编者按：当体育教学遇上人工智能技术，二者会擦出怎样的火花？由赫忠慧、王亦洲、范雪松、亓昕、张亚谦老师组成的团队，通过不断的探索，用AI赋能体育教学，用身体运动智慧评分系统推进体育教学评价手段的科学化、智能化，不仅在疫情期间促进了在线体育课程的发展，也在线下实践中做到了教学相长、课程优化。赫忠慧老师团队的作品《身体运动智慧评分系统在“在线开放课程”中的应用》被评为“2020年度教学新思路2.0优秀项目”、作品《身体运动智能评价系统在体育教学中的应用》获得“北京大学第九届创新教与学应用大赛”案例组一等奖。
记者：赫老师您好，能否先请您介绍一下您的团队探索智慧体育教学新模式的原因和契机是什么？
赫老师：这个项目要从2019年说起。2019年我们的教学团队推出了“运动健身原理与方法”在线课程，在这过程中我们发现，如何进行线上课程的教学评价是一个十分重要的问题。在传统的体育课中，一个老师对几十个学生，逐一地考评他们的动作质量；但是到了线上，上万名学生同时在线学习，如何对他们的体育学习进行有效评价呢？
2019年第一学期期末，我们仍然按照传统的方式让学生拍一段身体动作的视频，上传到网上，老师花费了一周甚至更长的时间去逐一观看动作视频，分别为学生打分。这个评价过程耗时长，因为每一个资源需要下载以后才能观看，资源空间的占用也较多，无法实现高效率的评价。此外，学生也无法获取改进建议，从而不能真正得到切实的提高。
于是，我和开设瑜伽在线课程的亓昕老师进行了沟通。希望能够找到一种更为高效的方式，实现对身体动作质量的线上教学评价。机缘巧合的是，我们与信息科学技术学院一直从事人体姿态估计研究的王亦洲教授沟通了这个想法以后，发现大家的想法不谋而合。2019年底，我们运用人体姿态估计技术实现的第一个“战士二式”瑜伽动作评价模型在北京大学体育科学大会上进行了科技成果展示，这项成果为我们后面项目的推进奠定了很好的基础。
2020年初，因为突发疫情，所有的体育课程都变成了线上课程，也让这个项目的研发显得尤为迫切。而我们首先要解决的问题是把以往教师靠主观判断来评价动作好坏的方式，进行标准化的转换，这就涉及到一个科学问题，对于计算机语言来说，就是把体育身体动作进行量化、转化成算法。于是体育老师们负责把运动技术语言进行量化描述；人工智能技术的人员负责将这些描述性语言进行计算机算法的转化，完成人体姿态估计和评价。
评分系统研发的同时，还需要将其搭建在一个数据交互平台上。也可以说是另一个巧合，计算中心的范雪松老师在博士研究生阶段就读于新媒体研究院，2020年5月，基于新媒体技术的数据交互平台开始搭建，仅两个月的时间，平台就搭建完成。评价系统只需1~2分钟的时间就可以完成对运动技术的评价，并实现直观效果和问题描述等的迅速反馈。我们团队将这个平台命名为AIPE，即“人工智能助力体育”，也可以直译为“爱体育”。
记者：身体运动智慧评分系统建立起来后，它在体育教学中有怎样的应用呢？
赫老师：“身体运动智慧评分系统”于2020年6月上线，当时平台上搭载了体能、瑜伽和篮球项目这三种动作评价系统。体能和瑜伽属于半静态动作，篮球的运球动作则属于动态连贯动作。
体能课的动作评价系统也叫“AI-FMS”，它将“身体运动功能动作筛查”的七个动作，进行了标准化、量化、并转化为计算机算法，最终形成了人工智能评价系统。在传统的教学评价中，存在的主要问题有二：一是测评员的评价主观性强且耗时较长；二是学生的动作问题多样，有的可能是躯干过于前倾，有的可能是膝盖的垂直线超过了脚尖，有的可能是股骨高于膝盖的位置……而传统评价无法逐一对这些问题进行反馈和解释。现在的智慧评分系统除了实现了线上评价、省事省力外，其反馈的结果还能够直观显示关键帧动作、准确地反馈动作质量问题及评分结果。人工智能评分系统运用了计算机视觉技术中非限定视角下的人体姿态估计技术，这项技术目前处于国际领先水平，也就意味着我们用其解决体育运动中的动作质量评价问题，无论在理念还是技术方面，都具有先进性。
“人工智能助力体育系统平台”自2020年上线，目前每学期有500余人次使用。累计使用人数已达2000余人。
记者：那在第一阶段的实践过程中，您的团队有怎样的发现呢？
赫老师：在第一阶段的实践后，我们进行了及时的总结。首先我们认为整个项目的研究思路和初期取得的成果还是非常可喜的。无论是人工智能技术的应用，还是体育动作质量评价的标准化研究等方面，我们都处于比较前沿的位置。我们的“人工智能身体动作功能评价系统”申请了国家应用型技术发明专利。既对标国际化评价标准，又能借此将人工智能先进技术的作用扩大。
但同时，我们也注意到，要实现真正意义的智慧教育，还有相当长的一段路要走。如在我们的项目中，需要将单镜头视角中无法克服的遮挡问题，通过多镜头下的姿态估计技术加以改善。因此，我们需要持续改进动作评价的算法，攻克技术难关。此外，我们还希望能够将人工智能的各项技术进一步应用于体育教学，让体育教学的全过程都能够插上智慧的翅膀。
记者：如果疫情期间的身体动作智慧评分系统是第一版，那么现在的发展情况怎么样？
赫老师：我们在疫情期间做出的是“身体动作智慧评分系统”的第一版，其中主要包括体能课程的身体动作评价和瑜伽静态动作评价。2020年秋季，平台增加了上传视频质量初筛和多次上传视频的功能，实现了对学习行为数据的跟踪和统计。2020年春季学期，AIPE3.0版上线，评分系统的精度进一步提升，准确度控制在98%以上。数据平台实现了班级集体数据的系统分析功能，这意味着系统全面实现人工智能评价，教师介入的环节可以基本省略。目前，我们的数据交互平台的移动端正在审核，新学期应该可以上线应用，平台在体验感、交互性等方面有了更进一步的改善。
数据交互平台是实现教与学创新过程的载体，在系统不断优化的过程中，我们希望能够将体育教学的过程通过新媒体技术实现完整的智慧化创新。其中涉及的多次上传视频和得到评价反馈的功能，是未来教育中智慧指导及反馈过程的缩影；对学习行为的跟踪和统计更是学习行为数据分析的基础；而对学生评价结果数据进行群体分析和分类汇总，可以为教师的教学内容制定提供依据。
记者：在实践中，学生对系统有些什么样的反馈呢？
赫老师：我们的项目上线以来，得到了北大学生的大力支持。他们对我们的项目很感兴趣，也非常积极地参与进来，对我们平台技术的改进也提出了很多好的建议。应用人工智能评价系统之后，教学效率得到提高，学生对课程的整体满意度也有所提升。对于团队探索的这些科学问题，同学们也非常感兴趣，因为他们觉得用计算机视觉、用前沿技术来分析体育是一个非常好也非常重要的途径。之前一直参与我们项目研究的研究生同学，还申报了学校的学生创新大赛，并最终获得了特等奖。
记者：在未来项目的进一步推进方面，团队有哪些设想呢？
赫老师：当智能评价系统给予了结果反馈后，势必面临如何对错误动作进行指导的问题。因为学生都希望能够在自己没有学会或者没有学好的动作上得到指导，进而得到改进提高，这时候我们就需要一位无处不在的助教。
在参加学校教学创新大赛的时候，我的教学设计便是让每位学生拥有一位“智慧体育老师”。智慧体育老师能干什么呢？它能教、会评、会指导，它是一个多面手：评价的时候它是一个公正无私的老师，能进行客观的评价；它也是一个高效率的老师，不受时空的限制，随时随地进行标准化评价。那么这位智慧体育老师如何发挥指导的作用呢？这也是我们后续想去研究和设计的内容。第一步，我们计划建设能够实现多视角采集动作的智慧教室，老师在其中进行动作示范，同学可以在线下、线上进行学习，从不同角度看到动作展示。第二步，我们将进一步实现系统的准确评价，系统针对学生提交的动作视频进行评价和指导，对比分析正确和错误动作，将改进方法精准推送给学生；经过反复迭代以后，学生可以通过练习不断提升动作质量，达到高质量学习的目的。
记者：这个项目今后还有更多科技创新的内容是吗？
赫老师：是的，后面需要考虑较多的应该是学习技术分析。在学习知识的时候，大家都会非常重视个人的学习体验。我们可以在学生线上、线下的不同学习方式中对知识获取的质量进行比较。例如去分析：学生在学习运动技术的时候，是如何感受这个过程，如何通过逐渐的进步实现技能提升的？他们的动作还需要进行哪些补充？学生的学习成效未达到预期，是素质没达到、技术没掌握，还是能力上没有得到提升？这些都是非常有挑战性的问题，也是令人感兴趣的问题。因为我们从来没有如此认真地去研究过动作学习，一直认为体育只要能提升身体素质就可以了。在实际的体育教学中也一直是言传身教，通过语言和动作示范指导学生，这就是我们过去常说的学徒式学习；现在要实现智慧教学，就会发现需要做大量的工作和研究，才能把体育教学内容相对精确化。它既要符合人体的骨骼运动，即生物力学的一些规律，也要符合教育规律。人在学习这些技能的时候，有一个从生疏到熟练的过程，即从学习到练习到熟练掌握。在这个过程中，人或者人群的规律都有待进行量化解析。所以在教学中，如何通过现在数据前沿技术把体育变成智能的、可以量化的内容，对我们来说是一个很重要的问题。
在研究过程中，我们依据知识形成动作、动作形成技术技能的逻辑，把体育科学分为三类：一部分是静态即以姿势为主的，一部分半静态即以动作为主，第三个部分则是运动技术；在此基础上我们再去创造性地做一个体育语言学的研究，做体育知识表示的量化研究。结合自然语言处理技术，把我们的身体姿态、动作进行量化描述，进而形成整个动作的数据库，搭建体育科学知识图谱，为我们将来有针对性的指导，做好基础性工作，而且这些内容也可以通过计算机视觉为新的智能化平台提供很好的数据支撑。
我们目前申请到的百度前沿培育基金项目，旨在持续推进体育教学模式的创新。这些都给我们围绕体育科学本身进行研究提供了机会，同时也给计算机视觉技术、自然语言处理技术、知识图谱技术以及学习行为分析技术带来了很大的研究空间。
我们的最终目标就是真正实现智慧体育，真正实现让人人拥有一个智慧的体育老师，这是我们的远景。
记者：好的，非常感谢赫老师！
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采访时间：2021年5月26日，8:30-9:30
采访记者：廖梓吟
录音整理：尹倩倩
文字编辑：廖梓吟
文字编审：王肖群
定稿日期：2021年8月17日
项目负责人简介
赫忠慧，女，满族。现任北京大学体育教研部教授，硕士生导师。美国密歇根大学、瑞典隆德大学访问学者。
兼任中国医药教育协会慢病管理培训中心副主任委员，世界大学生体育联合会“健康校园”标准制定专家，国家体育总局“十四五”政策咨询专家，中国医体整合联盟常务理事，中国体育科学学会体能训练学会“体能训练师”认证专家委员会委员，北京体能协会副会长兼秘书长，北京大学体育与健康研究中心主任。
曾入选教育部新世纪优秀人才。担任国家社会科学重大课题主研专家，先后主持或参与省部级以上课题10项，企事业委托课题10余项。出版专（译）著3部，主编或者参与编写教材、书籍近25部，参与发表SSCI/SCI论文10篇，期刊论文20篇，会议交流论文40篇。国家应用型专利2项，国家软件著作权授权1项。
主讲课程：体（适）能。