人工智能下小學體育運動負荷數(shù)據(jù)采集實施路徑

人工智能下小學體育運動負荷數(shù)據(jù)采集實施路徑一、教育背景部分體育教師對體育課堂運動負荷與密度關(guān)系認識模棱兩可，安排運動負荷與密度不合理的現(xiàn)狀情況很多，東城區(qū)小學義務教育階段充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，監(jiān)測各個學校不同年級學生的運動負荷與密度，根據(jù)不同運動項目，追蹤各年齡段學生體育鍛的效果，形成中小學生參加體育活動參考依據(jù)，指導體育教師科學合理的進行體育課堂教學設計。二、重點舉措與成效1.通過課堂運動負荷監(jiān)測系統(tǒng)，促進學生體能提升，增強學生的自信心，引導學生注重個人的身體素質(zhì)發(fā)展，此項目也會在社會上產(chǎn)生一定的聲譽，對學校今后的發(fā)展起到了可持續(xù)的作用，會得到家長的大力支持。2.掌握課堂運動數(shù)據(jù)，運用數(shù)據(jù)來進行指導訓練和教學，提高教師的科研能力。3.通過對相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析，為教學提出合理化建議、為學生開具運動處方、為提高體育課堂教學實效性服務、為加強學校體育工作服務、為增強學生體質(zhì)、提高學生運動能力、培養(yǎng)學生健全人格服務。4.通過數(shù)據(jù)來評價課堂，使得教學更趨合理化，科學化，促使教師評比更加公平，得到評委的認可。三、推進機制（一）運動負荷監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)及培訓使用流程1.智能運動臂帶利用教師、學生佩戴的智能運動臂帶，通過ANT+無線通信的方式與“智能感知網(wǎng)絡”進行運動信息的實時上傳，支持遠程開關(guān)心率測量功能，還提供高度集成的應用功能，如時間、消息顯示等。教師臂帶和學生臂帶為特別定制的運動臂帶，配備三軸加速度計和PPG光電式心率傳感器，能夠精確記錄走、跑步數(shù)，實時心率狀態(tài)，卡路里消耗，睡眠質(zhì)量等數(shù)據(jù)。另外教師臂帶具有久坐提醒、喝水提醒功能，臂帶震動提醒久坐辦公的教師，需要定時起來運動和飲水，時刻關(guān)注教師健康。2.課堂運動負荷監(jiān)測子系統(tǒng)上課前，允許任課教師選擇上課班級與上課中需要使用的設備分組（包含運動臂帶和接收器），完成學生（按學號）和設備分組中的運動臂帶（按設備ID號）的一一綁定。在上課過程中，系統(tǒng)支持將設備采集的各項運動數(shù)據(jù)（心率強度、卡路里和步數(shù)等）實時通過WiFi網(wǎng)絡上傳至數(shù)據(jù)庫服務器并在屏幕上顯示，支持教師按多種條件進行排序和查看任意學生的詳細信息（如心率、運動強度分配、步數(shù)、卡路里消耗等），其中的運動強度、卡路里消耗和警示心率可以根據(jù)學生的身體素質(zhì)（如年齡、體重等）個性化計算得出，如果學生運動心率超過警示心率，系統(tǒng)提供聲光報警功能。并根據(jù)學生完成課程目標的情況進行積分和顯示。課程結(jié)束時，顯示課后頁面，系統(tǒng)在此時對智能臂帶和hub設備進行遠距離批量關(guān)機操作，并顯示設備關(guān)機狀態(tài)。3.運動密度監(jiān)控子系統(tǒng)運動密度是衡量體育教學效果的重要指標，該系統(tǒng)按以下方式提供運動密度的測量。自動運動計時測量：根據(jù)智能臂帶上自帶的三軸傳感器采集的數(shù)據(jù)和自研算法，實時估算學生運動姿態(tài)和運動幅度，自動計算學生實際的運動時間。手動運動計時測量：提供手動計時功能，由監(jiān)測教師手動對學生或班級的運動情況進行計時，并以此計算班級的課堂運動密度。4.課后分析和統(tǒng)計子系統(tǒng)本系統(tǒng)平板電腦APP在學生上課結(jié)束后，即進入班級歷史數(shù)據(jù)頁面，提供課后以及歷史課程的數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計功能，這些數(shù)據(jù)包括班級的心率曲線、課堂目標達成情況、運動步數(shù)、卡路里等等。允許將該堂課的各項統(tǒng)計信息以報表的方式發(fā)送給教師和學生家長。個人和班級心率曲線圖中，系統(tǒng)用綠色標明各部分的適宜心率區(qū)間，并用柱狀圖給出預定時間、實際使用時間和各部分的理想心率區(qū)間。（二）開展運動負荷監(jiān)測實施方案針對北京市東城區(qū)62所小學的在校學生，佩戴運動負荷監(jiān)測腕表，在體育課時間進行運動負荷數(shù)據(jù)監(jiān)測。分別記錄東城區(qū)62所小學的不同年級、不同學生、不同體育課類型、不同形式體育課的運動負荷監(jiān)測數(shù)據(jù)，并建立體育課負荷監(jiān)測檔案。（三）進行運動負荷監(jiān)測數(shù)據(jù)分析根據(jù)前期監(jiān)測的62所小學運動負荷監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過SPSS和Excel梳理分析，根據(jù)橫向不同監(jiān)測對象（不同年級、不同性別、不同學生）和縱向不同監(jiān)測數(shù)據(jù)指標（包括平均心率、最大心率、平均強度、練習密度、有效鍛煉密度和消耗卡路里等）進行梳理分析。（四）提供運動負荷監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋針對實時運動負荷監(jiān)測數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析結(jié)果，給予針對性的改善方案和建議。其一，為實際上課的教師提供實時有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)，使上課教師及時和真實的了解課程負荷安排的合理性和學生鍛煉的有效性，及時調(diào)整負荷和練習密度；其二，為東城區(qū)或全國一線體育教師提供有價值的數(shù)據(jù)分析報告，為一線體育教師做科研研究和教學反思提供有參考價值的數(shù)據(jù)，從而提高教師的科研教學研究水平，促使更多的教學反思和教學改進。四、特色或經(jīng)驗（一）人工智能賦能體育教學，數(shù)據(jù)報告促進科研探討1．數(shù)據(jù)采集實時性設備實時采集的數(shù)據(jù)顯示在教師終端平板電腦，并通過無線投影顯示在學校場館大屏幕保持每秒刷新，與此同時數(shù)據(jù)還能同步上傳到云端服務器，方便其他老師、學校管理層或教委領(lǐng)導實時通過PC端查看學生的上課情況和運動信息。2．學生運動實時預警針對每個學生，系統(tǒng)可自動根據(jù)年齡等信息個性化計算預設最大和警示心率，并在課堂中及時提供反饋，幫助教師合理安排運動強度，并提供相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)供教師進行課后分析和改進。系統(tǒng)根據(jù)教師設定的課堂目標，針對各項數(shù)據(jù)提供實時反饋，幫助教師把握課堂節(jié)奏，達到鍛煉效果。3.數(shù)據(jù)指標權(quán)威性系統(tǒng)提供了強大的課后統(tǒng)計和報表功能，且系統(tǒng)數(shù)據(jù)來自一線體育教師常規(guī)體育教學的真實數(shù)據(jù)，能夠完全覆蓋教育部門要求的所有監(jiān)測指標。（二）全區(qū)小學階段運動負荷監(jiān)測促體育教學質(zhì)量提升成果經(jīng)驗1.建立中小學校體育課運動負荷監(jiān)測與評價工作體系，保證工作的規(guī)范性和持續(xù)性。2.建立學生體育課程運動負荷監(jiān)測檔案庫，提高學校體育課運動負荷監(jiān)測與評價工作管理水平。3.通過采集數(shù)據(jù)提高學生體育鍛煉的生理效果，落實北京關(guān)于《北京市中小學校體育課運動負荷監(jiān)測與評價通知附方案技術(shù)規(guī)范》要求。4.通過運動負荷監(jiān)測使用培訓和數(shù)據(jù)分析培訓，提高教師科技產(chǎn)物應用和數(shù)據(jù)分析研究能力。5.通過實時運動負荷監(jiān)測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，提升學生對自己鍛煉效果的期待值和挑戰(zhàn)性，提高學生體育鍛煉的積極性。（三）運動負荷監(jiān)測體育課堂運用案例案例1：學校通過不同年級學生的運動負荷與密度監(jiān)測，根據(jù)不同運動項目，追蹤各年齡段學生體育鍛的效果，形