高校院校體育專業借助虛擬仿真技術輔助教學的重要性及其對策研究

楊文意，田春蘭

引言

近年，隨著中國教育改革接續深化，為順應現代教育提出來的新思路，新要求，認真貫徹“健康第一”的指導思想，教育部分別于2004年印發《普通高等學校體育本科專業主干課程教學指導綱要》，2012年印發《關于全面提高高等教育質量的若干意見》，2014年印發《高等學校體育學類本科專業教學質量國家標準》等文件。為滿足日益增長的高素質體育專業人才需求，高校紛紛對原有體育課程進行改革和創新，課堂教學勢必成為課程改革的主要突破口［1］。其后國務院辦公廳印發的《體育強國建設綱要》，極大推動了中國體育事業的發展：由競技體育向全民體育發展，體育強國穩步構建。由此提示，當前社會對于體育專業人才的需求逐步增多，并且越來越需要豐厚知識儲備的體育專業技術人才。近年來，科學技術與體育教學技術密切融合，越來越多新穎實用的科學信息技術應用于體育教學，并給課程教學帶來了新視角和新切入點。但是由于普通高校資金、場地、設備等條件的限制，使得一些運動項目的課堂教學效果較差。針對這一問題，從虛擬仿真技術的原理、特點，高校院校體育專業課堂教學所存在的問題等方面進行淺析并給出對策。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

以高校院校體育專業借助虛擬仿真技術輔助教學的重要性及其對策為研究對象。

1.2 研究方法

1.2.1 文獻資料法

通過查詢相關研究的碩士，博士論文和期刊，參考教育部發布的信息教育改革等相關文獻，重點分析了普通高校體育專業的教學狀況，虛擬仿真技術在我國的發展前景和應用領域，并對其進行總結并了解虛擬仿真技術在體育領域探究的深度和廣度，為本研究提供支持。

1.2.2 分析歸納法

2 研究概述

2.1 虛擬仿真技術

所述是采用我國學者李蕾等人提出的一種觀點，認為虛擬仿真是一個以現代計算機虛擬技術基礎形成的并以視覺、聽覺、觸覺等多種感官感覺為核心的一種模擬現實環境。該融合技術可以通過人與設備的相互匹配連接進行人機交互，使用戶有身臨其境的視覺體驗。該信息技術是指集成了現代計算機圖像仿真、AI、數字化圖像處理、傳感、網絡及圖像顯示并同時進行信息處理等多類信息技術的一種綜合性電子信息處理技術［2］。

2.2 普通高校體育專業

普通高校體育專業是指在排名較后、經濟實力相對較弱大學中培養體育教練員、體育指導員、體育教師等體育專業人員的本科專業。

3 虛擬仿真技術的概述

3.1 虛擬仿真技術定義及原理

有學者認為，虛擬仿真技術就是虛擬現實（VR）。也因此有一些專家據此提出虛擬仿真技術是虛擬現實和系統仿真技術的綜合總和［3-4］。即使不同的人都會有不同的理解，但究其本質其中的核心仍然是相同的。虛擬仿真技術主要結合了虛擬仿真技術和增強現實技術的長處。它其實是一種集人機圖像圖形變化、幾何圖像建模、圖形的化和實時化動畫、人機圖像互動、動畫圖像生成等多種技術于一體的現代綜合性圖像信息處理技術［5］。

虛擬仿真技術通過模擬的方式創建實時三維虛擬世界，反應物理對象的變化和交互，并通過頭盔顯示器（HMD），數據手套等輔助感應設備，為用戶提供三維虛擬界面，觀察三維虛擬仿真世界并與之交互，用戶能直接通過參加和自由探索虛擬仿真對象、在虛擬環境活動中的各種角色和交互變化，產生視覺沉浸感。它的逼真度和實時交互性為系統仿真技術提供了強有力的支持。

3.2 虛擬仿真技術起源與發展

20世紀60年代中期，美國學者蘇澤蘭提出一種利用計算機技術構建一個虛擬世界的創新想法，他因此被譽為“虛擬現實之父”。從那時起外國學者就已經開始了關于虛擬現實的科學研究和技術探索，虛擬現實相關技術從此開始大量出現。20世紀80年代，西方發達的工業國家虛擬數據仿真手套、虛擬現實系統等仿真技術進一步快速發展，為我國虛擬仿真技術的研究奠定了堅實基礎。20世紀90年代，各國政府開始廣泛組織參與了虛擬現實仿真技術的應用研究［6-8］。虛擬仿真技術是現代虛擬現實技術的重要基礎，虛擬仿真技術是現代虛擬現實技術的核心。教育部印發的《教育信息化十年發展規劃》中明確提出了高等教育網絡信息化工程建設中建設虛擬實驗室校園建設的戰略目標，以此目標為基礎的虛擬仿真技術在我國高等教育領域建設中的廣泛應用研究開始逐漸引起國內學術界的極大關注。

3.3 虛擬仿真技術特點

沉浸性、想象性、互動性是虛擬仿真技術主要特點，可以讓人沉浸、超越、走出自然，形成互動高效的多維信息環境。

虛擬仿真技術的特點包括感知，存在，互動性，自主權等。除了計算機系統的常見視覺感知之外，還可以產生令人信服的聽覺，觸覺，動作感知，甚至傳達其他感覺，例如味道，氣味，感覺等。虛擬仿真技術創造的理想數字環境有助于用戶認為一切都像現實一樣真實。如今，虛擬仿真技術在眾多領域被人們熟知并使用，例如城市規劃、古跡修復、橋梁和道路設計、教育和教學等［9］。

1.1 一般資料 回顧性選取2016年1月-2017年1月于溫州市人民醫院出生的75例早產兒為研究對象，納入標準[6]：①胎齡≤37周；②體重≤2 500 g；③生命體征平穩的活體新生兒；④家長同意自愿到溫州市人民醫院接受定期嬰幼兒相關檢查。排除標準[7]：①患有先天性畸形或遺傳疾??；②合并嚴重顱內出血、重度缺氧缺血性腦病等；③出生1個月內死亡患者。將上述符合標準的早產兒隨機分為兩組，觀察組39例早產兒根據糾正月齡采取早期綜合干預，對照組36例早產兒采取常規嬰兒體檢及育兒方式。經比較，兩組早產兒的基礎臨床資料差異無統計學意義(均P>0.05)，具有可比性。見表1。

總的來說，虛擬仿真是一種使用計算機直觀地操縱和交換復雜的數據信息的新手段。與目前傳統的人機交互界面和普遍流行的窗口操作相比，虛擬仿真技術在理念和思想上都有了實質性的飛躍。

3.4 虛擬仿真技術在高校體育領域研究現狀

3.4.1 在體育課堂教學理論層面研究

在李學恒和任一春等一批學者在虛擬仿真技術研究基礎上，并詳細地分析了虛擬仿真技術在我國高校體育教學中的應用及可行性。他們認為虛擬現實系統能夠彌補傳統體育課堂教學的空間場地、教研資金以及其他教學設施不足。例如在滑雪、徒手攀巖等項目中，當學生在各種虛擬的場景下進行練習時，不僅讓他們可以獲得各種各樣的經驗，更加讓他們能夠有效地達到訓練的目標，所以采用虛擬仿真技術既能夠優化整個體育課堂教學的全過程，又可以改善體育課堂教學的環境，提升教學人員與被培養人員的訓練水平，又對將來培養創新型人才提供了保障［10］。魯競新學者在《虛擬現實在體育仿真中的應用探析》中，闡述了虛擬現實和體育仿真系統其結構及基本工作原理，認為在虛擬仿真技術輔助之下開展的體操課程教學的整個過程中，學生的身心素質都得到了普遍的改善［11］。茅潔學者深度分析了不同的虛擬現實技術，認為將虛擬仿真技術運用在高校體育專業課堂教學中，可以形成新的教學形式、新的授課方式等。

3.4.2 在體育技能教學方面的研究

學者宋巍利用虛擬仿真技術分析了擊高爾夫球過程中的擊球速度、角度，高爾夫球桿桿頭運動軌跡和高爾夫球的距離等數據進行了輔助教學。通過對比與分析，初學者在該技術輔助練習下其擊球的穩定性明顯高于對照組。在此基礎上，邵瑞芳在杭州師范大學體育課堂教學中將虛擬仿真技術與高爾夫、武術、田徑項目的教授相結合，并通過實驗的方法，說明在體育課堂教學過程中運用虛擬仿真技術的可行性。其實驗結果表明，通過虛擬仿真技術輔助教學訓練能夠提高學生的學習興趣、體能、靈敏反應甚至是比賽成績。除此之外，學者盧劼通過高爾夫球仿真模擬器進行授課，結果都說明了虛擬仿真技術可以對學生的技術動作的掌握以及糾正具有積極作用，且取得的教學效果都較為顯著。

4 結果與分析

4.1 普通高校體育專業課堂教學的基本情況

在教學內容上，如今體育專業課堂教學項目還是以傳統的籃、排、足等三大球為主的運動項目，與新時代大學生所感興趣的、所愛參與的新的運動項目相脫節。我國較早的教學內容大多數來源于19世紀中后期的全國體育院校統編教材，由于社會進步速度較快，人們對體育的看法和支持力度有所改變，之前的教材內容與現在的社會需求相脫離。此外，一般情況下每一門課程都包含了1-2節的理論課程，但任何一項運動所包含的理論知識不是2個小時內就能夠講解清楚的。

在課堂模式上，老師在整個課堂教學的過程中一直都采用的是以我國傳統課堂教師為主的一種填鴨式課堂教學形式，老師通過演示動作，學生模仿動作，師生之間幾乎沒有任何交流與互動，這樣就使得整個課堂教學的過程很難引起同學們的重視和喜愛，缺少了趣味性和互動性，從而導致學生注意力不集中，所掌握的技術動作不規范，學生們的技術動作只達到形似而未達到神似。

在教學設施上，課程所需要的場地、設施、器材等因受到種種限制從而難以滿足教學的需要。如高爾夫項目，如今可以進行高爾夫教學和訓練的高校屈指可數；近期比較熱門的射藝課程。因其射藝具有危險性，進行射藝教學需要一塊獨立的場地，其所需器材費用也較高，在一定程度上阻礙了射藝的推廣與發展；還有現在比較受歡迎的射擊、攀巖等項目，這類項目對于場地的要求更加嚴格，大部分的普通高校是無法滿足開設這類課程的條件。

在我國建設“體育強國”和“健康中國”的新階段，這些問題無不阻礙著；普通高校體育專業學生的發展。如今培養出一批高素質的體育專業人才，是當今社會更加緊迫需要的，如何改善和提升高校體育課程的教學質量，就變成了一個實際的問題。

4.2 虛擬仿真技術應用在普通高校體育專業課堂教學中的優勢

4.2.1 創造虛擬的空間

虛擬仿真技術輔助教學可以創造一種虛擬空間，該虛擬空間可以完全滿足教學所需。使用者在此虛擬空間中，與該空間中的環境、器材之間進行交互，可以創造一種自主訓練的教學模式來改變以前的“以教促訓”。通過這種新型的方法，使用者能夠與虛擬空間中的環境相互聯系，從而獲得知識與技能，并且通過這種方法可以明顯地縮短訓練時間，從而使得效果更加真實、直觀。不可多得的是，還可以培養使用者的自覺練習的態度以及減少資金的花費。

4.2.2 彌補室外教學和練習條件的不足

一些室外教學條件達不到的項目可以通過虛擬仿真技術進行輔助教學就是可以在自己的教室里直接進行教學活動，學生們也可以通過此類教學技術自主進行學習和訓練，老師也同樣可以隨時對其進行指導，通過此方式來調動和提高學生的積極性以及對學習的興趣，這既能夠鞏固課后的知識，這不僅可以加強教師和學生之間的相互作用，還可以使課堂教學更加清晰有趣。在課堂教學中，許多新的運動技戰術由于設備、場地、器材等原因無法實施，如鋼架雪車、高山滑雪等難度較大的運動項目，將虛擬仿真技術和體育教學相結合，打破了動作技術、戰術訓練實施條件的局限性。尤其是在現代體育技術和戰術變得越來越復雜的情況下，只通過簡單的詞語和句子是很難使學生領會其真正含義的，假設這項技術能與運動戰術和運動技術教學相結合，那么它所起的效果一定是相當可觀的。我們在日常的教學過程中無論是教師還是學生都可以用較少的功夫就可以掌握復雜的技戰術。根據本研究了解到，杭州師范大學體育學院就在其學校將虛擬仿真技術和高爾夫教學過程相結合，進行高爾夫球的教授；沈陽體院、哈爾濱體院也通過虛擬仿真技術將滑雪、滑冰等季節性的課堂教學轉化為全季節性課程。

4.2.3 避免高難度復雜技術動作所造成的運動損傷

無論是競爭激烈、人為暴露、對抗性強的拳擊運動，還是那些技術要求高、難度大、動作復雜的體操、花樣滑冰、跳水、自由滑雪等技巧項目，它們在教學抑或是在練習中常見的損傷事故時有發生，如果能將虛擬仿真技術與教學相融合，那么該技術會幫助老師和學生去除心理和生理上的顧慮，能夠讓他們在模擬的真實訓練環境中進行輔助練習，與模擬的對手對抗，以此在模擬的場景中不斷練習，不斷提高自己，戰勝恐懼。

4.2.4 幫助理解技術動作

利用虛擬仿真技術輔助教學可以幫助學生較為準確地理解技術動作。例如在射箭項目中，從技術動作來看，射擊的穩定性與身體的核心力量有關，但在實際的教學過程中學生對這一技術并不能很輕松地掌握，教師通過簡單的言語是無法讓學生領悟到技術的核心，學生出現不正確的技術時，教師很難給予指導。如果能將虛擬仿真技術與課堂教學結合，這一問題可較輕松的得到解決。首先，我們可以在課堂教學中使用運動捕捉系統，讓學生獲得技術動作姿勢、技術參數等信息。例如，每個關節不同相位角度的運動過程、肌肉力量的順序、大小等。以圖形的形式對信息進行定量分析，在計算機系統中，學生可以直觀地觀察到自己的技術，動作以及標準的技術動作，那么他們會主動地模仿校對自己的動作，從而自行糾正自己的錯誤動作。教師也可以在該系統中以較為直觀的角度去觀察學生所可能遇到的困難，隨后針對學生所可能遇到的困難給予針對性的指導，以此方式來幫助促進和培養學生對新授知識和技術動作的深入學習和掌握；再者，就是在學生接觸新事物時，教師可以利用此系統來引導學生在模擬的場景中提前對新事物做一個整體的感知，之后與學生在具體技術動作上進行交流，可以培養學生的邏輯思考能力，又同樣可以改善和提高整個教育課堂的質量和教學效果，使得學生對新事物的理解也會更加深刻；最后，將各種多媒體材料與虛擬環境相結合，可以使射箭項目的技術動作、理論知識、易出錯等完整有效的呈現，尤其可以更好地將技術動作的細節表現出來，化抽象為具體，更加有助于教學效果的提升。

4.3 虛擬仿真技術應用于普通高校體育專業課堂教學的必要性

中國幾千年形成的教育哲學強調記憶知識的重要性。然而，在信息社會“知識爆炸”的形勢下，面對海量信息，人腦似乎不知所措。人們對新的學習方法和教學方法的研究已經成為人類從知識的海洋中獲取必要知識和技能的迫切場所。在教育高速發展的形勢下，傳統的教學理念以及教學方法勢必受到沖擊，在未來的日子里現代教育技術與傳統教育還會有更多激烈的矛盾。

當代普通高校體育專業的課堂教學應改變以往的以教師、課堂、教材為中心的教育理念。在現代課堂教學中應以人為主，提高素質教育、主動教育，注重個人實踐能力的培養、強化對信息的提取和分析能力。實現這些改變就離不開現代教育科學和技術的進步，將現代化教育科學和技術融入課堂教學中，并探索出新的課堂教學方式、方法，來培養當今社會所需要的高素質人才。將虛擬仿真技術廣泛地應用于普通高校體育專業的課堂教學中，使得高校體育課程改革在教學中有所突破和實質性創新，從而充分調動和培養大學生對于體育基礎知識的自主探究和學習興趣，培養獨立探索和學習的良好慣性，鍛煉大學學生的創造性和邏輯思維能力，增強獨立創新意識。

虛擬仿真技術是在現代社會科技高速發展下，順應教育改革的推進而產生的，目前該技術在國內外眾多領域都有其身影。虛擬仿真技術應用于現代教育，不僅會給課堂教學帶來巨大的轉變，使得傳統的課堂教學受到沖擊，甚至影響現代教育的水平，從而向著更高的階梯邁進。在大學普通高校體育專業課堂教學中適當引入虛擬仿真技術，可以使得課堂教學更加具有趣味性，更能吸引當代大學生對專業知識的深入探討，使得當代大學生主動發現問題，主動解決問題的能力得到提高，以此來改進課堂教學的效果，使學生的創造性思維得到培養。

在普通高校體育專業的課堂教學中結合虛擬仿真技術手段是十分必要的，這兩者結合能夠將一些教學難度相對較高，風險相對較大的教學內容充分展現給更多的學生，通過虛擬教學和真實運動訓練相互結合，學生不僅能夠通過虛擬教學進行預習，了解虛擬仿真設備的工作原理，掌握基本技術動作，還可以制定自己的體育運動模型，在現實中對其進行真正的體育運動練習，會大大地提高使用者的積極性和運動自覺性，從而大大地提高了課堂的教學效果和質量。同時，將先進的虛擬仿真技術應用于課堂教學中，學生們可以在模擬場景中觀察技術動作，加深對動作的理解，以便于在現實環境中進行練習，這不僅可以促進學生對于該技術的掌握，還會使得整個課堂氛圍變得輕松愉悅，從而提高體育課堂的教學效果。即使將虛擬仿真技術應用于理論課課堂教學中也是可行的。例如在運動解剖學、運動生理學等課程中，通過該技術可以讓學生對于人體結構的了解更加清晰透徹，甚至對于一些實驗也可以借助此系統進行學習。

5 對策

5.1 加快普通高校體育專業課堂教學改革

中國共產黨第十九次全國代表大會明確提出，在新的時代，中國要加快建設“體育強國”和“健康中國”。以此為背景，體育專業需要加快課程教學改革，以提高人才的培養質量，來滿足建設“體育強國”和“健康中國”的需要。將虛擬仿真技術與課堂教學相融合，可以使用戶的感知覺以及知情意行受到全方位的刺激，從而有利于課堂教學目標的實現。高校體育專業課程內容具有參與性、運動性等特點，因此該技術特別適用于高校體育專業課堂教學的輔助手段。為了更好地推動虛擬仿真技術與課堂教學的融合，應加快推動高校體育專業課堂教學改革。

5.2 形成與之相匹配的課堂教學模式

隨著現代教育技術的變化，新的教育理念和教育模式不斷出新。虛擬仿真技術要想與普通高校體育專業課堂教學相結合，取得相應的教學效果就必須緊跟時代的步伐，要改變傳統的教育模式，根據體育專業課程的教學規律，改變傳統體育課程教學模式，從而形成新體育課程教育模式。

5.3 加強教師隊伍建設

在高等教育快速發展的時代，教育創新和改革的趨勢為每一位高校教師提供了施展才華的機會，也將每一位教師推向了潮流的頂峰，他們面臨著的是新時代教育改革下的挑戰。隨著我國現代教育技術手段的不斷創新，每一位高等院校的教師都必須緊緊圍繞時代的步伐，在更新自身相關專業知識的基礎上，也應該充分利用現代化的教育科學與技術來拓展相應的教學方法與手段，從而改善和提高其課堂教學的水平與質量。

把虛擬仿真技術引入課程教學之中，能夠促使師生間的互動得到進一步的加強，學生的積極性和創造性也能得到提高，特別是對于掌握難度較大的體育項目。在該技術所模擬的場景中，學生能積極探索，發現學習中的問題。當遇見困難和復雜的技術時，學生能主動地尋求解決辦法，這有利于教師課堂的順利進行，教學方案的不斷優化和深入，促進教學任務的完成。當然這種現代化的教育科學技術的廣泛運用，勢必將給傳統課程教學方法帶來極大的沖擊。尤其是對教師的影響更大一些。授課教師為了能夠利用虛擬仿真技術更好地完成教學任務，要不斷地加強教師隊伍的建設，尤其是對現代教育技術知識的學習以及虛擬仿真系統的使用，這樣教師才能在課堂教學過程中運用新手段、新思路，來營造良好課堂氛圍，以適應現代教育。

5.4 優化教學形式與內容

在傳統的課堂教學模式下，教師只能夠局限于教材內容，很難給學生進行有效的拓展和補充。將先進的虛擬仿真技術融入課堂教學中，應不斷地優化課堂的教學形式和內容，從而使得課堂教學能夠很好地將多媒體與該技術相互融合。

6 結論與展望

借助虛擬仿真技術輔助普通高校體育專業課堂教學的重要性不言而喻。借助該技術不僅為普通高校體育專業課堂教學開辟了新道路，還豐富了課堂教學的趣味性，吸引新時代大學生對新鮮事物的探索，從而增強學習者的積極性，提高參與者的獲得感。未來虛擬仿真技術在體育領域的運用將更加的廣泛，希望各有關部門可以通過考慮借助該技術推動我國高校體育專業課堂教學的高質量發展，為社會培養更多所需人才。希望廣大體育工作者可以在現代教育思想、教育理論的指導下，就如何能夠充分發揮虛擬仿真技術的先進性和直觀性，在高校體育專業課堂教學中，根據虛擬仿真技術的特點和體育教學的規律，探索體育課堂教學新的教學改革思路，使課堂教學更具創造性與實用價值。希望該技術能更早的在高校體育專業課堂教學中得到廣泛應用。