基于运动负荷监测的体育可视化课堂观察工具的开发与实施

摘"要：本文分析探讨了基于运动负荷监测的体育可视化课堂观察对提高教研活动的作用。研究结果显示，聚焦运动负荷的可视化课堂观察活动是实现体育课堂适宜运动负荷，进而提高教学质量的有效途径，能够提高教师的课堂观察技术与信息素养，并为区域教研活动提供有效的借鉴价值。关键词：运动负荷；课堂观察；可视化课堂是教学改革的主阵地，听评课活动是教师教学研讨的主要方式，也是变革课堂的重要一环。随着人工智能、大数据分析等信息技术的快速发展与普及应用，基于大数据分析的课堂观察活动以其精准、直观的优势，逐渐成为促进教师专业发展的重要教研活动方式。相关研究表明，教师长期采用基于课堂观察数据的反馈，对透视教与学中存在的问题、改进教学实践、完善自身知识与能力结构大有裨益[1]。体育课堂上的信息纷繁复杂，如果不能抓住观察重点，解构课堂，形成科学的观察框架，将难以有效地改进教学。《义务教育体育与健康课程标准（2022年版）》（以下简称新课标）提出：科学设置运动负荷。每节课群体运动密度应不低于75%，个体运动密度应不低于50%；学生平均心率原则上在140～160次/分[2]。季浏教授在“中国健康体育课程模式”中提到：运动负荷是课堂教学的关键点。强调无论是体能练习、技能学习，还是促进学生身心愉悦，适宜的运动负荷是前提和保证。由此可见，运动负荷是评价体育课堂质量的重要指标[3]。本文旨在探索体育课堂观察新思路，为开展体育学科观课评课活动提供研究借鉴。一、基于运动负荷监测的体育可视化课堂观察工具的开发与使用方法基于运动负荷监测的体育可视化课堂观察工具的开发与实施方法主要关注课堂中运动负荷及师生教与学行为的整体比例，通过预先开发的教学观察工具，将课堂上教与学的活动信息以数据的方式进行量化，通过信息化技术处理制作成可视化图表，从而直观地揭示课堂上教学活动现象。（一）借助可穿戴监测设备，精准采集负荷数据，客观反映学练情况学生的运动负荷情况与课上的教师、学生行为等指标紧密相关。因此，本研究首先借助可穿戴运动负荷监测设备，精准采集课堂上学生的运动负荷相关数据，包括群体练习密度、个体练习密度、平均心率及课堂中各个时间节点的学生平均心率情况等，以数据及可视化图表的方式客观地反映学生在体育课上的具体运动负荷情况，在保证准确性的基础上，凸显了直观性。（二）运用S-T分析方法，呈现师生行为占比，揭示师生行为问题为直观了解课堂中师生教与学的行为占比，使用“编码体系S-T分析方法”，每30秒为一个时间节点进行采样。以S、T实时采样记录师生行为占比，通过对教学过程中教师行为（T行为）和学生行为（S行为）的采样与编码，利用S-T图和Rt-Ch图描述课堂的基本结构与各个时间节点的事件来分析课堂教学的质量与特征[4]。其中“Rt”表示“T”行为在教学过程中所占的比例；“Ch”表示行为转换率，即“T”行为与“S”行为间的转换次数与总的采样数之比。“Rt”高的表示教师活动多，“Ch”高的表示师生互动多。在评课时，将采集的“S-T”数据输入坐标上形成序列点，从而判断属于哪种课堂教学模式，并根据“S-T”的转化率分析课堂教学情况。例如，某个时段“T”行为连续出现的频次过多，极有可能是教师讲解、示范过多；再如，一节课中“Ch”值过高，则表示师生互动多，可能是教师频繁地停止学生的练习进行集体性讲解、示范、纠错，或者集中指导的时间过长。（三）心率曲线与S-T实时重合，建立证据内在联系，服务生成重建对策在前两个步骤采集了班级学生运动心率情况及师生行为占比S-T图示的基础上，将运动负荷数据与S-T分析表图表进行重合，以可视化图示清晰还原课堂上的各个时间节点教师与学生的行为占比，并直观地绘制出了因不同的师生互动行为情况而产生的运动负荷变化，提供教学评价证据，服务观课团队梳理教学重建对策，以帮助授课者改进教学，实现适宜的运动负荷，提高教学质量。二、基于运动负荷监测的体育可视化课堂观察活动的实施—以《50米快速跑》初建课、重建课为例（一）《50米快速跑》初建、重建课课例可视化观察活动简介本课例为人教版小学四年级《快速跑》初建与重建课，两节课的练习手段具体如表1，第一次教学（初建课），通过课堂观察—数据采集—数据分析—可视化处理，提出教学改进建议。之后再次进行第二次教学（重建课），再次进行课堂观察，进行对比分析。（二）初建课、重建课教学实施效果观察对比分析1.运动负荷可视化对比分析初建课（图1）显示：本课群体运动密度68%、个体运动密度38%、平均心率131次/分钟。对比新课标群体运动密度75%、个体运动密度50%、平均心率140～160次/分钟的要求，本课平均心率以及密度偏低。在热身部分，能够遵循循序渐进的教学原则而开展，学生的心率逐渐提升，达到121次/分钟；在基本部分，学生的平均心率保持在12～135次/分钟的区间，可以看到，白色的平均心率曲线在大部分时间在绿色的区间下部。因此，建议采取有效的教学手段，选择有效的体能练习，转变练习的组织方式，确保学练中能够保持在适宜的运动强度。在放松活动部分，本课学生的心率逐渐恢复正常水平，这表明教师采用的放松活动在恢复心率方面行之有效。重建课（图2）显示：该课群体运动密度80%、个体运动密度51%、平均心率142次/分钟。对比初建课的运动负荷情况，结合新课标要求，重建课有了显著的改进。在热身部分，能遵循循序渐进原则，学生的心率逐渐提升，达到117次/分钟。本课基本部分的平均心率达到144次/分钟，白色平均心率曲线大部分时间位于绿色区域的中下部，达到了中等强度，但还有进一步改进的空间。放松活动部分，学生的心率逐渐下降到了111次/分钟，这表明教师采用的放松活动练习手段在恢复心率方面行之有效。2.S-T可视化对比分析水平二《快速跑》初建课上，T行为曲线呈现靠近T轴（图3），该课可判定为以教师行为为主的课堂，教学模式为对话型（图4）。这表明教师未能做到精讲，学生无法多练。图3"初建课S-T曲线图图4"初建课RT-CH图建议：减少集队次数、减少学生等待练习时间，教师语言应精炼，视频已呈现的内容，教师无需再重复提醒。在6分30秒～8分30秒、13分～15分30秒、22分～24分30秒、28分30秒～30分30秒区间，出现T向断层，课堂出现教师的连续性讲授。建议将集体暂停练习讲授改为将集体指导与个别指导相结合，增加学练时间，提高练习密度。同时，在课堂的35～39分钟区间，出现S断层，学生的连续学生活动时段最长。相比初建课图示，重建课的T行为曲线更为靠近S轴（图5）、RT-CH图从对话型变成混合型（图6），T行为占有率显著降低（从0.60到0.49），因此这节课可判定为以学生行为为主的课堂，这证明，通过初建课的改进，教师更关注学生练习。与初建课相比，T行为断层变少了，这证明教师暂停练习集体讲授次数有所减少。图5"重建课S-T曲线图图6"重建课RT-CH图3.初建课上班级平均心率与S-T曲线重合后的可视化分析通过图7S-T曲线可以看到，准备部分有两个T行为断层，对比运动负荷曲线可以看到在断层中学生心率是明显的下降，这表明在2～7分钟（准备部分）时，教师的连续讲授不利于学生开展身体活动以保持运动负荷，从而达到有效的热身效果，建议教师不进行集中讲授，采取在不间断或少间断学生练习前提下的指导方式。在基本部分约12～14分钟区间，是连续3分钟的T行为断层，学生的平均心率迅速从150次/分钟下降到110次/分钟，这是由于教师讲解示范不够精练导致，影响了“通过准备活动，让学生身体机能水平达到可以进行专项技术学习”的效果，建议教师通过精炼的语言与有效的组织教学方式提高讲解示范的效率。在基本部分约31～35分钟，出现了一个连续4分钟的T行为断层，学生的平均心率从155次/分钟跌落到120次/分钟，对比表1的练习手段，该时间段教师正进行技能学习的总结与体能练习的教学组织，该段时间集体讲解时间过长，教师该部分的讲解与组织效率低。说明：白色曲线为初建课的平均心率曲线，蓝色曲线为S-T图7"初建课上班级平均心率与S-T曲线重合后的可视化图示三、研究结论与建议（一）结论1.通过可视化图示直观反映教与学行为占比及其与运动负荷变化之间的关系，能够有效地帮助教师建立科学的运动负荷意识，促进了教师实施精准化教学的理念改变与实践能力提升，是体育课堂实现适宜运动负荷，进而提高教学质量，培育学生核心素养的有效途径。2.通过运动负荷与S-T数据的采集与分析，提高了教师的课堂观察技术与信息素养，实现了从定性评价走向定性与定量相结合的教学评价方式的转变，打造了以证据说话的循证教研活动模式，改变了传统的“人云亦云”的教研活动氛围。3.借助信息技术开发可视化课堂观察工具，开展课堂观察活动，从授课教师课前说课、课堂观察采集数据、数据分析与可视化图表制作，再到结合课堂教学情况提炼教学改进建议，构建了未来体育课堂观察模式框架，为区域教研活动提供了有效的借鉴价值。（二）建议1.借助大数据分析与可视化图示对不同运动项目，同一单元的不同课次的运动负荷及师