數字化技術在中小學體育課堂教學中的應用

中圖分類號：G807 文獻標志碼：A 文章編號：1004-7662（2025）06-0043-03

中小學階段是學生身心發展的重要時期，體育課堂教學不僅有助于增強體質，還在培養團隊協作、創新思維和自我管理能力方面發揮著關鍵作用。隨著大數據、云計算等數字化技術的發展，越來越多的智能設備被引人體育課堂，使教學更加個性化、趣味化、互動化。借助數字化技術，教師能夠在運動前、中、后全面采集并分析學生的生理數據和運動表現，提升教學針對性，增強安全保障，推動體育教育邁向現代化。筆者以北京第八十中學為例，闡述數字化技術在中小學體育教學場景中的應用，旨在為中小學體育課堂教學現代化轉型提供借鑒，助力數字化技術在教學實踐中的應用落實。

一、體育課堂教學中數字化技術的組成和功能

數字化技術的主要組成部分可以按照數據流轉過程分為數據終端、數據中心、數據處理中心、數據分析端4個部分[2。數據終端主要負責數據的采集、輸人、展示和交互，在體育課堂教學中主要負責通過相關智能設備實時采集學生的相應數據。數據中心主要負責數據的儲存和管理，保障數據安全和訪問，將采集到的數據上傳至云端數據庫或相應平臺終端，如存儲、上傳學生的個人資料、體育運動檔案、體質健康測試成績等。數據處理中心主要負責數據的過濾、分類、轉換、識別等，使數據更加精確，便于后續的分析和儲存。數據分析端主要是通過統計和相關算法深度挖掘數據價值，如，在體育教學中可根據學生以往的歷史數據，評估運動能力、運動表現，提出個性化的練習建議（圖1）。

二、體育課堂教學中數字化技術應用設備分類

目前在中小學體育教學中常用的數字化技術主要集中在數據終端的信息采集和數據分析，其主要依賴于相關的智能設備，主要可以分為以下三類。

智能傳感器設備。智能傳感器設備主要包含可穿戴設備，其中通過內置的壓力傳感器、光學傳感器、加速度計、陀螺儀、心率傳感器等集成了傳感器技術的智能裝置[3]。通過設備采集學生運動前、運動中和運動后的生理數據。這些數據經過算法處理后，可反饋學生的運動狀態、軌跡及身體負荷情況。智能傳感器通常協同工作，構建綜合監測評估系統，為體育教師提供更加科學的指導依據。目前，智能手環和智能BMI測量儀在體育教育教學中的應用最為廣泛。

視覺動作捕捉識別系統。動作捕捉識別系統主要分為光學捕捉系統、慣性捕捉系統、電磁捕捉系統。其中，光學捕捉系統的應用最廣泛，又可分為有標記關鍵點捕捉和無標記關鍵點捕捉，其根本原理是使用高速攝影機標定場地數據，再由計算機處理，后得到三維空間坐標的數據[4，從而識別并分析人體的運動過程。

智慧化教學平臺。依托互聯網、云計算和人工智能算法等，平臺可整合智能穿戴設備、視覺動作捕捉系統等多種設備信息數據，構建一個多層次、實時互動的體育教學管理系統。實現運動數據的采集、匯總與反饋，形成一個全方位、多層次的體育教學管理系統5]。

三、數字化技術在體育課堂教學場景中的應用策略

在中小學體育課堂教學場景中，不同類型的數字化終端設備常協同發揮作用，共同助力教學方式的轉變和教學效果的提升。

（一）運動監測數字化

1.運動前狀態評估

借助智能穿戴設備和足底壓力傳感器，在運動前監測學生的靜息心率、基礎代謝率及身體姿態，及時發現健康問題，為體育課堂教學提供科學量化的依據。如，北京市第八十中學聯合首都體育學院人工智能科研攻關團隊一起利用智能手環、智能足底壓力板、智能BMI管理器等設備為全校學生進行體質監測（圖2），并整理匯總每名學生的體質狀況，為有針對性地優化調整教學計劃提供依據，從而降低運動損傷的發生率。此外，學校還建立了“晨檢一體測一預警”三位一體健康風險篩查機制，對檢測結果異常的學生自動發出預警，并由校醫、體育教師和班主任三方共同介入，提供差異化的健康干預方案。

圖2足底壓力傳感器進行數據采集

2.運動過程中的實時監控與反饋

在體育課堂上，學生佩戴心率帶和手環等設備，系統實時記錄心率變化、卡路里消耗及步數等數據，同時利用視覺動作捕捉系統對動作技術進行量化評估。如，在跳遠練習中，視覺動作捕捉識別系統可精確捕捉每個動作環節的詳細數據，幫助體育教師根據數據及時調整練習強度，以及糾正學生動作姿態，提高練習效率（圖3）。北京市第八十中學還在此基礎上引入“運動處方”，可根據實時數據反饋，自動生成個性化改進建議，系統后臺同步更新學生運動“成長圖譜”，用于階段性教學反饋與復盤。

圖3視覺動作捕捉系統

3.運動后恢復與效果評估

運動結束后，智能設備持續跟蹤學生的恢復狀態，通過數據分析評估恢復效果，為教師合理安排休息和練習計劃提供依據。目前，北京第八十中學已采用互動平臺對全程數據進行管理，形成長期運動檔案，為個性化教學和后續練習效果對比提供數據支持，學生、家長、教師下載相應的App終端后可查看練習數據和歷史資料（圖4）。此外，學校每月為學生發布一份《體育健康成長報告》，由數據平臺自動生成，包括學生運動量趨勢圖、體質提升情況以及家校共育建議，家長可定期查閱并反饋，形成體育數據共建共享的良性機制。

圖4App終端顯示數據

（二）智慧體育創新應用

1.實現資源互補與優化，推動整體 教學質量提升

智慧化教學平臺具備數據云存儲和共享功能，教師可共享教學資源、數據分析結果，實現資源互補與優化，推動整體教學質量提升。平臺可綜合多種校園智能設施的采集數據，實現課前的監控提醒、課中的實時檢測、課后的診斷分析，覆蓋中小學大部分體育項目和體能練習。同時，平臺可構建健康管理大數據，實現24小時全天候的數據采集與分析，提供系統、動態的可視化數據，助力學校體育數字化轉型。北京市第八十中學基于平臺數據，開發了“課上體能大比武”功能，按學段教學內容設定比武項目，平臺根據學段特點與體育課堂教學的重難點，自動生成對應的比武項目清單。如，初一進行立定跳遠、50米跑、跳繩等比拼；初二進行仰臥起坐、800米跑、籃球定點投籃等比拼；初三進行引體向上（男）、一分鐘跳繩（女）、體能綜合測試等比拼。系統將自動根據學生日常練習數據（如心率恢復、項目成績、練習出勤）進行智能分組，確保同層次學生進行公平競爭。平臺還可根據歷史成績匹配“挑戰對象”，鼓勵學生與自己或其他學生“打擂臺”。平臺依據成績水平、進步幅度、參與頻率等設定多維得分體系，生成個人“體育綜合戰力指數”。每名學生可在“大比武”板塊查看自己的“能力雷達圖”、項目表現趨勢圖，并獲得系統生成的“體育勛章”（圖5）。

2.推動體育跨學科融合學習，助力學生全面發展

利用動作分析軟件，北京市第八十中學積極探索了體育與數學、物理力學等學科的跨學科融合教學。如，在籃球投籃技術練習中，相關分析軟件可以實時疊加投籃角度、弧度及軌跡數據，不僅提高了學生對運動技能的理解，還將相關學科知識直觀應用于實踐中，激發了學生的學習興趣和綜合應用能力，促進了跨學科的融合教學（圖6）。

圖6借助軟件進行動作技術分析

同時，學校設立“體育 + STEM”綜合實踐課程，學生需完成一個基于體育場景的數據建模設計任務，如，中學生籃球出手速度對投籃準確性的追蹤分析（圖7），在室內體育館或籃球場，各小組開展投籃實驗。通過分析軟件記錄每次投籃的出手角度、初始加速度/速度，以及投籃結果（命中或未命中）。每組至少采集20次投籃的數據，覆蓋不同的出手角度和速度，以保證數據多樣性。實驗后，各組使用計算機進行數據分析。學生編寫簡單的Python程序讀取和整理投籃數據，計算每次投籃的初速度和實際出手角度，并采用拋物線運動模型公式計算理論投籃軌跡，與實際結果對比。學生運用Python的可視化庫繪制出不同出手角度、初速度與投籃命中率之間的關系圖。借助數字化技術，體育不再僅是鍛煉身體的場所，更是跨學科能力培養、促使學生全面發展的實驗場。

圖7投籃角度、初速度等數據分析

需要注意的是，智能設備在體育課堂教學中的應用推廣過程也面臨一系列挑戰。第一，數字化設備購買和技術維護成本較高，可能使部分學校望而卻步；第二，須進一步建立完善的學生數據保護機制，確保個人信息在采集、存儲和傳輸過程中的安全性；第三，要加快推動數字化技術與體育教育教學的融合，開展針對體育教師的技術培訓，提高其對智能設備的應用能力。只有不斷完善數字化體育教育教學體系，確保數字化技術真正服務于學習目標，才能促進學生的全面發展，推動體育教育教學向更加智能、高效和個性化的方向前進。 圖

參考文獻：

[1]北京市教育委員會.北京市推進中小學人工智能教育工作方案（2025—2027年）[EB/OL].（2025-3-6）[2025-03-23].https：//www.beijing.gov.cn/zhengce/zhengcefagui/202503/t20250310_4029667.html.

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