虚拟仿真实验教学在体育理论课实验教学中的应用思考

杨 磊，吴菊花

近年来，随着“健康中国2030规划纲要”的实施，为充分发挥全民健身健康促进、慢性病预防和康复等方面的积极作用，继续高质量的体医融合人才。但目前体育院系的专业教学面临的困境是文化基础薄弱、理论课学习热情不高、实验教学流于形式等。而近年来教育的多种领域均已使用了虚拟仿真技术，如医学、电气等，医学使用人体虚拟仿真实验教学时，可通过计算机技术建立的虚拟环境，使实验者身临其境的对虚拟人体器官、虚拟动作进行虚拟操作，从而达到增强学生自主学习能力及兴趣、提高教学质量的目的[1-3]。体育生实践操作能力较低、缺乏创新精神，严重影响人才培养质量，已成为目前体育专业教学改革亟需解决的问题，因而，充分利用虚拟仿真教学平台，无疑可为提高体育专业理论课程实验教学质量提供新路径。

1 虚拟仿真实验教学平台的特点及优势

虚拟仿真是一种可创建和体验虚拟世界的计算机系统，是以计算机软件及硬件为基础、以必要的技术手段为辅助，通过对已知或未知世界的仿真，使人获得真实感受的一种计算机应用技术。虚拟仿真教学平台则是以计算机技术为核心生成逼真的视、听、触觉一体化的虚拟实验环境，给予学生一种真实情境，使学生对虚拟或仿真的实验样本进行一定虚拟状态操作，进而实现实验人群的身临其境的学习反馈，具有多感知性、真实性、交互性、开放性、安全性等特征。

在体育理论课实验教学及体育实践性教学环节中，由于实验操作或教学实践可能受到师资、场地、实验耗材等的限制，可能存在部分学生无法进行实际操作，而通过虚拟仿真平台，则可弥补这些条件局限性，从而提高学生实践操作及创新技能。由此，开展虚拟仿真实验教学已成为现代教育发展的趋势，有着传统实验教学手段无法比拟的优势。

1.1 开辟生动逼真、高效安全的实验环境

虚拟仿真教学平台运用计算机全面仿真人体结构和人体动作, 为体育生提供生动、逼真的实验环境。例如运动解剖学动作分析教学，由于各种技术动作是在一个三维环境中完成，骨骼、关节、骨骼肌相互配合、相互牵制，同时与人体神经系统、心血管系统、呼吸系统等又是一个整体，学生理解和掌握起来比较抽象和困难，人体虚拟仿真教学平台通过三维软件技术可进行人体骨骼模拟、关节模拟、各肌肉群模拟及运动模式的虚拟建造，可提供生动、安全学习情境，将抽象理论知识形象化，解决实际无法解决难题，进而突破实验教学瓶颈，以此激发学生自主学习兴趣，使专业理论课实验教学具有交互性、高效性。

1.2 突破时空局限，建设开放性实验室，实验教学资源共享

体育理论的教学实验往往需要特定实验器材、实验时间地点安排，由此方可顺利开展其实验教学，然而构建虚拟仿真实验教学平台后，则可打破这些局限。通过网络在线，学生可自选、自主参与其感兴趣的实验，并也可利用其空暇时间完成一些实验操作，实验教学环境也变得“开放性、交互性”。倘若学生实验课程未按时完成，其也可利用课余时间利用虚拟仿真系统继续操作，增加了实验教学的时间宽度，有利于增强学生的实践操作。

此外，由于教学条件不同，各体育院系实验教学可能存在一定差异性，而构建虚拟仿真教学平台则可以促进不同体育院系实验教学资源的共享，由此可弥补体育专业实验教学的资源不足，进而促进体育专业实验教学课程的飞速发展。

1.3 将演示性实验变为操作性实验

运动人体科学课程，如运动解剖学、运动生理学、运动生物力学等课程，所开设的实验大多属于演示性实验，学生因参与度不高而缺乏对实验的兴趣。虚拟仿真教学可促使学生成为实验教学的“主导者与参与者”，“教”与“学”相互转换，更大地激发学习兴趣，也对培养学生自主学习能力起到积极促进作用。同时，虚拟仿真教学平台可以增加学生多重感官刺激，并通过学生的虚拟仿真情境的操作体验，更容易激发学生情感参与，让抽象教学内容留下深刻的记忆。

1.4 节约实验成本，减少环境污染

昂贵先进的实验仪器、实验动物，严重困扰制约着体育理论课实验教学。在运动解剖学教学实验中，随着实验进行，标本易磨损，且并不能随时随地供学生进行学习实验，此外，实验过程中，标本量少，而学生众多，这往往会导致实验教学效果差。此外，运动生理学、运动生物力学等实验仪器设备购买及维护更新成本高，且部分实验结束后所致的废料可能存在一定污染性。由此对比，虚拟仿真教学平台则无须额外增加实验成本，也不存在实验材料紧张或过期等问题，可长期、大范围重复使用[4]。

2 体育专业课教学引入虚拟仿真教学平台的必要性和迫切性

由于不受实验时间和空间的制约，学生在进行体育理论课实验时采用虚拟实验比真实实验有更大的优越性。教师只需根据实验课程内容要求，构建一个可视化的实验操作环境，而学生则可以在实验课堂或空闲时间进行预约，可多次地进行模拟实验，从而加深其对实验课程理解与应用。此外还可以开展一些探索性的综合实验，这也有利于学生创新能力培养。由此可知，体育专业理论课实验教学开展虚拟仿真实验教学是当前高校体育专业教学改革的迫切要求之一。

2.1 体育专业理论课传统实验教学面临困境

体育专业教育的独特之处在于体医结合、理论与实践并重，一名合格的健身教练或康复治疗师的成长除了前期基础理论知识的扎实积累外，更要有后续的实践(实验)技能的反复训练和习得。但目前体育院系的专业理论课实验经费非常有限、实验教学资源短缺日益突出，而且目前开设的实验多数为演示性实验，学生参与度不高，使得实验教学在很多情况下流于形式，仅成为理论课的重复，教学效果差。虽然一些实验教学可以在学生身上进行，但采用真人实验也有较大局限性。

2.2 体医结合对体育专业人才培养提出高要求

体育生在专业学习过程中，其文化水平略低而动手能力较强，因此，对其理论知识学习而言，实验教学则起着一个理论联系实践的重要指导作用，通过实验教学，可以增强其学习兴趣，增加理论学习能力，提高其技能学习。然而，由于实验场地、实验仪器耗材及实验经费的影响，体育专业实验课开设往往存在一定局限性；由于体育专业往往处于经费不足，这会导致体育专业实验教学资源存在一定匮乏，有此限制，很多完整的教学实验均不能满足每个学生的独立完成要求；许多体育学院受到种种限制，往往仅开设几个传统实验，这对于学生对专业课程的理解及对相关创新想法都进行了极大限制；此外，也有部分学生过于重视运动技能获得，而不重视理论学习，对实验教学操作存在一定误区，因此这部分学生往往更需要以实验促进理论学习，由此实验教学显得更为重要[5]。新的体育人才培养目标要求学生不仅仅要掌握运动技能，更需要掌握坚实的理论知识，而借助于来自于实验的感性认识，则可进一步增强学生理论联系实际、独立解决问题的能力及创新能力。

3 虚拟仿真教学平台应用于体育专业课程实验教学的可行性

虚拟仿真实验教学具有教学训练过程安全无风险、高效率、学习体验真实、教学过程可调控以及知识库多样化等优点，对促进体育专业理论课的实验教学改革有着重要意义。体育专业运动人体科学相关实验课因其实验对象、实验技术多变性，且可进行多方面创新性研究，因此，通过虚拟仿真实验平台，可更利于该方面专业实验课的顺利开展及创新使用，目前，也已有部分相关虚拟仿真实验操作系统被开发研究，并进行了一定测试，显示其具有良好实验教学效果；在虚拟仿真实验教学中，虽然教师教学过程中以及学生实验中的实际可操作性要求高，需要使用者与网络技术人员合作，但将体育专业理论及实验知识与网络技术完美结合，教师在教学过程中做到取长补短，学生通过虚拟实验课程的学习与训练，减少其现实操作时出现的失误问题，将虚拟实验和真实实验结合起来，这必然会有效提升体育专业的实验教学效果[6]。虚拟仿真实验教学模式已成为一种快速发展的新型实验教学模式，实验教学平台的建设和发展对于推动体育专业理论课实验和实践教学改革、完善传统实验不足及提高教学质量意义重大。

随着计算机水平的发展，虚拟仿真实验平台技术内容不断更新，可逐步实现传统实验教学无法完成的教学功能，为提高实验教学效果，培养创新型人才提供平台，而增强体育专业实验教学的虚拟仿真应用，也将为虚拟仿真实验教学平台可持续发展注入活力，两者融合，必将提升体育人才质量。