方案中心

第一章 系统概述

1.1 建设背景

1.1.1 行业背景

教育信息化一直是我国教育事业建设的重点工程，而智慧校园的建设是教育信息化的重要组成部分。在整体智慧校园建设中，就包含了关于智慧体育的建设。校园智慧体育建设是通过先进的智能化技术满足当前学校体育教学新形势、新目标、新要求，全面提高学校体育教学质量和信息化水平，通过智慧体育建设让学生真正享受体育运动乐趣，激发学生参与体育运动的积极性，从而带动整个学校体育面貌的。

体育总局、教育部 2020 年 8 月 31 日发布《关于深化体教融合促进青少年健康发展的意见》中指出将体育科目纳入初、高中学业水平考试范围，纳入中考计分科目，并逐步提高分值。

2021 年 6 月，教育部办公厅颁发关于《〈体育与健康〉教学改革指导纲要（试行）》，提出更新教学观念、优化教学内容、创新教学过程和完善教学评价的主要任务，针对完善教学评价的任务，鼓励引入人工智能的评价方式。

2022年3月，教育部印发《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》，其中指出“体育与健康”课程需占总课时10%-11%。自此，在课时占比方面，体育课程超越外语，成为小、初阶段第三大主科。

所以从各维度来看，“以考促学”、“体育变为主课”的政策导向在不断增强，体育教育由粗放式大班课教学转向精准化个性化教育是必然趋势，采用新技术、新科技手段来满足教学模式，已转变成当前校园体育的核心需求。体育课堂训练及考核评价不仅需要更加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，这样才能有效提升学生体质健康水平。

1.1.2 现状分析

（1）教学资源匮乏

传统体育教育的信息化程度较低，专业师资不足，缺乏专业的授课资源和教学工具，教学时间短、任务重。在大班课中，老师只能照顾学生的基本要求，难以满足每个学生的个性化需求，实现精准教学。

（2）缺失运动激励机制

传统体育教学过程以灌输式教学为主，由于缺少运动激励机制，导致学生运动积极性低，难以培养学生运动习惯和体育意识。同时，传统的体育训练或测试缺少个性化、针对性的评价，学生难以针对自己的薄弱问题进行针对性的提升。

（3）体育学科无数据

体育学科传统的成绩记录方式复杂。学生想要进行自主训练测试，需要其他同学帮助记录成绩，且日常体育教学数据几乎为0，课堂体育训练数据难监测、难记录、难评价、难对比分析。

1.2 建设目标

智慧体育解决方案针对体育教学特点及实际需求，依托AI技术，打造覆盖 “教、练、测、赛”全场景的校园智慧体育解决方案。通过对校园各体育场景进行智能化改造，帮助学校以信息化、数字化、智能化模式高效开展体育教学及测试工作。学生在日常课间、课后可随时锻炼，课中测试可查看实时数据，以此培养学生运动文化。通过提高学生在运动过程中的交互性来激发学生的锻炼兴趣及运动潜能，让学生真正爱上体育运动。

1.2.1 辅助教学，提升效率

AI体育可为体育老师提供信息化教学工具。学生可以在AI体育教学屏智能语音的指令下完成各个运动项目，系统自动精准分析学生运动姿态问题，给予点评及建议，相关成绩和数据实时显示在大屏上，老师可以通过大屏对整个班级做精细化的动作分析与成绩讲解。同时，可提供热身训练视频、体能训练跟练视频等体育教学资源，为体育老师提供一个简单易用的信息化教学工具，提升体育课堂教学效率。

1.2.2 日常练习，增添乐趣

为学生提供可自助锻炼的智慧体育场景，引导学生课间走出教室，依托AI技术实时反馈运动成绩、纠正不合规动作，学生可随到随测。同时，提供运动排行榜，提高学生运动积极性。AI体锻屏已融合各类学科知识（如语、数、英），用趣味化、强交互的锻炼机制提升学生锻炼兴趣，养成锻炼习惯。

1.2.3 精准测试，因材施教

AI技术可对视频流数据进行清洗、分析，运用运动视觉技术、机器学习、高速运动跟踪、动态识别等多种技术手段，完成对运动成绩的自动识别、违规动作的精准检测，提供科学评判指导、运动处方报告。学生以此可进行针对性训练，更好的提高身体素质，提升体育成绩。老师可通过各种维度在平台查询数据，输出信息化报表，为教学提供有力的数据支撑。

1.2.4 课后竞赛，激发兴趣

学校可通过智慧体育平台提前设置各类竞赛，下发至各智能设备，引导学生课间、课后积极参与竞赛，通过赛事排行激励学生积极运动，形成校园浓郁的运动风气。以赛促学，快乐运动，不断提高学生的身体素质和运动成绩。

1.3 设计依据

系统规划设计必须按照国际、国家和本地区的有关标准和规范进行。本设计将依据和参照以下的设计规范和要求进行。

智慧校园建设方面：

《智慧校园总体框架》（GB/T 36342-2018）

《国家学生体质健康标准（2014年修订）》

《中小学体育器材和场地 第12部分：学生体质健康测试器材》（GB/T 19851.12-2005）

《教育信息化2.0行动计划》

体育建设要求方面：

《深化新时代教育评价改革总体方案》（中共中央 国务院）

《关于全面加强和改进新时代学校体育工作的意见》（中共中央 国务院）

《体育与健康教学改革指导纲要》（教育部）

《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》（中共中央 国务院）

《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》（教育部）

安防视频监控系统设计方面：

《安全防范工程技术规范》（GB 50348-2018）

《民用闭路监视电视系统工程技术规范》(GB 50198-2011)

《信息技术开放系统互连网络层安全协议》（GB/T 17963）

《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB 50343-2012)

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第二章 总体设计

2.1 设计思路

智慧体育解决方案针对体育教学特点及实际需求，依托AI技术，打造覆盖 “教、练、测、赛”全场景的校园智慧体育解决方案。系统底层通过AI技术对视频流数据进行清洗、分析，同时运用运动视觉技术、机器学习、高速运动跟踪、动态识别等多种技术手段，完成对成绩自动识别、违规精准检测、科学评判指导、运动处方报告等应用的实现。最终实现教学指导、智慧锻炼、智能体测、智慧评价、赛事活动等多场景应用。

整体架构设计如下：

图1 整体架构

2.2 组网架构

通过室外AI体测屏、室外AI跑步屏、室外跑圈屏、AI体锻盒、室内AI体育教学屏、室内AI体锻屏，部署在不同应用场景，覆盖 “教、练、测、赛”全场景。数据传输到云端智慧体育数据平台，进行可视化呈现。

图2 组网架构

第三章 应用场景

3.1 智慧运动角

学校可以对教学楼内开阔区域进行改造，打造智慧运动角。基于物联摄像头和AI运动视觉算法，实时采集学生体育运动过程，实时分析运动数据，实时反馈并记录学生运动成绩，对学生运动姿态、运动过程等关键指标进行实时分析，发现运动问题，给出科学的指导建议。

课间、课后自由练习能够让学生更好地掌握运动技术与技能，提升运动水平，使学生体育课堂教学得以延续至课外。学生可在课间、课后进行跳绳、立定跳远、仰卧起坐、引体向上及多人体能训练（开合跳、深蹲、蹲跳、高抬腿、左右跳）、趣味运动等项目，用趣味化、强交互的锻炼机制提升学生锻炼兴趣，养成锻炼习惯。

3.2 智慧操场

通过在学校操场划定各项运动的测试区，如：立定跳远测试区、仰卧起坐测试区、跳绳测试区、引体向上测试区、跑步测试区，将传统操场升级改造为信息化、数字化、智能化的智慧操场。同时，可在不破坏原有操场的基础上进行智能化改造，硬件设施位于操场的外围，使用摄像头远距离观测，让学生在无器械干扰的智慧操场上进行无感化运动、训练和考试。既不打破学生平时的运动模式，又能激发学生运动兴趣，为学生提供无感化的运动测试场景。

通过室外AI体测屏、室外AI跑步屏或室外AI跑圈屏等设备，集自主测试、集中测试、自主锻炼于一体，减轻了体育老师工作量。校内的测试数据均有留存，且成绩榜单会实时刷新，增强学生体育运动趣味性，激发运动兴致。

3.3 智慧体育教学区

如果遇到雨雪天气，通常体育老师会选择在教室内进行上课，播放体育相关的视频进行教学。而现在，我们提供了相应的室内教学方案，通过室内AI体育教学屏、室内AI体锻屏，打造智慧体育教学区，为体育老师提供信息化教学工具。

同时结合室内AI体锻屏，打造常态化、无感化、智能化、趣味化室内教学场景，真正实现提升体育教学信息化水平。

第四章 系统功能

4.1 方案概述

智慧体育解决方案针对体育教学特点及实际需求，依托AI技术，打造覆盖 “教、练、测、赛”全场景的校园智慧体育解决方案。通过对校园各体育场景进行智能化改造，帮助学校以信息化、数字化、智能化模式高效开展体育教学及测试工作。学生在日常课间、课后可随时锻炼，课中测试可查看实时数据，以此培养学生运动文化。通过提高学生在运动过程中的交互性来激发学生的锻炼兴趣及运动潜能，让学生真正爱上体育运动。

通过摄像头实时采集学生运动数据，AI技术对视频流数据进行清洗、分析，完成对成绩自动识别、违规精准检测、科学评判指导、运动处方报告等应用的实现，指导学生更高效的训练，提升个人体能素质及运动成绩，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。最终实现教学指导、智慧锻炼、智能体测、智慧评价、赛事活动等多场景应用。不仅可以应用在智慧操场，同样可以建设成智慧体育教学区，智慧运动角，提升校园体育整体水平。

4.2 智慧教学

方案提供信息化的教学工具，实现体育教学的数字化、智能化，贯穿体育课堂学习、锻炼与测试的全流程。通过AI技术实现运动过程的精准分析，针对学生在运动过程中的姿态问题给予科学点评及建议，相关成绩和数据可实时显示在设备上，管理平台可对数据进行汇总，为体育老师提供教学素材及可视化数据报告。方案还提供丰富的体育教学资源，为体育老师提供一个简单易用的信息化教学工具，真正提升体育教学的信息化水平。

4.2.1 课堂教学应用

智慧教学系统可以用于辅助课堂教学。学生可以在室内AI体育教学屏智能语音的指令下完成各个运动项目，系统自动精准分析学生运动姿态问题，给予点评及建议，相关成绩和数据实时显示在大屏上，老师可以通过大屏对整个班级做精细化的示例动作分析与讲解。对于学生的测试成绩，系统会生成相应排行榜，在AI体育教学屏上进行展示，激励学生积极运动。

4.2.2 教学视频管理

系统可对设备内的教学视频进行管理，系统已内置多种视频资源，学校还可以根据具体情况上传校本课程、自有教学资源等内容，为体育老师提供一个简单易用的信息化教学工具。

4.3 智慧锻炼

4.3.1 日常锻炼

智慧锻炼系统旨在为学生提供可自助锻炼的智慧体育场景，引导学生课间走出教室，进行日常锻炼。系统在日常锻炼模式下，可实时反馈运动结果、纠正不合规动作，学生可随到随测。同时，系统提供锻炼排行榜，提高学生运动积极性。

4.3.2 休闲锻炼

智慧锻炼系统除日常锻炼项目以外还支持多种趣味锻炼运动，通过将各类学科知识（如语、数、英）融于基础运动，比如：单次大作战、诗词大会、数字王国等项目，用趣味化、强交互的锻炼机制提升学生在课间、课后的锻炼兴趣，养成学生良好的锻炼习惯。除此之外，系统还提供体能训练、AI跟我练、球类训练、活力课堂、体育百科等功能，满足校园体育需求。

4.3.2.1体能训练

体能训练模块支持全身、下肢、腰腹等不同类型的体能训练项目，包括：双脚跳绳、换脚跳绳、高抬腿、开合跳、前后跳、深蹲、蹲跳、原地跑、合掌跳、提膝击掌、蹲马步、仰卧起坐、俯卧撑、跪姿俯卧撑、深蹲提膝、弓步跳、纵跳、简易波比、侧向蹲起、左右横跳、单腿站立、燕式平衡、站姿体前屈。

选择体能训练项目后，完成身份识别学生可以进行运动，动结束后展示运动结果、运动曲线和近期成绩。体能训练还支持 3-10 人接龙，可选择每个人完成的运动量，适合课堂热身环节。

4.3.2.2AI跟我练

AI跟我练模块支持跳绳初级/中级/高级专项训练、立定跳远初级/中级专项训练、仰卧起坐初级专项训练、俯卧撑初级专项训练、引体向上初级专项训练。学生在通过身份识别后跟随视频进行练习，系统实时进行评分与姿态纠正，运动结束后展示运动积分、运动结果及运动排名。

4.3.2.3球类训练

球类训练模块提供足球盘球、足球颠球、篮球高位运球、篮球中位运球、篮球低位运球、篮球交叉运球、篮球V字运球、排球垫球等运动。学生在通过身份识别后，可根据系统提示持续进行运动，屏幕会展示人员信息、运动成绩、运动剩余时间等信息，运动结束后系统展示运动结果、运动曲线和近期成绩。

4.3.2.4趣味锻炼

趣味锻炼模块支持多种趣味锻炼运动，通过将各类学科知识（如语、数、英）融于基础运动，用趣味化、强交互的锻炼机制提升学生在课间、课后的锻炼兴趣，养成学生良好的锻炼习惯。学生选择项目并完成身份识别后可开始锻炼，屏幕会展示人员信息、运动成绩、运动剩余时间等信息，运动结束后展示运动结果。

4.3.2.5活力课堂

活力课堂模块可以为学生提供课堂接力功能，打造校园浓郁的运动氛围，提升学生运动积极性。学生选择接力项目后，可查看规则说明、项目排名等数据，点击开始进入运动。按照规则示意完成接力运动，运动结束后展示接力运动结果信息详情。

4.3.2.6体育百科

智慧锻炼系统还为学生提供边看边学的视频资源，学生可以查看教学视频，包括：掷实心球、排球垫球、跳绳、立定跳远、中长跑、篮球运球、足球运球绕杆等体育考试技巧。同时，教师可在校级平台上传本校视频，如：校本课程、示范课视频等，学校上传的视频，仅登录本校账号的智慧体育屏可查看。

除此之外，系统还支持针对体育学科知识进行答题。学生仅需点击答题乐园，选择题库即可开始答题。题库涵盖健康知识、体坛明星、体育常识，帮助学生除了掌握运动技巧还可以开阔视野。

4.3.3 锻炼记录

智慧锻炼系统在满足学生体育锻炼需求的同时，也会记录锻炼数据，通过数据支撑体育教研工作的开展，促进传统体育向新型智慧体育模式转变，提升体育信息化的水平。

系统提供多维度的图形化报表，统计全校、年级、班级多种维度的体育锻炼数据，包含运动人数、运动时长、运动项目、运动占比等信息。帮助校长、体育老师更好的了解学校、年级、班级各层级的锻炼情况，横向对比每个年级每个项目的运动水平。

除了通过校级智慧体育平台查看锻炼记录，老师还可以通过手机扫屏前二维码的方式获取锻炼记录，查看对应账号权限下学生的锻炼记录信息，并可进行筛选、检索操作。

4.4 智慧测试

智慧测试系统可应用在学校日常的体育测试，贯穿考前、考中、考后的全流程管理。AI技术可对视频流数据进行清洗、分析，运用运动视觉技术、机器学习、高速运动跟踪、动态识别等多种技术手段，完成对运动成绩的自动识别、违规动作的精准检测，提供科学评判指导、运动处方报告。学生以此可进行针对性训练，更好的提高身体素质，提升体育成绩。老师可通过各种维度在平台查询数据，输出信息化报表，为教学提供有力的数据支撑。

4.4.1 基础测试

对于操场、田径场、步道等测试场景，方案可进行高效精准的体质测试。通过AI视觉识别技术，测试模式下可识别学生运动项目的测试结果，成绩实时呈现，并给出个人运动分析报告，指导学生更高效的训练，提升体育成绩，提升学校的体育教学效率。

4.4.2 跑步测试

对于学校田径场跑道等跑步场景，系统提供跑步运动测试功能，学生可进行短跑、长跑的测试，完成体育课堂、课间、课后学生自主跑步锻炼测试。通过AI视觉识别技术，识别学生跑步测试成绩并实时呈现，引导学生积极锻炼，增强学生体质健康，为体育老师提供测试工具，数据记录更精准、清晰，提升课堂测试效率。

4.4.3 测试记录

智慧测试系统在满足学生体育测试需求的同时，也会记录测试数据，为学生生成相应的测试报告，通过个性化数据支撑体育教学工作的开展，指导学生更高效的训练，提升体育成绩，提升学校的体育教学效率。

系统提供多维度的图形化报表，统计全校、年级、班级多种维度的体育测试数据，包含测试人数、测试成绩、评分、合格率等信息。帮助校长、体育老师更好的了解学校、年级、班级各层级的测试情况，横向对比每个年级每个项目的运动水平。

老师还可以通过校级平台查看学生的测试记录、测试报告、视频回放等数据，同时平台还支持提供学生单人多项目的概览报告，帮助老师精准教学，学生可以抓住运动薄弱点进行集中提升。

除了通过校级智慧体育平台查看测试记录，老师还可以通过手机扫屏前二维码的方式获取测试记录，查看对应账号权限下学生的测试记录、视频回放、测试报告，并可进行筛选、检索操作。

4.5 智慧赛事

智慧赛事系统可以为学校提供赛事活动的设置、发布、记录功能，完成赛前、赛中、赛后全流程管理，校级平台可查看赛事记录、赛事视频回放，也可进行取消作弊成绩操作。

系统支持的赛事活动涵盖的项目有：左右跳、纵跳、弓步跳、深蹲提膝、换脚跳绳、提膝击掌、合掌跳、蹲跳、深蹲、前后跳、开合跳、高抬腿、俯卧撑、双脚跳绳、仰卧起坐。

通过智慧赛事系统，引导学生课间、课后积极参与竞赛，赛事排行可以激励学生积极运动，形成校园浓郁的运动风气。以赛促学，快乐运动，不断提高学生的身体素质和运动成绩。

4.6 校级智慧体育平台

通过智慧体育解决方案，不仅需要满足校园覆盖 “教、练、测、赛”全场景的需求，还需要对数据进行统计分析，帮助学校以信息化、数字化、智能化模式高效开展体育工作。校级智慧体育平台可记录校园内产生的体育过程数据，通过数据来支撑校园体育信息化建设。

4.6.1 班级管理

系统可生成年级、班级组织，支持批量生成年级、班级，同时提供新学年年级自动调整功能，方便进行年级、班级信息管理与查看。

4.6.2 学生管理

系统可查看学生基础信息，包含学生姓名、性别、年级、班级、学籍号、身份证号、出生日期等信息，同时支持批量转班、批量导入基础信息操作，方便老师进行学生信息的完善，为教学数据的采集、统计、分析提供数据基础。

教师在校级智慧体育平台批量导入学生信息后，会生成相应二维码，老师可以将二维码下发给学生家长，家长可扫码输入其孩子的学号姓名，确认班级信息无误后，通过手机拍照录入人员照片。同时教师还可以在课上进行手机扫码补录学生照片，以防有学生和家长不便完成照片录入操作。

4.6.3 账号管理

系统支持不同角色的用户对应不同的权限，例如：管理员、体育老师，同时分配对应数据权限。角色可进行新增、编辑和删除，灵活管理账号信息。

4.6.4 数据管理

系统可对校内产生的体育数据进行统计分析，数据模式分为锻炼记录、测试记录，可视化的数据分析可以帮助学校以信息化、数字化、智能化的模式高效开展体育工作。

针对锻炼数据，系统可以提供多维度的图形化报表，统计全校、年级、班级多种维度的体育锻炼数据，包含运动人数、运动时长、运动项目、运动占比等信息。

针对测试数据，系统提供多维度的图形化报表，统计全校、年级、班级多种维度的体育测试数据，包含测试人数、测试成绩、评分、合格率等信息，老师还可以通过校级平台查看学生的测试记录、测试报告、视频回放等详细数据。

4.6.5 屏保管理

校级智慧体育平台还可以对室内AI体锻屏进行屏保设置，老师可发布运动会通知、奖牌榜、荣誉榜等，通过信息发布的形式渲染校园运动整体氛围，提供校园浓郁的运动风气。

第五章 方案优势

5.1 “教、练、测、赛”全场景覆盖

智慧体育解决方案针对体育教学特点及实际需求，依托AI技术，打造覆盖 “教、练、测、赛”全场景的校园智慧体育解决方案。通过对校园各体育场景进行智能化改造，帮助学校以信息化、数字化、智能化模式高效开展体育教学及测试工作。学生在日常课间、课后可随时锻炼，课中测试可查看实时数据，以此培养学生运动文化。通过提高学生在运动过程中的交互性来激发学生的锻炼兴趣及运动潜能，让学生真正爱上体育运动。

5.2 即时反馈运动数据及结果 

智慧体育可以即时反馈运动数据结果，排行榜、趣味运动等机制可以提升学生的运动兴趣。系统可提供精确的运动成绩，运动过程可生成个性化测评报告，形成体育过程档案。从而帮助学生精准找到运动薄弱点，避免盲目锻炼，导致体育成绩提升困难，甚至运动损伤。

5.3 提升体育信息化教学能力 

智慧体育解决方案提供了信息化教学工具，实现体育教学的数字化、智能化。系统可自动精准分析学生在运动过程中的姿态问题，给予点评及建议，相关成绩和数据实时显示在设备上，老师可以借助教学工具对整个班级做精细化的动作分析与成绩讲解。方案还提供丰富的体育教学资源，可以为体育老师提供一个简单易用的信息化教学工具，真正实现提升体育教学信息化水平。

5.4 全校体育数据可清晰统计

学生每一次体育测试、体育锻炼的数据，都可实现准确记录。数据覆盖个人、班级、学校等多层目标，满足各层级监管和报告需求。智慧体育数据平台可以对运动数据进行汇总和可视化展示。例如：测试成绩、测试记录、全校成绩平均分、成绩合格率，做到体育数据可指导、可监测、可分层，有效建立学生体质健康档案。