王 平 陳玉平 李戰(zhàn)華

杭州師范大學(xué)體育與健康學(xué)院，浙江 杭州 311121

在國(guó)外，虛擬仿真技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到大學(xué)課堂的教學(xué)中，而在國(guó)內(nèi)，該項(xiàng)技術(shù)被應(yīng)用于教學(xué)，尤其是實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程中才剛剛起步，將掀起新的教育教學(xué)理念，對(duì)于運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的實(shí)驗(yàn)課而言，虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)，在很大程度上降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)環(huán)境或場(chǎng)地的要求，同時(shí)降低了實(shí)驗(yàn)耗材、還可達(dá)到“取之不盡，用之不絕”的效果，同時(shí)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的安全性，且可反復(fù)實(shí)驗(yàn)，直至成功，也可同時(shí)進(jìn)行多人運(yùn)動(dòng)、同時(shí)監(jiān)控多人生理指標(biāo)、體能測(cè)試等功能，對(duì)推動(dòng)運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、創(chuàng)新運(yùn)動(dòng)生理學(xué)教學(xué)模式具有重要作用。[1]故本研究以提高學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)部分的學(xué)習(xí)和教學(xué)效果為目的，觀察虛擬仿真技術(shù)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分的理論成績(jī)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)等指標(biāo)，檢驗(yàn)對(duì)教學(xué)效果的影響，為虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)在運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展提供一定的理論依據(jù)。

1 教學(xué)對(duì)象與分組

我校體教專(zhuān)業(yè)學(xué)生是經(jīng)過(guò)高考的同一批次錄取，高中修過(guò)生物學(xué)者，且第一學(xué)期運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)期末分?jǐn)?shù)無(wú)顯著性差異者，共40名，按照隨機(jī)數(shù)據(jù)的形式分為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組和虛擬仿真模擬組，每組各20名。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

依據(jù)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案和課程大綱的要求，結(jié)合體育專(zhuān)業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)和要求，對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組的學(xué)生，課前要求預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，課中實(shí)驗(yàn)員根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的要求準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需物，教師示教、學(xué)生觀察，隨后學(xué)生按照分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。對(duì)虛擬仿真模擬組的學(xué)生，課前使用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行預(yù)習(xí)、了解本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⑹炀毑僮鞣椒?、學(xué)習(xí)操作過(guò)程，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并且分辨出重點(diǎn)和難點(diǎn)，課中教師講解、示范、然后學(xué)生進(jìn)行自己操作。課后兩組實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行理論測(cè)試，部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)技能測(cè)試和部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)，最后由同一個(gè)教師批改，給予相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。

3 教學(xué)效果的檢測(cè)指標(biāo)

（1）理論考核：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，針對(duì)本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容采用同樣的試卷對(duì)2組學(xué)生進(jìn)行理論考試，題型包括填空題、選擇題、判斷題、分析題和論述題，每個(gè)實(shí)驗(yàn)包括3種不同的題型，如運(yùn)動(dòng)與身體機(jī)能的測(cè)定，滿(mǎn)分共30分；

（2）實(shí)驗(yàn)報(bào)告的考核：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，針對(duì)本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容分為實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟和分析與討論，如運(yùn)動(dòng)與身體素質(zhì)，滿(mǎn)分為10分；

（3）技能考核：實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)學(xué)生進(jìn)行操作技能和過(guò)程指標(biāo)評(píng)價(jià)考核，虛擬仿真模擬組和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組的考核標(biāo)準(zhǔn)均采用《普通高等學(xué)校體育教育專(zhuān)業(yè)主干課教材配套的運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》的實(shí)驗(yàn)要求作為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，如實(shí)驗(yàn)方法是否熟練、過(guò)程是否順利，組內(nèi)人員配合是否默契，如運(yùn)動(dòng)與能量消耗，滿(mǎn)分共20分；三種測(cè)試形式的時(shí)間均為20分鐘，當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行當(dāng)場(chǎng)收回。

4 統(tǒng)計(jì)方法

采用Spss21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，所有數(shù)據(jù)均采用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，組內(nèi)比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)，顯著性差異以 p＜0.05 表示。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表1顯示，運(yùn)用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組和虛擬仿真模擬組的理論成績(jī)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)前，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組和虛擬仿真模擬組的學(xué)生理論成績(jī)無(wú)顯著性差異（p＞0.05），但經(jīng)過(guò)32學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，虛擬仿真模擬組的理論成績(jī)顯著高于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組（p＜0.05）；運(yùn)用配對(duì)t檢驗(yàn)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組和虛擬仿真模擬組的理論成績(jī)分別進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組在實(shí)驗(yàn)前、后的理論成績(jī)未見(jiàn)發(fā)生顯著變化，但虛擬仿真模擬組學(xué)生的理論成績(jī)?cè)趯?shí)驗(yàn)后顯著高于實(shí)驗(yàn)前（p＜0.05）。

表1 兩種實(shí)驗(yàn)前后的理論成績(jī)比較（x±s）

表2顯示，運(yùn)用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組和虛擬仿真模擬組的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)前，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組和虛擬仿真模擬組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)無(wú)顯著性差異（p＞0.05），但經(jīng)過(guò)32學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，虛擬仿真模擬組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)顯著高于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組（p＜0.05）；運(yùn)用配對(duì)t檢驗(yàn)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組和虛擬仿真模擬組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)?cè)趯?shí)驗(yàn)前、后未見(jiàn)發(fā)生顯著變化，但是虛擬仿真模擬組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)?cè)趯?shí)驗(yàn)后顯著高于實(shí)驗(yàn)前（p＜0.05）。

表2 兩組實(shí)驗(yàn)前后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)比較（x±s）

表3顯示，運(yùn)用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組和虛擬仿真模擬組的實(shí)驗(yàn)技能成績(jī)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)前，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組和虛擬仿真模擬組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能成績(jī)無(wú)顯著性差異（p＞0.05），經(jīng)過(guò)32學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能成績(jī)顯著增加（p＜0.05）；運(yùn)用配對(duì)t檢驗(yàn)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組和虛擬仿真模擬組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能成績(jī)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能成績(jī)?cè)趯?shí)驗(yàn)后顯著增加（p＜0.05），但虛擬仿真模擬組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能成績(jī)?cè)趯?shí)驗(yàn)前后無(wú)顯著性差異（p＞0.05）。

表3 兩組實(shí)驗(yàn)前后的實(shí)驗(yàn)技能成績(jī)比較（x±s）

6 分析與討論

本研究采用虛擬仿真模擬技術(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，理論考試成績(jī)方面，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)的考試成績(jī)顯著高于傳統(tǒng)教學(xué)模式的成績(jī)，促進(jìn)了教學(xué)效果，提示，虛擬仿真模擬技術(shù)的實(shí)施是有效的、且教學(xué)設(shè)計(jì)方面是合理的，可在運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中繼續(xù)使用和廣泛推廣，本研究結(jié)果與王君[2]的研究結(jié)果一致，他們采用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)護(hù)理專(zhuān)業(yè)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的使用可顯著增加學(xué)生的理論考試成績(jī)。

為了進(jìn)一步檢測(cè)虛擬仿真模擬技術(shù)在運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的效果，本研究采用虛擬仿真模擬技術(shù)繼續(xù)對(duì)運(yùn)動(dòng)生理學(xué)部分實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫(xiě)的形式進(jìn)行考核，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，虛擬仿真模擬技術(shù)的教學(xué)對(duì)部分實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)顯著增加，說(shuō)明采用虛擬仿真模擬技術(shù)的提前預(yù)習(xí)、對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)方法的模擬預(yù)習(xí)均起到積極的作用，為正式實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)技術(shù)操作等方面均起到了無(wú)縫對(duì)接的功效，此外，該虛擬仿真模擬技術(shù)的逼真性、交互性和靈活性等特點(diǎn),[3]可增強(qiáng)體育專(zhuān)業(yè)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的興趣和積極性，進(jìn)而更深的了解實(shí)驗(yàn)的目的、過(guò)程和結(jié)果，提高實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績(jī)。

虛擬仿真模擬技術(shù)使用的教學(xué)效果好，分析其原因，可能是以下幾點(diǎn)：（1）每個(gè)模塊包括虛擬訓(xùn)練場(chǎng)景、生理生化數(shù)據(jù)采集和不同的項(xiàng)目鍛煉，如電子健身游戲能量測(cè)試系統(tǒng)中有瑜伽、有氧運(yùn)動(dòng)、平?jīng)_運(yùn)動(dòng)等模式；敏捷反應(yīng)測(cè)試訓(xùn)練系統(tǒng)中有籃球運(yùn)球和足球守門(mén)等技術(shù)；動(dòng)態(tài)平衡測(cè)試系統(tǒng)中有車(chē)流中躲避車(chē)輛、蜜蜂扎氣球等游戲。學(xué)生可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目包括籃球、網(wǎng)球、馬拉松等運(yùn)動(dòng)的模擬，且運(yùn)動(dòng)的真實(shí)感很強(qiáng)，規(guī)避了運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地限制的缺點(diǎn)；（2）可避免運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目對(duì)抗的危險(xiǎn)性，如人機(jī)互動(dòng)的拳擊運(yùn)動(dòng)；（3）可對(duì)多名學(xué)生的心率、血壓進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測(cè)，節(jié)省時(shí)間；（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生還可進(jìn)行反復(fù)練習(xí)以達(dá)到熟練掌握實(shí)驗(yàn)的整個(gè)操作技術(shù)；（5）由于虛擬仿真模擬系統(tǒng)中含有視頻動(dòng)畫(huà)，可促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望和提高學(xué)習(xí)的參與性和積極性；（6）學(xué)生可通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)的操作進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、可做到舉一反三的效果，從而也能提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力。[4]

但虛擬仿真實(shí)驗(yàn)并不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)[5]，本研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)技術(shù)成績(jī)優(yōu)于虛擬仿真的學(xué)生，說(shuō)明傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力方面更好，促進(jìn)學(xué)生掌握和熟練實(shí)驗(yàn)操作技能，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)由于主要是模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)和培訓(xùn)方面相對(duì)較弱。且該結(jié)果同樣在王君[2]等人的研究中也得到證實(shí),提示，在運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)還不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)，虛擬仿真模擬實(shí)驗(yàn)可對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)起到促進(jìn)和輔助作用。

7 展望

將虛擬仿真模擬技術(shù)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可不受實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地的限制、也不受時(shí)間和空間的限制、且可模擬多種運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，使運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程更加生動(dòng)有趣，增強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立思考能力，最終，很大程度上提高了學(xué)生在運(yùn)動(dòng)生理學(xué)上的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。但是，值得我們注意的是，虛擬仿真模擬技術(shù)不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)，它可作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的有益補(bǔ)充、進(jìn)一步完善和拓展。故我們以后可以開(kāi)發(fā)更多、更好的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊，為運(yùn)動(dòng)生理學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容服務(wù)。