虛擬現實技術在學校體育中的應用

（西北師范大學 甘肅 蘭州 730070）

1、虛擬現實技術

虛擬現實(Virtual reality)通常被描述成一種媒介，例如，手機，電視等信息通訊設備，這種媒介通常是由多種不同技術設備組合所構成，包括軟件，硬件設施、傳感設備、顯示器和其他設備，是融合計算機圖形學、傳感器技術、人機交互技術、多媒體技術以及人工智能技術等多領域融合的產物。基于技術設備模仿、刻畫、創造幾近真實的三維虛擬現實場景，作用于用戶的視聽覺和感知覺，讓用戶從主觀感覺上產生身臨其境的感覺。

1.1、定義階段

關于虛擬現實技術的研究可追溯到上世紀六十年代，由作家Ivan Sutherland發表一篇名為“The Ultimate Display”的文章，對虛擬現實這一現象進行闡述，并未將其定義為 “虛擬現實”。1984年William Gibson出版一本名為《Neuromancer》的書中，他設想人類可以遨游在基于計算機生成的世界中，將這個世界命名為Virtual reality。即使他提出時間較早，但并沒有被大多數人認可，人們更愿意相信美國計算機科學家Jaron Lanier，認為他賦予了虛擬現實的科學含義，將人機交互技術定義為虛擬現實。后來還是有部分人認為虛擬現實是自相矛盾的，曾今使用過或者正在使用的與虛擬現實表述范疇系統的術語：虛擬環境（Virtual environment）、同步環境（Synchronization environment）、人造空間（Artificial space）、人工現實（Artificial reality）、模擬器技術（Simulator technology）等，雖然這些術語表達近似相同的意思，但還是虛擬現實應用較多。

1.2、發展階段

1987年以后，任天堂、世嘉等大公司紛紛開始推出自家的虛擬現實設備。但由于當時思想觀念和用戶的規模，最終都被埋沒在歷史的長河中。但是，他們的許多構思為今天的虛擬現實設備提供了新的設計思路和設計理念。

這項技術得以重視是在1990年第十七屆國際圖形學會議上，在眾多學者的關注下，信息交互技術從二維向三維以至于多維方向發展，并且取得了不錯的成就。直到1992年國際圖形學會議上展示了成熟的虛擬現實系統。

1993年，Burdea在Electro 93國際會議上發表的“Virtual Reality System and Application”中提出虛擬現實的三個特性：Immersion（沉浸）、Interaction（交互）、Imagination（構想），也稱作為三“I”特征。

1.3、應用階段

此階段虛擬現實技術理論進一步發展和開始廣泛應用的重要階段，在這一時期，越來越多的人嗅到了這一領域巨大的商機，更多的大型公司加入進來分割著一塊蛋糕，例如，Oculus、Alphabet、Virtuix、Virtuix、Sony、Samsung、HTC 等。 現在，VR 設備更注重于用戶的使用體驗，同時，兼顧價格和便攜性，基于虛擬現實技術的虛擬環境實現了用戶與虛擬環境實時交互，其特有的性質在改變用戶認知的同時也支撐了虛擬仿真系統的研發。隨著時間的推移，虛擬技術的研究主要圍繞環境、行為、康復、仿真、手術、教育等內容展開，應用領域涉及先進制造、環保 、管理 、娛樂和授課等方面。

2、虛擬現實技術在學校學校體育中的應用

2.1、虛擬現實技術在學校學校體育中的應用優勢

在當前學校體育的授課中主要以傳統課程模式為主，通過教師口頭講授，動作展示，器械輔助，結合圖像、視頻等資源進行授課，而隨著信息技術的發展，虛擬現實技術逐步成為現代教育技術的核心內容之一，相較于其他授課方式，虛擬現實技術的教育中應用在一定程度上打弱化在傳統授課過程中教師的主導地位，學習著可以利用豐富的資源將理論學習、動作技能練習、自我測試相結合，在虛擬現實技術錯創造的虛擬情景中輕松愉悅的學習。

學者余千春等人把虛擬現實技術在學校體育中的應用優勢描述為可以避免學校體育中的傷害事故等5個方面。而王繼康認為：虛擬現實技術在學校體育中的應用優勢為避免運動傷害和規避訓練中的意外，僅從安全角度考慮了應用的優勢，卻并不完整，存在局限性。近年來錢隆總結為三個方面：（1）避免體育活動意外；（2）降低高難度體育訓練傷害；（3）彌補體育設施方面的缺陷和不足三個方面，此觀點在前者基礎上進一步完善，且更為具體。

從學習者的角度來說，應用虛擬現實技術可以將聲音、文字等陳述性知識轉變成程序性知識，在學習過程中更深層次的理解使技能的習得事半功倍。從教授者的角度來講，降低了的體育活動中的危險性，虛擬現實技術的應用一方面是減小了難度動作學習中，由于動作難度較高而存在的危險性；另一方面是體育活動中存在一定的對抗性，操作不當所帶來的傷害。所以，虛擬現實技術應用到學校學校體育中，不僅有利于學習者掌握運動技能，而且能使學校體育教學效果得到有效提升。

2.2、虛擬現實技術在學校學校體育中的應用形式

目前應用于學校體育的虛擬現實設備多以HTC VIVE頭戴式虛擬眼鏡，學生通過佩戴設備與虛擬現實環境進行交互。而虛擬現實系統根據交互和沉浸程度的不同可以分為：（1）桌面式VR系統（Desktop VR）；（2）增強式 VR 系統（Augmented VR）；（3）沉浸式 VR系統（Immersive VR）；（4）分布式 VR 系統（Distributed VR，DVR）。虛擬現實技術在學校體育授課中的應用主要運用桌面式VR系統和沉浸式VR系統兩種，前者通過顯示屏幕觀察虛擬環境，借助操作設備，對虛擬環境中物體進行旋轉、平移等操作，多視角來觀察虛擬環境，利用電腦屏幕讓學生直觀的對知識理論、運動技能加以認識，進而對在授課過程中已存在或者將要產生的誤區進行修正，后者使用沉浸式VR系統，利用頭戴式顯示設備和手柄等交互設備，將用戶視聽覺和其他感覺從現實轉換到虛擬環境中，作為虛擬環境的“一部分”，從而讓參與者產生一種身臨其境、全身投入的感覺。

隨著虛擬現實技術的不斷完善和和廣泛應用，在學校體育中在應用形式也愈為廣闊，余千春認為，“虛擬現實技術在學校體育中的應用包括5個方面：知識學習、虛擬運動試驗、技能訓練、體育網絡遠程教育和學術交流。隨著時間的推移，學校體育課件的制作和體育訓練成為了主要應用形式，也有學者認為事故預防也作為主要的形式，但事故預防只作為虛擬現實技術在學校體育中應用的功能，不能作為一種手段應用于學校學校體育。近年來，隨著信息技術的的發展，虛擬現實技術與學校學校體育深度耦合，更加切合實際，符合當代學校體育目標，安沙沙等人提出，“虛擬現實技術在學校體育中的應用有四點，一是模擬運動場景，突破時空限制；二是創新教育模式，提高學生學習興趣和教學效果；三是數字化學習，跟蹤學習數據，有效監控學習行為；四是功能開發性強，高校學校體育應用前景廣闊。

當前在學校體育中應用虛擬現實技術處于初級階段，依然存在一定的局限性，但隨著時間的推移，虛擬現實技術必然會更、全面更完整、更切合實際的應用于學校體育中。

2.3、虛擬現實技術在學校學校體育中的應用效果

隨著時間的推移，虛擬現實技術應用于學校體育方面發文量呈明顯上增趨勢，較多實驗設計者致力于體現出傳統授課模式和虛擬現實授課模式的差異，而相較傳統授課模式而言，虛擬現實授課在學習興趣、理論認知、動作技術掌握等方面優于傳統授課，在身體素質方面實驗組和對照組沒有明顯差異，表明虛擬現實在學校學校體育中對身體素質提高效果并不明顯。

當前環境下虛擬現實技術應用于學校學校體育中并不是很廣泛，運動項目主要分布在跆拳道、網球、高爾夫、武術、體育舞蹈、田徑方面，在此外其他項目授課理論和可行性分析較多，并未出現虛擬現實授課的干預實驗。

跆拳道項目中，鐘亞平等人對跆拳道中前滑步、上步、后滑步、前踢、橫踢五個技術動作實驗測試，結果顯示基于WEB虛擬現實技術的跆拳道授課系統對跆拳道授課的授課效果提高具有顯著性差異，孫華飛從專項素質、動作技能練習和比賽練習等三方面對跆拳道技術授課中前踢技術展開研究。前者驗證虛擬現實授課系統對跆拳道技術技術的優勢性，后者利用虛擬現實技術加速技術動作的形成，從而激發學生主觀能動性。

網球項目中，黃珺通過案例授課、對比分析、問卷調查等方法對虛擬現實技術在網球理論授課中的應用效果作出進一步探究，在學習興趣、網球理論、實際技能水平有顯著性作用，實際技能平選用正反手落地球、截擊球、切削球、放小球、發球等5個方面，在截擊球方面影響不顯著，其原因一部分可能是系統的缺陷，在對來進球進行截擊時不能感知到球的沖擊力，從而不能作何合理的反應，另一部分原因可能來源于參與者本身，個體對球力度大小感知有較大差異。導致該項目沒有明顯提升。程立以網球項目為出發點比較虛擬現實授課和傳統授課中興趣培養、技術掌握、心理動機的效果差異，他將技術掌握中顯示出的差異性歸因于興趣，趨于體育興趣致使虛擬現實授課組在技術掌握中有更好的表現。心理動機表明：虛擬現實授課實驗組在學習興趣的養成、主觀能力培養、努力程度、壓力程度和人際交流等多個層面都強于傳統授課組。

高爾夫項目中盧劼利用虛擬現實技術從木桿開球、鐵桿擊高遠球、推桿入洞三個角度進行動作分析，結果顯示對基本運動素質提升作用較小；揮桿擊球技術提高作用較大；對推桿技術穩定性的提高作用較大，邵瑞芳分別從分別對高爾夫、田徑、武術三個項目進行實驗，從興趣、體能、運動技能三個方面進行對比分析。從興趣維度認為虛擬現實技術的應用不僅能夠滿足學生內部需要，還可以創造融洽的虛擬學習環境；在體能維度和運動技能維度來看，各項目在體能維度上實驗組的成績均優于對照組的成績，且實驗前后實驗組提高幅度大于對照組的提高幅度。

3、結論

（1）虛擬現實技術應用于教育方面主要體現在虛擬實驗室、虛擬學習環境、遠程教育、虛擬教學等方面，教師利用虛擬現實技術將授課內容呈現在學生面前，進一步的把知識形象化，揭示事物變化的本質、事物運動的的形式和規律以及相互之間的關系。學生在學習過程中不僅僅應該是一個觀察者，更是一個積極主動的參與者，通過虛擬現實所創造的虛擬環境，通過“虛”、“實”相結合的的方式對知識進行學習和理解，進而達到更高的認知水平，最終顯示出更好的學習效果；

（2）目前，隨著信息技術的發展和國家對虛擬現實技術的教育應用重視，虛擬現實技術在授課中的應用有了更好的發展，但是虛擬現實技術在教育應用上還存在一定缺陷，主要表現為系統應用歇后于技術的發展，因此，在學校授課中如何利用虛擬現實技術提高學生的學習效果，建立基于虛擬現實的授課模式，讓學生接受更具體和完整的信息，使學生更加熟練的掌握和應用知識技能將成為未來教育改革新趨勢。

4、未來展望

隨著虛擬現實技術的成熟化，今后發展趨向于低成本、高效益，而在學校體育的應用上要考慮成本投入、交互性、實驗實驗周期、沉浸性等因素，當然，基于虛擬現實的授課模式并不能取締傳統學校體育模式，僅作為一種工具或手段來豐富授課形式，提升學生參與度，最終以提升教學質量為目的。