作者
周丹 腾讯研究院高级研究员
赵云洁 腾讯研究院助理研究员
2021年，教育行业开始全面整顿校外学科类教培机构，从遍地广告、资本追逐，到顶格处罚、大范围裁员，经历了不到半年时间。为了规范校外教培行业发展，教育部专门成立校外教育培训监管司，从国家政策制定到地方执行实施，力度前所未有。与此相对，对于体育教育、艺术教育等素质类教育，教育部则是继续倡导鼓励并支持深化发展：5月6日，召开 全国学校体育、美育工作推进会，明确推进中考美育;5月17日，成立 中国书法、武术、戏曲教育指导委员会，进一步传承发展中华优秀传统文化，推进中国书法、武术、戏曲进校园、进课堂。文章从分析目前人工智能与体育、美术、音乐等学科融合发展的现状出发，分析探讨遇到的问题，并从教育视角指出下一步的挑战及其应对。
引言
艺术教育，是指以文学、音乐、美术等为艺术手段和内容的审美教育活动，是美育的重要组成部分。以前，科技的理性和艺术的感性很难联系在一起，如今随着科技的不断进步，二者正在结合碰撞出创新的火花。未来的体育教育和艺术教育，都将更深层次地融合科技元素。
从党的十九大报告呼吁“发展素质教育”开始，体育和艺术教育就成为加强基础教育阶段提升学生综合素质的重点方向，到“新中考方案”的出台，体育、音乐、美术、书法等将相继被纳入考评科目，加强体育和艺术教育资源建设、提高教育水平成为必然之举，正在被不同领域的多元主体所重视。人工智能等科技力量为体育和艺术教育的发展提供了抓手和支撑，使得教育发展更加智能化和更具人文关怀。
人工智能与体育、艺术类学科
融合发展现状
人工智能对体育教学的推动主要体现在： 减缓体育师资压力、贯彻课程改革理念、转变教师教育模式、研究范式全面转型等各个方面。人工智能的发展能够为体育教育提供大力的支持和辅助，实现体育学科的本质和目标。
(1)高校体育教学新媒体交互评价系统
北京大学前沿计算研究中心的AIPE(Artificial Intelligence Physical Education)是人工智能应用到体育教学的一次跨越性尝试[1]，该项目利用计算机视觉技术中的单视角人体姿态估计算法，通过一段视频即可恢复三维空间中的人体骨架，并结合专业的体育评价指标开发相应的评价算法，对视频中运动者的体育训练做出图文评价。
图1 AIPE单视角人体姿态估计算法[1]
学生仅需登陆AIPE新媒体数据交互平台，上传自己拍摄的运动视频，AI评价系统即可通过高性能计算平台对视频素材进行人体姿态估计和关键帧评价，教师可通过AIPE审核评价结果并生成评价结果报告。AIPE自2020年5月上线后，大大提高了体育教学的灵活性与交互性，获得师生广泛好评。
图2 体育教学新媒体交互评价系统
(2)中小学智慧体育新模式
腾讯教育以人工智能技术构建智慧体育新模式[2]：在不增加家长和老师负担的情况下，实现课外体育的作业布置、练习监控、技能复习、完成反馈、效果评价、大数据统计、赛事参与、技能考核、个人成长记录和体育技能等级评定等全要素的自动化。
在湖南长沙，运用人工智能、大数据、物联网等信息技术，以智能跳绳为切入点，结合其他辅助智能运动设备(运动电话手表、智慧运动小屋、跳绳智能检测箱等)，深度融入体育教学、体育作业、学生体质健康管理全过程，帮助学校打造课后、课间、课中的智慧体育新模式。
(3)中职舞蹈动作智能分析教学
无独有偶，在舞蹈教学中，舞蹈动作智能分析软件的研发及应用呈现一种鲜明的趋势[3]。舞蹈教学总是以“先有形再有情”的学习规律展开的，教师在采用舞蹈混合式教学模式变革中运用信息智能化技术，可以实现“学生为主体、教师为主导”，弥补了传统舞蹈教学中教师“一对多”、难以及时监控指导的不足，对学生学习过程的实时记录和评价转化为教师与“数据”双引导;同时，把现场课堂的学习时间进行重新分配，给学生合作探究和自主学习的空间，优化舞蹈教学。
2.AI+音乐=情景空间自主创作的音乐课
通过大数据分析人类音乐智能，模拟人类视、听、触、感及思维和推理的信息过程，构建其自身神经网络及算法生成，最终应用于人类感知音乐、认知音乐、研究音乐、创作音乐，创新“ 人机互动”的音乐教学新模式。在音乐课上，人工智能系统可以现场、实时地模拟出各大音乐会的场景，提高学生的审美情趣。
图3 音乐人工智能与音乐教育领域关系[4]
(1)中小学3D人工智能音乐课室
星海音乐学院倡导在中小学搭建配置 “3D 人工智能音乐课室——中小学音乐情景空间”[4]：采用杜比多景声技术，硬件配置杜比全景声扬声器布局，营造出清晰、饱满、有层次的声学空间，在音乐情景空间中感受音乐故事;语音助手与智能3D音响的结合，学生从滑屏打字的模式，转为方便快捷的语言发令、聆听、欣赏、创作的模式;通过音乐信息检索、歌声合成、数字音频水印等相关技术与音乐教学深度融合，学生即时调用巨量音乐库中的音乐、音效等所需素材，在“音乐情景空间”中演绎、改编、创作音乐故事[5]。
人工智能化的电子乐器具有传统乐器所没有的优势，电子乐器具有大量乐器音色的存储能力，还可以在此基础上进行乐器音色的编排，模拟生成顶级乐器的音响效果，我们都知道一台好的钢琴或者小提琴等都要动辄数万元，但是有了模拟的声音，就可以解决这个问题。另外，加上虚拟主持人、人工智能伴奏、5G+VR/AR共享平台等诸多现代元素，帮助学生获得顶级的音乐教育体验。
(2)高校音乐人工智能作曲应用
传统作曲技术理论具模块化教学体系，如和声、织体及音乐段落结构等。音乐人工智能不仅能模拟其教学体系，并具备高效、独立的强大作曲运算能力。首款AI音乐智能作曲软件Orb Composer推出了六种基本音乐模块：管乐、弦乐、钢琴、电子、Pop-Rock和Ambient，可以即时创作出指定风格的音乐作品。音乐人工智能能使略懂音乐的人瞬间完成“作曲”梦想，而对于具备一定作曲能力的人，软件可触发其创作灵感，将自动生成的作品做个性化、专业性的细致修改。
图4 音乐智能作曲软件Orb Composer[4]
3.AI+美术=与“重生”艺术大师交流的美术课
国家新课程标准明确提出“ 在全面提高学生的素质教育中，首先要以培养学生的审美教育为核心”。美术教育是通过对作品与自然观察的感知训练,获得直觉敏感，形成视觉经验，获取美术人文知识,积累学科知识经验。人工智能与美术教育的融合，有助于更好地、更深入地获取对于艺术的感知、对于美的感悟，提升自身的修养和内涵。
在美术课程中，人工智能等信息技术的投入，使得传统的教学形式得以加速变革。计算机辅助技术可以将艺术设计作品的三维效果图呈现出来，全景效果图的展示有助于教师和学生全方位地观看艺术设计作品，发现其中的问题，方便后期修改;三维化的模型还可以帮助学生对艺术设计作品形成更深层次的认识，与设计者产生思想上的共鸣。将人工智能生成式对抗网络技术(GAN)应用于美术教学，可以让莫奈、梵高等艺术大师“重生”，让学生获得更好的艺术体验。
图5 基于人工智能的美术课程画面生成平台
4.AI+其他=更多想象空间
(1)人工智能机器诗人
古诗是中华传统文化的重要组成部分,是中国古人文艺美学与人生情操之集大成。人工智能与诗歌创作教学融合[6]，推进了创意写作境界和创意内涵，是“科学性”与“创意性”的协同，让古诗创作如虎添翼，推进中华传统文化的传承与创新[7]。
人工智能已经开启古诗创作的新模式，目前在公开测评中，许多由机器诗人写的古诗几乎达到了人类诗人的水平。机器诗人写作的基本条件是：(1)足够的语料库，机器写作需要必要的素材供大数据的储存与提取;(2)便捷而清晰的算法，代表着用系统的方法描述解决问题的策略机制;(3)算力。系统通常由三个部分组成：一个节奏模型，一个韵式模型，以及一个确保语法正确的自然语言模型。
(2)人工智能书法课堂
在云南，“墨韵智能·书法进校园助力项目”运用“人工智能+书法教育”模式，为书法教育增添科技含量，以精准帮扶的方式，提供书法教育支持，并进一步在云南省千余所中小学普及推广书法课[9]。
图6 云南省昆明市盘龙小学的四年级学生在体验智能书法课
遇到的问题挑战及应对
1.人工智能技术飞速进步，但尚未达到与人类艺术的情感共鸣
人工智能技术已经能够辅助教师进行基本的备课、体育/艺术历史知识教学、分析史论类考试卷、针对性布置作业等[10]，但同时也需要看到，人工智能还不具备丰富的想象力，无法表现出与人类的情感共鸣，在情感关怀与复杂创造力培养方面需要进一步提升。目前的弱人工智能将向未来的强人工智能不断演进，强人工智能不仅要求有人类的思维模式，更要有人类的情感体验和独特的创造能力。
2.人工智能赋能教育尚未标准化，离体育艺术教学场景落地还有一定距离
人工智能赋能教学属于新鲜事物，在现有体育和艺术类的教学案例中，尚未规范化和形成统一的标准，全面推广缺少相应的教学指导;另外，体育和艺术类学科的教学场景更加丰富多元，人为主观性的感受体验居多，哪些场景可以与人工智能技术融合，还有待于进一步深入挖掘。相应的教研组织也有必要不断总结试点经验、更新完善形成推广标准。
3.政府投入资源有限，需要全社会力量共同参与
目前已有经济发达的地区、师资力量较强的学校开始尝试人工智能与体育和艺术类教育结合的探索，并取得一些进展，但若要规模化推广，仍需要全社会以鼓励创新的态度给予支持，科技公司更应该以支持教育创新、体现社会责任的担当和勇气来投入，包括前沿技术探索、场景化案例孵化、资源均衡化部署等，用科技的力量改变教育。
总结
在多以考试成绩结果为导向的教培机构受到政策的规范和限制之后，不以成绩、应试为目的的文体类培训将具有更多的发展机会。随着“德智体美劳”全面发展的素质教育观念继续深化，学校和社会也将更加鼓励学生参与各类如篮球、钢琴、绘画、书法等活动，体育、美术、音乐等多元的教育行业将得到发展。科技与体育教育、艺术教育相结合，发挥人工智能对于素质教育发展的抓手和助推作用，将有助于培养全面发展的创新型人才，助力教育质量的全面提升。
参考文献：
[1]王亦洲课题组：人工智能辅助体育教学(AIPE)-北京大学前沿计算研究中心 (pku.edu.cn)
[2]腾讯教育副总裁王涛：以技术给教育提供温度和力量_腾讯新闻 (qq.com)
[3]江芃芄.动作智能分析软件在舞蹈教学中的探索运用[J].创新创业理论研究与实践,2020,3(19):156-158.
[4]李伟.音乐人工智能在音乐教育领域中的应用及研究[J].星海音乐学院学报,2019(03):145-150.
[5]李伟,高智辉.音乐信息检索技术:音乐与人工智能的融合[J].艺术探索,2018,32(05):112-116.
[6]张永禄,刘卫东.人工智能写作：创意写作的新景观[J].探索与争鸣,2021(03):132-140+179-180.
[7]人工智能诗歌写作平台_人工智能开启新模式!机器也能轻松写古诗-CSDN博客
[8]陈振濂.人工智能时代,书法如何“华丽转身”[J].人民论坛,2017(27):43.
[9]“人工智能”助力书法进校园_中国政府网 (www.gov.cn)
[10]陆琪琪,承杰.AI对美术教育及美术教师的影响探析[J].普洱学院学报,2018,34(01):129-130.
