信息化教學在體育教學中的應用

摘要：隨著信息技術的迅速發展，運用信息技術進行體育教學成為提高體育授課效果的重要方法。通過信息化建設，學校能夠推動體育工作的發展，培養學生的運動習慣，增強學生的身體健康和技能。因此，本文開篇闡述了結合信息技術進行體育教學的作用，接著分析了體育教學信息化建設中常見的問題，并最后介紹了兩種常用的體育教學信息化技術方案，包括虛擬現實技術和體育App技術，并詳細介紹了它們的應用價值和途徑。希望本文能為促進體育教學效果的提升提供一些理論與實踐依據。

關鍵詞：信息化；體育教學；VR；App

一、引言

目前，信息技術在學校體育教學領域的應用前沿領域中，主要包括有：5G+4K高清超快速、低延遲視頻傳輸技術，AR+VR為代表的虛擬現實或增強現實技術等，通過這些當前市場上最前沿和火熱的信息技術，可實現在學生體育教學在沉浸式教學、線上線下同步教學、遠程教學、智慧課堂、個人定制化教學等教學模式上的深刻變革。本文首先介紹了最新的信息化技術在學校體育教學中的應用典型場景，隨后剖析了學校體育教學信息化建設過程中的主要問題，最后用信息化系統架構的科學思維，具體闡述了兩類信息化技術在體育教學的應用全景模式。即5G+VR和體育App（以Keep為例）兩種體育教學中的應用模式。分析了其總體結構、主要流程和智慧體育教學設計。詳細介紹了方案，并介紹了方案實施和推廣的場景。

二、信息化在體育教學中的作用

（一）用信息化技術支撐體育遠程教學

體育遠程教學主要面臨教學視頻畫面清晰度不夠、畫面平面化不夠立體、網絡帶寬不足導致信息傳輸延遲過大三方面信息技術問題。與上述三大信息技術問題對應的影響體育遠程教學效果與體驗感的情況主要包括：教學畫面清晰度低容易導致體育老師的運動演示細節還原度差，并且嚴重降低學生的觀看體驗；傳統的電視屏幕2D畫面在對體育教學的還原時在參照物體前后距離的體現度較差，此外缺乏沉浸式的現場體驗感受，大大降低遠程體育教學的參與感；高清和VR等技術要求高的信息系統傳輸帶寬，傳統4G移動網絡的信息傳輸速率過低，延遲較大，嚴重影響了體育課堂遠程教學的師生互動交流。應用當前最新的視頻顯示、網絡傳輸、虛擬現實三大技術組合構建一套“VR+4K+5G”于一體的體育教學遠程系統，能夠有效地解決上述體育遠程教學中面臨的三大問題。該信息化體育教學系統通過在智慧體育教室或者視頻錄制直播間，利用高清人像3D攝像頭和收音麥克風，把體育老師的教學過程進行全程錄制，實時智能采集，通過VR強制轉換視頻處理軟件程序，把2D平面視頻轉制成3D可供VR設備播放的視頻格式。傳輸過程運用5G網絡，學生在家用頭戴VR設備連接播放VR視頻資源，學生頭戴VR眼鏡，手腳佩戴可穿戴設備體驗真實的運動環境，了解運動細節，掌握運動本質，足不出戶享受教學訓練。師生在兩地高清VR3D重力感應視角下，在頭戴VR視頻觀看和可穿戴肢體動作傳感設備的數據信息交互傳遞過程中，實現全景的沉浸式互動體育遠程教學。

（二）用信息化技術給學生進行體育運動技能訓練

應用移動互聯網、運動APP、VR虛擬現實等技術組合構建虛擬模擬仿真體育訓練場景，可以打破時間、地點、氣溫等條件因素限制，目前常用在練習賽艇、乒乓球、羽毛球等競技體育技能訓練中。由于該技術的加持，師生可以不受體育課堂教學或訓練的場地、設備、安全、天氣等條件制約，讓學生在模擬仿真環境中進行練習，實現教學與訓練目的。此外，信號接收設備和智能運動數據采集設備，可以實時進行師生運動數據的采集，通過運動App進行過程記錄、訓練規劃和智能綜合分析與指導。最后，在接入5G網絡的條件下，上述運動教學與訓練環境可以從單機模式轉變成聯網競技對戰模式，支持線上訓練和挑戰，讓師生雙方或者不同運動愛好者、學員之間居家即可感受實戰競技。比如在羽毛球、高爾夫球、滑雪、賽艇、乒乓球等項目中，已經開發出相應的VR元宇宙體育運動項目程序或者游戲軟件。此外在更高級別的體育教學與訓練應用中，已經有用VR技術模擬對手。模仿對手的動作的AI智能大數據機器人電腦對手的出現，能夠為做好賽前工作，了解對手的動作套路。最后，運動員或者體育課程的學生在比賽結束之后，還可以通過App或者電腦端的體育數據記錄與分析平臺實時回放比賽，總結比賽，找出自身弱點進行針對性訓練，同時更新數據庫中的人員信息，實現實時分析和戰術部署。

（三）應用信息技術進行學生體能測評和定制化體育訓練計劃制定

在運動場、體育課堂或體育考試現場上使用，多臺全景相機記錄學生或者運動員的動作、速度等力學數據，接下來接入5G網絡把采集的360度運動數據實時低延遲地傳遞給MEC Edge（智慧綜合分析運動數據處理平臺）。MEC平臺再應用機器學習、卷積神經網絡算法和其他人工智能算法對學生或者運動員進行的運動狀態和體能進行數學建模，隨后分析其特征。架設的全景影像高清攝像頭能夠從學生的運動視頻中應用視頻事件檢測算法，長期記錄、跟蹤直至構建該學生或者運動員的體能模型和大型數據庫，智慧攝像頭能夠對動作識別對運動設施進行比對分析，并將分析結果實時發送至訓練地點。學生及時在體育老師的指導下明確自己的運動缺陷和問題、體能和身體技能所處的分值狀態。基于數據的科學支撐，有理有據地調節自己的動作和運動強度。最后在運動類APP或者電腦端的運動訓練軟件的輔助記錄與分析，幫助體育老師給每個學生點對點地指定不同階段的個性體育教學或者運動鍛煉計劃，科學、高效、安全、全面地幫助學生提高體育訓練質量、從而提升自身身體素質。

三、信息化教學在體育教學中的常見問題

（一）傳統的體育教學模式和課堂結構限制了移動信息化教學的質量和效果

以往的體育課堂教學常常是灌輸與填鴨式的教學，特別是在中小學體育教學中，體育課程授課內容固化，千篇一律，學生沒有自主選擇的權利，背離了以人為本的教學理念。可以說傳統的體育教學是以教師為中心，單向傳遞體育教學信息。整堂體育課的過程可以歸納為：跑步熱身，體育教師示范動作，學生仿照練習，體育教師指導糾正，學生測試，自由活動。隨著教育3.0課程改革，以學生為中心，信息化深度賦能體育課堂，每日運動打卡，日常與課堂之外的鍛煉，身體素質提升計劃等核心改革理念，改變了傳統的體育教育觀念。但在體育教學改革的實際落地過程中，不同層次的學校由于諸多內外在、主客觀條件的限制，傳統而老套的體育課堂教學模式依舊長期、大面積緊固著信息化體育教學改革的步伐，影響著不同的教學觀念和教學理念。只有不斷應用信息化理念與技術，在實踐中揣摩和改進，采用顛覆課堂、翻轉課堂、MOOC、微課健康打卡等信息化時代的教學模式，才能使得體育課堂教學盡快完成轉變，從而跟上適應時代的步伐。

（二）信息技術裝備不完善

信息化教學離不開信息技術，但學校體育教學信息化設備還比較匱乏，難以營造良好的信息化學習氛圍。學校體育信息化教學的應用需要一定的信息技術設備，如多臺聯網的體育設備，以及足夠的多媒體設備等。由于缺乏信息技術設備，導致無法在教學之外開展信息化教學。此外，部分學校體育教學缺乏現代化場地，無法支撐信息化體育教學。在學校教育教學中，體育作為一門綜合性學科，學校對其關注度較低，資金投入不足，信息技術在體育教學中的應用遠遠落后于其他學科課程。此外，由于體育教學通常在戶外運動場或體育館進行，信息化教學需要有別于其他課程的信息化教學支持設施，體育教學的信息技術資源遠遠落后于其他學科。

四、VR虛擬現實技術在體育教學的應用

（一）“VR+4K+5G”融合技術的體育教學與訓練系統介紹

VR是虛擬現實和web3.0以及信息化時代下一代標志成果元宇宙的核心技術。它主要把近距離視覺、多維感官、圖像渲染、重力感應、運動數據采集等技術結合達到沉浸式3D全景體驗的模擬現實場景體驗。5G是最新一代的移動網絡傳輸技術，作為新一代信息通信技術，帶寬和傳輸速率的幾何翻倍提升，構建端、管、云的全鏈條通信要素組合，主要為VR的信息內容互動提供通信基礎，達到低時延的流暢交互體驗。而4K主要是視頻像素級分辨率的目前較高水準，清晰度是任何圖像與視頻體驗和效果的基礎，主要利用最先進的miniLED或OLED第三代顯像技術實現。所以4K和5G網絡以及其關鍵技術（主要有移動邊緣計算、超大規模集成電路、天線矩陣等），為VR虛擬現實提供畫面和傳輸數據支撐，以及云計算智慧體育數據記錄與分析。涉及的主要設備有AI算法攝像頭、360度全景影像采集攝像頭、超清音頻采集麥克風、頭戴VR設備、可穿戴設備、5G手持終端等設備。系統化集成這些物理設備與系統架構和算法，形成體育教學場景的“VR+4K+5G”融合技術的體育教學與訓練系統級解決方案。從而實現高清視頻教學或動態全景教學，達到隨時隨地的師生實時交互。此外，在更高層次的體育技能培訓中，可用VR信息采集與輸出設備搭建仿真環境的虛擬技能培訓場地，讓學生足不出戶體驗真實的學習環境，更好地掌握專業技能。

（二） “VR+4K+5G”融合技術的體育教學與訓練系統介紹總體架構設計

“VR+4K+5G”融合技術智慧體育教學系統的總體架構可分為：VR采集設備、5G移動數據網絡、體育大數據分析及云計算平臺、VR終端顯示設備這些模塊。其中，終端層包括高清攝像頭、VR頭戴4K畫質顯示眼鏡、智能可穿戴運動設備或手柄等，實現遠程訪問、視頻采集、場景抓拍、手勢識別、用戶交互、場景全景延伸。網絡傳輸的管端：主要采用5G移動數據網絡，支持低時延大數據流的體育視頻或者運動數據信息傳輸，還包括不同設備間的物聯網通信。云端主要是部署云平臺主要進行視頻圖像數據處理、運動數據計算與分析、數據記錄與運動計劃指導。最后，平臺層包括播控平臺、內容平臺和移動邊緣計算平臺（Mobile Edge Computing，縮寫為MEC），實現教學控制、內容分發、視頻分析處理等。結合MEC的5G網元，可以將云處理轉移到網絡邊緣節點，在MEC服務器上實現。當發送給用戶的VR視頻流到達5G網絡MEC服務器時，MEC服務器會根據用戶當前觀看方向、設備硬件配置、網絡帶寬情況，對視頻流內容進行實時轉碼，為用戶帶來身臨其境的視覺體驗。

五、運動類App在體育教學的應用

（一）運動類App在國內的發展現狀介紹

隨著移動互聯網技術的高速發展和近年來居家辦公、線上學習的實際環境因素的推動，運動類App在學生、白領、退休老年人等不同年齡層次的人群中廣泛普及。2020年，我國運動健身應用程序的活躍用戶數快速增長至8928萬，同比增長近一倍；Keep春節后上線健康減肥互動監測局，日活躍用戶613萬。在服務社區的同時，也為防控疫情助力。在此背景下，學校體育教學中日常鍛煉打卡和線上體育課程教學被更廣泛地推廣到大中小學的體育教學和日常體育鍛煉中。與之同步興起的有一種基于信息技術的定向越野或定向運動鍛煉模式，其主要特點是，在地圖和指南針的幫助下，要求參與者依次找到每個級別，并以最快的速度獲勝。學校定向運動綜合校園定向因素，因地制宜開發校園定向課程。例如，將Keep App融入學校體育定向教學，通過Keep Sports APP提供的運動軌跡和數據簡化訓練流程，促進校園體育定向的發展。

（二）以Keep和定向運動為例分析運動類APP在體育教學的應用策略

1.Keep App在定向運動備課中的應用

使用 Keep run功能創建計時跑步軌跡，例如10分鐘的軌跡跑步。教師可以比較里程來確定獲勝者，除了達到熱身效果外，還可以鍛煉學生對Keep軟件的操作能力。

2.Keep Motion APP在體育基礎課教學中的應用

教師提前選定練習區域，制定定向練習路線圖，實時使用高清衛星地圖，將練習路線和各個關卡高亮顯示，上傳至QQ、微信或者雨課堂體育課程群。學生從起點出發，到達檢查站后，通過暫時停止運動完成簽到流程。為確保輸入質量，延遲時間應為 2～3 秒。太長或太短都可能達不到預期的效果。課外的日常運動打卡時，教師可以通過各種信息群或者Keep自身的消息功能和學生交流。為保證Keep Orientation課的正常進行，課前必須調整好手機，避免練習時信號干擾；此外，Keep Orienteering 培訓在課堂上多次重復，并力求將行動時間和休息時間結合起來，以標準化簽到流程。

六、結束語

未來，隨著VR與5G等新型信息技術成熟和發展，將極大地提升信息化教學在體育教學中的應用效果。此外，隨著全民健身理念的普及和大眾傳媒平臺的成熟，信息化體育教學也將在遠程教學、技能訓練、體能測評等三大應用場景中發揮更大的效能，不斷提升學生的體育素養和身體素質，促進智能體育產業的發展。

作者單位：李先華 陜西石油普通教育管理移交中心長慶二中

參" 考" 文" 獻

[1] 邢欣.信息化教學在體育技術課中應用的理論研究[J].體育科技文獻通報，2018，26（06）：23-25.

[2] 鐘淼.移動信息化在學校體育教學中的應用[J].體育世界：學術版，2018（05）：185-186.

[3] 廖家堅.初中體育信息化課堂教學的困境與突破[J].當代體育科技，2018，8（06）：83-84.

[4] 林沁.5G場景下沉浸式體驗體育賽事[N].中國文化，2019-12-14（004）.

[5] 劉潔，王慶揚，林奕琳.5G網絡中的移動VR應用[J].電信科學，2018，34（10）：143-149.

[6] 匡野.5G推動傳媒技術升級[N].光明日報，2019-04-11.

[7] 竇麗.智慧教學與HIIT融合的體育教學模式在學校的創新與實踐研究[A].中國體育科學學會.第十一屆全國體育科學大會論文摘要匯編[C].中國體育科學學會：中國體育科學學會，2019：3316-3317.

[8] 楊玉輝，董榕，張宇燕，等.基于虛擬現實的遠程教學空間的創建與應用——以哈佛學校與浙江學校的跨國VR遠程教學為例[J].現代教育技術，2019，29（11）：87-93.

[9] 趙偉科.普通學校體育定向運動資源開發現狀與對策研究[J].長春學校學報，2019（8）：68-71.

[10] 黃孟.運動類APP在學校體育教學中的應用[J].灌籃，2019（18）：55-56.

[11] 蘇迎冬，馮昊暄，任慧一.校園跑步打卡類APP在學校體育教學中的應用與發展趨勢[J].濟寧學院學報， 2020，41（02）：33-38.