运动传感网在中小学体育教学中的应用实践和探索

文/孙 刚

党的二十大提出了要建设教育强国、体育强国、科技强国。学校体育领域如何和科技相结合？首都体育学院近年来着力发展融合创新，在中小学体育教学应用中做了有价值的实践和探索。

首都体育学院率先确立了体育人工智能作为未来科技体育的核心方向，同时将体育学、工程技术和医学进行“体医工”交叉融合发展，建设了运动传感网的技术体系。运动传感网是为揭示人体运动的变化规律，通过传感器、物联网和人工智能算法等技术集成的数据采集和分析的网络解决方案，并以场景为中心解决实际问题。

近一年多来学校主持的北京市中小学日运动负荷监测项目就是典型的运动传感网示范项目，项目的最终目标是通过量化监测日常运动负荷强度，在中小学生的体育成绩中加入过程性考核。监测数据要形成有价值的计算评估结果，首先要做规划，明确采集哪些关键数据可以建立分析模型。一要充分考虑到个体差异性的问题；二要精准兼顾便捷；三是数据安全和数据处理能力。中小学生日常运动的基础信息，如心率步数等数据可以靠手环手表来进行采集。同时建设了身体数据档案集，分为四个板块，首先是身体形态数据，比如BMI（身体质量指数）、是否脊柱侧弯等；第二是身体机能数据，包括肺活量、体脂率、肌肉含量等；第三是身体素质数据，包括力量、耐力、灵活性、平衡等；第四是运动表现数据，这就构成了个体差异化的实测数据集。学生的身体在发育期，所以这是一个连续的动态数据库。

对于个体差异化的体育运动，因为不同学校校内体育的具体规划和锻炼方案是不同的，需要标准化多场景监测和评估，如何把中小学体育运动项目包括足球、篮球、武术、游泳等一系列的体育项目和运动负荷进行关联。另外，“双减”政策实施之后，很多学校加强了校外体育安排，对此也开发了一些标准化的青少年身体功能训练的教学视频库，可以个性化匹配，也就是一个青少年版的“Keep”软件，以便于校外体育运动也可以纳入到整个评价系统中。

项目开发了一个完整的系统解决方案“首体健身（校园版）”，包含了六个板块，其中有身体数据档案集，有云系统服务和调度中心，以及为家长和中小学教师提供简单易用的小程序和管理软件服务。另外也用到了便携穿戴装备以及针对专项体育运动表现关键指标的采集系统，还有基于学生用眼疲劳和动作识别的智能监测系统。最后，还有身体功能训练为核心的科学锻炼指导库和知识库。

在身体数据档案建设的过程中，用到了一系列智能监测装备，有些是服务专业运动员常用的。另外，中小学身体功能训练和身体功能评估也是近几年才兴起，有必要把基于专业体育的经验和模式引入到中小学，同时结合一些智能装备来纠正学生的锻炼动作，同时通过生理监测和动作监测做综合计算，来评判是不是达标，这样可以大大减少教师的工作量。

项目已经完成了第一阶段试点，服务了19所学校，采集了2800万条数据，第一阶段使用了4G版智能手表，不需要教师和家长做任何数据同步工作，只需要充电就可以。在第二阶段正在推进，学校从19所增加到了30所，4G手表也换成了基站版的低功耗蓝牙手环，它会自动连接校内的蓝牙基站，学生进到蓝牙基站区，数据就会自动传输到蓝牙基站，与蓝牙基站失联的时候，数据就会存储在本地，是一种无感的数据通讯。

针对第一阶段试点学校700个学生的数据分析，发现超重和肥胖比例还是比较高的，应对这部分体质偏弱的学生群体重点关注。通过实测数据比较，当一个BMI正常的学生按照学校体育计划达到预期的中高强度负荷时，另一个偏胖学生的运动负荷数据在体育课和大课间没有太大变化，这说明他的体育活动的执行效果不佳，需要体育教师重点关注和设计合理的运动处方。数据追踪显示，这些肥胖的学生在其他时间段运动意愿也不是很强，所以造成肥胖的原因也和日常运动消耗不足有很大的关系。同时，通过针对肥胖学生的不同运动项目如跳绳和2000米跑等的数据分析发现，在被动的有氧运动过程中，有心率激增的情况，如经常出现要特别关注，甚至需要做一些运动风险的筛查。

最后是这个项目实践中的问题思考和一些探索。第一，基于个体差异化的运动负荷达标标准需要大量的样本和完整性的数据做分析，不同年龄的中小学生公认的和科学化的标准并不成熟，需要成立专门的专家组，除了高校教师，教科院的研究员以及一线体育教师都是非常重要的，需要不断完善这个科学评价标准，并形成可执行的落地方案。第二，项目到底是为课题服务，还是真正为学生的体质健康服务。目前课题经费是来自于财政的支持，但是要想持续的发展，就需要相关职能部门领导重视以及形成长期性、前瞻性的规划，分阶段、分步骤做好体育教育科学化发展的目标设计，这样才能让中小学体育发挥应有的作用，真正提升青少年体质健康水平，形成终身运动的好习惯。