宋 宾，张 朋，袁小超

前言

“如何有效解决学校体育运动伤害事故”早已是老生常谈的话题了，但是在现实学校体育教学中依然存在很多学校担心运动伤害事故的发生，在体育教学中大幅度降低运动负荷或取消一些高风险的运动项目的教学现状，这不仅影响学校体育教学活动的正常进行，还影响学生运动技能的习得与身体素质的发展。体育课运动负荷大小与学生的身体素质发展和体质健康测试成绩都有较大的关联性，可以说学校体育运动伤害事故是造成学校体育教育成效低，学生肥胖率上升、体质健康下降的一个重要诱因。所以对如何解决学校体育运动伤害事故的探索仍有着非常重要的现实意义。在解决策略上学者们已经从强化学校体育安全宣传教育、加强学校体育安全常规管理、学校体育安全应急救护、学校体育资源安全保障等途径进行多了多维度的分析，本研究综合以上问题与策略尝试从人工智能的思路去设计一种实体，分别从师生缺乏体育安全意识、学校的场地设施存在安全隐患、学生运动负荷过度等易发运动伤害的因素出发，构想出一种智能体育安全仪。它所应具备运动前对师生进行智能安全教育、建立与现实同步的学生体育运动档案；运动中监测负荷量度、提供体育运动伤害事故应急预案及实时录像等多元化功能，可以为普及体育安全知识，完善学生体育运动档案、促使师生进行课堂反思、解决学校体育运动伤害事故提供参考和证据链条。

1 智能体育安全仪设计的问题基础

1.1 积重难返的学校体育运动伤害事故严重影响着学校体育教育质量

随着体育运动的开展，期间会不可避免地会发生运动伤害事故。因为一些体育活动本身就带有一定的风险性，即使学校的安全管理没有任何的问题，也有发生运动伤害的可能［1］。学生在学校发生运动伤害事故后，不管由于是何种原因造成的，家长通常都会首先追究学校的责任，一些极端的家长甚至还会做出在学校门口聚众闹事的极端行为，这不仅扰乱了学校的正常教学秩序，还会对学校的声誉造成极其不良的影响，对学校的招生质量和社会评价等都会造成难以估量的影响，很有可能还会对见证这一运动伤害事故的教师和学生造成生理和心理上难以弥补的创伤。一些学校担心运动伤害事故的发生，甚至对教师的教学活动下达了“零事故”的严令，导致一些体育教师在体育教学中如履薄冰，在体育课堂上“不求有功，但求无过”，只要求能够让学生安全顺利地度过体育课。这不仅影响着教学目标的完成，还影响着学生运动技能的习得与身体素质的发展，与学生的体质健康测试成绩具有较大的关联性。

1.2 运动伤害事故发生的多因素性

通过查阅相关文献和与专家访谈发现，造成学校体育运动伤害事故的原因涉及多方面因素的影响，如：学校的场地设施存在隐患、在体育教学中教师组织不当或教法错误、运动负荷过度等，笔者对其进行了综合整理，现将造成学校体育运动伤害事故的多种诱因初步归纳为：学校管理致因、体育教师致因、学生个人致因和其他意外致因四大方面。

1.2.1 学校管理致因

学校管理致因是指由学校日常管理、安全教育工作或体育装备采购的质量等方面存在疏漏或不规范而造成的运动伤害事故。经过对所查阅的文献进行整理发现，学校管理因素涉及的运动伤害事故最多，为了便于有针对性地进行防控，现将学校管理致因归纳为：场地器材管理致因和师生管理致因2大方面，以图示说明，如图一。

图一 学校管理致因

1.2.2 体育教师致因

体育教师致因是指由体育教师的不当教学行为或缺乏教学责任心而造成的运动伤害事故。如体育教师的教学方法和手段不恰当、缺乏教学责任心、等。体育教师作为学校各项体育工作的直接参与者，对学生的运动安全负有重要责任，其教学、训练课外活动组织不合理或对学生体育活动疏于管理均可诱发运动伤害事故。经过对查阅的文献资料进行整理现将体育教师致因归纳为：体育教师的教学业务能力、安全教学意识和教学责任心3三类，以图示说明，如图二。

图二 体育教师致因

1.2.3 学生个人致因

学生个人致因指学生不能正确的估计自己的运动水平和风险防控能力，过于自信或大意，从事超出自己能力的高难危险动作等，导致伤害事故的发生［6］。如学生自己不能正确的估计自己的专业技能水平和体能、擅自进行与课堂无关的活动、在未有同学或教师的指导保护下做一些力所不能及的高难度危险动作等。学生是参与学校体育运动活动的主体，由于其自身不同年龄阶段的不同性格特征，也是造成运动伤害事故的四大致因中最活跃、最不容易控制的因素，因此学生个人致因成为预防运动伤害事故的关键。经过文献整理和专家访谈现将学生个人致因归纳为：学生自身的专业水平、运动安全意识2大类，学生自身的专业水平致因、运动安全意识致因以图示说明，如图三。

图三 学生个人致因

1.2.4 其他意外伤害致因

其他意外运动伤害致因是指外来的、突发性的、非疾病性的，没有涉及学校管理、教师和学生个人的主观意识判断的客观因素，所造成的运动伤害原因。如恶劣的自然天气：高温、雷电、寒冷等自然条件，学生在高温天气下进行体育运动出现中暑和晕倒的机率会大大增加；学生在严寒低温的环境中参加体育运动，身体肌肉的粘滞性会大大的增强，运动前的准备活动不够充分的话极易出现运动伤害事故；在雨雪天气过后，室外的运动场地会变得湿滑，学生在湿滑的运动场地上进行活动也会导致运动伤害事故的发生。

2 智能体育安全仪设计的主要功能

2.1 运动前进行智能安全教育灌溉

体育运动本身就带有一定的风险性，一些学校的场地设施安检工作不到位，学生对所参加的运动项目的危险性认识不足，再加上学校疏于安全教育工作的宣传，师生在参加体育运动时也就不可避免地会出现不同程度的运动伤害事故。

当我们外出或出差时打开手机上的“天气预报”APP，它会自动更新最近的天气动态变化并且提示我们应该如何做好防范工作。那么我们是否也可以根据类似的功能运用到学校体育运动安全中。教师在进行某项运动教学时或学生在参加某项运动前打开智能体育安全仪点击相对应的运动项目，通过视频或语音的形式开展安全教育工作，列出该项运动出现过哪些运动伤害事故，分析各种伤害事故的致因，并提示师生如何进行相对应的安全防范。弥补学校安全教育和防范工作的疏漏，提高师生的安全防范意识。

2.2 建立与现实同步的学生体育运动档案

学生体育运动档案指学生在学习生活过程中产生、持有并保存的与体育运动参与过程相关的记录，文件或资料，学生的运动伤病历史、先天或后天患得的某些疾病、学生的体质情况和体质测试成绩都会包含在体育运动档案中。

在智能体育安全仪中建立与现实同步的学生体育运动档案，对学生的运动伤病历史、先天或后天患得的疾病、学生的体质情况等都记录在其中，然后通过对学生体育档案的筛选，分析出每个学生是否能够参加某项运动项目，其体质状况能够承受的最大负荷量和运动强度，让学生充分了解自己的身体状况，选择适宜的运动项目，承受适宜的负荷量和运动强度，确保参加运动锻炼的安全性，提高师生的运动安全意识。

2.3 监测运动负荷，温馨提示负荷量度

运动负荷指运动者在体育教学、健身锻炼、竞技运动等活动中，在一定时间内完成的活动及其承受的运动量度。学生在体育锻炼活动中，如果运动负荷过小，没有对机体产生足够的刺激，也相应地达不到锻炼身体的作用；当运动负荷过大时，会加深机体的疲劳程度，容易导致运动伤害的发生，因此，学生在参加体育锻炼时能否把控好运动负荷尤为重要。

我们驾车行驶在高速公路上，当车速超过120km/h时导航会自动播放“您以超速，请减速行驶”，这时司机们一般都会降低车速，有效地避免了交通事故的发生。我们是否也可以参照此方法运用到学校体育运动安全中，避免或消除负荷量过大、疲劳训练等造成的运动伤害事故？通过智能体育安全仪监测学生运动时的负荷量度，当负荷量过小时，提示该次运动未达到相应的锻炼效果；当负荷量超出身体所能承受的最大负荷时，提示运动者停止运动并做放松练习，在运动中阶段有效地避免因负荷过大而导致的运动伤害事故。

2.4 提供体育运动伤害事故的应急预案

当运动伤害事故发生时，专业教师或医护人员没有在附近，学生自己也不懂得该项目的紧急处理方法，有些运动伤害事故留给紧急处理的时间仅有关键的几分钟，错过后很有可能会造成不堪设想的后果。

在智能体育安全仪中通过预定程序输入运动伤害事故发生时的应急预案，当发生运动伤害时点击所参加的运动项目中相对应的伤害应急预案，后台程序视频和语音的形式提供远程指导，帮助学生进行及时的紧急处理。学校和教师也可以日常的教学中通过该系统让学生掌握多种类型伤害事故的应急预案进行练习，使学生能够熟练掌握运动安全专业应急预案和急救知识，在未来的校内或校外体育运动中做到学以致用。

2.5 实时录像储存

体育活动本身就带有一定的风险性，随着体育运动的开展，即使学校的安全管理没有任何的问题，期间也有发生运动伤害事故的可能。

发生交通事故后，相关部门会通过查看录像回放来还原现场责任进行判罚，我们未尝不可以借鉴交通责任事故的判别方式来解决学校体育运动伤害事故。在未来的学校体育运动中，师生的运动现场我们可以进行360°无死角的查看，对于各种可能会发生运动伤害事故的现场我们可以及时地制止。即使当运动伤害事故发生后，家长想过度追究学校的责任，学校可以根据录像回放还原现场，查看伤害事故是由何种原因造成的，事故责任一目了然，相关部门在处理接下来的事故纠纷时也有据可依。使学校摒弃“零事故”的体育教学原则，体育教师可以以“职业初心”进行教学，学校体育工作可以正常进行。

2.6 建立镜面式的教学理念，促使学生和教师进行课堂反思

课堂录像不仅可以作为课堂教学研究的重要工具，也可以作为教师专业研修的一种手段，还可以作为指导学生学习专业知识的一种重要载体。体育课由于其自身科目的特殊性和练习形式的多样性，很多时候学生在课堂上并不能很好的掌握本次课程的全部内容。

课后学生通过课堂录像回放，查看自己的运动技术掌握程度和课堂表现，在教师和同学的帮助下不断纠正自己的技术动作和战术意识，达到精益求精；学生还可以通过课堂回放学习优秀同学的学习方法，提升自己的学习效率。教师可以通过课堂录像察看各个学生在课堂中的表现，因材施教的进行教学；还可以通过课堂回放与全国优质体育健康课程进行对比，为教学工作的深度反思提供基础。

根据上述的核心功能，现将其划分为三个主要的时间维度：运动前、运动中、运动后，如图四所示。

图四 智能体育安全系统的主要功能

3 智能体能安全仪的投产建议及后续改进方向

3.1 体育运动知识的系统归纳及云空间存储

智能体育安全仪的体育运动知识版块分为：智能安全教育、体育运动伤害事故的应急预案、学生体育运动档案三大部分，在进行投产前首先进行全方位的收集体育运动安全教育知识、不同类别体育运动伤害事故应急预案以及各个学生的体育运动档案的相关知识，然后对其进行系统的归纳整理，分别相对应的存储于其云空间中的安全教育知识、运动伤害事故应急预案的知识板块中。其中运动安全教育知识版块包括不同项目曾经发生过的运动伤害事故类别、不同类别运动伤害事故的各种致因及相对应的安全防范措施；运动伤害事故应急预案版块包括不同种类和性质的运动伤害事故应急组织、应急指挥、应急控制、应急协调及应急处理等多个部分；学生体育运动档案版块包括学生的运动伤病历史、先天或后天患得的某些疾病、学生的体质情况和体质测试成绩等。

3.2 运动负荷量度监控系统的设计与实现

在智能体育安全仪中选用STM32L单片机作为其监控运动负荷量度系统中的核心控制器，同时搭配先进的遥感心率监测系统，与智能体育安全仪的云空间和外显示器相连接。使学生在体育课堂学习和课下体育锻炼中，通过监测佩戴者在运动过程中心率的变化实现对其运动负荷的实时监控，对监测到的实时心率数据传输到云空间系统中，系统按照预定的算法对其实时运动负荷进行统计分析的同时并及时反馈给佩戴者，通过监控佩戴者在运动中的心率变化反馈进行负荷量度的评定。若运动负荷量度超出其身体所能承受的最大负荷量度时，智能体育安全仪会通过语音和振动的形式进行预警提示，迫使其停止运动并做放松练习；若负荷量度没有达到相应的负荷水平时提示其可以继续运动。进而帮助佩戴者实时监控其在运动过程中的负荷水平，及时发现运动风险，适时调整运动负荷量度。

3.3 运动过程中视频信息的实时储存系统的设计与实现

学生在运动过程中的视频信息作为在运动伤害事故发生后有效解决和避免纠纷的证据链和促进师生进行课堂反思的重要信息载体，是通过智能体育安全仪中的实时录像版块媒介实现的，同时也是本设计中的又一核心亮点功能。在智能体育安全仪中配备高清摄像头和多个芯片，通过视频摄像头收集到的学生在运动过程中的视频信息以RN6318芯片为媒介进行自动转换，然后再传输到Hi520D芯片中进行数据处理，将处理后的视频信息自行存入到云空间中的数据录像储存系统中。在解决学校体育运动伤害事故纠纷亦或师生进行课堂反思时，通过连接相应的显示器进行视频输出，同时再搭配相应的播放器完成师生在运动过程中的视频信息回放。

4 结论

以人工智能为代表的智能科技为人类社会的发展带来了新的机遇和新的阶段，伴随着全球化的互联互通，日益智能的机器产品及其应用正以超乎想象的速度刷新我们对世界的理解，越来越多的人工智能设备进入到我们的学习和生活中。在学校体育运动伤害事故频发的今天，对于伤害事故的解决我们可以结合人工智能技术，在运动前对师生进行智能安全教育、建立与现实同步的学生体育运动档案；运动中监测运动负荷量度、提供体育运动伤害事故应急预案及实时录像；通过课堂回放建立镜面式教学理念，促使师生进行课堂反思，分别从运动前和运动中避免或消除运动伤害事故发生的可能，同时也为运动伤害事故发生后相关部门解决事故纠纷提供参考依据。还教师初心、家长放心、学生开心的学校体育之本貌，或许可以成为我们在解决学校体育运动伤害事故中“众里寻他千百度”的那一“蓦然回首”。