体育系统通过使用先进的人工智能技术，不仅为学生提供了一个科学、公平、高效的体育锻炼和测试平台，同时也让教师得以通过这个平台进行精准的教学和有效的管理，实现因材施教的目标。

摄像头识别学生的运动体态模型，并实时收集学生的运动数据。AI运动视觉分析技术结合体育运动的知识图谱来自动计算运动成绩，分析学生的技术、体能和生理机能等数据，然后提供针对性的运动处方，指导学生如何更有效地进行训练，以提高体育成绩。这也为学生建立了一个全面的体育评测数据档案，以改进学校的体育教学。

通过整合各种功能模块，如测试计划安排、人脸认证、智能评分、语音播报、违规提示、视频回放、全程监控、成绩展示及统计分析查询、数据上报等，系统满足了日常体育锻炼、体育教学、体育考试、体质监测等各种需求。这将提高体育课的质量，规范体育评测标准，降低教师的负担，并利用现代科技推动体育课堂的改革和发展，提供一个全方位、多角度提升校园体育的系统建设方案。

5. 建设案例

人工智能技术的实现方式可以多种多样。其在智慧体育系统中的应用遍布高校和中小学，通过利用人工智能系统和设备，系统可以智能采集和分析学生的体育数据。同时，借助人工智能视频分析设备，可以智能评估和指导学生的体育活动。

1）以某高校智慧跑步系统为例，通过建设课外长跑锻炼APP系统，自动实现人脸跑步圈数计数，后台通过学生的跑步记录、评分标准等信息，计算学生当次跑步得分。通过操场增加摄像头抓拍学生跑步人脸次数，学生每次跑步如果没有达到设定次数，将作无效处理。APP同时可以设置跑步配速、里程等参数，从后台同步学生信息，对接安防平台，实时获得人脸摄像头抓拍记录，包括学号、姓名、性别、摄像头编号、跑步轨迹、跑步时间等信息。

2）以某中学智慧体育锻炼系统为例，摄像头识别学生的运动体态模型，并实时收集学生的运动数据。AI运动视觉分析技术结合体育运动的知识图谱来自动计算运动成绩，分析学生的技术、体能和生理机能等数据，然后提供针对性的运动处方，指导学生如何更有效地进行训练，以提高体育成绩。这也为学生建立了一个全面的体育评测数据档案，以改进学校的体育教学。通过整合各种功能模块，如测试计划安排、人脸认证、智能评分、语音播报、违规提示、视频回放、全程监控、成绩展示及统计分析查询、数据上报等，系统满足了日常体育锻炼、体育教学、体育考试、体质监测等各种需求。这将提高体育课的质量，规范体育评测标准，降低教师的负担，并利用现代科技推动体育课堂的改革和发展。提供一个全方位、多角度提升校园体育的系统解决方案。

总之，智慧体育系统通过融合智能设备和AI视觉识别技术，创新实现了校园体育教学、评估和锻炼的信息化建设，系统也通过增加运动的趣味性，激发学生的积极性，鼓励他们主动参与体能锻炼。此外，该系统可协助学校进行常规体育考核，更公正、准确地记录和展示学生的体育成绩。同时，它也能服务于学生的身体状况监测，真实反映学生在成长过程中的体质变化。通过运用这种信息化手段，可以提升学校体育教学的品质，促进学生体质和运动素养的提高，保障青少年的健康发展。

6、结束语

随着这几年的政策推进和落地，人工智能应用场景不断丰富，用户也逐步开始使用，所以整体智能教育的行业趋势呈现一片欣欣向荣之景。另外，教育部围绕构建智慧体育环境、探索智慧体育模式开展了一系列工作，人工智能与智慧教育的融合发展必将是未来发展的重大趋势。

参考文献：

1、人工智能背后的机器学习[J]. 罗晓慧. 电子世界. 2019(14)

2、深度学习在图像处理领域中的应用综述[J]. 殷琪林,王金伟. 高教学刊. 2018(09)

3、人工智能时代的知识教学变革[J]. 王天平,闫君子. 湖南师范大学教育科学学报. 2021(01)

4、为理解而学:人工智能时代的知识学习[J]. 张良,关素芳. 湖南师范大学教育科学学报. 2021(01)