中小学冰雪运动教学困境与人工智能介入路径研究

一、研究背景与意义

新疆阿勒泰地区作为中国冰雪运动的发源地之一，拥有“人类滑雪起源地”的历史底蕴，冬季漫长、雪质优良，具备开展冰雪运动的天然气候优势。近年来，国家大力推进“三亿人参与冰雪运动”战略，中小学成为冰雪运动普及的重要阵地。北屯市北屯中学作为当地涵盖小学至初中的一体化学校，承载着近 3400 名学生的冰雪运动教学任务，但其教学实践却面临多重矛盾：一方面，地处阿勒泰的地理优势与国家政策支持为冰雪运动开展提供了“天时地利”；另一方面，学校受限于场地狭小、师资匮乏、器材不足及规模过大等现实条件，难以将气候优势转化为教学实效。

在此背景下，人工智能技术的快速发展为破解这一矛盾提供了新可能。探索人工智能在北屯中学冰雪运动教学中的介入路径，不仅能针对性解决该校的教学困境，更可为同类偏远地区中小学冰雪运动推广提供可借鉴的实践模式，具有重要的现实意义与应用价值。

二、北屯中学冰雪运动教学的现实困境

（一）场地资源约束：气候优势与空间局限的矛盾

北屯中学虽身处阿勒泰地区，冬季自然结冰期长达 4 个月，具备开展冰雪运动的气候基础，但实际教学场地严重不足。学校仅有的小型滑冰场为“圆圈式”场地，弯道长度仅 100 余米，既无法满足速滑、花样滑冰等项目的技术训练需求，又因空间狭窄导致学生密集练习时碰撞风险升高，安全性难以保障。相较于当地天然的野外冰雪资源，校园内场地的“微型化”使其无法承接班级集体教学，多数学生只能进行简单滑行体验，难以系统掌握运动技能。这种“有气候优势却无有效场地”的矛盾，成为制约冰雪教学开展的首要瓶颈。

（二）师资力量匮乏：教学需求与专业能力的失衡

冰雪运动教学对教师的专业技能要求较高，需掌握滑冰、滑雪的动作规范、安全防护及应急处理等知识。但北屯中学 3400 名学生仅配备 ² 名具备冰雪运动教学能力的教师，师生比严重失衡。其余体育教师多擅长田径、球类等常规项目，对冰雪运动的技术要领、训练方法了解有限，难以承担系统教学任务。在“大班额”教学模式下，教师既无法兼顾不同水平学生的个性化指导，也难以保障课堂安全，导致教学质量大打折扣。师资的“专业性短缺”与“数量不足”，直接限制了冰雪运动教学的深度与广度。

（三）器材设施短缺：参与规模与资源供给的落差

冰雪运动器材（如滑冰鞋、护具、滑雪板等）价格较高且损耗快，而北屯中学因经费限制，器材储备量仅能满足 10% 左右学生同时使用。以滑冰鞋为例，现有器材多为成人尺码，与中小学生体型不符，不仅影响动作学习，还易造成脚踝损伤；护具的缺失则进一步加剧了运动风险。此外，器材维护缺乏专业人员，损坏后难以及时修复，导致“可用器材逐年减少”的恶性循环。在3400名学生的庞大规模下，器材的“供给不足”与“适配性差”，使得多数学生只能处于“观望式学习”状态，无法实际参与训练。

（四）教学规模制约：集体教学与个体差异的冲突

北屯中学实行“九年一贯制”教学，学生年龄跨度大（6-16 岁），身体素质、运动基础差异显著。传统“一锅烩”式的集体教学中，教师难以针对低年级学生的平衡能力培养、高年级学生的技巧提升制定差异化方案。加之班级数量多（单年级平为 8 个班），单次教学需覆盖数十名学生，教师无法关注个体动作细节，纠错指导滞后，导致学生易形成错误动作定型，影响后续进阶学习。这种“规模过大与差异显著”的矛盾，使得教学效率低下，学生兴趣难以维持。

三、人工智能介入冰雪运动教学的路径探索

（一）虚拟场景构建：突破场地空间限制

利用虚拟现实（VR）与增强现实（AR）技术，构建“虚拟冰雪教学场景”，可有效弥补北屯中学场地不足的问题。具体而言：

（1）VR 仿真训练

通过 VR 头盔为学生提供“沉浸式滑行体验”，模拟标准速滑跑道（如 200 米环形跑道）、不同坡度的滑雪道等场景，学生在教室内即可完成弯道滑行、急停等技术训练，系统通过传感器捕捉身体姿态，实时提示重心调整、步频控制等关键要点，避免真实场地的碰撞风险。

（2）AR 动作叠加

在现有小型滑冰场安装AR 摄像头，将标准动作模板（如蹲屈角度、摆臂幅度）实时叠加在学生影像上，学生通过显示屏直观对比自身动作与标准动作的差异，自主修正姿势，提升场地利用率

此类技术可使“有限场地”发挥“无限教学价值”，同时解决气候转暖后的“非雪季教学延续性”问题。

（二）智能教练系统：弥补师资专业短板

针对师资不足的问题，可引入“人工智能虚拟教练”系统，构建“人机协同”教学模式：

（1）个性化方案生成：系统通过采集学生身高、体重、平衡能力等数据，自动生成适配的学习计划。例如，为低年级学生推送“平衡练习小游戏”（如虚拟冰面抛接球），为高年级学生设计“弯道加速训练模块”，实现“千人千策”。

（2）实时动作纠错

借助 AI 动作捕捉技术（如摄像头 + 姿态算法），对学生滑行中的膝盖角度、重心位置等12 项关键指标进行分析，通过语音提示（如“左膝弯曲不足，易失衡”）即时纠错，相当于为每个学生配备“专属助教”。

（3）师资能力提升

系统内置“冰雪教学知识库”，包含技术视频、安全规范等内容，可帮助非专业教师快速掌握教学要点，缓解专业师资压力。

（三）智能器材管理：优化资源配置效率

通过“物联网 + 人工智能”技术，构建器材全生命周期管理系统，破解器材短缺难题：

（1）智能调度系统

给每件器材安装 RFID 芯片，学生通过校园卡预约使用，系统自动匹配尺码并提示取还时间，避免“争抢器材”现象；同时统计器材使用频率，优先保障教学需求高的班级，提升周转率。

（2）损耗预警功能

通过传感器监测滑冰鞋刀刃磨损度、滑雪板承重变化等数据，提前预警需维护的器材，（3）减少“因损坏导致的闲置”

结合学生使用习惯，向采购部门提供“中小学生专用器材”的型号建议，提升适配性。

（3）虚拟器材补充

开发“冰雪器材虚拟操作库”，学生通过手机 APP 即可学习器材穿戴、维护知识，减少因操作不当造成的损耗。

（四）动态分组教学：兼顾规模与差异

利用人工智能的“聚类分析”功能，实现教学分组的精准化：

（1）能力分组

通过前期体能测试（如平衡能力、反应速度），系统将学生分为“基础组”“进阶组”“精英组”，每组匹配不同教学内容（如基础组练滑行，进阶组练转弯），教师可集中指导同水平学生，提升教学针对性。

（2）兴趣分组

根据学生对速滑、花样滑冰、滑雪等项目的兴趣标签，推送对应教学模块，如为喜欢“竞技性”的学生提供计时挑战赛，为喜欢“创意性”的学生设计虚拟花样编排任务，激发学习主动性。

（3）进度追踪

系统记录每位学生的训练数据（如滑行距离、动作达标率），生成个人成长档案，教师可通过数据看板掌握整体进度，及时调整教学策略。

四、人工智能介入的实践保障

（一）政策与资金支持

依托国家“冰雪运动进校园”政策，争取地方教育局专项经费，优先采购 VR 设备、AI 动作捕捉系统等核心技术；联合阿勒泰地区文旅局（冰雪产业主管部门），引入社会资本（如滑雪场、运动品牌）参与设备捐赠，降低学校负担。

（二）技术适配性优化

考虑到北屯地区网络条件，选择“离线 + 在线”混合模式的AI 系统，减少对实时网络的依赖；简化操作界面，使教师、学生能快速上手；结合少数民族学生比例较高的特点，开发双语（汉语、哈萨克语）语音提示功能，提升使用便捷性。

（三）安全与伦理规范

明确AI 系统的数据采集范围，仅收集与教学相关的运动数据，且采用加密存储；设置“虚拟教练权限边界”，规定系统仅提供技术指导，不替代教师的安全监护职责，确保“技术辅助”不越位。

五、结论

北屯中学的冰雪运动教学困境，是偏远地区中小学在资源约束下开展特色体育教学的典型缩影。其核心矛盾在于“天然优势与现实条件的错配”——拥有气候与政策利好，却受限于场地、师资、器材与规模。人工智能技术的介入，并非简单替代传统教学，而是通过虚拟场景拓展空间、智能系统补充师资、物联网优化资源、数据算法兼顾差异，构建“技术赋能+ 人文引导”的新型教学模式。

这种路径不仅能让北屯中学的 3400 名学生真正参与冰雪运动，更能将阿勒泰的气候优势转化为教学优势，为“三亿人参与冰雪运动”在边疆地区的落地提供实践样本。未来需进一步探索技术与教学的深度融合，让人工智能成为破解资源约束、推动中小学冰雪运动普及的“关键变量”。

参考文献

[1] 张瑞林 . 我国冰雪运动发展的战略构想与路径选择 [J]. 北京体育大学学报 ，2020（05）.

[2] 李艳翎 . 人工智能在学校体育教学中的应用研究 [J]. 体育文化导刊 ，2021（03）.

[3] 新疆阿勒泰地区冰雪运动发展报告 [R]. 阿勒泰地区文旅局 ，2022.