Research on the Promotion of School Physical Education Development by Empowering the 5E Teaching Model withArtificial Intelligence

WANG Xuehan JIAO Chendao* TIAN Jiaqi

Collegeof Sports Science，HarbinNormal University，Harbin，Heilongjiang Province，15oo25 China [Abstract] Withthedeepening implementationof qualityeducationin China，vigorouslystrengthening thedevelopment of school physical education and reforming the teaching mode of physical education have become key links in promoting the progressof school physical education in China.Thisarticleuses research methods such as literature review，logical analysis，andmathematicalstatistics toexploreindepth howartificialintellgenceempowersthe5Eteachingmodel to promote the development of school physical education.The study aims to foster students'digital literacy and learning effciency，therebyproviding favorable teachingsupport forthe improvement of students'sports abilities and the shaping of their physical character.Through research，it is ultimately pointed out thatthe 5E teaching model empowered by artificial inteligence significantlyimproves students'leaingoutcomes andoverallquality，enhancesclasroominteraction and personalized learning experience.These results offer anew perspective and practical path for the development of future intelligent education.

[Keywords] Artificial intelligence； 5E teaching mode； School sports； Educational development

近年來，隨著社會的高速發(fā)展，越來越多的新興技術(shù)如雨后春筍般涌現(xiàn)，人工智能技術(shù)也隨之蓬勃發(fā)展，其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，特別是在學校體育教學中，人工智能技術(shù)的應(yīng)用為傳統(tǒng)體育教學帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)。本文通過運用人工智能賦能5E教學模式，在課堂中創(chuàng)設(shè)多樣化的教學情境，采用多種教學手段與多元評價分析，旨在提高學生的學習興趣，拓寬學生的運動思維，從而培養(yǎng)學生積極的情感態(tài)度和主動學習的能力。將人工智能技術(shù)與5E教學模式結(jié)合，有利于全面培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和解決問題能力，使學生在個性化體驗與探究式學習中獲得更佳的體驗。

15E教學模式的概述

5E教學模式是由美國BSCS研究所開發(fā)的基于建構(gòu)主義的教學模式[1]。該模式最初由美國北卡羅來納大學的陳昂教授、美國馬里蘭大學的恩妮斯教授在體育教育界中提出，是一種新型的體育教學模式，在體育教育界具有重要地位。5E教學模式由參與（Engage）、探究（Explore）、解釋（Explain）、遷移（Elaborate）和評價（Evaluate）5個環(huán)節(jié)組成，旨在深入挖掘?qū)W生的探究精神與創(chuàng)新意識[2-4]。這5個環(huán)節(jié)相互連接，層層遞進，有利于課堂完整地開展，提升學生的趣味性與主動性，進而促進學生的深度學習與綜合發(fā)展。

2人工智能在學校體育中的應(yīng)用

2.1虛擬現(xiàn)實技術(shù)和增強現(xiàn)實技術(shù)在學校體育中的應(yīng)用

隨著智能化水平的不斷提升，虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）與增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）的應(yīng)用范圍逐漸擴大，將其應(yīng)用于學校體育已成為教育發(fā)展的重要趨勢。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學校體育中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在提供虛擬體育環(huán)境，突破傳統(tǒng)體育場地、器材等限制，為學習者提供準確詳細的指導(dǎo)，可視化地分析復(fù)雜抽象的理論知識與運動技術(shù)。學生在學習或練習體育技能時，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)不僅能增強體驗感，提高學習效率與體育訓(xùn)練興趣，還能有效輔助體育技能的學習，提升運動技術(shù)水平和訓(xùn)練質(zhì)量。增強現(xiàn)實技術(shù)在學校體育中的應(yīng)用則主要體現(xiàn)在通過將數(shù)字信息疊加到現(xiàn)實世界中[5]，學生能夠更加直觀地進行互動與學習。例如，學生在體育學習中運用AR技術(shù)可以提升體育教學的游戲設(shè)計與高效應(yīng)用，確保學生安全地進行身體活動，更好地促進技能的發(fā)展。同時，AR技術(shù)的應(yīng)用能夠豐富教學內(nèi)容，提升教師與學生之間的親密度，更好地發(fā)揮教學作用。總之，無論是虛擬現(xiàn)實技術(shù)還是增強現(xiàn)實技術(shù)，都有利于完善教學體系，豐富教學模式，促進學校體育的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型與創(chuàng)新性發(fā)展。

2.2智能穿戴設(shè)備在學校體育中的應(yīng)用

智能穿戴設(shè)備在學校的體育運動中應(yīng)用廣泛，具體體現(xiàn)在學生運動監(jiān)測、輔助教學、安全保障等方面。在運動監(jiān)測方面，智能穿戴技術(shù)（如智能手環(huán)、運動手表等）可對學生進行實時心率監(jiān)測，記錄運動軌跡、距離和步數(shù)，有效監(jiān)測運動強度與疲勞指標，便于判斷學生體能提升情況。教師可依據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整教學強度，避免學生出現(xiàn)運動危險。智能穿戴設(shè)備還可為教師提供針對性教學反饋，教師能夠依據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果判斷學生的運動習慣與不足，并進行教學調(diào)整，對普遍問題進行集中指導(dǎo)糾正，以便于教學反思。同時，智能穿戴設(shè)備能激發(fā)學生運動興趣，其積分排名、成就獎勵等功能符合青少年心理特點，能有效促使學生積極參與鍛煉。在安全保障方面，智能穿戴設(shè)備可進行異常預(yù)警，如學生心率過高、體溫異?；蛩さ沟纫馔馇闆r時及時發(fā)出預(yù)警，便于教師和醫(yī)護人員及時處理，避免傳統(tǒng)體育教學中教師觀察有限的問題，確保學生體育活動安全?？傊?，智能穿戴設(shè)備應(yīng)用于學校體育，可提供便利、支持與保障，提高學生運動興趣與參與度，促進學生身心健康發(fā)展。

2.3機器視覺與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在學校體育中的應(yīng)用

在現(xiàn)代學校體育發(fā)展中，機器視覺與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)學校體育教學與管理的智能化，促進傳統(tǒng)體育教學與訓(xùn)練方式的轉(zhuǎn)型。機器視覺技術(shù)通過圖像捕捉和處理對學生進行精準分析評估，實際應(yīng)用中可為學生提供動作分析與反饋，及時捕捉運動軌跡和身體姿態(tài)，便于教師在體育課中識別并矯正動作，制訂科學的學習方案，使學生減少運動傷害，提高運動能力，發(fā)展身體機能。這有助于學校高效完成規(guī)模性測試與個性化教學，提高考試效率，加快評價結(jié)果反饋，增強學校體育教學的時效性。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則通過傳感器等實現(xiàn)對學校體育場地器材的實時監(jiān)控管理，提高使用效率與安全性。具體應(yīng)用于安置多種傳感器的體育場館，可根據(jù)實際情況進行調(diào)節(jié)，以提高舒適度與使用效率。同時，還可應(yīng)用于智能監(jiān)管管理系統(tǒng)，進行門禁、租賃設(shè)置、場地維修檢測等，為學生帶來安全便捷的服務(wù)體驗?？傊?，機器視覺與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用可提高學生體育學習的效率，以及場地器材的管理效率，在學校中將發(fā)揮重要作用。

2.4大數(shù)據(jù)分析與個性化服務(wù)技術(shù)在學校體育中的應(yīng)用

在當今時代，數(shù)據(jù)迭代增加是發(fā)展過程中不可避免的因素，而大數(shù)據(jù)分析與個性化服務(wù)技術(shù)在學校體育中發(fā)揮著重要作用。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，學?？梢愿茖W精準地進行體育教學和管理。大數(shù)據(jù)分析能為學校提供精準信息采集與數(shù)據(jù)整合，智慧體育數(shù)據(jù)可以更好地搜集學生運動參與情況、個人興趣、身體素質(zhì)等信息。經(jīng)過數(shù)據(jù)整理，教師能更深人地了解學生實際情況，并進行解釋分析，開展更具針對性的個性化體育訓(xùn)練，有利于形成可視化管理平臺。智能體育系統(tǒng)可根據(jù)學生身體素質(zhì)和興趣需求，為學生定制個性化體育學習計劃，使體育教學過程數(shù)字化、可視化、精準化。如此，學?？赏ㄟ^數(shù)據(jù)分析不斷優(yōu)化體育教學過程，進一步完善學校體育教學設(shè)計與教學策略。大數(shù)據(jù)分析與個性化服務(wù)在學校體育中的應(yīng)用，既能對學生進行精準分析，又能提高學生運動的科學性，切實提升運動開展質(zhì)量，為學校體育管理提供科學理論依據(jù)。

2.5虛擬體育賽事技術(shù)在學校體育中的應(yīng)用

虛擬體育賽事技術(shù)以人機交互形式及AI智能、場景仿真等高科技手段呈現(xiàn)，使平時難以接觸的運動變得觸手可及。這種新形態(tài)賽事可提高學生運動體驗，檢驗運動成果，克服體育場地和設(shè)施條件限制，以賽促練，為學生運動發(fā)展提供更多機會。虛擬賽事制作技術(shù)在學校體育中的具體應(yīng)用包括：根據(jù)相應(yīng)課程構(gòu)建虛擬場地并進行實戰(zhàn)模擬，如構(gòu)建虛擬足球場地，讓學生在模擬環(huán)境中進行技能訓(xùn)練和戰(zhàn)術(shù)理解，提高實戰(zhàn)演練的真實性與應(yīng)變能力。虛擬體育系統(tǒng)還可用于課堂教學和課后自主學習，通過體育動畫、AR動作解析和VR游戲等方式提高學生興趣，其應(yīng)用于教學，能有效改善體育學習的枯燥感，促進運動技能學習?？傊摂M體育賽事能更好地模擬現(xiàn)實比賽條件，為學校體育的發(fā)展提供不竭動力，對學校體育發(fā)展具有積極促進作用。

3人工智能賦能5E教學模式的實踐路徑

3.1人工智能賦能\"參與階段\"的實踐路徑

參與階段是5E教學模式的第一階段，目標是讓學生快速融入學習過程，在心理上關(guān)注對象等[]。此階段活動需建立在學生已有知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，暴露錯誤概念，避免認知不均衡。因此，將人工智能融入該階段對學生運動表象建立和運動興趣培養(yǎng)十分重要。在參與階段，教師可運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)讓學生置身真實虛擬場景，如奧運會田徑賽場的最佳觀賽位，感受運動員的速度與激情。還可通過增強現(xiàn)實技術(shù)讓著名運動員與學生在現(xiàn)實場景中交流互動，傳授運動技巧，并發(fā)揮榜樣作用，激發(fā)學生對體育的好奇心。教師在這一過程中呈現(xiàn)虛擬設(shè)備、識別教學任務(wù)并設(shè)立規(guī)則程序，為發(fā)揮學生的主體地位提供便捷服務(wù)。

3.2人工智能賦能探索階段的實踐路徑

探索階段是學生知識建構(gòu)的關(guān)鍵期，此階段的目的是延續(xù)參與階段的好奇心，帶著問題進人情境，形成概念、過程及具體經(jīng)驗[8]。該階段實踐性強，可彌補參與階段的不平衡。在此階段，學生可進行有動機的運動探究，使身心有效融人學習環(huán)境中。例如，在羽毛球訓(xùn)練中，利用智能傳感設(shè)備給球拍安裝傳感器并記錄擊球數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析探究優(yōu)化擊球動作的方式，學生通過對比數(shù)據(jù)變化總結(jié)規(guī)律。還可借助物聯(lián)網(wǎng)與智能模擬軟件技術(shù)，模擬人體在不同溫度、氣候和運動強度下的能量消耗與肌肉反應(yīng)。學生可調(diào)整參數(shù)觀察心率、呼吸頻率、肌肉收縮等動態(tài)模擬過程，探究運動對身體機能的影響機制。教師在此過程中做好引導(dǎo)者的角色，在學生重建概念時加以輔導(dǎo)，成為學生的指路人。

3.3人工智能賦能解釋階段的實踐路徑

解釋階段是教師總結(jié)歸納的關(guān)鍵階段，體現(xiàn)教師的指導(dǎo)性與專業(yè)技術(shù)能力。學生經(jīng)歷參與和探索后對運動技術(shù)有所思考，教師基于學生固有知識體系進行精細講解，讓學生對動作技術(shù)進行深刻加工學習。通過運用先進的VR智能技術(shù)，學生仿佛置身于一個逼真的虛擬空間之中。在這個虛擬空間里，復(fù)雜的體育動作被分解成幀幀清晰的動態(tài)圖，學生可仔細觀賞動作細節(jié)。智能機器人助手會適時進行講解與介紹，重點突出運動項目中的關(guān)鍵著力點和發(fā)力順序。這種方式能夠使學生更加直觀地理解動作原理，更熟練地掌握技術(shù)動作。

3.4人工智能賦能遷移階段的實踐路徑

遷移階段既能較好地檢驗學生的運動技術(shù)水平，也能較好地檢驗學生對運動技能的實踐運用能力。學生可通過虛擬體育賽事技術(shù)，將自身學習到的運動技能置身于虛擬的體育賽事中。這種場景模擬不僅有助于增加學生的學習興趣，還能夠使其在安全的環(huán)境中進行實踐和遷移。大數(shù)據(jù)分析與機器視域技術(shù)能夠分析學生的運動軌跡、身體姿勢，并篩選出類似的技術(shù)動作，以找出不同體育項自之間的共同技能與原理。從而有利于更好地幫助學生實現(xiàn)體育理論與技能的遷移，以提高體育教學的質(zhì)量。

3.5人工智能賦能評價階段的實踐路徑

評價階段是學生運用已獲得的技能，并評估對該技能及相關(guān)知識理解程度的階段。評價階段能夠有效反映前述階段的實施情況[9。人工智能在評價階段的應(yīng)用，可通過智能穿戴設(shè)備持續(xù)記錄學生運動的各項數(shù)據(jù)，教師依據(jù)這些數(shù)據(jù)生成評價，及時發(fā)現(xiàn)學生在運動過程中的不足，進而提出建議，以更好地指導(dǎo)學生后續(xù)的學習。在評價過程中，可借助大數(shù)據(jù)分析和個性化服務(wù)技術(shù)，整合學生的評價結(jié)果，并采用綜合評價方式，為學生的后續(xù)發(fā)展提供有力參考。

4結(jié)語

將人工智能融入5E教學模式，在激發(fā)學生探索精神、鼓勵學生創(chuàng)新實踐方面展現(xiàn)出顯著成效。這不僅有助于明確教學目標、優(yōu)化教學內(nèi)容、改進教學方法、豐富教學評價，還在提升課堂系統(tǒng)性與結(jié)構(gòu)化水平的同時，有力推動了學校體育的蓬勃發(fā)展。人工智能賦能5E教學模式，不僅變革了傳統(tǒng)學校體育的形式，還使教學更為直觀形象，對學生的知識構(gòu)建以及綜合素養(yǎng)的提升具有重大而深遠的意義。本研究致力于深化5E教學模式在學校體育教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，并積極探索人工智能技術(shù)在教育過程中的高效融合，旨在為未來的教育實踐奠定堅實的理論基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]陳琦敏.5E教學模式在高職院校公共體育課排球教學中的實驗研究[D].廣州：廣州體育學院，2023.

[2]印寶軍.“5E\"教學模式在高中生物教學中的應(yīng)用以\"通過神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”一節(jié)為例[J].學園，2017（1）：90-91，114.

[3]劉雨舒，王棟，張宇，等.混合式教學聯(lián)合“5E\"教學模式在全科住培教學中的應(yīng)用效果分析[J].中國醫(yī)院管理，2023，43（5）：85-87.

[4]楊鈺航.中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化與STEAM深度融合的邏輯與路徑研究[J].課程教學研究，2024（3）：101-109.

[5]張昊，尹文榮.新興科技在體育訓(xùn)練中的應(yīng)用一基于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實的研究綜述[J]科學，2024，15（3）：147-149.

[6]丁璇.現(xiàn)代信息技術(shù)在體育訓(xùn)練中的應(yīng)用[J].拳擊與格斗，2024（7）：106-108.

[7]周慧敏，丁海勇，向政，等.美國概念體育主導(dǎo)下的5E教學模式闡解與詮釋——以耐力跑教學為載體[J].南京體育學院學報（自然科學版），2016，15（2）：122-127.

[8]孫金月.“5E\"教學模式對高校體育教育專業(yè)學生羽毛球普修課教學效果的研究[D].上海：上海體育學院，2023.

[9]沈雨琴.5E教學模式在初中排球課堂教學中的實驗研究[D].南京：南京師范大學，2020.