元宇宙技術賦能體育教學發展：價值、困境與進路

中圖分類號：G807.4

DOI：10.16655/j.cnki.2095-2813.2024.17.000

基金項目：福建省教育規劃課題（FJJKBK22-088）。

備注：null

作者簡介：林朝暉（1967—），男，博士研究生，正高級-教授; 研究方向為全民健身與智能體育。

普通作者：null

基金項目：福建省教育科學“十四五”規劃2022年度課題（FJJKBK22-088）

作者簡介：林朝暉（1967-），男，博士，教授，碩導，研究方向為全民健身與智能體育。

摘要：元宇宙技術對新時代體育教學的應用與創新具有重大意義。運用文獻資料、案例分析與邏輯分析等方法，認為元宇宙技術賦能體育教學提供沉浸式的學習體驗，在虛擬運動指導與反饋、體育時空靈活利用和豐富活動內容等方面具有廣闊的應用空間。然而，元宇宙賦能體育教學當下面臨著技術、教育、資源和發展模式等困境。推動元宇宙技術賦能體育教學發展：需要技術突破與創新，教育內容與模式創新，資源整合與共享，促進發展和風險監管并重。

關鍵詞：元宇宙技術；體育教學；賦能效應；發展

Empowering the Development of Physical Education Teaching with Metaverse Technology：

Value， Dilemma， and Approach

Lin Chaohui

（School of Physical Education of Putian University， Putian， Fujian 351100）

Abstract： The application and innovation of metaverse technology in physical education teaching in the new era is of great significance. Using methods such as literature review， case analysis， and logical analysis， it is believed that metaverse technology empowers physical education teaching to provide an immersive learning experience， with broad application space in virtual sports guidance and feedback， flexible utilization of sports time and space， and enriching activity content. However， the metaverse empowers physical education teaching and currently faces challenges in terms of technology， education， resources， and development models. Promoting the development of metaverse technology empowering physical education teaching requires technological breakthroughs and innovation， innovative educational content and models， resource integration and sharing， and equal emphasis on promoting development and risk supervision.

Keywords： Metaverse technology; Physical education teaching; Empowerment effect; Development

0 引言

隨著現代科學技術的快速更迭和發展，虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、混合現實（MR）等技術的逐漸成熟，以及人工智能、大數據、區塊鏈、數字孿生等應用的發展，元宇宙作為一種當今新型的數字化虛擬空間交互模式逐漸興起，而近幾年新冠肺炎疫情催生了教育方式的創新改革，也進一步推進了人類社會對數字世界與現實世界融合的需求渴望。黨的二十大報告指出，全面建設社會主義現代化國家，統籌部署教育、科技、人才等重大戰略[[[] 楊宗凱. 元宇宙推動教育的全面數字化轉型[J]. 教育研究， 2022， 43（12）： 23-6.]]。2023年9月，工業和信息化部等五部門聯合發布《元宇宙產業創新發展三年行動計劃（2023—2025年）》，明確提出了“虛擬現實+體育健康”場景應用落地。各省市紛紛研究和評估元宇宙技術在各個行業中的應用，并且提前部署元宇宙在醫療健康、學校教育、數字城市、智能制造等各領域的布局規劃，其中也包括體育教育領域[[[] 王晴. 我國元宇宙的學術探索：一項研究述論[J]. 濰坊工程職業學院學報， 2023， 36（04）： 80-5.]]。在學校體育方面，傳統的體育教學方式往往只能局限于現實世界的教學環境中，元宇宙則提供了更多的可能性和靈活性，從而使一種全新的體育教育方式成為可能。然而查閱文獻發現，自2021年以來，國內已有成果集中于教育元宇宙、元宇宙與高校思政教育、元宇宙與圖書館等，僅有少量的文獻成果探討了元宇宙體育教學的概念、功能、模式與應用[[[] 郭江浩，胡惕.邁向“元宇宙體育教學”：概念特征、功能透視與場景應用[J].現代教育技術，2023，33（03）：27-35.]，[[] 劉宏玉.基于“元宇宙”環境的體育教學模式探究與展望[J].高教探索，2022（01）：75-79.]]，元宇宙融入學校體育體育競賽[[[] 徐川宏，黃誠胤.元宇宙視域下我國學校體育競賽高質量發展的困境與突破[J].體育科技文獻通報，2023，31（11）：140-143.]]等。在國外有研究探討了元宇宙在體育教育中的應用及可行性[[[] Feng J. Application and exploration of the innovation of physical education model empowered by the metaverse technology[J]. Curriculum and Teaching Methodology， 2023， 6（1）： 123-127.]]，有學者分析了元宇宙體育教育對心理健康的影響[[[] Nawi H M. Exploring Flipped Learning and Mental Health through the Metaverse： Interaction effects of Physical Education and Cyber Resilience[J]. iRASD Journal of Management， 2023， 5（4）： 205-222.]]，以及體育教育元宇宙的開放性問題等[[[] Zhu C D， Huang J M， Zhang X M. Theoretical logic， realistic review and promotion of physical education meta-verse teaching mode of co-construction， co-governance and sharing[C]//3rd International Conference on Education， Language and Art （ICELA 2023）. Atlantis Press， 2024： 262-279.]]。總體看，國內外元宇宙與體育教學相關研究成果處于初步發展階段。基于此，本文將通過梳理元宇宙技術及其特征脈絡，分析元宇宙賦能體育教學的邏輯理路、困境和推進路徑，以期為促進體育教學高質量發展提供新思路。

1 元宇宙概念及技術

1.1 元宇宙概念

元宇宙（Metaverse）是一個合成詞：Meta來自希臘語，有“超越”之意，而verse則是宇宙（universe）。“元宇宙”一詞最早來源于斯蒂芬森科幻文學作品《雪崩》[[[] 劉川， 向志強， 余建勇. 元宇宙概念辨析——技術與應用的視角[J]. 數字技術與應用， 2023， 41（07）： 7-10.]]，當時它指的是多重虛擬世界的集合，之后隨著虛擬現實技術的發展，元宇宙的概念逐漸成為受人關注的現實話題，但對元宇宙概念的定義至今還不統一和明確，不同的學者根據自身的專業領域給出了不同的解釋。在清華大學新媒體研究中心《2020—2021 年元宇宙發展研究報告》中認為元宇宙是整合擴展現實、數字孿生、區塊鏈等多種新技術而產生的新型虛實相融的互聯網應用和社會形態。不同領域對元宇宙的定義有所不同，各有側重，從而從不同角度對元宇宙進行了定義。產業界強調元宇宙是互聯網技術應用的演進迭代，旨在構建一種新經濟和商業模式。理論界則關注元宇宙所建立的虛擬空間社會性及其對現實空間的映射和作用關系。信息界認為元宇宙是指由數字信息技術驅動而構建形成的具有經濟社會屬性、虛擬現實交融的生態世界[[[] 王海龍， 李陽春， 李欲曉. 元宇宙發展演變及安全風險研究[J]. 網絡與信息安全學報， 2022， （002）： 008.]]。

1.2 元宇宙技術

隨著數字化的各種技術的不斷更新換代，元宇宙融進了各種新型數字化技術，力求讓用戶在現實空間和虛擬空間進行實時交互的沉浸式體驗。元宇宙涉及到的技術眾多，但從關鍵技術的角度來看可以大致將其分為四類：第一類為虛擬世界構建技術，包括三維建模技術、科學仿真技術、系統融合技術等；第二類為虛擬世界交互技術，包括VR技術、MR技術、動作捕捉技術等；第三類為虛擬空間連接技術，包括傳感技術、接口技術等；第四類為元宇宙管理技術，包括區塊鏈、NFT等[[[] 教育部學校規劃建設發展中心教育數字化產學融合組織元宇宙教育實驗室. 2023教育元宇宙發展研究報告[R]. 北郵-潤尼爾虛擬現實創新技術與應用聯合實驗室， 2023.]]。但是除了這四類之外，還有一些技術對元宇宙的發展也比較重要，例如：人工智能、物理引擎技術、云計算技術、大數據分析技術、虛擬人技術等。隨著元宇宙技術的不斷更新，也將為教育的數字化轉型提供新動力，促進教育現代化建設。

2 元宇宙技術賦能體育教學的價值

2.1 賦能沉浸式的體育學習體驗

元宇宙強調數字虛擬身份的重要性，并通過技術創造沉浸式網絡體驗，實現了現實世界與虛擬世界的無縫交互和融合[[[] 喻國明.未來媒介的進化邏輯：“人的連接”的迭代、重組與升維——從“場景時代”到“元宇宙”再到“心世界”的未來[J].新聞界，2021（10）：54-60.]]。例如，2015年在日本東京成立的全球首所“虛擬學校”，提供了一種全新的教育模式，使學生在虛擬環境中能夠進行互動與合作。近年來，百度旗下的希壤APP（元宇宙平臺）推出的虛擬大學，進一步打造了一個跨越虛擬與現實的校園空間。在元宇宙環境中，學生不僅能夠與其他伙伴、教師進行實時交流，還能參與各種競技活動。這種身臨其境的學習和訓練體驗，為體育教學帶來了更深層次的參與感和沉浸感，從而激發了學生的深度學習興趣與動力。例如，北京大學近年來開設了數字體育課程，學生通過佩戴VR眼鏡和其他可穿戴設備，能夠進入虛擬的運動場景，與同學們一同練習和比賽，實時感受運動場上的氛圍，并在教師的指導下調整技術和戰術。這些創新實踐不僅豐富了教學手段，也提升了學生的學習效果。

2.2 提供教學平臺及數據分析支持

我國《“十四五”體育發展規劃》提出推進“互聯網＋健身”與“物聯網＋健身”的融合，并努力構建數字化全民健身信息服務平臺。2023年8月，杭州亞運會推出元宇宙平臺，平臺融合AI、數字孿生、VR等數字技術多種功能，觀眾只需通過支付寶app搜索“智能亞運一站通”即可進入元宇宙空間，體驗亞運場館觀賽及文旅的全新感受。未來元宇宙技術與平臺將為學校體育改革與場景拓展注入強大的動力。在元宇宙場景中，通過運動捕捉、數據采集、運動分析與預測等手段，可以收集學生在運動或學習運動技能時的身體位置、速度和加速度等關鍵信息，并以三維虛擬形式從多個角度展示出來，師生可以分析在元宇宙中還原的技能動作影像，從而更有針對性地探討技術細節。此外，通過元宇宙平臺，師生還能夠訪問和共享數據，實時追蹤學習情況，并提供具有針對性和個性化的教學、訓練以及綜合評價等服務。

3.3 提供虛擬教師助手

虛擬教師在元宇宙中是一個虛擬的角色或程序，虛擬教師通過人工智能來實現智能化，在進行教學過程中，檢測、分析和指導學生的體育動作和技能，從而給與學生個性化的建議。如美國密西根州達文波特大學在VR軟件方面進行了設計和開發，創建了一個三維虛擬教室，教師可以通過平臺直接提供研究生和本科課程，而學習者則可以使用他們的學習賬號進入這個三維虛擬教室，并選擇不同的學習環境風格，這一平臺的開發使傳統在線授課方式得以再次升級。相比于傳統的體育教師，虛擬教師可以同時指導多名學生，并隨時提供指導，不受時間和空間的限制，還能創建不同難度的訓練計劃，以適應不同學生的個性化體育學習需求，更好地做到因材施教。同時為社會提供更為廣泛的教育機會。

3.4 促進體育時空靈活利用

2022年10月，我國工業和信息化部、教育部等五部門聯合印發《虛擬現實與行業應用融合發展行動計劃（2022-2026年）》提出加快虛擬現實與行業應用融合發展。我國體育場館服務業目前存在的低信息化水平、低服務效率等問題[[[] 杜紹輝. 全民健身視域下智慧化體育場館建設困境與優化路徑 [J]. 體育文化導刊， 2022， （3）： 45-51.]]，在元宇宙空間中，教育者可以創建各種教學所需要的體育場地設施，例如足球場、田徑場、游泳池、滑雪場等，這不僅可以增加體育場地及體育項目的多樣性，還能促進不同學校和地域間文化、技能的交流和合作。同時，虛擬競技場還能夠提供相對安全的環境，減少高風險運動項目發生運動損傷。例如：我國空軍軍醫大學XR沉浸式教學體驗館，通過對VR、AR、MR等技術的整合，實現機上救援、衛勤演習、“三防”演練、戰場急救等實戰化環境的模擬和沉浸式交互，成為全國首家融合多種虛擬仿真技術的智慧教學平臺[11]。

3.5 構建豐富有趣的學校體育活動

隨著技術的不斷進步，元宇宙與體育活動的結合將呈現出廣闊的發展前景。其中，NFT、賽事直播、游戲以及數字孿生空間的打造將成為主流方式。例如，Sense Arena這家虛擬現實技術公司推出的冰球虛擬現實培訓平臺，就為球員提供了超過70種訓練演習的機會，從而全面提升了他們的冰球技能、認知能力以及對冰球的感覺[[[] 中國體育用品業聯合會. 體育科技·案例 | Sense Arena——VR冰球訓練設備｜CES體育科技系列（13）[EB/OL]. （2020-11-25）. [2023-09-30]. https：//cn.csgf.org.cn/xhzx/hydt/5534.html.]]。未來，體育領域將實現傳統體育與電子競技的深度融合，進一步邁向體育元宇宙場域[[[] 王松， 阿柔娜， 郭振. 文明進程中體育化浪潮的發生、現代性及當代思考 [J]. 沈陽體育學院學報， 2023， 42（02）： 130-7.]]。在元宇宙背景下，學生將有機會參與到虛擬現實的比賽和游戲中，通過場景設計，構建出富有趣味性的體育游戲。同時，通過設置目標和獎勵，有效激發學生的積極性和參與性，這些獎勵可能包括體育明星的虛擬體育裝備、限量版虛擬體育球鞋、體育成就勛章以及虛擬運動等級等。

3 元宇宙技術賦能體育教學面臨的困境

3.1? 技術困境

元宇宙在體育教學中的應用面臨技術挑戰，一方面，技術基礎發展不足。元宇宙作為多技術綜合體，對基礎設施要求極高，然而，目前“元宇宙+體育”的數據、算法、算力等方面都存在一定的問題。首先，數據方面，缺乏高質量、高頻更新的現實數據，體育數據的質量和數量均不足。其次，算法方面，當前體育領域的算法簡單，難以支持高仿真或宏大的虛擬世界創建。最后，算力方面，現有算力基礎難以滿足元宇宙環境下的數據處理需求。另一方面，核心技術兼容性難的障礙。元宇宙的核心技術主要針對游戲、娛樂等場景，體育場景的運動屬性使之有別于一般游戲、娛樂場景，導致在元宇宙賦能體育教學技術應用上存在一定程度“水土不服”，尤其是在交互技術上。交互技術是元宇宙提供沉浸體驗、群體社交的關鍵技術，主要包括混合現實、全息投影和體感技術等。然而由于運動場景兼容性難題，當下元宇宙賦能體育教學會產生虛擬現實系統界面中的視覺反差、眩暈等，從而影響了用戶體驗[[[] 祝士明，陳靜瀟.虛擬現實學習環境的作用、挑戰以及應對策略[J].現代教育技術，2019，29（02）：39-45.]]。

3.2? 教育困境

體育教學領域接納元宇宙新技術的教育困境表現在：首先，體育教學面臨新技術接納度低的困境，制約其在實踐中的應用。技術接受度與新技術在組織內的應用效果緊密相關，特別是在有用性、易用性、趣味性和任務與技術的契合度上[[[] 鐘麗萍，劉建武，范成文，周進.新冠肺炎疫情下在線健身的實踐邏輯、發展態勢與推進策略[J].武漢體育學院學報，2020，54（09）：34-41.]]。元宇宙雖成體育健身新趨勢，但技術產品體驗尚處初級階段，缺乏成熟匹配的數字化教學內容。其次，元宇宙教育中的學習成果評估問題。如何判斷虛擬環境中的學生技能提升和理論學習成效是重要議題。同時，教學方法和學習目標評估也面臨挑戰。最后，教育公平在元宇宙體育教學中的挑戰。教育公平是高質量教育的核心價值，元宇宙體育教學可能加劇教育不公平，如數字技術熟練群體受益更多。農村或偏遠地區學生可能因設備或網絡條件受限而無法參與，加劇數字教育鴻溝。確保學校和學生公平參與元宇宙體育活動是發展的關鍵。

3.3? 資源困境

首先，資金配置不足是制約元宇宙技術在體育教學應用中的關鍵因素。由于元宇宙技術開發難度大、成本高，需要大量資金投入。盡管元宇宙已成為產業熱點，但當前資本主要流向游戲、社交、金融等領域，體育行業（包括體育教學）的投資相對較少[[[22] 渤海證券.大步邁進元宇宙時代，產業鏈投資機會在哪里[EB/OL]. [2022-03-02].

http：//rep.hibor.com.cn/data/001ab1d5cf459e43075ef07e605f1984.html.]]。其次，關聯產業的輻射效應不足。元宇宙作為多技術集成領域，需要關聯產業的支持和輻射帶動，特別是在資源共享和技術互通方面。然而，目前健身領域的產業吸引力有限，關聯產業的輻射效應較弱，與體育教學等公益性行業的協調互動存在差距。最后，智力支持不足也是制約元宇宙賦能體育教學發展的一個重要因素。元宇宙技術的應用需要復合型人才，雖然部分體育院校已經開始培養人工智能、區塊鏈等相關人才，但由于學科的交叉性和復雜性，數字化體育教學的復合型技術人才仍然十分匱乏。

3.4? 發展模式困境

一方面，元宇宙應用的發展受市場驅動，例如Second Life和Roblox推動了“元宇宙+游戲”的繁榮。但元宇宙對網絡環境和設備要求較高，新產品價格昂貴，如微軟HoloLens2全息眼鏡售價近28000元[[[] 康厚良.體育教學元宇宙構建初探[J].體育教育學刊，2023，39（03）：15-21.]]。體育教學作為公益性事業，投入與維護成本大，創新接受程度有待提升，因此元宇宙賦能體育教學易陷入“投入大，回報難”的困境。另一方面，元宇宙賦能體育教學應用的政策環境尚待優化。現有政策文件雖提出推動體育智慧化發展，但法律效力有限，對元宇宙相關內容涉及有限，實踐指引亦有限。技術進步帶來生產力提升，但也存在風險與監管問題。技術本身風險涉及數據和算法層面，概念炒作與體育知識產權風險等。具體表現如運動員技戰術等生物特征數據的主體權益保護，虛擬環境下的體育不當行為倫理規范等，因此，需要更多明確規定和指引來應對新技術及新行為。

4 推進元宇宙技術賦能體育教學發展的進路選擇

4.1 技術突破與創新

在數據層面，需擴大體育數據采集面，構建全人群、全項目、全地域的健身數據采集。同時，推動體育數據互聯互通，鼓勵不同平臺間數據共享，并推動體育、教育、衛生等部門數據開放，為元宇宙賦能體育教學打下堅實數據基礎。此外，需完善算法，打造專門算法模型，提升學習效率，為“元宇宙+體育教學”場景打造、內容生產、價值創造奠定規則基礎。并加強算力突破，推動邊緣計算和云計算等技術應用，優化元宇宙賦能體育教學產品效率和體驗。在數字孿生方面，需突破物理層面的交互式設備，克服VR/AR問題，增加全身觸角體系；完善軟件層面的平臺系統；推動區塊鏈融入，打造體育健身積分系統激勵用戶參與。在數字原生方面，需創建自我維持的虛擬健身內容體系，豐富“元宇宙+體育教學”環境中的教育、文化生態，支持數字創作，嵌入數字資產和權利保護方案。

4.2 教育內容與模式創新

推動“元宇宙+體育教學”內容與模式創新，一是推動“元宇宙+體育教學”內容創新。為發揮元宇宙潛力，開發互動、趣味、個性化的體育課程。可以利用虛擬現實技術，實現體育教學沉浸式體驗、虛擬比賽、深度學習等多元化教學活動。同時，提供高效、客觀的教學反饋，從而優化師生的教學體驗和學習效率。二是構建多元評價體系。在元宇宙環境下，需探索多維度、多層面評價體系，以全面評估學生的學習成果。包括體能、技能和品德學習成效，同時關注學習過程及學習成效等，提供全面、客觀反饋。三是探索體育課程標準體系框架。為推動元宇宙體育教學發展，需從元宇宙體育的基本共性、關鍵通用技術、產品與服務、安全/倫理等模塊入手，探索構建體育課程標準體系框架。規范教學內容和方法，提高教學質量。四是促進系統虛實共生。元宇宙體育教學與傳統線下健身互補性強。需注重線上線下系統深度融合，形成虛實共生教育模式。發揮兩種模式融合優勢，提供豐富多樣的學習體驗和學習路徑。

4.3 資源整合與共享

元宇宙技術賦能體育教學是虛擬與現實融合的漸進過程。一方面，需整合硬件、軟件、平臺、課程內容等資源，降低教育成本，擴大受益群體。鼓勵學校、地區間資源共享與合作，促進“元宇宙+體育教學”需求耦合。通過構建運動場景，持續優化設施資源；培育元宇宙教學應用示范，打造示范項目。針對不同用戶開發個性化產品，特別是考慮學生群體特征。另一方面，構建多層次支持體系，包括資金和智力支持。政府需加大財政支持，設立專項基金，鼓勵企業和社會資本參與。加強元宇宙體育復合型人才培養，制定培養體系，提高教師數字化體育教學能力，鼓勵產學研合作，提供技術支持，并搭建跨學科平臺提供智力支持。

4.4 促進發展和風險監管并重

為推進元宇宙在體育教學改革中的積極作用，需在頂層設計中平衡發展促進與風險監管。一是強化政策引領，鼓勵產業和市場各方參與新興技術在學校體育中的應用，促進學校體育與健康深度融合。二是整合智慧化體育教學改革文件，出臺實施規劃，納入元宇宙技術，推動其在教學中的應用。三是制定適應元宇宙的體育課程標準和體系，推動協同創新。四是完善基礎設施，優化學校體育項目建設的效率和體驗。五是完善監管規范體系，明確監管主體，保障學生權益、隱私和安全，確保技術應用符合教育公平和社會責任原則。

5 結束語

元宇宙以其獨特的沉浸式和交互性，為未來體育教學帶來了無限的可能性。它不僅豐富了教學手段，提高了學生的學習興趣和參與度，還為教師提供了更準確、全面的學生運動數據，為個性化教學、精準指導及綜合評價提供了有力支撐。然而，元宇宙賦能體育教學也面臨技術、教育資源、數據安全和隱私保護等風險的巨大挑戰。為了更好地發揮元宇宙賦能體育教學的作用，需要通過技術突破、資源整合、教育創新、風險監管等多方面的協同推進。總之，元宇宙賦能體育教學是一個充滿潛力和機遇的新領域。只要把握好技術發展與教育本質的關系，相信未來元宇宙將在推進體育教學高質量發展中將發揮越來越重要的作用。