虛擬仿真技術進入高校體育專業術科課堂教學實驗研究

熊靜梅 譚 進

吉首大學體育科學學院，湖南 吉首 416000

虛擬仿真是以計算機技術為核心生成的具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環境，使用者利用匹配的設備進行人機交互聯系，使人產生身臨其境的體驗。虛擬仿真技術作為教學現代信息化技術應用到教育教學的有效載體，以其主題鮮明、問題聚焦以及交互性強等特征，正在被普遍應用到諸多學科的教育教學中。在5G技術的推動下，本研究主要采用實驗法，以高校體育專業學生創新創業能力為出發點，將現有大學生培養模式進行擴展，以學生的創新能力培養為重點，以虛擬仿真實踐教學為載體，從多層次和多方面設計體育專業技術教學實驗方案，將虛擬仿真技術與體育專業術科課堂教學相結合，改變多媒體課件制作目的不明確、教學方式枯燥、教學效果不理想的狀況，以彌補教學和訓練條件不足，解決教學形式單一等問題，讓學生能更親密地接觸和體驗體育運動帶來的樂趣，達到提高學生運動技能、增強學生學習興趣、改善課堂教學效果的目的。

1 相關概念簡介

1.1 虛擬仿真相關介紹

隨著5G技術的誕生，加大了網絡速度要求較高技術領域發展的空間。虛擬仿真是以計算機技術為核心制成的具有多種感知的虛擬世界，使人產生真實的體驗。該技術集合了計算機仿真、計算機圖形、人工智能、數字圖像處理、多媒體技術、傳感、網絡及顯示等多個領域技術的綜合性信息技術。[1]虛擬仿真技術被引入實訓教學環境中，打破了傳統枯燥乏味的教學方式，且以有效提高學生發展創新思維為目標。

1.2 課堂教學

課堂教學是在各種教學模式中普遍使用的一種教學手段。它是指在法定的一次課中，按照教學大綱和教學計劃規定的內容，由教師給學生傳授知識和技能的全過程，它主要包括講解、示范、問答、解惑等教學活動以及所使用的各種教具。通常把年齡或知識程度相近的人群，聚集在固定的班級，按統一的教學大綱內容，選擇適當的教學方法，并在固定的時間內，向學生教授教學內容的組織形式。[2]

2 實驗對象與方法

2.1 實驗對象

以吉首大學體育教育專業2017級足球專項班24名學生為實驗對象（男生18人，女生6人），其基礎條件基本相同，并隨機分成兩組，進行實驗前后的教學效果測試。

2.2 實驗方法

將學生隨機分成實驗組、對照組，每組各12人。對實驗組學生進行為期8周，每周2次課，每次課2學時，共32學時的足球基本技術教學。運用環屏足球模擬分析系統，對實驗組學生的技術動作進行診斷和糾正，并運用無線實時動作捕捉系統采集學生的動作數據，且進行比較分析。兩組學生在課余時間均不進行附加練習，教學內容為足球繞桿射門技術。實驗前后對學生的繞桿射門速度、運球穩定性與射門落點準確性進行測試，并對測試結果進行數據對比分析，最后得出實驗結論。

2.3 統計分析

對獲取的有效實驗信息采用SPSS19.0進行數據的錄入、統計和分析，計算實驗前后學生測試的數據均數比較采用t檢驗，運球的穩定性和射門準確性的頻率比較采用χ2檢驗。

3 實驗結果與分析

本實驗將虛擬仿真技術運用于實驗組的足球課堂教學中，與傳統教學模式（對照組）的教學效果進行對比分析。實驗效果評估主要包括繞桿射門速度、運球穩定性與射門落點準確性三個方面。

3.1 實驗組與對照組繞桿射門速度差異情況對比分析

實驗前后兩組對比：由數據統計結果可見，實驗前實驗組與對照組學生測試數據進行組間比較，差異性檢驗p值均大于0.05（見表1），表明實驗前兩組之間沒有顯著性差異，即足球專項學生在繞桿射門的速度上不存在顯著性差異，且可說明所選實驗對象的技術水平是在同一水平的群體。如果在實驗后組間學生繞桿射門速度發生變化，則可認為虛擬仿真技術引起了學生速度的變化，即實驗結果具有可靠性和可信性。同時，實驗后實驗組學生繞桿射門速度平均值比對照組低，表明實驗組學生繞桿射門速度比對照組學生快，且速度差異具有高度顯著性（p<0.01）。由此說明虛擬仿真技術進入足球課堂教學對實驗組學生繞桿射門速度提高具有積極的促進作用。

表1 實驗組與對照組實驗前后繞桿射門速度對比統計表

實驗前后組內對比：通過虛擬仿真技術進入足球課堂后實驗組速度數據比實驗前要低，驗證了實驗后實驗組學生繞桿射門速度水平有所上升，且前后差異具有高度顯著性（p<0.01）。另外,實驗過程中對照組學生在傳統課堂教學方式進行教學的情況下，其實驗前后速度變化不明顯，且差異不具有顯著性。

3.2 實驗組與對照組運球穩定性情況對比分析

由表2可見，實驗前兩組學生運球失誤球個數和失誤率比較結果顯示：差異性檢驗p值均大于0.05，表明在實驗前兩組之間沒有顯著性差異。通過32學時的虛擬仿真進入課堂教學后，實驗組與對照組之間學生運邊球失誤率比較出現高度顯著性差異（p<0.01），且對照組學生的運球失誤率明顯高于實驗組，說明通過虛擬仿真課堂教學增強了實驗學生的運球穩定性，降低了學生的運球失誤率。

表2 實驗前后實驗組與對照組運球穩定性數據對比統計表

實驗前后組內對比：實驗后實驗組學生的運球失誤個數有所減少，失誤率8.33%明顯低于實驗前，且差異具有高度顯著性（p<0.01），驗證了通過虛擬仿真教學實驗組學生運球穩定性得到改善。同時可見，對照組學生在沒有進行教學方法干預的情況下，其運球失誤率仍較高，數據變化不大，且前后差異不具有顯著性。

3.3 實驗組與對照組射門準確性情況對比分析

實驗前后兩組對比：在實驗前規定了射門落點的前提下，實驗前兩組學生射門落點的準確率均偏低，其之間的差異不具有顯著性（p＞0.05）。實驗后實驗組學生射門落點準確率提升到88.48%，與對照組（50.74%）的數據相比差距較大，且差異具有高度顯著性（p<0.01），可見通過32學時的實驗教學，實驗組學生對射門落點準確性的把握得到了很大的提升。

表3 實驗組與對照組實驗前后射門落點準確性數據對比統計表

實驗前后組內對比：實驗前后實驗組學生在射門落點準確率上發生了較大的變化，通過虛擬仿真實驗教學后實驗組學生擊球落點準備率與實驗前（40.44%）相比差異具有高度顯著性（p<0.01），表明虛擬仿真技術進入足球課堂教學有利于提高學生射門落點的準確性。而實驗后對照組學生的射門落點準確率仍較低，其數據顯示變化不大，且差異不具顯著性（p＞0.05）。

4 討論

在體育術課課堂教學中將虛擬仿真技術作為老師的一種輔助教學手段和方法[3]，以達到提高教學效果的目標，是切實可行并具有一定實踐意義的。通過對實驗結果分析得出：虛擬仿真技術進入足球專項課堂教學中，對提高學生繞桿射門速度、運球穩定性與射門落點準確性具有明顯的效果。實驗后實驗組學生繞桿速度平均值比對照組要低，且差異具有顯著性（p<0.01）。可見，學生使用多個單個技術動作的連貫性，即學生在運球繞桿并完成射門組合動作的用時縮短，說明虛擬仿真教學有利于提高學生的運球速度。學生在學習足球基本動作的初期，技術動作形成的過程僅僅通過主觀感覺和肌肉記憶，教師的客觀指導對學生的干預有限，學生缺乏對自己技術動作直觀、定量的認知，不僅不利于學生運球過程觸球動作的動力定型，且組合動作的連貫性也很難得到改善。[4]

采用無線實時動作捕捉系統能有效改善學生動作的準確性、連貫性，同時，量化學生技術動作與優秀運動員之間的細微差距，為教師指導學生、學生自主練習時提供準確的數據參考。[5]通過32學時的教學后，實驗組學生運球穩定性和射門準確性得到明顯改善并優于對照組，且差異具有顯著性（p<0.01），說明運用無線實時動作捕捉系統進行輔助教學有利于學生運球技術穩定性和射門準確性的提升，對學生動作學習的過程進行有效指控，能讓學生更直觀地認識技術動作的幅度、方向、觸球時機、發力均衡度等。

在運用無線實時動作捕捉系統進行輔助教學時，教師可幫助學生分析技術動作中存在的不足，并在練習中反復強調，既培養了學生有針對性學習的好習慣，又達到了預期的教學效果，并為今后其他技戰術的學習打下堅實基礎。

5 建議

足球專項學生在動作學習與動力定型時期，可引入虛擬仿真技術進入課堂教學。運用無線實時動作捕捉系統進行輔助教學，并與優秀運動員動作數據進行對比分析，有利于學生體會和鞏固動作，形成動力定型，更有利于提高學生學習積極性。根據掌握基本技術的實際情況，可要求提高運球和射門質量，加強運球的穩定性，減少射門失誤率的同時還應提高射門落點的準確性，最終達到提高運動技能的效果。教師應對教學環節進行有效把控，可加大教學要求，既能增強學生體能，磨練學生意志，又能提高學生的運動技能。