葛金琰 閆振龍 李云鑌

（西安交通大學(xué) 陜西 西安 710049）

伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，體育學(xué)類的教學(xué)模式及教學(xué)方法發(fā)展迅速，對(duì)于體育教師的培養(yǎng)和就業(yè)環(huán)境均發(fā)生了顛覆性變化。高校內(nèi)的體育教育具有專業(yè)理論知識(shí)接受性強(qiáng)，多樣性的體育專項(xiàng)課程覆蓋面廣的特點(diǎn)，隨著時(shí)代發(fā)展，高等教育的教學(xué)模式也應(yīng)順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展進(jìn)行有意義的革新，傳統(tǒng)的高校體育教學(xué)模式和方法注重線下課堂單方面的專項(xiàng)理論知識(shí)和實(shí)踐技術(shù)的傳授，鮮少運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段改革體育教學(xué)內(nèi)容和手段，創(chuàng)新體育教學(xué)模式。

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及特點(diǎn)

1.1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)技術(shù)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，高效能計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)主要包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、聲音空間化技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮及數(shù)據(jù)庫(kù)生成技術(shù)等?？山柚鷤鞲蓄^盔、數(shù)據(jù)手套等專業(yè)設(shè)備，讓用戶進(jìn)入虛擬空間，將計(jì)算機(jī)生成的虛擬空間中的事物和作用反饋到真實(shí)世界中，實(shí)時(shí)感知和操作虛擬世界中的各種對(duì)象，從而通過視覺、觸覺和聽覺等獲得身臨其境的真實(shí)感受，讓使用者感知產(chǎn)生于虛擬空間的各種逼真刺激，并產(chǎn)生等同親臨真實(shí)環(huán)境的“沉浸”感。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)重要方向，是仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的融合，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)。

1.2、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特點(diǎn)

1994年Burdea和Coiffet描述了Virtual Reality的3個(gè)基本特征，即想象、交互和沉浸，(3I，Imagination Interaction Immersion)。因虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的硬件、軟件和領(lǐng)域不同，3I的偏重也各有不同。想象是指虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有廣闊的可想象空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，可再現(xiàn)真實(shí)環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的環(huán)境；沉浸即臨場(chǎng)感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度，虛擬現(xiàn)實(shí)能提供給用戶一個(gè)真實(shí)的虛擬環(huán)境，用戶在其生理和心理的角度上，對(duì)虛擬環(huán)境難以分辨真假，如同在現(xiàn)實(shí)世界中的感覺；交互是指用戶實(shí)時(shí)地對(duì)虛擬空間的對(duì)象進(jìn)行操作和反饋。虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建、人機(jī)交互的體驗(yàn)需要軟硬件多種技術(shù)作為支撐實(shí)現(xiàn)。包括三維圖形模型構(gòu)建、模型驅(qū)動(dòng)技術(shù)、立體聲合成技術(shù)、視覺跟蹤和視點(diǎn)感應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)，使用者通過利用頭盔顯示器、手套等傳感裝置設(shè)備將自己置身于虛擬的環(huán)境中。目前，虛擬技術(shù)發(fā)展日趨成熟，其在醫(yī)學(xué)、航空航天、城市規(guī)劃、建筑、虛擬演播室、藝術(shù)、娛樂游戲、教育等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

2、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校體育教學(xué)中的運(yùn)用

2.1、改善教學(xué)環(huán)境

改善教學(xué)環(huán)境，彌補(bǔ)各種因素導(dǎo)致的場(chǎng)地、教師、時(shí)間等不足及場(chǎng)地受限。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正在廣泛地應(yīng)用于高等學(xué)校中醫(yī)學(xué)、建筑、材料、化工、機(jī)械等學(xué)科，以信息技術(shù)改變了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)、教學(xué)模式。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用多傳感交互技術(shù)、三維圖形生成技術(shù)和高分辨顯示技術(shù)，生成逼真三維的虛擬環(huán)境，為學(xué)生提供感官之上的真實(shí)模擬過程，使學(xué)生如同身臨其境，這項(xiàng)技術(shù)的特質(zhì)可以在一定程度上彌補(bǔ)當(dāng)前高校體育教學(xué)所面臨的教學(xué)困境。例如，當(dāng)前疫情形勢(shì)下，高校的體育課堂因疫情防控需要，體育課的教學(xué)形式從線下課堂配合轉(zhuǎn)為線上，相較于其他學(xué)科，線上授課的方式對(duì)其教學(xué)效果影響較小。然而對(duì)于高校的體育課程，線上的體育教學(xué)形式意味著部分要求特定場(chǎng)景環(huán)境（如，游泳）的體育項(xiàng)目的專項(xiàng)練習(xí)面臨停擺，影響了專項(xiàng)教學(xué)進(jìn)度的推進(jìn)。同時(shí)天氣與環(huán)境因素也是制約部分高校開展日常體育課程教學(xué)的原因，如，遇雨雪、霧霾天氣影響，部分授課場(chǎng)地在室外的體育課程就會(huì)面臨停課的現(xiàn)實(shí)，阻礙了教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入體育學(xué)教學(xué)中，可以通過構(gòu)建相關(guān)專項(xiàng)體育課程的虛擬場(chǎng)景為學(xué)生提供創(chuàng)新式的教學(xué)平臺(tái)，使學(xué)生身臨其境的感受“虛擬化”教學(xué)，通過與學(xué)生的感官互動(dòng)促使教學(xué)過程游戲趣味化、沉浸體驗(yàn)化。

2.2、推進(jìn)高校體育課程建設(shè)

推進(jìn)高校體育課程建設(shè)，豐富體育課程選擇。當(dāng)前隨著時(shí)代對(duì)高校體育教學(xué)課程改革的要求和各體育專業(yè)人才的引進(jìn)，高校體育課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式更加多樣和多變。隨著傳統(tǒng)體育項(xiàng)目、新興體育項(xiàng)目進(jìn)校園的推進(jìn)，我國(guó)傳統(tǒng)項(xiàng)目如舞龍舞獅、龍舟、毽球，新興體育項(xiàng)目如跆拳道、瑜伽、賽艇等體育項(xiàng)目已經(jīng)成為了不少高校體育課程的選擇。然而由于場(chǎng)地、環(huán)境、運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)等因素的限制，不少運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下無法在高校進(jìn)行普及和推廣，例如，冰雪運(yùn)動(dòng)的滑雪項(xiàng)目、水上項(xiàng)目沖浪等。這些體育項(xiàng)目最為新興的熱門體育項(xiàng)目，深受年輕人的喜愛，在高校的普及具有帶動(dòng)年輕人的參與，增加項(xiàng)目人才儲(chǔ)備、影響項(xiàng)目發(fā)展的重大作用。因此，高?？梢赃\(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)避開校內(nèi)發(fā)展這些項(xiàng)目的限制，以冰雪運(yùn)動(dòng)的滑雪項(xiàng)目為例，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以虛擬仿真冰雪環(huán)境并制作基礎(chǔ)的動(dòng)作教學(xué)，通過外部硬件設(shè)備將學(xué)生置身于虛擬環(huán)境中，同時(shí)穿戴滑雪裝備進(jìn)行模擬練習(xí)，完成對(duì)項(xiàng)目的初步掌握，培養(yǎng)學(xué)生興趣，也能極大程度地避免運(yùn)動(dòng)傷害事故的產(chǎn)生。虛擬現(xiàn)實(shí)新興運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目在高校內(nèi)的開展，為學(xué)生提升鍛煉興趣，自覺開展體育鍛煉，培養(yǎng)終身體育思想奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3、探索科學(xué)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方式

探索科學(xué)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方式，創(chuàng)新訓(xùn)練手段。在具備高水平招生資格的高校，高水平的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練也可以借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)改變傳統(tǒng)的訓(xùn)練模式。首先，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以通過構(gòu)建虛擬訓(xùn)練場(chǎng)景如虛擬訓(xùn)練場(chǎng)地、虛擬訓(xùn)練器材和虛擬人等的建模來完成有些對(duì)訓(xùn)練場(chǎng)景有特定的要求的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)，例如，可以通過模擬競(jìng)技比賽場(chǎng)景，使學(xué)生身臨其境的處身于比賽環(huán)境和氛圍中進(jìn)行專項(xiàng)訓(xùn)練，將其作為訓(xùn)練手段加強(qiáng)學(xué)生在體育競(jìng)賽中的抗壓及應(yīng)變能力，在虛擬的競(jìng)技賽場(chǎng)上感受比賽氛圍，感受體育運(yùn)動(dòng)的魅力；其次，通過在虛擬環(huán)境中借助傳感器跟蹤設(shè)備，完成對(duì)學(xué)生技術(shù)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)捕捉，同時(shí)通過各種傳感器和智能化儀器完成對(duì)運(yùn)動(dòng)員的生理生化數(shù)據(jù)、心理數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對(duì)其身體機(jī)能進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，例如，生理數(shù)據(jù)的捕獲主要包括對(duì)脈搏、血壓等人體的新陳代謝指標(biāo)和各器官、各系統(tǒng)的機(jī)能指標(biāo)的獲?。辉俅?，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)通過對(duì)學(xué)生運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)作的捕捉，建立對(duì)所監(jiān)測(cè)學(xué)生技術(shù)動(dòng)作的3D影像呈現(xiàn)，使學(xué)生能夠360°甚至720°的觀看自身技術(shù)的動(dòng)作形態(tài)，不同于其他視頻教學(xué)資料，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以使學(xué)生從任意角度觀看動(dòng)作細(xì)節(jié)并通過構(gòu)造人體虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，結(jié)合各體育專項(xiàng)運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)發(fā)力特點(diǎn)，進(jìn)行評(píng)估和數(shù)據(jù)分析，從而構(gòu)建正確的動(dòng)力定型，幫助學(xué)生改進(jìn)和創(chuàng)新技術(shù)動(dòng)作，為提升動(dòng)作質(zhì)量創(chuàng)造有利條件；最后，運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目技戰(zhàn)術(shù)的理論知識(shí)以及實(shí)踐運(yùn)用也可以通過運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)手段來呈現(xiàn)，輔助教師完成教學(xué)。

3、體育教學(xué)中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)存在的問題及應(yīng)對(duì)措施

3.1、存在問題

（1）缺少專業(yè)技術(shù)人才。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校體育教學(xué)中的實(shí)際運(yùn)用要求制作者熟練掌握所制作體育項(xiàng)目技能外，同時(shí)還需具有計(jì)算機(jī)、材料、生物學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，具備數(shù)學(xué)建模、圖像處理、數(shù)據(jù)管理能力，對(duì)拍攝所使用的各種傳感器、人機(jī)交互設(shè)備等硬件的使用方法也要有必要了解。目前體育學(xué)科缺少與工科、理科等學(xué)科的交叉學(xué)科，缺少相關(guān)背景人才。

（2）建設(shè)經(jīng)費(fèi)緊張。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在體育教學(xué)中的“沉浸感”離不開包括立體投影系統(tǒng)、顯示器頭盔式顯示器、數(shù)據(jù)手套等外部硬件設(shè)備，同時(shí)還需搭建支持虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)配套，通常都較為昂貴。

（3）虛擬教學(xué)與真實(shí)教學(xué)差異。

虛擬環(huán)境為高校體育帶來創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)的同時(shí)也需明確虛擬的環(huán)境中練習(xí)不能完全替代真實(shí)環(huán)境中的體育鍛煉。因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)與實(shí)際的課程教學(xué)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)資源互補(bǔ)。虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)用虛擬環(huán)境、體育系統(tǒng)仿真的形式將目前高校難以接觸到的體育項(xiàng)目、3D虛擬人動(dòng)作技術(shù)教材展示給學(xué)生，允許學(xué)生嘗試不同的體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，虛擬現(xiàn)實(shí)教材的實(shí)現(xiàn)使學(xué)生能夠提前預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，更直觀地掌握技術(shù)動(dòng)作，但是無法保證學(xué)生的身體素質(zhì)得到有效鍛煉。

3.2、應(yīng)對(duì)措施

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的體育教材或是體育項(xiàng)目的虛擬環(huán)境構(gòu)建是需要多學(xué)科參與的系統(tǒng)工程，因此虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校體育教學(xué)中的應(yīng)用需要借助高校內(nèi)跨學(xué)科的力量，與相關(guān)學(xué)科建立項(xiàng)目合作、基地建設(shè)、加強(qiáng)相關(guān)人才的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，以團(tuán)隊(duì)的形式完成研究探索。

利用實(shí)際課程教學(xué)中教師與學(xué)生的互動(dòng)教學(xué)、有效監(jiān)督等特點(diǎn)，將兩者深度融合，能夠最大程度的保證學(xué)生的身體素質(zhì)通過體育課程得到提高，可以有效解決虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)模式中存在的問題。在體育課程學(xué)習(xí)過程中可以通過虛擬仿真教材進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、在虛擬環(huán)境中嘗試新興體育項(xiàng)目的學(xué)習(xí)和實(shí)際場(chǎng)景中教師與學(xué)生的互動(dòng)教學(xué)之間靈活交互、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，開拓創(chuàng)新教學(xué)模式，為學(xué)生構(gòu)建全方位的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

4、結(jié)語

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與興起，未來教育領(lǐng)域應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，應(yīng)用成本也會(huì)趨于平民化。對(duì)于高校來說，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，是當(dāng)代教育科技發(fā)展的趨勢(shì)，是改變教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)方式的推動(dòng)力量，教材內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)模式都將發(fā)生深刻的變革，給高校的教學(xué)工作帶來更為深遠(yuǎn)的影響。隨著越來越多的學(xué)校、學(xué)者參與到研究探索虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)等方面的深化應(yīng)用，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將應(yīng)用在更多學(xué)科教學(xué)建設(shè)的工作中，同時(shí)也將為高校的體育學(xué)科帶來新的發(fā)展機(jī)遇，為新體育教育的創(chuàng)發(fā)展打開新局面。