數字時代下虛擬現實技術在高職院校體育課程中的應用研究

黃 正，張成云

1 研究目的

在國民經濟和社會發展的第十三個五年規劃綱要第十四篇《提升全民教育和健康水平》第四節“加快學習型社會建設”中提出了：推動各類學習資源開放共享，發展在線教育和遠程教育，整合各類數字教育資源向全社會提供服務[1]。在快速的數字化時代下，虛擬現實技術(Virtual Reality，以下簡稱為VR)能夠突破時間和空間的界限，提升個人體驗的真實感，其具有沉浸性，交互性和構想性的特征[2]。將VR技術運用到教學活動中，師生可以多方位自由觀察和學習空間結構細節[3]，通過場景化的虛擬教學提高學生的學習能力和水平[4]。目前，國外VR技術市場在教育應用中包括了仿真教學、醫學實驗等[5]，VR產品已不再是簡單地為游戲而服務，各行各業對信息化技術的應用要求也逐步提高。大量的實證研究發現，VR技術在不同的教學課堂上對于學生的學習積極性顯著正向作用(文海榮，2021；王玉清，2020等)。隨著我國體育運動健兒在國際舞臺上的出色表現，人們對于體育運動的關注度和投入消費產比也逐步提高，健康運動將進入虛擬與現實的場景，枯燥的運動與娛樂相結合，將活動變得有趣，同時增加個人的運動動力。然而，究竟如何把虛擬現實技術應用于職業院校的體育課程上，對于教師和學生有什么積極影響，還值得進一步研究探討。本研究擬提出假設、分析及探討體育課堂上應用虛擬現實技術的可行性。

普通高校是對專科層次高等學校及院校的統稱。當前高職學生在對接社會過程發現其思想素質較差、心理素質弱、人文素養低等問題[6]，學習專注度普遍低下，對于公共課的喜歡程度整體不高[7]，其中有四成學生認為是“教師教學方法不當降低教學吸引力和學習效果”。在個人的主觀能動性上，他們也意識不到鍛煉的意義，運動能感低，把體育鍛煉能力差歸因為無興趣、體格差和缺少練習等[8]。有學者研究發現VR技術應用在體育課堂上能突破以往的單一教學模式，增強師生間的有效交流，提高學生主動體育鍛煉的積極性(牛大三，2019；崔波，2018等)，然而大部分學者更加偏向于VR技術對提高學生體育技能和學習興趣的相關研究，較少在課程思政、愛國教育及競技現場的創設進行研討。因此，希望借用VR技術提高學生體育運動的內在驅動力，加強他們的學習動機和學業需求；同時，通過沉浸式探索與感知所創造的情境，結合VR技術對高職院校學生進行“體育強國”的愛國情感教育。

綜上，VR體育也是教育信息化的一部分，其突破傳統的說教方式，以新穎的、真實的、沉浸式的用戶體驗從“室內”搬遷到“室外”。VR技術對于體育教育所產生的裂變，讓運動空間不止于想象，而是變成真正的事實。虛擬現實技術能為體育課程創新改革提供科學的理論依據，還能推進普通高校健康體育發展提供積極有效的實踐研究。

2 研究方法

2.1 文獻資料法

以虛擬現實技術、體育課堂、思想道德教育、設計研究等為關鍵詞，通過中國知網，維普網、國家社科學術刊物數據庫等進行檢索，引用有關的理論成果，以體育課程為線索，提出合理的虛擬教學情境假設，為現階段體育課程提供有效的信息技術指導。

2.2 定性分析法

基于權威的論文指引下，通過查閱及引用相關的論據，運用歸納、演繹及抽象等方法來分析收集的材料，選擇對文章論點有用的材料，去偽存真、由表及里進行討論。

2.3 探索性研究法

利用目前已有的權威研究和VR技術信息，對現有所掌握材料認真地探索和創造新的知識，探討VR技術對職業院校體育課程的構建和應用提出可行性設想和建議，并擬出可實行的應用研究方案。

3 結果與分析

3.1 虛擬現實技術在職業院校體育課程的應用現狀

肖龍星[9]提出若未來VR技術能應用于高校的各類專業課程中，師生教學課堂主陣地會呈現出新的教學模式。學生可以從虛擬世界提供的信息直觀而真實地感知到設計的場景，讓學習者直接操作虛擬物體，肢體還能感知其帶來的反作用力[10]，沉浸式地投入枯燥乏味的徒手動作練習和理論知識。在搜索和閱讀論文數據庫的過程中，發現VR技術目前已廣泛地應用于高校的各類專業課程上，但VR技術在普通高校體育課程的投入使用性并不高。這是因為：一方面，現階段學校對體育課程功能認知的缺乏，簡單地認為體育課堂僅是為了增強學生體質，而忽視了體育的“德育”功能，對體育課堂信息化的建設重視程度不高，對體育部門的經費支持力度小，難以實現體育課程建設的創新與改革；另一方面，高校之間及高校內部的學科部門之間缺乏交流與資源共享設置。

3.1.1 虛擬現實技術基礎設備

VR技術一般由以下設備組合：一體機顯示屏(圖1)，其具備獨立運算、輸入及輸出能力，沒有連線束縛，自由度較高。Pico Neo3 VR頭顯(圖2)，也可稱為VR眼鏡，其頭戴式設備是為了將人對外界的視覺和聽覺進行封閉，引導用戶沉浸虛擬環境中。虛擬現實技術操控平臺(圖3)，通過外界視頻的導入進行遠程的操作輸出，實現一對多的后臺控制功能。投屏電腦輔助顯示器(圖4)，通過傳輸設備將內容投顯到屏幕再反射到人眼的輔助工具。

圖1 一體機顯示屏

圖2 Pico Neo3 VR頭顯

圖3 虛擬現實技術操控平臺

圖4 投屏電腦輔助顯示器

3.1.2 虛擬現實技術用于職業院校體育課程的技術教學設計

VR技術融于體育課程教學涵蓋了：課前導入、技術講解、重難點分析、技術動作訓練等方面。內容包括：項目選擇、教學環節、學生需求。如下所示(圖5)。

圖5 課程設計流程

3.1.2.1 傳承體育文化，弘揚體育精神

根據體育課程項目來選擇相應的史載紀錄視頻。教師在體育課堂授課初期，都會對本項目的起源和現狀進行一個簡潔的概述，讓學生了解該項目的發展過程和目前的文化價值。比如乒乓球歷史發展中，聞名中外的“小球推動大球”事件。學生可以通過虛擬眼鏡，在環境交互中近距離跟隨毛主席的腳步，仿若其中旁聽中外交談內容，讓學生了解接觸乒乓球的現實意義，培養學生愛國主義的責任感和使命感。以此類推，將每個體育項目的發展歷程與VR虛擬技術相結合，讓每一個學習者打破時間和空間的局限，沉浸式地站在歷史的時空中去了解該項目的發展史。觀影完畢后，教師切換真實的比賽場景，通過視覺、聽覺模擬等形式讓學生猶如身臨比賽現場，沉浸式觀看某一比賽片段，加入升國旗、奏國歌的部分，激發他們的情感共鳴。體驗片段結束后，學生完成課堂的問答環節，教師對進行歸納總結。

3.1.2.2 緊扣教學基本環節，激發學生學習興趣

傳統體育課堂常規包括了準備部分、基本部分、結束部分。課堂的基本部分是整個課堂的教學核心，由本節課堂的教學目標、重難點組成，教師要講述本節內容的動作要領、注意事項并示范標準動作。在集中講解技術動作的環節上，采用VR技術把場景導入，將要學習的技術動作進行虛擬場景的沉浸式展現，學習者利用現場的VR技術設備，進行身臨其境的教學體驗。教學步驟設計如下所示(圖6)。

圖6 體育課堂技術動作展示設計

根據圖6流程所示，教師先寫好動作預設的腳本，利用VR技術設備將本節課技術動作的重、難點錄入設計，視頻學習的內容由相關體育專業課程的教師提前進行錄制，再設置教師的語音教學導入到相對應的教學虛擬場景中[11]。VR技術對導入的視頻進行運動路徑的設計，然后將提前錄制好的語音講解與有關的動作設計相匹配，為因材施教，加入學習進度和技巧學習的速度調配。學生戴上VR技術設備的頭顯(如圖7)，自主選擇運動場景，手握虛擬物體桿(圖8)，對虛擬場景出現的運動路徑場景進行模仿練習。在該部分可以加入與該體育項目有關聯的體育游戲(圖9、圖10)，教師可以對學生一控多地進行分批練習，提高課堂趣味性，同時教師可以設計學習任務讓學生參與其中，作為課堂常規考核方式和手段。

圖7 學生戴頭顯沉浸觀影

圖8 持虛擬手桿沉浸體驗

圖9 網絡用圖(乒乓球教學模式)

圖10 網絡用圖(乒乓球實戰模式)

3.1.2.3 有針對性地加強學習需求

與傳統課堂講授相對比，學生可以根據自身的學習進度來復習技術動作，在減少教師重復演練和講解技術動作的同時，也培養和提高了學生體育運動的自主性和目的性。教師可以通過后臺觀看到學生的學習記錄和頻率，從大數據中了解到學生掌握技術的整體情況，根據實際來制定符合大學生體育鍛煉的教學大綱和教學內容。

綜上所述，體育課堂形式不同于其他的課程，其需要更為廣闊的運動空間，方能高效地完成該課程的教學內容，達到較好的教學效果。但VR技術設備的空間限制性和無實物的操控過程，是難以解決實際體育課堂上對抗類體育項目的實物實景操練；同時體育信技術的教學學資源缺乏，課堂實施過程中也容易出現斷節的情況，設計不連貫性，也容易使學生對技能接收有滯后性，故這一步的技術應用需要更長時間探索。

3.2 VR技術用于職業院校體育課程的意義

3.2.1 VR技術用于職業院校體育課程的重要性

數字化時代的背景下，普通高校體育課程教學進行各式各樣的教改創新和實踐探究，每一項體育運動都具有其獨有的運動方式，但傳統、單一的教學模式在現實的體育教學中依然呈現出枯燥無味、機械化課堂的表現形式。尤其在炎熱高溫狀態下的夏季體育課堂上，學生學習狀態大部分處于消極、被動的散漫狀態。如何讓學生迅速并全神貫注投入體育課堂上，一直是體育課程需要解決的現實問題。由于大學生身心自由度和輕松的學習狀態，以及學校文體生活的豐富多樣性，當他們在學習或者生活中遇到困難，出現不良狀態時，體育課不再是他們消極情緒得到調節的唯一手段。另一方面，非對抗性體育專項，如：太極、健身氣功這類較為乏味的項目，學生在學習過程中對動作細節、角度、位置、方向變化的綜合運動能力要求較高，特別在高溫環境下，需要心神靜謐的慢動作體育項目，更容易讓學生出現厭學心理，教師出現職業倦怠表現。

引入虛擬現實技術可以讓師生在舒適的環境下進行虛擬場景的不同切換，讓無趣的環境生動化，學生沉浸式狀態下跟隨教師的語調及VR設計好的動作角度進行模擬學習。在豐富教師教學方式的同時，轉變學生的學習態度，更能提高體育項目學習的效率和質量，為體育教學課堂和信息技術創新融合注入新思路。

3.2.2 較同類課程改革的優勢

高職體育課程使用體育器材、學習環境和教學場景資源是有限的，根據學校的課程時間安排，學生能接觸的體育活動課堂時間基本為一節課80分鐘。根據學校的教學要求大綱，體育教師教學的課堂常規基本固定不變，學生在理論學習環節的學習興趣性不高，教師理論教學效果不理想。體育課程的專業性較強，對于實踐環節的需求較高，大部分學生的體育運動技能水平較低，需要教師親身一對多的教學模式，這樣的教學實踐環節效率較低，所以信息化的教學技術在體育課堂中至關重要。

3.2.2.1 體育核心價值體系推進的有效載體

體育不僅是外在的身體活動，也是設施、器材的靜態呈現，更包括了內在的價值觀，意識形態，行為規范等。體育在教學中的應用除了在傳統課堂上進行理論講解，也要結合歷史視頻進行播放和思想教育學習。在體育實踐課堂上播放觀影視頻，對場地空間要求較高，采用VR虛擬技術的教學方式，既能讓學生在沉浸模式下學習體育歷史，感受體育運動其堅韌不拔，永不放棄的運動精神；又能在視頻學習完畢后，立馬體驗現場模擬出來的運動場景進行游戲學習和鍛煉，這使得學生學習的場景跨越了時間和空間上的限制，達到真正意義上有效的體育思政教學實踐傳播。

3.2.2.2 同步實踐的教學體驗效果

虛擬運動場景的魅力在于可以把教師理論知識教學形象化和生動化，學生通過虛擬手桿的觸感去感受學習過程中的正確路徑，教師的理論動作教學和學生的實踐模擬練習同步進行，使得學生學習思路更加清晰明了，教學者與學習者雙方的教學效果顯著提高。

3.2.2.3 豐富教學形式，讓學生對體育課程保持熱情

利用VR技術教學，學生在創設的環境中多維度觀看到物體，又能自由地切換體育項目和不同的體育環境，學生可以根據自己的心情和喜好選擇不同的運動情景，享受其帶來的真實感觀和三維度并存的學習體驗，滿足學生在學習新事物的基礎上，尋求刺激和樂趣，從而激發學生更高的體育興致。

3.3 VR技術用于職業院校體育課程的未來推廣方向

3.3.1 制作體育歷史發展歷程的VR視頻進行推廣

體育文化的傳承需要現代技術手段作為載體來傳播。體育課程的教學改革不能僅停留于體育課堂技術上的教學，更要把體育德育功能最大化發揮出來。但目前大部分高校對體育部門的課堂教學要求是少坐多動、精說多練，體育教師對于體育文明史的傳播教學幾乎為零。而多數體育教師對自身教學的體育專項歷史知識了解也是微乎其微，學生對枯燥的歷史知識學習興趣不高，這樣大環境下致使體育現實功能仍停留在強身健體上，學生基本只通過網絡來觀看大型的體育賽事，比如奧運會、世錦賽等運動賽事，短暫地接受體育愛國的情懷教育，而這種短時間的愛國滲透教育大部分來源于網絡剪切的短視頻。

此外，網絡博主為博得關注和流量，對某些體育片段的視頻還注入個人強烈的主觀意識，歪曲歷史事實，讓觀看者對體育歷史和體育規則的認知有所偏差。這就更需要我們體育工作者尋找真理來論證事實，讓學習者明白該項運動的發展歷程，對國家的歷史意義，以及目前該體育項目在國家間交流所起到的地位作用。

在數字時代下，體育課程引入VR的教學方式絕不是為了迎合大眾的趣味而標新立異，更不是為了彰顯新的教輔器材而忽略體育課程的真正內容。VR技術的引入不僅是為了提高學生對體育課堂的積極性，更是讓廣大體育工作者參與到體育歷史的推廣中，將體育教學中的德育功能發揮到位。

3.3.2 結合教學手段創設體育比賽情境

比賽情景教學對激發學生學習積極性，提高課堂教學有效性是一種常用的教學方式和手段[12]。教師進行教材分析需要了解該項目的特性，但常忽略該項目引發的樂趣及吸引人的魅力，學生在學習的過程中對于該項目賽場的意識片段也有所缺失[13]。體育課堂上VR設備中插入競賽片段(如表1)，讓學生猶如身處現場，加入歡呼、吶喊聲，運動員或教練員角色代入等，還原比賽現場的真實感，提高整體課堂的趣味性，以及愛國情懷的實踐教育。

表1 環境、聲控創設要點

3.3.3 追蹤學習數據，改革傳統考核模式

常規課堂表現判斷較主觀，教師難以用客觀數據看待整體班級學生的表現狀況；課后作業復制與應付式對待也加重教師工作量，同時也難以評判個體的學習態度和能力程度；體育課堂考勤制度占用師生教學時間也不一定達到預期的滿勤效果。引入VR技術，教師設置登錄權限，錄入個人信息，后臺觀測缺勤情況，并根據學生體育游戲完成進度、學習答題分數以及課堂練習的情況，設定相應的分數指標。學生完成項目任務，系統則自動打分進行分類，這一操作既節約了教師主觀評判時間，又客觀公正地評價學生的課堂表現。

3.3.4 打破時間及空間局限，豐富體育課程體系

虛擬現實技術為雨天室內體育課程的教學手段提供了多樣化選擇，引入VR技術的體育課堂一定程度上是可以提升學生在雨天體育課程的興趣性，符合教師理論教學的需求。根據體育項群不同項目的特性和場地特殊性，大部分的體育項目都容易受場地、天氣地理環境、消費觀念、經濟狀況、文化水平等影響。例如受天氣和地理環境的影響，我國南部地區想要開展冰上項目的體育課程幾乎秀而不實。大學生思想活躍，觀念新穎，對新鮮事物有強烈的求知欲望，但某些學生受家庭經濟狀況的影響，其體育意識難以跟上體育消費的價值取向。大學體育課堂加入虛擬現實技術，可以打破空間的局限性，體驗“炎熱夏季”里的冰雪項目，嘗試將“課堂搬到海底”的潛水運動，甚至還可以嘗試戶外高爾夫球的體驗活動等等。VR技術引入高校體育課堂，在完善室內體育課程，應對不良氣候，豐富學生不同的運動參與中起到了實踐創新的積極引領和探索價值作用。

4 結論與建議

4.1 結論

4.1.1 對體育歷史文化的推廣和傳承，堅持“以生為本”的德育主體地位。虛擬現實技術應用在普通高校的體育課堂，既能提高體育課程的趣味性，提升學生體育運動積極性和主動性，又能讓學生更加深入地了解體育運動的發展史。通過對體育歷史及賽事的認識，改變大學生對體育文化功能的淺薄認知，增強他們愛國主義的凝聚力和情感共鳴。

4.1.2 改革傳統考核模式，客觀評判學生學習態度，提高大學生課中、課后體育學習和鍛煉的積極性。豐富體育教材體系，充實課堂教學內容，具體的考核任務讓學生在每次的體育鍛煉中，不斷地進行思考、實踐和提升。

4.1.3 虛擬現實技術引入到體育課堂，不受時間和空間限制，完善體育課程內容。其能打破地理環境、地域氣候限制，實現跨時空的沉浸式運動體驗，在完善室內體育課程、應對不良氣候中起到了正面作用。

4.2 建議

體育工作者積極加入課程改革建設中，積極開發相關的課程資源；切忌盲目追求高新科技效果，而忽略了多練、勤練的體育本質，容易起到本末倒置的反作用；未來體育課程需要思考的新問題：既要將體育的德育功能發揮出最佳效果，又要保證體育課堂的鍛煉時間合理化；學校對體育教學信息化的重視，是目前虛擬現實技術投入普通高校體育課堂使用中亟待解決的一環，該過程任重道遠，更需要時間成本的投入和實踐證明的積累。