AI智慧体育系统建设方案Word格式文档下载.docx
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2、中小学校要客观记录学生日常体育参与情况和体质健康监测结果,定期向家长反馈。
中共中央、国务院2020年10月15日在《关于全面加强和改进新时代学校体育工作的意见》中重点提出:
1、推进学校体育评价改革;
2、完善体育教师岗位评价;
3、健全教育督导评价体系。
1.2.现状分析
近年来在诸多学校体育相关政策出台下,学生体质健康在我国学校体育事业发展中所占据的位置开始日渐凸显,特别是随着近些年互联网,尤其是移动互联网、AI人工智能技术的快速发展,信息化已经渗透到了社会的各个领域和人们日常生活的方方面面,这一点在学校体育、学生体质健康测试领域亦是如此。
信息技术的成熟助推校园智慧体育产品的创新和迭代,而国家政策层面则直接推动了体育在日常教学中的重要性,也推动了人工智能在校园体育教学中的进一步应用和发展。
日常的学生体质健康测试、体育课堂体质训练及考核评价不但需要更加智慧先进的手段进行辅助与提升,也需要更加趣味创新的实践方式,这样才能真正做到智慧体育、快乐体育,有效提升学生体质健康水平。
1.2.1体育教学现状
智慧化程度低:
体育教学设备信息化远落后与其它学科;
功能性单一,设备缺乏交互,枯燥乏味,无法激起学生运动兴趣;
无法实现数据采集和上传闭环,无法用技术手段落实国家“开足开齐体育课”政策
教学资源不足:
体育学科师资不足;
教学手段和方式较单一;
课堂内容缺乏互动创新;
大班课模式,现代化的辅助手段缺乏
教学缺少反馈和评价:
训练和测试后反馈不足;
缺少针对性评价和指导;
无法进行有效的课后监督执行。
传统“粗放式”体育教学模式难以满足即将到来的“精准化”教学需要,体育也需要“因材施教”
1.2.2体质健康测试现状
为建立健全国家学生体质健康监测评价机制,激励学生积极参加身体锻炼,教育部印发《国家学生体质健康标准(2014年修订)》,要求各学校每学年开展覆盖本校各年级学生的《标准》测试工作,并根据学生学年总分评定等级。
只有达到良好及以上的学生,方可参加评优与评奖。
目前在体测场景存在如下问题:
✓传统体测设备需要穿戴或贴近部署,打破平时训练习惯,对学生运动发挥有干扰。
✓缺乏有效检测体测项目中的违规和无效动作,部分依赖监考老师主观判断。
✓每年每个学校测试时临时部署,重复投入人力财力,体测效率低。
✓体测成绩录入工作耗时耗力,无法长期统计分析:
体测成绩一年会录入多次,纸质录入、整理上传等工作流程耗时耗力不易保存,数据分析周期时间长,横向不能长时间做对比分析。
无感、高效、公平、便捷的开展体测,需要更有效的技术手段
1.3.技术变革
信息技术发展日新月异,云计算、大数据和人工智能等新一代信息技术的相继出现,不仅改变了教学的方式,而且已经开始深入影响到教育的理念、文化和生态。
教育信息化的变迁,结合全场景的大数据采集,加速AI人工智能运动视觉分析方案在体质健康测试与教学当中的应用,打造全过程动态评价与反馈体系,利用大数据分析技术营造个性化、即时化、智能化的体测与教学环境。
第二章总体设计
2.1.理论依据
在体育领域,人工智能技术正在开辟出一条崭新的道路。
NBA的IT负责人曾透露,NBA已建立了一套数据计算系统,能在比赛中挖掘数据,并通过机器学习进行数据建模。
AI也在开始扮演辅助训练的角色,微软开发出SportsPerformancePlatform——一套解析运动员训练、比赛表现的数据化管理系统,可以为运动员提供运动数据分析。
2.2.设计思路
基于人工智能运动视觉算法和视频物联网摄像头,建设智能体育教室、智能体育操场,对学生体育运动的成绩、状态、体能等运动指标的实时采集分析、评测与指导,实现了学生体育教学场景、考试场景的无感化、智能化,降低了体育教学的负荷,增强了教学趣味性及教学效果;
用科技助力体育教育模式转型,满足“精准化”教学趋势要求。
2.3.建设目标
AI智慧体育评测与教学系统从评测与教学现状出发,结合学校的实际需求,努力帮助学校实现体育评测与教学“三个落实”目标。
2.3.1.落实用技术手段开足开齐体育课的政策
智慧体育教室或操场摄像头颠覆了基于红外、压力等传感器技术以及穿戴设备的传统产品形态,使用平常训练的普通设备和摄像头远距离观测,在无器械干扰场景中无感化运动、训练和考试,充分释放运动潜力。
无感、智能采集识别每一个学生的运动数据,准确的统计每节课的运动项目和运动时间,用技术手段充分落实开足开齐体育课的政策要求。
2.3.2.落实体育教学的因材施教
AI体育评测引擎可以实时分析每项体育动作的运动过程数据指标、运动成绩,输出测试过程中的运动视频及相应的运动指标参数,并给出运动问题和改进建议指导,还可为学生提供个性化的运动监测、训练与干预指导。
学生根据系统交互自主纠正,针对性训练,让学生可以更好的提高体质测试成绩及技巧。
根据学生以往的运动数据,系统会精准推荐专业的建议锻炼视频内容到学生客户端,使学生有针对性学习专业性指导。
AI智能分析系统也真正实现,让学生体育课学习,学有依据,学有反馈,学有效果。
2.3.3.落实减负增效
教学过程中,AI智能分析系统可以协助老师定制训练计划,并可以对学生进行一对一的教学指导,减轻老师的教学负担。
老师有了智能教学助手,能够及时发现每一个学生每一节课的运动效果,根据学生的数据反馈可以有针对性的调整课程和布置体育作业。
学生可自助通过参与智慧体质测试,既在趣味化、智慧化的方法下锻炼了体质,即时通过语音和屏幕反馈测试成绩,掌握了运动技能,又通过感受、体验、运用人工智能,对AI时代的社会有更深入、直观的理解。
2.4.建设原则
AI智慧体育评测与教学系统在建设的过程中始终以应用系统为核心,以实用、易用、好用三大主线为出发点,充分考虑学校的实际需要、现有的网络环境和使用习惯,全面兼顾技术、应用与发展的统一。
既注重实效,满足当前的现实需要,又为系统的后续升级和扩展留有余地,大大提升了各项指标和整体性能:
2.4.1.智能化原则
立足先进的运动视频数据采集与AI智能分析手段,智能化体育测试视频采集装备与评测教学系统具有同领域领先的技术水平。
2.4.2.公平性原则
智能装备的测试精度符合技术参数要求,确保测试视频与测试数据实时传输到后台,确保学生测试成绩的真实性。
2.4.3.高效性原则
降低对学生日常教学的影响,测试装置与设备的安装调试尽可能的简单快捷,测试流程要求高效,尽可能的降低占用学生的单个学生测试时间。
2.4.4.可追溯性原则
要求采用测试方案必须支持测试学生的测试过程的视频记录保存,在可能需要追溯测试过程时,及时找到测试学生相关测试视频文件。
2.4.5.稳定性原则
系统软件硬件需要经过严格测试,数据库稳定,功能顺畅,能在不同的环境中长期平稳运行。
第三章系统结构
3.1.系统架构设计
系统架构设计
3.2.产品架构图
产品架构图
第四章系统优势
4.1.教学、体测一体化
基于人工智能技术,把体育教学活动中的教、学、练、评、测环节,完整的整合在智慧体育教室和操场中。
无感知的测试环境,摆脱了以往传统的基于硬件传感器方案的束缚,让学生充分融入到以往练习的测试环境,避免了体育教学中,教、学、练、考场地分离影响。
4.2.智能姿态分析评测
教学过程中,AI智能分析系统,会实时分析学生的运动过程中的关键指标数据,并给出学生专业的点评和锻炼建议,有针对性的帮助学生提高测试成绩
课后学生在家里打开客户端就可以完成老师布置的体育作业,老师通过远程客户端,就可以对学生的提交的体育作业进行点评和作业管理。
4.3.架设方便,成本低。
摄像头+AI服务器+大屏的产品架设方案,只需要首次架设完成后就可以便捷的使用批评侧和教学系统,无需体育老师每节课前单独调试设备,避免了因调试不变影响老师课程进度和使用体验的情况。
利用普通摄像头就可完成产品架设,相比pad方案成本低效率高,实用性更强。
4.4.违规动作智能监测
基于硬件传感器方案传统体测方案,无法解决大部分项目的违规监测问题,比如,引体向上项目的手臂弯曲、身体摆动,坐位体前屈双手未抱头等违规动作。
只能依靠体测人员提醒,大量的人工参与很难保证测试的公平公正。
通过智慧体育教室和智慧操场,学校可自行开展每学期的学生体测任务,系统会智能分析测试过程中的违规动作,系统并实时提醒违规动作,学生就可以及时调整提高测试的有效成绩。
4.5.数据综合分析
学生每一次学习的数据、练习的数据、测试数据,都会被准确记录。
产品数据覆盖到个人、班级、学校、教委多层目标。
满足各层级监管和报告需求。
智能化、可视化的体育教学产品为教学过程提供精确测量、多维度分析、无人为干预的大数据基础,可以有效建立学生体质特征模型。
第五章解决方案
5.1.方案概述
AI智能体育评测与教学系统主要采用摄像机+AI边缘计算服务器的方案,利用摄像头实施采集学生运动视频,利用AI运动视觉分析技术分析学生运动数据,结合体育专家知识图谱,能自动计算运动成绩,分析学生的技术、体能和生理机能等数据,并给出针对性的运动处方,指导学生更高效的训练,提升体育成绩,同时为学生建立全面的体育评测数据档案,改善学校的体育教学工作。
通过部署AI智能体育评测与教学系统,可以打造智慧体育专业学科教室和智慧操场,实现无感化记录学生日常体育运动过程及体育评测等数据,有力支持学校在新课程改革时代背景下的信息化建设。
5.2.产品硬件/软件
5.3.智能体育系统建设方案
5.3.1.AI智能体育教室建设方案
5.3.2.AI智能体育教室布局
5.3.3AI智能体育操场建设方案
5.4.系统功能介绍
5.4.1支持项目
AI智能体育评测与教学系统,支持AI智能化视频分析体育测试项目,实时分析运动数据及自动化成绩输出,同一系统支持多个运动视频项目分析,涵盖国家关于中小学生体质健康和中考体育的测试项目:
(1)立定跳远:
立定跳远测试成绩输出、运动姿态分析和违规动作检测
(2)仰卧起坐:
仰卧起坐测试成绩输出、运动姿态分析和违规动作检测
(3)引体向上:
引体向上测试成绩输出、运动姿态分析和违规动作检测
(4)50米:
50米测试成绩输出、运动姿态分析和违规动作检测
(5)800/1000米:
800/1000米测试成绩输出、运动姿态分析和违规动作检测
支持人脸识别认证,智慧体育评测与教学系统支持多种操作系统,支持摄像头采集视频,功能丰富,操作便捷。
具备评测任务跟踪、人脸认证、智能评分、语音播报、违规提示、视频回放、成绩展示及查询、数据上报等多个功能模块。
满足日常体育评测及日常教学提升等各类需求。
5.4.2功能流程
5.5.数据整理上报及分析
系统平台承载运动数据、视频的上传、存储、分发下载工作,提供可视化训练、测试数据管理的综合云平台。
(1)评测成绩模块
A.成绩概览
人数分布统计:
统计所选时间范围内每日测试的人数和成绩
B.体测记录
项目记录:
查看每一天的测试项目,统计人数、成绩、等级
学生记录:
查看各项目中每个学生的测试成绩
C.成绩查询
查询成绩:
根据姓名/测试日期查询学生的测试成绩
D.数据导出
导出数据:
导出历史评测人数、成绩等数据到excel
(2)评测计划模块
A.计划列表
计划列表:
按日期展示计划测试的项目、班级、人数
B.创建计划
计划创建:
选择测试日期、班级、项目,创建测试计划
C.计划详情
计划详情查看:
查看测试计划详情、计划内测试学生与成绩详情
计划编辑:
编辑修改测试计划,日期、班级、项目等信息
(3)体测视频查询模块
A.视频列表:
学生历史测试视频列表展示
B.查看视频:
视频播放查看
(4)学生信息模块
A.学生信息:
学生信息录入、学生信息列表
B.学生测试报告:
学生测试报告、学生体质分析
5.6.数据应用与安全
5.6.1数据安全
AI智慧体育评测与教学系统采用边缘人工智能EdgeAI推理,所有运动视频数据全部在校内边缘服务器上完成分析和运算,无需调用外部云端引擎,确保视频数据安全。
5.6.2应用环境
操作系统:
PC体育数据管理平台,支持当前的主流浏览器。
网络环境:
支持Wi-Fi、RJ45有线网络。
5.6.3数据应用
AI智慧体育评测与教学系统拥有管理及分析功能,支持任务编排、多维度成绩分析及管理、学生信息管理、体测视频管理,帮助老师完成日常体测数据及信息管理工作。
(1)测试数据可视化:
可以通过PC端体育测试管理平台查看测试结果、测试报表、测试成绩列表、个人测试成绩等。
(2)测试视频可追溯:
学生体育测试成绩的测试视频可追溯,可随时查看测试视频。
6.1.实施交付
6.1.1.总体实施目标
本项目平台软件的建设是一项复杂、长期的系统工程,为保证工程能够顺利地进行实施,必须要制定科学、合理、切实可行的实施计划。
一方面要从组织上进行落实,成立强有力的项目领导小组和经验丰富的项目实施队伍;
另一方面要制定严格的时间进度表,明确各里程碑的时间。
同时还要制定工作原则,以指导项目的全面实施。
6.1.2.项目实施阶段
为了有效地保证系统开发的质量,整个系统建设的全过程划分为准备、设计、开发、实施和运行阶段,每个阶段完成相应的任务,确保信息系统的建设。
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