楊 磊，吳菊花

近年來，隨著“健康中國2030規(guī)劃綱要”的實施，為充分發(fā)揮全民健身健康促進、慢性病預(yù)防和康復(fù)等方面的積極作用，繼續(xù)高質(zhì)量的體醫(yī)融合人才。但目前體育院系的專業(yè)教學(xué)面臨的困境是文化基礎(chǔ)薄弱、理論課學(xué)習(xí)熱情不高、實驗教學(xué)流于形式等。而近年來教育的多種領(lǐng)域均已使用了虛擬仿真技術(shù)，如醫(yī)學(xué)、電氣等，醫(yī)學(xué)使用人體虛擬仿真實驗教學(xué)時，可通過計算機技術(shù)建立的虛擬環(huán)境，使實驗者身臨其境的對虛擬人體器官、虛擬動作進行虛擬操作，從而達到增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力及興趣、提高教學(xué)質(zhì)量的目的[1-3]。體育生實踐操作能力較低、缺乏創(chuàng)新精神，嚴(yán)重影響人才培養(yǎng)質(zhì)量，已成為目前體育專業(yè)教學(xué)改革亟需解決的問題，因而，充分利用虛擬仿真教學(xué)平臺，無疑可為提高體育專業(yè)理論課程實驗教學(xué)質(zhì)量提供新路徑。

1 虛擬仿真實驗教學(xué)平臺的特點及優(yōu)勢

虛擬仿真是一種可創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)，是以計算機軟件及硬件為基礎(chǔ)、以必要的技術(shù)手段為輔助，通過對已知或未知世界的仿真，使人獲得真實感受的一種計算機應(yīng)用技術(shù)。虛擬仿真教學(xué)平臺則是以計算機技術(shù)為核心生成逼真的視、聽、觸覺一體化的虛擬實驗環(huán)境，給予學(xué)生一種真實情境，使學(xué)生對虛擬或仿真的實驗樣本進行一定虛擬狀態(tài)操作，進而實現(xiàn)實驗人群的身臨其境的學(xué)習(xí)反饋，具有多感知性、真實性、交互性、開放性、安全性等特征。

在體育理論課實驗教學(xué)及體育實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中，由于實驗操作或教學(xué)實踐可能受到師資、場地、實驗耗材等的限制，可能存在部分學(xué)生無法進行實際操作，而通過虛擬仿真平臺，則可彌補這些條件局限性，從而提高學(xué)生實踐操作及創(chuàng)新技能。由此，開展虛擬仿真實驗教學(xué)已成為現(xiàn)代教育發(fā)展的趨勢，有著傳統(tǒng)實驗教學(xué)手段無法比擬的優(yōu)勢。

1.1 開辟生動逼真、高效安全的實驗環(huán)境

虛擬仿真教學(xué)平臺運用計算機全面仿真人體結(jié)構(gòu)和人體動作, 為體育生提供生動、逼真的實驗環(huán)境。例如運動解剖學(xué)動作分析教學(xué)，由于各種技術(shù)動作是在一個三維環(huán)境中完成，骨骼、關(guān)節(jié)、骨骼肌相互配合、相互牽制，同時與人體神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等又是一個整體，學(xué)生理解和掌握起來比較抽象和困難，人體虛擬仿真教學(xué)平臺通過三維軟件技術(shù)可進行人體骨骼模擬、關(guān)節(jié)模擬、各肌肉群模擬及運動模式的虛擬建造，可提供生動、安全學(xué)習(xí)情境，將抽象理論知識形象化，解決實際無法解決難題，進而突破實驗教學(xué)瓶頸，以此激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，使專業(yè)理論課實驗教學(xué)具有交互性、高效性。

1.2 突破時空局限，建設(shè)開放性實驗室，實驗教學(xué)資源共享

體育理論的教學(xué)實驗往往需要特定實驗器材、實驗時間地點安排，由此方可順利開展其實驗教學(xué)，然而構(gòu)建虛擬仿真實驗教學(xué)平臺后，則可打破這些局限。通過網(wǎng)絡(luò)在線，學(xué)生可自選、自主參與其感興趣的實驗，并也可利用其空暇時間完成一些實驗操作，實驗教學(xué)環(huán)境也變得“開放性、交互性”。倘若學(xué)生實驗課程未按時完成，其也可利用課余時間利用虛擬仿真系統(tǒng)繼續(xù)操作，增加了實驗教學(xué)的時間寬度，有利于增強學(xué)生的實踐操作。

此外，由于教學(xué)條件不同，各體育院系實驗教學(xué)可能存在一定差異性，而構(gòu)建虛擬仿真教學(xué)平臺則可以促進不同體育院系實驗教學(xué)資源的共享，由此可彌補體育專業(yè)實驗教學(xué)的資源不足，進而促進體育專業(yè)實驗教學(xué)課程的飛速發(fā)展。

1.3 將演示性實驗變?yōu)椴僮餍詫嶒?/h3>

運動人體科學(xué)課程，如運動解剖學(xué)、運動生理學(xué)、運動生物力學(xué)等課程，所開設(shè)的實驗大多屬于演示性實驗，學(xué)生因參與度不高而缺乏對實驗的興趣。虛擬仿真教學(xué)可促使學(xué)生成為實驗教學(xué)的“主導(dǎo)者與參與者”，“教”與“學(xué)”相互轉(zhuǎn)換，更大地激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，也對培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力起到積極促進作用。同時，虛擬仿真教學(xué)平臺可以增加學(xué)生多重感官刺激，并通過學(xué)生的虛擬仿真情境的操作體驗，更容易激發(fā)學(xué)生情感參與，讓抽象教學(xué)內(nèi)容留下深刻的記憶。

1.4 節(jié)約實驗成本，減少環(huán)境污染

昂貴先進的實驗儀器、實驗動物，嚴(yán)重困擾制約著體育理論課實驗教學(xué)。在運動解剖學(xué)教學(xué)實驗中，隨著實驗進行，標(biāo)本易磨損，且并不能隨時隨地供學(xué)生進行學(xué)習(xí)實驗，此外，實驗過程中，標(biāo)本量少，而學(xué)生眾多，這往往會導(dǎo)致實驗教學(xué)效果差。此外，運動生理學(xué)、運動生物力學(xué)等實驗儀器設(shè)備購買及維護更新成本高，且部分實驗結(jié)束后所致的廢料可能存在一定污染性。由此對比，虛擬仿真教學(xué)平臺則無須額外增加實驗成本，也不存在實驗材料緊張或過期等問題，可長期、大范圍重復(fù)使用[4]。

2 體育專業(yè)課教學(xué)引入虛擬仿真教學(xué)平臺的必要性和迫切性

由于不受實驗時間和空間的制約，學(xué)生在進行體育理論課實驗時采用虛擬實驗比真實實驗有更大的優(yōu)越性。教師只需根據(jù)實驗課程內(nèi)容要求，構(gòu)建一個可視化的實驗操作環(huán)境，而學(xué)生則可以在實驗課堂或空閑時間進行預(yù)約，可多次地進行模擬實驗，從而加深其對實驗課程理解與應(yīng)用。此外還可以開展一些探索性的綜合實驗，這也有利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。由此可知，體育專業(yè)理論課實驗教學(xué)開展虛擬仿真實驗教學(xué)是當(dāng)前高校體育專業(yè)教學(xué)改革的迫切要求之一。

2.1 體育專業(yè)理論課傳統(tǒng)實驗教學(xué)面臨困境

體育專業(yè)教育的獨特之處在于體醫(yī)結(jié)合、理論與實踐并重，一名合格的健身教練或康復(fù)治療師的成長除了前期基礎(chǔ)理論知識的扎實積累外，更要有后續(xù)的實踐(實驗)技能的反復(fù)訓(xùn)練和習(xí)得。但目前體育院系的專業(yè)理論課實驗經(jīng)費非常有限、實驗教學(xué)資源短缺日益突出，而且目前開設(shè)的實驗多數(shù)為演示性實驗，學(xué)生參與度不高，使得實驗教學(xué)在很多情況下流于形式，僅成為理論課的重復(fù)，教學(xué)效果差。雖然一些實驗教學(xué)可以在學(xué)生身上進行，但采用真人實驗也有較大局限性。

2.2 體醫(yī)結(jié)合對體育專業(yè)人才培養(yǎng)提出高要求

體育生在專業(yè)學(xué)習(xí)過程中，其文化水平略低而動手能力較強，因此，對其理論知識學(xué)習(xí)而言，實驗教學(xué)則起著一個理論聯(lián)系實踐的重要指導(dǎo)作用，通過實驗教學(xué)，可以增強其學(xué)習(xí)興趣，增加理論學(xué)習(xí)能力，提高其技能學(xué)習(xí)。然而，由于實驗場地、實驗儀器耗材及實驗經(jīng)費的影響，體育專業(yè)實驗課開設(shè)往往存在一定局限性；由于體育專業(yè)往往處于經(jīng)費不足，這會導(dǎo)致體育專業(yè)實驗教學(xué)資源存在一定匱乏，有此限制，很多完整的教學(xué)實驗均不能滿足每個學(xué)生的獨立完成要求；許多體育學(xué)院受到種種限制，往往僅開設(shè)幾個傳統(tǒng)實驗，這對于學(xué)生對專業(yè)課程的理解及對相關(guān)創(chuàng)新想法都進行了極大限制；此外，也有部分學(xué)生過于重視運動技能獲得，而不重視理論學(xué)習(xí)，對實驗教學(xué)操作存在一定誤區(qū)，因此這部分學(xué)生往往更需要以實驗促進理論學(xué)習(xí)，由此實驗教學(xué)顯得更為重要[5]。新的體育人才培養(yǎng)目標(biāo)要求學(xué)生不僅僅要掌握運動技能，更需要掌握堅實的理論知識，而借助于來自于實驗的感性認識，則可進一步增強學(xué)生理論聯(lián)系實際、獨立解決問題的能力及創(chuàng)新能力。

3 虛擬仿真教學(xué)平臺應(yīng)用于體育專業(yè)課程實驗教學(xué)的可行性

虛擬仿真實驗教學(xué)具有教學(xué)訓(xùn)練過程安全無風(fēng)險、高效率、學(xué)習(xí)體驗真實、教學(xué)過程可調(diào)控以及知識庫多樣化等優(yōu)點，對促進體育專業(yè)理論課的實驗教學(xué)改革有著重要意義。體育專業(yè)運動人體科學(xué)相關(guān)實驗課因其實驗對象、實驗技術(shù)多變性，且可進行多方面創(chuàng)新性研究，因此，通過虛擬仿真實驗平臺，可更利于該方面專業(yè)實驗課的順利開展及創(chuàng)新使用，目前，也已有部分相關(guān)虛擬仿真實驗操作系統(tǒng)被開發(fā)研究，并進行了一定測試，顯示其具有良好實驗教學(xué)效果；在虛擬仿真實驗教學(xué)中，雖然教師教學(xué)過程中以及學(xué)生實驗中的實際可操作性要求高，需要使用者與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員合作，但將體育專業(yè)理論及實驗知識與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完美結(jié)合，教師在教學(xué)過程中做到取長補短，學(xué)生通過虛擬實驗課程的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，減少其現(xiàn)實操作時出現(xiàn)的失誤問題，將虛擬實驗和真實實驗結(jié)合起來，這必然會有效提升體育專業(yè)的實驗教學(xué)效果[6]。虛擬仿真實驗教學(xué)模式已成為一種快速發(fā)展的新型實驗教學(xué)模式，實驗教學(xué)平臺的建設(shè)和發(fā)展對于推動體育專業(yè)理論課實驗和實踐教學(xué)改革、完善傳統(tǒng)實驗不足及提高教學(xué)質(zhì)量意義重大。

隨著計算機水平的發(fā)展，虛擬仿真實驗平臺技術(shù)內(nèi)容不斷更新，可逐步實現(xiàn)傳統(tǒng)實驗教學(xué)無法完成的教學(xué)功能，為提高實驗教學(xué)效果，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才提供平臺，而增強體育專業(yè)實驗教學(xué)的虛擬仿真應(yīng)用，也將為虛擬仿真實驗教學(xué)平臺可持續(xù)發(fā)展注入活力，兩者融合，必將提升體育人才質(zhì)量。