基于CDIO理念的VR技術在體育教學中應用的實證探究

摘 要：基于CDIO理念的VR技術在教學中應用是一種比較新的教學方式，它能突破時空限制，讓學生可以自主開展學習活動。為了實證這種教學方式在體育教學的應用效果，研究者以網球教學為例進行實證對照研究。結果顯示：與傳統的教學方式相比，這種教學方式更能激發學生的學習興趣、提高合作和人際交往能力，能夠顯著地提高學習效果。

關鍵詞：CDIO教育理念；VR全景技術；體育教學

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2024）27-0161-04

CDIO這一教育理念源于工程技術教學理念，它強調學生應該在學習過程中具備實際的工程能力和工程思維，注重學生的基礎學科知識、實際操作能力和團隊協作精神等，以使學生能更好地適應未來的工作和生活。后來這一教育理念應用到職業教育中，促進了職業教育教學內容和教學方法革新，使職業教育更貼合現代社會需求。它提倡在“做中學，學中做”，以有效解決知識與實踐之間的失衡問題，得到了國際普遍認可。在信息技術快速發展的今天，VR全景技術已經逐步被應用于教育領域，特別是職業教育領域，它是開展虛擬仿真實踐教育的重要手段。在職業教育中，教師基于CDIO教育理念把VR技術帶入課堂將給學生全新課堂體驗，并能更好地確立學生在課堂中的主體地位，激發學生的學習主動性。為了了解這種教學方式在網球教學中的應用情況，研究者通過實證研究方式探究這種教育理念的應用結果。

一、CDIO教育理念與VR技術的概述

（一）CDIO的內涵及其與體育教學的關系

CDIO教育理念亦稱CDIO理念，由Conceive（構思）、Design（設計）、Implement（實現）、Operate（運作）等四個環節組成，它是由麻省理工學院和林雪平大學等四所大學共同研究推出的一種教育理念，是一種以系統的設計產品為實施方式，通過培養學生專業能力、職業態度、理論知識應用能力和協作能力來發展學生在真實環境中設計、實施和應用能力的教育模式。CDIO教育理念雖然起源于工程技術教育領域，但因其開放的教育思想和豐富的方法論體系被引入各個不同的教育學科之中，獲得國際認可，并被我國引入應用于教育教學各領域。

體育教學的主要目的是培養學生“終身體育”的行為習慣，使學生掌握常規的專項運動技能、促進學生身心健康。CDIO教育理念以培養掌握基礎技術、能夠運用技術系統進行生產運營，并進行高新科技的應用和研究的人才為目的。從此可以看出，CDIO教育理念與體育教學在多元化育人功能上十分契合。但傳統的體育教學方式過于偏重教師主導的應考式教學，學生常常處于被動接受知識狀態，不利于發揮學生的主觀能動性。基于CDIO教育理念的體育教學，可以更好地將理論知識和技能練習結合，使學生從“做中學”中改變原有的“學后做”這一被動認知的學習過程，從而大幅提高學生學習興趣和積極性，為實現體育多元化教學提供更好的路徑。

（二）VR的內涵及其與體育教學結合關系

VR是Virtual Reality的縮寫，中文叫虛擬現實，或虛擬實境，通常叫虛擬現實技術，或VR全景技術、VR技術。其原理是運用計算機三維實時仿真技術為系統用戶創建出虛擬的多維空間，使用戶仿佛置身于真實的環境之中，從而實現感官上的三維虛擬交互。在VR全景環境中有利于解決傳統體育教學中技術動作難以整體全面展現、難以描述、不能清晰地看到技戰術細節變化和難以讓學生立體感知等難題，能夠讓學生在虛擬空間里實現聽覺、感覺、視覺上的多維交互體驗，從而快速建立運動技能的內容結構。可以說，VR全景技術在體育教學中的應用為技術教學手段的開發提供了多種優化路徑，為教師建立現代化師生信息互動教學模式提供新啟發。

二、以網球項目為例的教學實踐

為了實證這種教學的有效性，研究小組從廣西水利電力職業技術學院剛入學的2022級新生中隨機選取80名從未練習過網球的學生為實驗對象，其中，男子40人，女子40人。隨機分為實驗組和對照組，每組40人，每組男女各20人。實驗組采用基于CDIO理念的VR技術教學方式，對照組采用傳統的教學方式。

實驗組和對照組課程學時都為16周課時，授課教師均由筆者擔任，分別運用兩種教學方式進行授課。

（一）基于CDIO教育理念的VR全景技術實驗教學過程

1.實驗教學準備——制作VR全景教學視頻

準備好拍攝視頻需要的專用攝影機、軌道車、搖椅等硬件設備，以及Premiere和Detu Stitch等后期合成軟件；將專用攝影機放在軌道車上，以網球動作示范者為圓心，在半徑為2米的圓形上分別選8個方位取景，進行重點拍攝，最后按照圓形軌跡對示范者進行勻速移動的全景拍攝（如圖1）。

利用編輯軟件將拍攝好的素材進行剪輯和處理，并配以簡單的語音講解和字幕提示，最后完成全景視頻的制作。把制作好的全景視頻同步傳到網絡云端，設置觀看二維碼，教師和學生可以掃描觀看。

2.教學過程

在實驗組，筆者基于CDIO理念運用VR全景技術方式授課（如圖2），其過程如下。

教師宣布教學單元任務并為學生提供錄制好的VR全景教學視頻——學生組成學習團隊和小組——學生自行構思學習框架和人員配合——教師引導學生運用VR教學視頻設計具體學習方案——學生按照方案自主練習——學生展示練習成果——對照VR教學視頻進行學生互評——教師總評。

（二）傳統的教學過程

在對照組，筆者使用傳統的教學方式，即傳統的示范加練習授課方式（如下頁圖3），其過程如下。

教師示范動作——講解分解動作——徒手練習——有球的分解模仿練習——糾正錯誤動作——完整動作練習——糾正錯誤動作——鞏固性練習——教師點評結束單元教學。

（三）考核方式

兩組學生經過學習之后，筆者利用相同的考核方式和內容對兩組學生進行考核。被考核者在網球墻4米后的擊球線外進行一分鐘正反手對墻擊球，按照《廣西水利電力職業技術學院網球教學大綱》制定達標標準和技術動作評定標準并對學生進行評定。

評定工作由4名教授級教師進行，其中1名教師負責達標評定，另外3名教師負責技術動作的評定。為了保證實驗的有效性，實驗組和對照組學生以混合隨機出場的順序進行考核。

三、教學結果比較

為了實證基于CDIO教育理念的VR全景技術的實驗教學效果，研究者對實驗組和對照組的學生進行綜合考核，考核的內容和方法相同。測試之后，收集整理實驗數據，并采用SPSS軟件進行分析處理。

除了進行達標和技術動作考核，還運用POMS（心境狀態）心理量表為兩組學生進行心理狀況對比測試，以確保實驗的信效度。POMS心理量表共有7個分量表，分別測試緊張、憤怒、疲勞、抑郁、精力、慌亂和自尊感的心理狀態，每個分量表都有五個不同的形容詞作為量化級別測試，該量表是測量情緒和運動效能之間關系的有效工具。分別在進行實證研究的前一周和后一周給參加實驗的80名學生填寫POMS心理量表，然后對兩次調查結果進行數據分析和對比，結果如下表1所示。

從表1可看到POMS心理量表的重測相關系數為0.899（P＜0.01），說明測試的結果有較高信度；內部信度（α）為0.794，當αgt;0.7時，說明POMS心理量表的7個分量表有較高內部信度。

（一）教學前后學生心境指標對比

研究者利用POMS心理量表對教學前后的兩組學生開展問卷調查，調查的內容和方法相同。調查分析得到的結果如表2所示。

從表2可以看出，經過教學實驗后學生的心境指標均發生了變化。其中，發生了顯著變化的情緒分別為“緊張”“精力”和“自尊感”（P＜0.05），而“疲勞”“憤怒”“抑郁”“慌亂”等情緒指標雖然也有所下降，但卻不明顯（P＞0.05）。這說明教學實驗對緩解學生的緊張感、提高學習精力和自尊感方面有顯著的效果。雖然在降低學生的疲勞、憤怒、抑郁和慌亂等負面情緒上沒有明顯作用，但就分值的下降而言實驗教學還是對學生產生了積極的影響。

（二）考核成績對比

經過16周的教學后，用相同的考核內容和方法、評分標準對兩組學生進行測試，考核的內容為一分鐘正反手對墻擊球。測試的結果如下頁表3和表4所示。

從表3可以看到，實驗組無論是達標評定還是技術動作評定，其測試分數均高于對照組，并有顯著差異（P＜0.05）；從表4也可以看出，實驗組的綜合考評成績也明顯優于對照組，兩者呈顯著差異（P＜0.01）。這說明相對于傳統的教學方式而言，基于CDIO教育理念的VR全景技術實驗教學方式更有助于提升教學效果。

四、結果分析

（一）基于CDIO理念的VR全景技術教學有助于激發學習興趣

將VR全景技術應用到教學中能讓學生在新奇的體驗中獲得沉浸式學習，學生由傳統教學中的“教師教什么就只能聽什么”的被動聽練狀態轉變成了“我想練什么就去看什么”的主動學習狀態。在CDIO理念下，教師將學生的學習小組以“組間同質、組內異質”的原則來組建，小組之間存在的些許差距不會對彼此間的競爭心態產生影響，反而為組內有著不同經驗和思維模式的組員提供了創新的發揮空間。經過試驗教學后的學生在“疲勞”和“精力”兩種情緒量值中都有了積極的變化，特別是在學習的“精力”上明顯提高。這源于組員在相互的探討和啟發中加深了對學習內容的了解、提高了學習的信心，從而激發了“我要學”和“學下去”的興趣。

（二）基于CDIO理念的VR全景技術教學有助于提高學習成績

從教學實驗后的成績看來，實驗組學生的成績明顯高于對照組學生，這是由于實驗組學生在得到了VR全景技術的支持下實現了重難點的可視化。學生能通過VR全景視頻在無死角的情況下對所學技術進行反復對比和觀看，相對傳統教學中單一的示范維度和抽象的概念講授能得到更為直觀生動的教學信息。同時，在CDIO理念下，自行設計學習方案的教學方式讓每個學習小組的組員都能參與到共同的目標決策中，使每個成員為了實現自己定下的目標做出最大努力。這有利于形成相互監督、相互幫助的良好學習氛圍，從而推動學習小組共同進步。

（三）基于CDIO理念的VR全景技術教學有助于提高合作和交往能力

經過實驗教學后，實驗組學生的“緊張”和“自尊感”兩項情緒指標產生了顯著的變化。這是由于實驗組學生在新的教學理念下能自主把握學習的目標和進度，加上VR全景視頻的無限制回放功能讓學生跟不上進度的學習焦慮得到了大幅度降低。

實驗組學生在CDIO教育理念下的小組合作互動學習中，每個人都獲得了在團體中的存在感。在師生之間、組員之間的分工探究和交流中，大家學會了合作與溝通，從而促進了人與人之間的相互尊重和認同，在積累了積極情緒的同時也形成了良好的人際關系，促進學生成長。

五、結論與建議

（一）結論

基于CDIO理念的VR全景技術教學，無論對教師還是對學生都是一種全新的互動模式。與傳統的教學方式相比，它更注重“做中學”理念，并基于問題和項目化引導學生自主設計并探索實踐。這種教學方式能激發學生主動探索求知的興趣，發揮學生合作交流和創新能力，并且對學生的學習狀態有積極的影響。虛擬現實技術的融入對體育教學來說，無疑會使教師在教學場景和教具選擇上更為多元化，從而進一步激發教師授課方式的創新；打破常規技能教學的時空限制，提高學生對技戰術的理解能力，減少課堂傷害事故，對體育教學效果起著顯著的提升作用，這種教學是可行的，值得運用。

（二）建議

基于CDIO理念的VR全景技術教學方式是一種處于起步階段的創新型教學方式，在體育教學中的應用要考慮教學內容、實際場地和師資配備情況。在設計教學方案時要注重所有知識內容之間的關聯性和整體性，進行項目化學習。除此之外，還要提供可用于線上線下互通的資源條件，讓學生能夠充分共享資源，體驗“做中學”的實際效用。教師使用VR全景技術實施教學時，要根據學生特點，合理分組，這是教學的基礎。在教學中，教師要注意發現潛在的問題并及時解決和調整教法，使學生達到最佳的合作狀態。同時，教師還要對學生進行適時引導，防止學生過度沉迷于觀看視頻而忽略了學習進度，每次課后要進行必要的總結以確保教學得到順利完成。

注：本文系2021年廣西水利電力職業技術學院教改科研重點項目“CDIO教育理念結合VR全景技術在高職體育教學中的應用研究”（2021zd09）、2022年度廣西高校中青年教師基礎能力提升項目“體育強國背景下廣西智慧體育場館建設與應用研究”（2022KY1091）的研究成果。

（責編 盧建龍）