應用

人工智能如何助力體育和藝術教育創新發展?

2025China.cn   2021年06月29日

  2021年,教育行業開始全面整頓校外學科類教培機構,從遍地廣告、資本追逐,到頂格處罰、大范圍裁員,經歷了不到半年時間。為了規范校外教培行業發展,教育部專門成立校外教育培訓監管司,從國家政策制定到地方執行實施,力度前所未有。與此相對,對于體育教育、藝術教育等素質類教育,教育部則是繼續倡導鼓勵并支持深化發展:5月6日,召開全國學校體育、美育工作推進會,明確推進中考美育;5月17日,成立中國書法、武術、戲曲教育指導委員會,進一步傳承發展中華優秀傳統文化,推進中國書法、武術、戲曲進校園、進課堂。文章從分析目前人工智能與體育、美術、音樂等學科融合發展的現狀出發,分析探討遇到的問題,并從教育視角指出下一步的挑戰及其應對。

  引言

  藝術教育,是指以文學、音樂、美術等為藝術手段和內容的審美教育活動,是美育的重要組成部分。以前,科技的理性和藝術的感性很難聯系在一起,如今隨著科技的不斷進步,二者正在結合碰撞出創新的火花。未來的體育教育和藝術教育,都將更深層次地融合科技元素。

  從黨的十九大報告呼吁“發展素質教育”開始,體育和藝術教育就成為加強基礎教育階段提升學生綜合素質的重點方向,到“新中考方案”的出臺,體育、音樂、美術、書法等將相繼被納入考評科目,加強體育和藝術教育資源建設、提高教育水平成為必然之舉,正在被不同領域的多元主體所重視。人工智能等科技力量為體育和藝術教育的發展提供了抓手和支撐,使得教育發展更加智能化和更具人文關懷。

人工智能與體育、藝術類學科

融合發展現狀

  1.人工智能+體育=實現動作智能識別的體育課

  人工智能對體育教學的推動主要體現在:減緩體育師資壓力、貫徹課程改革理念、轉變教師教育模式、研究范式全面轉型等各個方面。人工智能的發展能夠為體育教育提供大力的支持和輔助,實現體育學科的本質和目標。

  (1)高校體育教學新媒體交互評價系統

  北京大學前沿計算研究中心的AIPE(Artificial Intelligence Physical Education)是人工智能應用到體育教學的一次跨越性嘗試[1],該項目利用計算機視覺技術中的單視角人體姿態估計算法,通過一段視頻即可恢復三維空間中的人體骨架,并結合專業的體育評價指標開發相應的評價算法,對視頻中運動者的體育訓練做出圖文評價。

圖1 AIPE單視角人體姿態估計算法[1]

  學生僅需登陸AIPE新媒體數據交互平臺,上傳自己拍攝的運動視頻,AI評價系統即可通過高性能計算平臺對視頻素材進行人體姿態估計和關鍵幀評價,教師可通過AIPE審核評價結果并生成評價結果報告。AIPE自2020年5月上線后,大大提高了體育教學的靈活性與交互性,獲得師生廣泛好評。

圖2 體育教學新媒體交互評價系統

  (2)中小學智慧體育新模式

  騰訊教育以人工智能技術構建智慧體育新模式[2]:在不增加家長和老師負擔的情況下,實現課外體育的作業布置、練習監控、技能復習、完成反饋、效果評價、大數據統計、賽事參與、技能考核、個人成長記錄和體育技能等級評定等全要素的自動化。

  在深圳羅湖區華麗小學,通過對體育動作全過程的識別和計數,實現運動過程可視化,個人運動數據和圖像上傳到云端,方便自己隨時查看掌握自己運動的情況。當前,羅湖區教師、學生的注冊率達到100%,部分家長也注冊帶領孩子一起運動打卡,全民智能化運動的新風潮正在興起。

  在湖南長沙,運用人工智能、大數據、物聯網等信息技術,以智能跳繩為切入點,結合其他輔助智能運動設備(運動電話手表、智慧運動小屋、跳繩智能檢測箱等),深度融入體育教學、體育作業、學生體質健康管理全過程,幫助學校打造課后、課間、課中的智慧體育新模式。

  (3)中職舞蹈動作智能分析教學

  無獨有偶,在舞蹈教學中,舞蹈動作智能分析軟件的研發及應用呈現一種鮮明的趨勢[3]。舞蹈教學總是以“先有形再有情”的學習規律展開的,教師在采用舞蹈混合式教學模式變革中運用信息智能化技術,可以實現“學生為主體、教師為主導”,彌補了傳統舞蹈教學中教師“一對多”、難以及時監控指導的不足,對學生學習過程的實時記錄和評價轉化為教師與“數據”雙引導;同時,把現場課堂的學習時間進行重新分配,給學生合作探究和自主學習的空間,優化舞蹈教學。

  2.AI+音樂=情景空間自主創作的音樂課

  通過大數據分析人類音樂智能,模擬人類視、聽、觸、感及思維和推理的信息過程,構建其自身神經網絡及算法生成,最終應用于人類感知音樂、認知音樂、研究音樂、創作音樂,創新“人機互動”的音樂教學新模式。在音樂課上,人工智能系統可以現場、實時地模擬出各大音樂會的場景,提高學生的審美情趣。

圖3 音樂人工智能與音樂教育領域關系[4]

  (1)中小學3D人工智能音樂課室

  星海音樂學院倡導在中小學搭建配置 “3D 人工智能音樂課室——中小學音樂情景空間”[4]:采用杜比多景聲技術,硬件配置杜比全景聲揚聲器布局,營造出清晰、飽滿、有層次的聲學空間,在音樂情景空間中感受音樂故事;語音助手與智能3D音響的結合,學生從滑屏打字的模式,轉為方便快捷的語言發令、聆聽、欣賞、創作的模式;通過音樂信息檢索、歌聲合成、數字音頻水印等相關技術與音樂教學深度融合,學生即時調用巨量音樂庫中的音樂、音效等所需素材,在“音樂情景空間”中演繹、改編、創作音樂故事[5]。

  人工智能化的電子樂器具有傳統樂器所沒有的優勢,電子樂器具有大量樂器音色的存儲能力,還可以在此基礎上進行樂器音色的編排,模擬生成頂級樂器的音響效果,我們都知道一臺好的鋼琴或者小提琴等都要動輒數萬元,但是有了模擬的聲音,就可以解決這個問題。另外,加上虛擬主持人、人工智能伴奏、5G+VR/AR共享平臺等諸多現代元素,幫助學生獲得頂級的音樂教育體驗。

  (2)高校音樂人工智能作曲應用

  傳統作曲技術理論具模塊化教學體系,如和聲、織體及音樂段落結構等。音樂人工智能不僅能模擬其教學體系,并具備高效、獨立的強大作曲運算能力。首款AI音樂智能作曲軟件Orb Composer推出了六種基本音樂模塊:管樂、弦樂、鋼琴、電子、Pop-Rock和Ambient,可以即時創作出指定風格的音樂作品。音樂人工智能能使略懂音樂的人瞬間完成“作曲”夢想,而對于具備一定作曲能力的人,軟件可觸發其創作靈感,將自動生成的作品做個性化、專業性的細致修改。

圖4 音樂智能作曲軟件Orb Composer[4]

  3.AI+美術=與“重生”藝術大師交流的美術課

  國家新課程標準明確提出“在全面提高學生的素質教育中,首先要以培養學生的審美教育為核心”。美術教育是通過對作品與自然觀察的感知訓練,獲得直覺敏感,形成視覺經驗,獲取美術人文知識,積累學科知識經驗。人工智能與美術教育的融合,有助于更好地、更深入地獲取對于藝術的感知、對于美的感悟,提升自身的修養和內涵。

  在美術課程中,人工智能等信息技術的投入,使得傳統的教學形式得以加速變革。計算機輔助技術可以將藝術設計作品的三維效果圖呈現出來,全景效果圖的展示有助于教師和學生全方位地觀看藝術設計作品,發現其中的問題,方便后期修改;三維化的模型還可以幫助學生對藝術設計作品形成更深層次的認識,與設計者產生思想上的共鳴。將人工智能生成式對抗網絡技術(GAN)應用于美術教學,可以讓莫奈、梵高等藝術大師“重生”,讓學生獲得更好的藝術體驗。

圖5 基于人工智能的美術課程畫面生成平臺

  4.AI+其他=更多想象空間

  (1)人工智能機器詩人

  古詩是中華傳統文化的重要組成部分,是中國古人文藝美學與人生情操之集大成。人工智能與詩歌創作教學融合[6],推進了創意寫作境界和創意內涵,是“科學性”與“創意性”的協同,讓古詩創作如虎添翼,推進中華傳統文化的傳承與創新[7]。

  人工智能已經開啟古詩創作的新模式,目前在公開測評中,許多由機器詩人寫的古詩幾乎達到了人類詩人的水平。機器詩人寫作的基本條件是:(1)足夠的語料庫,機器寫作需要必要的素材供大數據的儲存與提取;(2)便捷而清晰的算法,代表著用系統的方法描述解決問題的策略機制;(3)算力。系統通常由三個部分組成:一個節奏模型,一個韻式模型,以及一個確保語法正確的自然語言模型。

圖6 “九歌”人工智能詩歌寫作系統

  (2)人工智能書法課堂

  書法向來被視為是“慢生活”的典范,如今語言文字交流方式將呈現“形體(人臉)識別系統”和“語音識別系統”結合的趨勢,作為審美的書法,將在履行“保衛漢字”歷史使命的同時,由漢字書寫的高級形態即“書法藝術”來承擔[8]。

  在云南,“墨韻智能·書法進校園助力項目”運用“人工智能+書法教育”模式,為書法教育增添科技含量,以精準幫扶的方式,提供書法教育支持,并進一步在云南省千余所中小學普及推廣書法課[9]。

圖7 云南省昆明市盤龍小學的四年級學生在體驗智能書法課

  遇到的問題挑戰及應對

  1.人工智能技術飛速進步,但尚未達到與人類藝術的情感共鳴

  人工智能技術已經能夠輔助教師進行基本的備課、體育/藝術歷史知識教學、分析史論類考試卷、針對性布置作業等[10],但同時也需要看到,人工智能還不具備豐富的想象力,無法表現出與人類的情感共鳴,在情感關懷與復雜創造力培養方面需要進一步提升。目前的弱人工智能將向未來的強人工智能不斷演進,強人工智能不僅要求有人類的思維模式,更要有人類的情感體驗和獨特的創造能力。

  2.人工智能賦能教育尚未標準化,離體育藝術教學場景落地還有一定距離

  人工智能賦能教學屬于新鮮事物,在現有體育和藝術類的教學案例中,尚未規范化和形成統一的標準,全面推廣缺少相應的教學指導;另外,體育和藝術類學科的教學場景更加豐富多元,人為主觀性的感受體驗居多,哪些場景可以與人工智能技術融合,還有待于進一步深入挖掘。相應的教研組織也有必要不斷總結試點經驗、更新完善形成推廣標準。

  3.政府投入資源有限,需要全社會力量共同參與

  目前已有經濟發達的地區、師資力量較強的學校開始嘗試人工智能與體育和藝術類教育結合的探索,并取得一些進展,但若要規模化推廣,仍需要全社會以鼓勵創新的態度給予支持,科技公司更應該以支持教育創新、體現社會責任的擔當和勇氣來投入,包括前沿技術探索、場景化案例孵化、資源均衡化部署等,用科技的力量改變教育。

  總結

  在多以考試成績結果為導向的教培機構受到政策的規范和限制之后,不以成績、應試為目的的文體類培訓將具有更多的發展機會。隨著“德智體美勞”全面發展的素質教育觀念繼續深化,學校和社會也將更加鼓勵學生參與各類如籃球、鋼琴、繪畫、書法等活動,體育、美術、音樂等多元的教育行業將得到發展。科技與體育教育、藝術教育相結合,發揮人工智能對于素質教育發展的抓手和助推作用,將有助于培養全面發展的創新型人才,助力教育質量的全面提升。

  參考文獻:

  [1]王亦洲課題組:人工智能輔助體育教學(AIPE)-北京大學前沿計算研究中心 (pku.edu.cn)

  [2]騰訊教育副總裁王濤:以技術給教育提供溫度和力量_騰訊新聞 (qq.com)

  [3]江芃芄.動作智能分析軟件在舞蹈教學中的探索運用[J].創新創業理論研究與實踐,2020,3(19):156-158.

  [4]李偉.音樂人工智能在音樂教育領域中的應用及研究[J].星海音樂學院學報,2019(03):145-150.

  [5]李偉,高智輝.音樂信息檢索技術:音樂與人工智能的融合[J].藝術探索,2018,32(05):112-116.

  [6]張永祿,劉衛東.人工智能寫作:創意寫作的新景觀[J].探索與爭鳴,2021(03):132-140+179-180.

  [7]人工智能詩歌寫作平臺_人工智能開啟新模式!機器也能輕松寫古詩-CSDN博客

  [8]陳振濂.人工智能時代,書法如何“華麗轉身”[J].人民論壇,2017(27):43.

  [9]“人工智能”助力書法進校園_中國政府網 (www.gov.cn)

  [10]陸琪琪,承杰.AI對美術教育及美術教師的影響探析[J].普洱學院學報,2018,34(01):129-130.

  作者

  周丹 騰訊研究院高級研究員

  趙云潔 騰訊研究院助理研究員

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