人工智能技术在体育教学中的运用现状及展望探究

乐建军 刘佳怡 徐乐

随着人工智能（AI）技术的高速发展，体育教学改革也随之不断加速，目前人工智能技术已经运用在体育教学各个领域，并引起了不错的反应。本文就人工智能在体育教学中的运用现状、作用效果以及在体育教学中的未来展望三个方面进行了分析研究，研究得出：人工智能技术运用到学校体育课程中是未来智能教学发展的必然趋势，可以为体育教学提供精准参考数据、达到教育全过程监管、满足学生个性化选择、为领导者做出智慧化决策提供依据。

1 引言

随着新技术的不断更迭，新一代人工智能技术的发展也进入了黄金时代，习近平总书记曾一再强调要加大人工智能技术在教育和体育等领域的深入运用。2017年全国“两会”的政府工作报告第一次出现了人工智能的字眼，将新型人工智能蓬勃发展提升为国家发展策略；2019年国务院办公厅颁布的《体育强国建设纲要》中，明确提出要加速推进网络、大数据、新型人工智能和体育实体经营的深度融合。目前各个行业都寻求借助人工智能技术来带动本行业的革新与发展，体育教育领域亦是如此，随着“全民健身”“健康中国战略”的不断深入，体育在教育教学体系中地位日益提升。未来，通过不断学习和迭代，人工智能技术将为教育教学提供更具创新力的解决方案，为体育产业带来新的产业动力。

2 人工智能技术在体育教学中的应用现状

2.1 智能大数据贯穿体育教学

每一节课程、每一次运动都会生成大量的运动数据，但是以往对数据记录的不准确、遗漏以及后台的失灵和人们的忽视，再加上只停留在数据收集层面，都会对体育教学以及学生准确了解自己状况产生不利的影响。人工智能大数据改变以往缺点，对数据进行准确记录与科学分析，实现了课程效果的可视化，老师们也能更好把握课程的走向，可以快速调整教学内容，从而获得较好的授课效果。这改变了以往的仅能依靠课堂经验来布置课堂任务的教学方法，提升了教师教学和学生知识学习的效率与效果。

目前，在人工智能大数据的运用下，通过对课堂数据的智能管理与科学分析可以评估课程老师的教学质量，反映学校课程目标与课堂内容的实现状况；通过心率、步数、血压等身体数据的统计分析可成为学生心理健康的监测数据；另外，课堂评价的大数据分析也可用作老师课程内容和教学方法的整改依据；同样，课堂评价的数据也可用作学生上课评价和教学业绩评估的关键指标，能有效提升国内体育教学质量。

例如在篮球课程中，可以通过学生的往返跑训练，得出学生们的实际身体数据和标准的运动数值，再进行智能运算再加以比较与分析，从而认识学生的体育价值与能力。同时利用大数据分析统计篮球出手距离、弧度和速度，评估学生的动作能力与运动技能，降低学生受伤机率，帮助其获得最佳运动能力，为老师指导学生提供技术支持。

2.2 智能穿戴设备推动体育教学

智慧穿戴设备早已应用在了人们的生活中，例如现在人们随处可见的小米智能手环、华为智慧腕表等等。在运动过程中，人们也已习惯于通过这种智慧穿戴设备来监测自身的健康状况，以及运动量的完成状况。智能穿戴设备在体育教学中发挥的作用十分明显。

中国部分省份已经把单板滑雪练习成为学校运动课程的一个试点科目，而在滑雪课程中，学生腿部滑膜关节容易受影响，转弯能力也成为了练习难点，尤其容易在转弯中遭受损伤。但是学生可以通过佩戴智能穿戴装置表现出腿部与滑膜关节间的平衡关系、反作用力以及转弯轨迹等，并提醒老师帮助学生在平衡情况下转弯，以确保学生在教学过程中的安全状况；在网球体育课程中，常常会导致学生的肌骨系统受损较严重，使用智能穿戴装置就能够对学生身体动作实施质量监测以及对学生身体运动做出过量警示。智能穿戴装置还能多次录入网球运动训练信息，获取体育学习时间序列，并使用神经元输出空间，能有效分析被教育者运动模式等目的，帮助教师提供更好的教学质量和教学效率，使其个性化教学充分体现。

目前，智能穿戴设备公司已经与全球各大运动品牌联合，一起创造了全新的智能运动生态系统，智能产品的普及也会更加深入人们的日常运动中，融入体育教学中。通过穿戴智能设备而打造的全新运动教学方法将会推动体育课程的升级，提升体育课程的品质，改变传统的教学模式，二者的融合也必将走在变革创新的前列，推动体育更好的服务于大众。

2.3 虚拟现实（VR）構建体育教学

虚拟现实技术（VR）是一个能够创造并感受虚拟世界的电脑模拟系统，使用者能够在虚拟的环境里获得更真实的感官体验。如今VR技术已成功运用到运动比赛领域，在虚拟比赛中用户也能获得极佳的比赛感受。

不过虚拟现实科技（VR）在体育教学中的运用才初显效果，未来我们将会将虚拟现实（VR）技术更深层次融入体育教学。目前，部分学校还采用了虚拟现实手段仿真课堂氛围、课程环境、学习用具等，不但能获得与现实课堂环境相似的效果，同时也克服了一些实际问题，如教学经费不足、气候影响、活动场地限制、疾病影响等客观因素。例如：在攀岩，滑翔伞等体育教学中，风速大小的影响、危险场地的制约、恐高症等因素都会使其体育课程无法继续，但虚拟现实技术运用先进的信息技术冲破了时间、空间的约束，打破各种制约，建立三维模拟反映现出真实画面。另外，老师们在教学过程中能够看到受试者存在的问题，教师也能够及时改进，加强对体育知识理解和掌握。虚拟现实技术在学校体育课程中的广泛运用，彻底改变了学校传统交互式的教学方法，将教师讲授内容转化为学员仿真感受，将体育课当成一种乐趣，极大的改变了学生不爱运动的现象。虚拟现实（VR）融入体育教学，让体育运动的真实体验作用在学习者自身，从而更加直观的了解与掌握相关知识与技术。除去环境的仿真，体育课程中任意一个元素都可以利用虚拟现实技术（VR）表现出来，在授课过程中，老师可以针对课程的要求或者目标的要求进行个性化仿真操作。

2.4 智能无线传感应用体育教学

运动数据分析是监控体育培训与教学过程的重要基础，在极大程度上也反映着培训与教育过程的成效，因此经常用作运动队业绩预测的关键指标。通过角度数据传感器、身体心率与血压数据传感器、身体力量与阻力数据传感器等应用了解真实身体数据。在体育教学中，“无线传感+运动器械”已获得初步运用，由于运行和推广成本太大，目前在运动教学中使用较少，不过由于技术的推动以及生产成本的下降，智能无线传感器的使用将有很大的空间，更多院校也会将其运用到体育教学中，使体育教学更有效率。例如在滑雪运动中，智能滑板上已经安装有智能感应器，将下弯时与悬而的身体位置进行记录传导，同时智能感应器也可以感知滑板运动时与地面的碰撞；在网球运动中，智能传感器的应用甚至还可以推算出网球的实际飞行速度和运动轨迹，进一步的应用在运动教学中。

3 人工智能技術在体育教学中的实施效果分析

3.1 提供精准的数据

AI技术是通过大数据分析的机器学习算法，所以，他们掌握的信息很多。首先，将智能大数据分析贯穿于体育教学，通过大数据的收集、管理、分类与呈现，进而改变传统体质数据的收集范围和应用范式，减少了低效的重复劳动，进而更为精准的了解全国学生的体质现状；同时利用大数据分析和云计算技术，能够轻松完成对我国学生体质测量的大样本数据分析，为中国高校教师在体育教学决策、体育教学内容、体育教学方法提供精准数据。

观察学生运动过程中的各种动态轨迹，随着时间的推移进行分析，准确研究和统计每个学生心理和学习行为的外部特征，为学生提供立体的“学习画像”，并且通过测量的心率、血压信息等，以帮助高校教师更精准把控体育教学。

3.2 达到全过程监管

人工智能运用于体育教学领域的前沿科技智能穿戴设备、大数据分析、智能无线传感、虚拟现实等技术在学生习得知识的过程中，对被教育者的情感、反思、探究等心理活动进行监控与评估。在上课前，基于学生的提前预习的情况，监控学生的学习能力和技能水平，并动态调整教师的课程内容以逐步适应和改善学习者情况；在课后，基于学生的自主加强锻炼，及时监控跟踪学生上课的学习成果，老师及时进行教学反思的工作，对学生的理解情况与对自己的教学行为有深入和准确的了解的前提下作出的反思，可以更有效的促进教师的教学发展。并且，通过人工智能技术可以客观的记录每一位学习者在课后的生理心理上的表现，经过对课后实际效果与课前设计成效之间的对比，也可以客观了解设计目标是否在课堂上实现。

另外，还可利用AI技术监控学生学习时长和相关数据辅助学生达成教学目标。例如通过智能无线传感就能通过学生的面部表情，根据面部运动分析学生学习认真程度，以提升教育的个性化并促进学生学习与教师教育之间的积极互动。在体育教学中，教师在传授基本运动技能后，可以通过自动化的AI教学流程对其进行效果跟踪，反映学生身体能力的实时情况，运动疲劳度，及时调整课程内容，达到预期效果。

3.3 满足个性化服务

如今社会的发展已然进入了信息时代。习近平总书记强调：教育信息化给我国带来了难得的发展机遇，智慧教育可以增加学生的个性，使他们在教育学习的过程中确立自我、发展自我。一个有效的教学方案是基于在客观清晰的掌握学生现状的理论基础下，要求教师通过体育教学充分发掘学习者的信息收集、分析和判断的基本能力。同时，随着人工智能技术在体育教育领域的应用，综合分析学生在体育教育领域的注意力、天赋优势、先天素质、体育和运动知识等。可以根据个人需求和现实情况提供运动员的个性服务。根据学生在不同成长环境中的个体特点，为教师开发学生根据自身能力调整的体育课程。最后，鼓励同学们开展终身体育运动。简而言之，将人工智能融入体育课堂，可以有效捕捉和打造学生在不同运动水平的学习路径，实现差异化的个性服务，帮助体育教师实现更专注、更精准的教学。符合我国新兴的体育发展政策，实现教育信息化2.0的发展。这既是新时代中国高校体育教学改革的客观需要，也将成为未来中国高校体育教学发展的主要方向。最终为学生健康体质服务。

3.4 做出智慧化决策

如今教育数据挖掘与开发成为教育界中的新型业态，人工智能技术与体育教学的融合也碰撞出火花。利用视频课程数据库和学生运动数据，我们正在引入新一代的深度智力教学方法，对学生的课前和课后行为进行智能评估。包括：面部识别、表达分析等行为的同时，通过大数据分析技术，对学生运动行为数据进行分析，例如：学生运动轨迹、课前课后表现、注意力等数据，并通过可视化方式将结果呈现给学生、教师和家长。

近年来，伴随着“全民健身”与“健康中国战略”的不断深入，体育在高校基础教学课程体系中的地位也愈来愈高。通过使用人工智能记录每个学生的运动状况，教师可以节省组织课程的时间，学生可以专注于自己的不足，并花更多时间让动作更有效率，这是利用海量数据的智慧化决策给每个学生的提供更大便利。

4 人工智能技术在体育教学中运用的未来展望

未来的体育教学将会是人工智能与教学过程深度融合的时代。体育教学将走向多元化道路，内在的本质也将趋向个性化，外在形势会更加丰富。体育教学的方式也会做出翻转性的变革。传统时期，教师始终是教学活动的主导部分，在接下来的人工智能时代，教师将把握教学方向，成为教学的调控者、实时监控者。新型智能化教学模式应运而生。未来的体育教学方式将能够从更广大的教学实践中识别、获取教学的各种元素和内容，通过智能化的技术对数据进行分析、总结，进而建立综合知识库，然后再结合教学大纲、教学各项任务，根据学生的实际需要与需求，规划课堂教学任务，最终达成智能化教学。未来，智能化教学的应用将会彻底推翻传统的授课方式，授课环境，授课资源，以更全面智能化的形式运用在体育教学中。

5 结语

人工智能的产生与发展必将为体育教学方面添砖加瓦，带动体育教学向着更深、更高层次发展。而随着体育在教育教学中的地位日趋凸显，体育教学与人工智能技术深度融合是未来体育教育发展的趋势，运用现代化人工智能技术手段，变革传统体育教学模式是实现新时代学校体育“四位一体”目标的根本保证。

本文系湖北省高等教育教学改革研究项目：基于AI技术的高校学生“自助式”课外体育教学平台建设研究（2020478）。

通讯作者：徐乐

（作者单位：武汉工程大学）