高明

隨著高校教育教學改革的不斷深化，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺等技術在課程建設中的應用，加快了人工智能在教學領域的創(chuàng)新運用。本文旨在通過對智能全息光影設備在高校中應用的現(xiàn)狀做出分析，找出應用中存在的問題并提出相關對策，為傳統(tǒng)教學帶來創(chuàng)新突破，促進現(xiàn)代化信息教育教學手段改革，讓更多高校受益于具有多元化教學模式的智能化體育教學課堂。

1 前言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展，各類新興技術與教育系統(tǒng)正在深度融合。在這一背景下沉浸式學習新型方式應運而生：英國開放大學在《2018年學習趨勢報告》中將沉浸式學習列為未來學習趨勢之一，沉浸式學習有助于學習者體驗更逼真的情景，從而產(chǎn)生更加真實、更加互動和更難忘的學習體驗，學習者通過體驗已設計好的模擬真實情景而開展學習和實踐，從而加深對學習的理解?！缎旅襟w聯(lián)盟地平線報告基礎教育版》分別于2016年和2017年將虛擬現(xiàn)實技術作為未來2-3年進入基礎教育應用的重要技術進展，可見虛擬現(xiàn)實技術在近兩年的教育應用中越來越引起教育界的關注。隨著近幾年信息技術的快速發(fā)展和5G時代的到來，新技術逐漸滲透在高校體育教學中的方方面面，具有沉浸性、可視化的新型教學模式豐富了高校日常的教學手段。本篇論文研究沉浸式學習背景下的其中一個媒介手段“智能+互聯(lián)網(wǎng)+全息光影律動”系統(tǒng)在高校操舞類體育課程的應用情況做調查與分析，找出應用中存在的問題并提出相關對策，為傳統(tǒng)教學帶來創(chuàng)新突破，促進現(xiàn)代化信息教育教學手段改革，讓更多高校受益于具有多元化教學模式的智能化體育教學課堂。

2 文獻綜述

2.1 國外研究現(xiàn)狀

2.1.1 在動作訓練領域的虛擬現(xiàn)實實踐

R.Sidharta和C.Cruz-Neira曾設計出讓參與者與虛擬對手進行拳擊比賽的虛擬系統(tǒng)；伊利諾伊大學的楊振宇等人曾在美國計算機協(xié)會舉辦的多媒體國際會議上展示了其團隊設計的虛擬交誼舞系統(tǒng)。當虛擬現(xiàn)實應用設計引入動作捕捉技術之后，人機交互的水平得到了很大程度的提升，因為在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中可以引入一些游戲元素，參與者可以在人機的動作交互中獲得更多樂趣，取得更好的動作訓練效果。高村正彥等人設計出基于動作捕捉技術的軍事訓練系統(tǒng)，使用者戴上頭盔，與虛擬教練進行攻防訓練。

2.1.2 在舞蹈教學領域的虛擬現(xiàn)實實踐

中村俊輔等人開發(fā)了一套由定時振動設備和自移屏組成的舞蹈教學輔助系統(tǒng)。定時振動設備主要用于提醒學習者動作的時間點，而自移屏則向學習者展示動作的具體過程。系統(tǒng)會根據(jù)學習者的動作生成一個實時的虛擬影像呈現(xiàn)在屏幕上，這樣學習者就可以觀察到自身動作與教學影像動作的差異所在。

香港城市大學的制作團隊與日本的研究人員野村拓合作開發(fā)了用于自學舞蹈的舞蹈教學虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。使用者需要穿著一套用于捕捉動作信息的專用服裝，然后模仿虛擬教師的舞蹈動作就可以學習舞蹈。

2.2 國內研究現(xiàn)狀

經(jīng)過文獻查閱，國內的虛擬現(xiàn)實技術用于舞蹈教學中較多。陳芳的虛擬舞蹈模擬可視系統(tǒng)。通過拉班舞譜對舞蹈動作的分析得到相應舞蹈動作的二維數(shù)據(jù)，然后通過計算機對舞蹈動作進行編輯，建立起三維的虛擬人體模型以及虛擬舞蹈動作庫，并以OpenGL為平臺來實現(xiàn)舞蹈場景和角色模型的設計。

許怡的三維舞蹈虛擬化可視化系統(tǒng)在拉班力效分析與空間分析的基礎上，對舞蹈動作進行信息采集，然后形成虛擬舞蹈形象。使用者可以根據(jù)需要對虛擬舞蹈形象的人數(shù)與服裝，舞蹈選用的音樂和場景，甚至是舞蹈形象的表情等內容進行設定。

郭瑾等人在實現(xiàn)機器人舞蹈的研究過程中采用了舞蹈虛擬現(xiàn)實的技術。課題組先在計算機系統(tǒng)中分析機器人舞蹈動作的規(guī)律和方法，并建立起舞蹈動作的關鍵幀數(shù)據(jù)庫，以此為基礎建構了三維虛擬人的仿真骨骼舞蹈模型，仿真實現(xiàn)了機器人的舞蹈動作。

3 研究內容

3.1 沉浸式學習的理論支持

建構主義教學理論注重以學生為中心進行教學，且教師應當是學生獲取知識過程的幫助者、促進者。建構主義注重情境教學，其教學模式下的拋錨式教學又稱“情境性教學”，強調要營造好的教學環(huán)境，為學生建構知識的意義提供信息條件。個體的學習者在學習中所進行的相關活動是對環(huán)境的反映。在建構主義理論為指導下的沉浸式教學中，虛擬現(xiàn)實技術增加了學生的沉浸感，為其多種感官帶來綜合刺激，加深學生對知識的掌握程度，激發(fā)學生學習興趣，引發(fā)和保持學生的學習動機。

3.2 應用智能全息光影的優(yōu)勢分析

3.2.1 創(chuàng)設沉浸式情境化教學環(huán)境

操舞類等難美項目教學具有一定的實踐性，教學過程中的知識和技能部分需要通過學生對教師動作的模仿與感受才能獲得，在此過程中要保持教學的生動性，否則極易分散學生的注意力，無法沉浸在操舞學習氛圍中。而利用全息光影系統(tǒng)的光影投射、可視化的3D場景、12臺專業(yè)投影儀、全方位立體環(huán)繞音響設備，可以根據(jù)不同操舞類型切換不同光影背景，營造了與課程相適應的虛擬環(huán)境，虛擬現(xiàn)實技術產(chǎn)生的沉浸感通過學生多種感官感知和運動感知，良好的情境體驗讓同學們加深對動作細節(jié)的理解和記憶，使學生沉浸于環(huán)境中獲得心理上的愉悅。

3.2.2 教學智能數(shù)據(jù)化和云端化

智能光影系統(tǒng)配備的智能心率手環(huán)可實現(xiàn)運動數(shù)據(jù)的收集，學生在運動過程中心率會實時隨之產(chǎn)生變化，當課程結束時大屏幕上會呈現(xiàn)出每個學生的數(shù)據(jù)信息，教師可以在現(xiàn)場實時監(jiān)控學生身體的最真實數(shù)據(jù)并及時調整運動量。課程結束后系統(tǒng)自動根據(jù)消耗能量進行排名。同時這些數(shù)據(jù)還將上傳云端進行儲存，通過運動報告進行反饋到學生手機客戶端，詳細清晰的查看自己運動的各項數(shù)據(jù)，也為教師在下一階段課程負荷或教學設計提供科學依據(jù)。

3.2.3 實現(xiàn)教學內容可視化，共享平臺課程資源

通過智能光影云平臺共享更新的先進課程，多種不同類型的操舞動作在教學課堂上呈現(xiàn)。教學內容豐富，不因教師自身能力水平而受到局限，學生可以直觀、真實、有效的清晰技術動作的要點和完整示范。教師還可以將自己的課程內容拍攝成視頻上傳到云平臺，既實現(xiàn)教學內容的可視化，又為廣泛的大學生提供服務。

3.2.4 創(chuàng)新體育教學理念

傳統(tǒng)的體育教學理念是以教師為教學活動中心，體育課教學內容方案都是圍繞教師的教學能力施展而構建，學生的潛能難以挖掘，學習效率低下。智能光影系統(tǒng)的應用，踐行了“人本主義”教育思想，將學生作為活動的主體，與教師共同發(fā)揮完成體育教學活動。在教師的引導下，學生的自主學習能力得到提升，提升教學效果。

3.3 智能光影系統(tǒng)在高校操舞類課程的應用現(xiàn)狀

3.3.1 智能光影系統(tǒng)在高校的普及程度

本次問卷面向具有智能光影設備的普通高校發(fā)放，回答調查問卷老師50%是正高職稱，17%是副高職稱，33%是中級職稱，說明本次調查的對象都是具有豐富教學經(jīng)驗的教師，更能深入地反映教學中的真實情況。通過調查回收統(tǒng)計，智能光影此系統(tǒng)在綜合類高校的普及度高，占比67%。在體育類高校占比34%。在學生參與沉浸式教學的總人數(shù)統(tǒng)計中得出，參與學生人數(shù)達到200以上的高校占50%，100-150人占比33%，50-100人占16%，以上數(shù)據(jù)可表明智能光影系統(tǒng)在高校操舞類教學課堂中的學生群體開展情況較好，但還應該廣泛宣傳虛擬現(xiàn)實技術，全面動員更多的學生參與，進行積極引導教育。

3.3.2 智能光影系統(tǒng)在高校體育教學中的應用環(huán)節(jié)

智能全息光影技術應用于教學，其最大的優(yōu)勢體現(xiàn)在語言情境的創(chuàng)設上，它通過多維的呈現(xiàn)方式，有效實現(xiàn)沉浸式教學。

據(jù)調查在課程設置方面：將智能光影系統(tǒng)應用于普體課的教學上最多，占比67%。第二占比多的是應用于專業(yè)課，為50%。在選修課和通識課上的應用占比為33%。應用在必修課、運動代表隊訓練和對外服務的課程設置上的占比為17%。

在教學實踐中的應用環(huán)節(jié)方面：智能光影系統(tǒng)在熱身準備活動環(huán)節(jié)和身體素質練習環(huán)節(jié)應用的最多，占比高達83%。而用于操舞課堂內容教學環(huán)節(jié)很少，33%。由此可發(fā)現(xiàn)在高校的操舞類教學中，智能光影系統(tǒng)只是作為熱身和力量練習的手段，并沒有成為操舞課堂主旋律的主要教學媒介。

3.3.3 智能光影系統(tǒng)在高校體育教學中制約因素

經(jīng)調查發(fā)現(xiàn)，33%的學校經(jīng)常使用智能光影系統(tǒng)教學基本每周都會使用智能光影系統(tǒng)，33%的學校只是偶爾使用，34%學校處于之前使用過但現(xiàn)在不使用的狀態(tài)。

為此針對高校使用設備頻率不高和不使用的原因，調查結果如下：

（1）場地空間受到局限。設置智能光影健身工坊需要配備十幾臺專業(yè)投影儀、全方位立體式音響作為硬件條件，場地要求寬闊敞亮，同時教室網(wǎng)絡信號保持通暢，可以連接網(wǎng)上課程資源和運動手環(huán)進行科學工作運行。但有些學校操舞教室數(shù)量緊張，且相對位置偏僻，教室環(huán)境和設備條件不允許開設智能光影系統(tǒng)課程。

（2）無法精準服務教學。對于綜合類院校情況而言：線上課程資源云平臺的視頻來源是由其他各個高校教師和機構健身教練拍攝而成，與線下本校教師按照其學生實際情況和教學任務指定的教學大綱與內容不相匹配，且重難點沒有提示，線上線下課程無法同步。對于體育類院校專業(yè)學生來說，針對性教學課程幾乎沒有，比如啦啦操專業(yè)的學生其專業(yè)技能高，線上課程無法滿足其能力水平。

（3）資金投入高，周期運行耗資大。智能光影系統(tǒng)在硬件安裝和軟件上的配備需要大量資金投入，為得到最新操舞課程實時更新、保證技術系統(tǒng)有條不紊的周期運行仍需資金支持。很多學校雖然很想適應教育技術的發(fā)展和教育環(huán)境的轉變，但因資金問題望而卻步。

（4）教師對系統(tǒng)教學應用較少，平臺操作復雜。部分教師智能光影平臺技術掌握不好，不能很好地將技術應用于操舞課程之中。

4 建議

4.1 課程運營權下放

智能光影云平臺的課程資源是由運營方操作上傳與更新，但具體針對線下每個高校的實際需求不同、對課程內容的要求各有不同。所以會出現(xiàn)將智能光影設備大多數(shù)只用來做課前的熱身和體能素質練習而無法作為適合操舞課中的正課內容進行教學。建議運營方可將運營權下放，能夠讓各高校老師自己教學團隊或個人線上課程資源上傳并使用。

4.2 線上慕課與線下課程同步教學

教師團隊可以開通本校體育類藝術課程資源的線上慕課，采用線上慕課與線下智能教學課堂相結合，利用網(wǎng)絡資源，多樣化的選取與教學大綱內容相同步的課程用于體育必修課上，投映于智能光影教室成為常規(guī)化教學手段。不僅可以避免以往課下學生捧著手機或平板跟隨慕課視頻學習時可能只看不動，還增強了教師與學生的交流互動，達到提升教學質量的效果。

4.3 提高教師能力水平

當智能光影系統(tǒng)成為教學中的“主角”時，教師的身份角色就轉變?yōu)榻虒W活動的設計者、學生學習的引導者。教師應主動學習智能光影系統(tǒng)的新技術，跟上教育改革的腳步，適應教育技術的發(fā)展和教育環(huán)境的轉變，要擅長駕馭新技術。這對教師的學習能力和適應能力有一定的挑戰(zhàn)；教師要根據(jù)教學目標的需求對智能光影應用進行重新的設計和規(guī)劃，及時調整虛擬環(huán)境與現(xiàn)實環(huán)境的轉換，及時總結、歸納、引導學生體驗后的學習收獲，讓體驗真正高效、有趣、有益。

4.4 加強虛擬環(huán)境的互動

互動性是虛擬情境教學的關鍵。從智能光影的教師團隊的角度，可以多發(fā)布的視頻帶有示范人員口令和語言提示，讓學生的互動感更加提升而不是純碎的跟練視頻。從高校教師方面，首先學生在與虛擬情境學習時，教師應在重難點地方的進行關鍵語言提示和有效互動。其次當智能光影情景體驗結束后，了解學生在情景體驗過程中的收獲情況，給予針對性的講解，是學生進一步鞏固動作知識要點。教師與學生之間的互動能夠對虛擬情境教學起到鞏固與提升的作用，使學生真正掌握體育知識的實踐性和體育運動技巧。

5 結語

虛擬現(xiàn)實技術在教育領域的廣泛應用是未來教育發(fā)展的一個必然趨勢。雖然智能光影系統(tǒng)的開展和運行現(xiàn)狀不是特別理想，但與傳統(tǒng)教學手段相比，沉浸式光影教學時學生上課積極性與主動性都百分百的得到提高。智能光影律動課室的建成與啟動，不僅成為鼓勵學生自主參與鍛煉、豐富課余活動方式、提升鍛煉熱情的有效手段，而且極大地豐富了高校操舞類課程的教學方式，有力地促進了體育教學向著科技化、智能化、網(wǎng)絡化發(fā)展。沉浸式智能光影系統(tǒng)作為體育課教學手段將可以滿足學生日益增長的多元化體育健身需求，實現(xiàn)了線上與線下、教師與學生、學生與多媒體的互動，有利于多元化教學模式的構建和現(xiàn)代化信息教育教學手段的改革。

（作者單位：西南交通大學）