VR技術(shù)在高校體育課程中的應(yīng)用研究綜述

牛健壯，于少勇，牛 崢，任祥鈺，劉 潔，于雪梅，邵妮娜，高妮娜

(1.西安電子科技大學(xué) 體育部，陜西西安 710071；2.西安財(cái)經(jīng)大學(xué) 體育部，陜西西安710100；3.西安醫(yī)學(xué)院 體育部，陜西西安 710021)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字化不斷的加速，科學(xué)技術(shù)對人們的生活、經(jīng)濟(jì)、出行等影響逐漸加速。通過查閱資料，近年來，信息技術(shù)的發(fā)展在很大程度上推動(dòng)著虛擬現(xiàn)實(shí)市場的擴(kuò)容。據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，2017年我國虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到160億元，同比增長164%。在市場的快速發(fā)展下，相關(guān)技術(shù)也得到了多項(xiàng)突破。

目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)設(shè)計(jì)、航空航天、醫(yī)學(xué)、娛樂、房地產(chǎn)開發(fā)、地產(chǎn)建筑表現(xiàn)、工業(yè)仿真、應(yīng)急推演、文物古跡、游戲、道路橋梁、教育等多領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教育是一種趨勢，也是教育技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破。

1. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

當(dāng)前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在逐步走向成熟，與制造業(yè)、文化娛樂、科技教育、醫(yī)療健康等行業(yè)快速融合，應(yīng)用普及愈加廣泛深入。可以說，我國VR產(chǎn)業(yè)整體得到了大發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)主要有三點(diǎn)，分別是：構(gòu)想性、沉浸性、交互性。

2. VR技術(shù)在體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中的應(yīng)用

2.1 VR技術(shù)在冬季體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中的應(yīng)用

通過查閱文獻(xiàn)，得到VR技術(shù)可用于捕捉運(yùn)動(dòng)員表現(xiàn)最好的瞬間，記錄與分析運(yùn)動(dòng)員身體數(shù)據(jù)，有利于糾正姿勢，提高練習(xí)效率。如記錄冰球運(yùn)動(dòng)員擊球角度、力度和速度。在訓(xùn)練結(jié)束后，運(yùn)動(dòng)員戴上特制的VR技術(shù)頭盔，沉浸式回顧、學(xué)習(xí)、記憶、強(qiáng)化技術(shù)動(dòng)作要領(lǐng)。

2.2 VR技術(shù)在體育賽事中的應(yīng)用

2015年隨著體育產(chǎn)業(yè)快速的發(fā)展，人們對體育賽事轉(zhuǎn)播要求的提高，常規(guī)的體育賽事轉(zhuǎn)播已滿足不了人們的需求，越來越多的賽事主辦方和賽事轉(zhuǎn)播平臺開始尋求新技術(shù)進(jìn)行直播，VR技術(shù)應(yīng)用到體育賽事的直播中為人們提供了一種全新的觀看方式。

2.3 VR技術(shù)在學(xué)校體育課堂的應(yīng)用

2.3.1 國內(nèi)學(xué)校教育中VR技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著教學(xué)理念創(chuàng)新改革和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代科技已經(jīng)融入到各個(gè)體育領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用對體育教學(xué)培訓(xùn)的發(fā)展起到了重要作用。例如：北京微酷科技有限公司將VR技術(shù)有效地整合到課堂教學(xué)中，自主研發(fā)了“IES”沉浸式課程體系，為國內(nèi)在學(xué)校教育教學(xué)中進(jìn)行進(jìn)行VR應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)。新東方和樂視將VR技術(shù)引用到英語教室進(jìn)行虛擬教學(xué)；百度公司在2017年對貧困山區(qū)的學(xué)校建設(shè)了VR教室；廈門創(chuàng)壹軟件開發(fā)了虛擬現(xiàn)實(shí)3D互動(dòng)在線教育云平臺。綜上所述，VR技術(shù)已經(jīng)逐漸走入人們的生活。不僅在游戲領(lǐng)域，而且在教育、醫(yī)藥等領(lǐng)域也會(huì)獲得越來越多的應(yīng)用。2016年4月15日，在南京理工大學(xué)學(xué)術(shù)交流中心舉辦了虛擬現(xiàn)實(shí)(VR2.0)及虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)信息技術(shù)應(yīng)用研討會(huì)。本次會(huì)議中，上海曼恒數(shù)字技術(shù)股份有限公司的多位專家作了專題報(bào)告，主要內(nèi)容包括：1、創(chuàng)新與改變-VR2.0及應(yīng)用價(jià)值；2、DVS3D虛擬現(xiàn)實(shí)軟件引擎現(xiàn)狀；3、虛擬現(xiàn)實(shí)在教學(xué)中的實(shí)踐應(yīng)用；4、虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔及多人協(xié)同技術(shù)在仿真實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。會(huì)后在南京理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心安排了虛擬現(xiàn)實(shí)現(xiàn)場體驗(yàn)環(huán)節(jié)，使與會(huì)教師對于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀有了全面深刻的親身體驗(yàn)，有利于促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在仿真教學(xué)中的應(yīng)用。這也意味著VR技術(shù)將在教育領(lǐng)域有更廣闊的發(fā)展空間。

體育課是收獲運(yùn)動(dòng)技能、培養(yǎng)人們意志力、發(fā)展身體素質(zhì)、塑造人格的啟迪課程。體育課是從小學(xué)到大學(xué)伴隨著人們最美好的童年和關(guān)鍵的青春年華。但是就是這樣一門課程卻處于一種尷尬的地位，甚至不受待見。在教育全球化和信息化的背景下，慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等新教學(xué)模式的出現(xiàn)，使得傳統(tǒng)的教學(xué)模式已不能適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。學(xué)校體育是體育的重要組成部分，是學(xué)校教學(xué)中必修課程。在傳統(tǒng)體育課程教學(xué)中，教師只是單純的進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生則是機(jī)械的去模仿老師的技術(shù)動(dòng)作，學(xué)生對運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的技術(shù)了解不夠深入，師生之間互動(dòng)性不夠。學(xué)生在體育課堂中缺乏積極思考的能力、自主性和空間感。

3. VR技術(shù)應(yīng)用在高校體育課程的影響

3.1 VR技術(shù)的交互性使得教學(xué)觀念產(chǎn)生了轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)教學(xué)的組織形式主要以班級授課的形式為主，授課采用的方法主要是課堂講授法，以教師的教為中心，其教學(xué)內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、方式、方法以及教學(xué)進(jìn)度都是由教師決定的。在傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生始終是處于被動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境中，隨著教學(xué)改革的提出，現(xiàn)代化教學(xué)方法的出現(xiàn)就要求教師在教學(xué)中做到引導(dǎo)式教學(xué)，要追求教與學(xué)的合作化，以講授為引導(dǎo)思維，以教導(dǎo)激發(fā)情感，賦予學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。利用VR技術(shù)進(jìn)行體育教學(xué)有利于創(chuàng)造教學(xué)的新環(huán)境，以學(xué)生為中心的教學(xué)和在教學(xué)環(huán)境中自我探究的學(xué)習(xí)模式將得以實(shí)現(xiàn)。VR技術(shù)正是在現(xiàn)代教育思想的指導(dǎo)下，使用新技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方法的嘗試，逼真的虛擬環(huán)境可提供良好的人機(jī)交互功能，改變學(xué)生的“被動(dòng)聽講”為“主動(dòng)學(xué)習(xí)”，由“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，教材也將由傳統(tǒng)的“教材控制”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)習(xí)者控制”，教學(xué)內(nèi)容由“單一形式”轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸鄻有问健辈⑶彝庠诘闹鲃?dòng)化和內(nèi)在的結(jié)構(gòu)化將更加緊密地結(jié)合起來。VR技術(shù)將極大地促進(jìn)教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變。

3.2 VR技術(shù)的交互性提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

VR技術(shù)的交互性應(yīng)用到高校體育教學(xué)課堂中，使得教學(xué)不再是傳統(tǒng)教學(xué)課堂中的你聽我講，更多的是發(fā)揮學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生自覺學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮學(xué)生的自主性、積極性和主動(dòng)性。VR技術(shù)能夠提供更直觀、更形象的教學(xué)環(huán)境內(nèi)容，能夠刺激學(xué)生的感官，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)思維。

3.3 VR技術(shù)的構(gòu)想性使得突破時(shí)空限制

由于東西部發(fā)展不平衡，我國的很多高校發(fā)展差距較大，這也造成很多高校的體育教學(xué)場地、場館建設(shè)差距較大，因此學(xué)校的教學(xué)條件也受到限制，而通過VR技術(shù)可以把運(yùn)動(dòng)場景制作成三維圖像，然后輸入到VR設(shè)備中，學(xué)生可通過VR設(shè)備模擬的運(yùn)動(dòng)場景進(jìn)行學(xué)習(xí)以此來解決場地和空間的限制，從而彌補(bǔ)教學(xué)條件中的不足。例如：南方的高校可以通過VR進(jìn)行模擬滑雪課程教學(xué)，學(xué)生通過佩戴VR眼鏡看到滑雪場地、身著滑雪裝備的模擬教師的完整教學(xué)動(dòng)作、分解動(dòng)作以及動(dòng)作模仿同步分析等。簡單、方便、真實(shí)性和可操作性等優(yōu)勢大大突破了時(shí)空的限制。

3.4 數(shù)字化學(xué)習(xí)，實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)習(xí)行為

通過對VR技術(shù)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和教學(xué)內(nèi)容開發(fā)，結(jié)合VR設(shè)備和輔助的硬件設(shè)備，在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)數(shù)字化教學(xué)和學(xué)習(xí)，數(shù)字化教學(xué)即模擬教學(xué)場景。實(shí)時(shí)記錄教師教學(xué)過程，跟蹤教學(xué)數(shù)據(jù)，有效地監(jiān)控教師的教學(xué)行為。數(shù)字化學(xué)習(xí)即學(xué)生通過模擬的教學(xué)場景，根據(jù)自身的學(xué)習(xí)需求改變教師的教學(xué)形式和視角，通過VR設(shè)備記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，有效地監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。通過教師的教學(xué)過程、教學(xué)數(shù)據(jù)和學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)行為等數(shù)據(jù)，可以有效地反饋學(xué)習(xí)效果。

3.5 教學(xué)改革和發(fā)展為VR技術(shù)提供了良好的契機(jī)

圖1 2017Q2全球VR硬件廠商出貨量及市場份額

工業(yè)和信息化部發(fā)表關(guān)于加快推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見﹝2018﹞276號，意見中提出：推進(jìn)重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)用，引導(dǎo)和支持“VR+”發(fā)展，推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)品在制造、教育、文化、健康、商貿(mào)等行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，創(chuàng)新融合發(fā)展路徑，培育新模式、新業(yè)態(tài)，拓展虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用空間。推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高等教育、職業(yè)教育等領(lǐng)域和物理、化學(xué)、生物、地理等實(shí)驗(yàn)性、演示性課程中的應(yīng)用，構(gòu)建虛擬教室、虛擬實(shí)驗(yàn)室等教育教學(xué)環(huán)境，發(fā)展虛擬備課、虛擬授課、虛擬考試等教育教學(xué)新方法，促進(jìn)以學(xué)習(xí)者為中心的個(gè)性化學(xué)習(xí)，推動(dòng)教、學(xué)模式轉(zhuǎn)型。打造虛擬實(shí)訓(xùn)基地，持續(xù)豐富培訓(xùn)內(nèi)容，提高專業(yè)技能訓(xùn)練水平，滿足各領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才培訓(xùn)需求。促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)教育資源開發(fā)，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化示范應(yīng)用，推動(dòng)科普、培訓(xùn)、教學(xué)、科研的融合發(fā)展。VR技術(shù)的發(fā)展和“互聯(lián)網(wǎng)+”的大力帶動(dòng)，為體育事業(yè)、產(chǎn)業(yè)以及整個(gè)教育事業(yè)帶來了長足的發(fā)展。VR技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，一方面對我國傳統(tǒng)教學(xué)模式帶來理念和模式上的沖擊，潛移默化地影響今后的教學(xué)發(fā)展方向；另一方面隨著教學(xué)改革的深入和經(jīng)驗(yàn)的累積慢慢趨向合理和成熟。

4. VR技術(shù)應(yīng)用在高校體育課程的不足

4.1 VR技術(shù)的成本制約了在教育領(lǐng)域的發(fā)展

VR技術(shù)已經(jīng)被提出很多年了，但是發(fā)展比較緩慢。VR技術(shù)屬于電子科技產(chǎn)品，研發(fā)成本較高，更新?lián)Q代快。通過(圖1.2017Q2全球VR硬件廠商出貨量及市場份額)可知，制造VR設(shè)備的都是有實(shí)力的大公司，如：三星、索尼、HTC等，他們的產(chǎn)品價(jià)格昂貴，但是用戶體驗(yàn)較好。而一些實(shí)力較弱的公司推出的廉價(jià)VR設(shè)備，實(shí)際體驗(yàn)效果較差。昂貴的制造成本在一定程度上阻礙了VR技術(shù)在教育領(lǐng)域的發(fā)展，這也成為制約VR技術(shù)在學(xué)校發(fā)展和普及的重要因素。

4.2 VR技術(shù)在教育領(lǐng)域中的程序和內(nèi)容開發(fā)不成熟

在2017年中國虛擬現(xiàn)實(shí)市場規(guī)模達(dá)到52.8億元(圖2.2016-2020年中國虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)行業(yè)市場規(guī)模及增長走勢)，雖然虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的逐漸成熟，資本逐漸進(jìn)入，市場規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大，但是在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用較為匱乏，更多的應(yīng)用在電子競技領(lǐng)域。

圖2 2016-2020年中國虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)行業(yè)市場規(guī)模及增長走勢

4.3 人們對VR技術(shù)的認(rèn)識不夠全面

VR技術(shù)作為近年來快速發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，目前發(fā)展還沒有普及。VR技術(shù)應(yīng)用到高校中，高校教師擔(dān)心引入后，學(xué)生會(huì)沉迷于當(dāng)中，不能夠幫助學(xué)生完成學(xué)業(yè)，還會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)。再者就是昂貴的價(jià)格和高昂的投入能否獲得有效的回報(bào)，也是學(xué)校有關(guān)部門需要考慮的問題。

5. 結(jié)語

雖然VR技術(shù)在教育領(lǐng)域中的發(fā)展不夠成熟，高昂的價(jià)格阻礙了在教育領(lǐng)域的發(fā)展和普及，但是VR技術(shù)作為一種新興技術(shù)，它的理念是先進(jìn)的，具備強(qiáng)大的優(yōu)勢和潛能，相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，軟硬件設(shè)備的不斷完善，其成本逐漸會(huì)下降。在未來的教學(xué)當(dāng)中發(fā)揮著重要的作用，對提高教師的教學(xué)訓(xùn)練水平、改善教學(xué)環(huán)境、優(yōu)化教學(xué)過程、培養(yǎng)有創(chuàng)意和創(chuàng)新能力的體育人才和團(tuán)隊(duì)起到推動(dòng)作用。