虚拟现实技术在学校体育中的应用

（西北师范大学 甘肃 兰州 730070）

1、虚拟现实技术

虚拟现实(Virtual reality)通常被描述成一种媒介，例如，手机，电视等信息通讯设备，这种媒介通常是由多种不同技术设备组合所构成，包括软件，硬件设施、传感设备、显示器和其他设备，是融合计算机图形学、传感器技术、人机交互技术、多媒体技术以及人工智能技术等多领域融合的产物。基于技术设备模仿、刻画、创造几近真实的三维虚拟现实场景，作用于用户的视听觉和感知觉，让用户从主观感觉上产生身临其境的感觉。

1.1、定义阶段

关于虚拟现实技术的研究可追溯到上世纪六十年代，由作家Ivan Sutherland发表一篇名为“The Ultimate Display”的文章，对虚拟现实这一现象进行阐述，并未将其定义为 “虚拟现实”。1984年William Gibson出版一本名为《Neuromancer》的书中，他设想人类可以遨游在基于计算机生成的世界中，将这个世界命名为Virtual reality。即使他提出时间较早，但并没有被大多数人认可，人们更愿意相信美国计算机科学家Jaron Lanier，认为他赋予了虚拟现实的科学含义，将人机交互技术定义为虚拟现实。后来还是有部分人认为虚拟现实是自相矛盾的，曾今使用过或者正在使用的与虚拟现实表述范畴系统的术语：虚拟环境（Virtual environment）、同步环境（Synchronization environment）、人造空间（Artificial space）、人工现实（Artificial reality）、模拟器技术（Simulator technology）等，虽然这些术语表达近似相同的意思，但还是虚拟现实应用较多。

1.2、发展阶段

1987年以后，任天堂、世嘉等大公司纷纷开始推出自家的虚拟现实设备。但由于当时思想观念和用户的规模，最终都被埋没在历史的长河中。但是，他们的许多构思为今天的虚拟现实设备提供了新的设计思路和设计理念。

这项技术得以重视是在1990年第十七届国际图形学会议上，在众多学者的关注下，信息交互技术从二维向三维以至于多维方向发展，并且取得了不错的成就。直到1992年国际图形学会议上展示了成熟的虚拟现实系统。

1993年，Burdea在Electro 93国际会议上发表的“Virtual Reality System and Application”中提出虚拟现实的三个特性：Immersion（沉浸）、Interaction（交互）、Imagination（构想），也称作为三“I”特征。

1.3、应用阶段

此阶段虚拟现实技术理论进一步发展和开始广泛应用的重要阶段，在这一时期，越来越多的人嗅到了这一领域巨大的商机，更多的大型公司加入进来分割着一块蛋糕，例如，Oculus、Alphabet、Virtuix、Virtuix、Sony、Samsung、HTC 等。 现在，VR 设备更注重于用户的使用体验，同时，兼顾价格和便携性，基于虚拟现实技术的虚拟环境实现了用户与虚拟环境实时交互，其特有的性质在改变用户认知的同时也支撑了虚拟仿真系统的研发。随着时间的推移，虚拟技术的研究主要围绕环境、行为、康复、仿真、手术、教育等内容展开，应用领域涉及先进制造、环保 、管理 、娱乐和授课等方面。

2、虚拟现实技术在学校学校体育中的应用

2.1、虚拟现实技术在学校学校体育中的应用优势

在当前学校体育的授课中主要以传统课程模式为主，通过教师口头讲授，动作展示，器械辅助，结合图像、视频等资源进行授课，而随着信息技术的发展，虚拟现实技术逐步成为现代教育技术的核心内容之一，相较于其他授课方式，虚拟现实技术的教育中应用在一定程度上打弱化在传统授课过程中教师的主导地位，学习着可以利用丰富的资源将理论学习、动作技能练习、自我测试相结合，在虚拟现实技术错创造的虚拟情景中轻松愉悦的学习。

学者余千春等人把虚拟现实技术在学校体育中的应用优势描述为可以避免学校体育中的伤害事故等5个方面。而王继康认为：虚拟现实技术在学校体育中的应用优势为避免运动伤害和规避训练中的意外，仅从安全角度考虑了应用的优势，却并不完整，存在局限性。近年来钱隆总结为三个方面：（1）避免体育活动意外；（2）降低高难度体育训练伤害；（3）弥补体育设施方面的缺陷和不足三个方面，此观点在前者基础上进一步完善，且更为具体。

从学习者的角度来说，应用虚拟现实技术可以将声音、文字等陈述性知识转变成程序性知识，在学习过程中更深层次的理解使技能的习得事半功倍。从教授者的角度来讲，降低了的体育活动中的危险性，虚拟现实技术的应用一方面是减小了难度动作学习中，由于动作难度较高而存在的危险性；另一方面是体育活动中存在一定的对抗性，操作不当所带来的伤害。所以，虚拟现实技术应用到学校学校体育中，不仅有利于学习者掌握运动技能，而且能使学校体育教学效果得到有效提升。

2.2、虚拟现实技术在学校学校体育中的应用形式

目前应用于学校体育的虚拟现实设备多以HTC VIVE头戴式虚拟眼镜，学生通过佩戴设备与虚拟现实环境进行交互。而虚拟现实系统根据交互和沉浸程度的不同可以分为：（1）桌面式VR系统（Desktop VR）；（2）增强式 VR 系统（Augmented VR）；（3）沉浸式 VR系统（Immersive VR）；（4）分布式 VR 系统（Distributed VR，DVR）。虚拟现实技术在学校体育授课中的应用主要运用桌面式VR系统和沉浸式VR系统两种，前者通过显示屏幕观察虚拟环境，借助操作设备，对虚拟环境中物体进行旋转、平移等操作，多视角来观察虚拟环境，利用电脑屏幕让学生直观的对知识理论、运动技能加以认识，进而对在授课过程中已存在或者将要产生的误区进行修正，后者使用沉浸式VR系统，利用头戴式显示设备和手柄等交互设备，将用户视听觉和其他感觉从现实转换到虚拟环境中，作为虚拟环境的“一部分”，从而让参与者产生一种身临其境、全身投入的感觉。

随着虚拟现实技术的不断完善和和广泛应用，在学校体育中在应用形式也愈为广阔，余千春认为，“虚拟现实技术在学校体育中的应用包括5个方面：知识学习、虚拟运动试验、技能训练、体育网络远程教育和学术交流。随着时间的推移，学校体育课件的制作和体育训练成为了主要应用形式，也有学者认为事故预防也作为主要的形式，但事故预防只作为虚拟现实技术在学校体育中应用的功能，不能作为一种手段应用于学校学校体育。近年来，随着信息技术的的发展，虚拟现实技术与学校学校体育深度耦合，更加切合实际，符合当代学校体育目标，安沙沙等人提出，“虚拟现实技术在学校体育中的应用有四点，一是模拟运动场景，突破时空限制；二是创新教育模式，提高学生学习兴趣和教学效果；三是数字化学习，跟踪学习数据，有效监控学习行为；四是功能开发性强，高校学校体育应用前景广阔。

当前在学校体育中应用虚拟现实技术处于初级阶段，依然存在一定的局限性，但随着时间的推移，虚拟现实技术必然会更、全面更完整、更切合实际的应用于学校体育中。

2.3、虚拟现实技术在学校学校体育中的应用效果

随着时间的推移，虚拟现实技术应用于学校体育方面发文量呈明显上增趋势，较多实验设计者致力于体现出传统授课模式和虚拟现实授课模式的差异，而相较传统授课模式而言，虚拟现实授课在学习兴趣、理论认知、动作技术掌握等方面优于传统授课，在身体素质方面实验组和对照组没有明显差异，表明虚拟现实在学校学校体育中对身体素质提高效果并不明显。

当前环境下虚拟现实技术应用于学校学校体育中并不是很广泛，运动项目主要分布在跆拳道、网球、高尔夫、武术、体育舞蹈、田径方面，在此外其他项目授课理论和可行性分析较多，并未出现虚拟现实授课的干预实验。

跆拳道项目中，钟亚平等人对跆拳道中前滑步、上步、后滑步、前踢、横踢五个技术动作实验测试，结果显示基于WEB虚拟现实技术的跆拳道授课系统对跆拳道授课的授课效果提高具有显著性差异，孙华飞从专项素质、动作技能练习和比赛练习等三方面对跆拳道技术授课中前踢技术展开研究。前者验证虚拟现实授课系统对跆拳道技术技术的优势性，后者利用虚拟现实技术加速技术动作的形成，从而激发学生主观能动性。

网球项目中，黄珺通过案例授课、对比分析、问卷调查等方法对虚拟现实技术在网球理论授课中的应用效果作出进一步探究，在学习兴趣、网球理论、实际技能水平有显著性作用，实际技能平选用正反手落地球、截击球、切削球、放小球、发球等5个方面，在截击球方面影响不显著，其原因一部分可能是系统的缺陷，在对来进球进行截击时不能感知到球的冲击力，从而不能作何合理的反应，另一部分原因可能来源于参与者本身，个体对球力度大小感知有较大差异。导致该项目没有明显提升。程立以网球项目为出发点比较虚拟现实授课和传统授课中兴趣培养、技术掌握、心理动机的效果差异，他将技术掌握中显示出的差异性归因于兴趣，趋于体育兴趣致使虚拟现实授课组在技术掌握中有更好的表现。心理动机表明：虚拟现实授课实验组在学习兴趣的养成、主观能力培养、努力程度、压力程度和人际交流等多个层面都强于传统授课组。

高尔夫项目中卢劼利用虚拟现实技术从木杆开球、铁杆击高远球、推杆入洞三个角度进行动作分析，结果显示对基本运动素质提升作用较小；挥杆击球技术提高作用较大；对推杆技术稳定性的提高作用较大，邵瑞芳分别从分别对高尔夫、田径、武术三个项目进行实验，从兴趣、体能、运动技能三个方面进行对比分析。从兴趣维度认为虚拟现实技术的应用不仅能够满足学生内部需要，还可以创造融洽的虚拟学习环境；在体能维度和运动技能维度来看，各项目在体能维度上实验组的成绩均优于对照组的成绩，且实验前后实验组提高幅度大于对照组的提高幅度。

3、结论

（1）虚拟现实技术应用于教育方面主要体现在虚拟实验室、虚拟学习环境、远程教育、虚拟教学等方面，教师利用虚拟现实技术将授课内容呈现在学生面前，进一步的把知识形象化，揭示事物变化的本质、事物运动的的形式和规律以及相互之间的关系。学生在学习过程中不仅仅应该是一个观察者，更是一个积极主动的参与者，通过虚拟现实所创造的虚拟环境，通过“虚”、“实”相结合的的方式对知识进行学习和理解，进而达到更高的认知水平，最终显示出更好的学习效果；

（2）目前，随着信息技术的发展和国家对虚拟现实技术的教育应用重视，虚拟现实技术在授课中的应用有了更好的发展，但是虚拟现实技术在教育应用上还存在一定缺陷，主要表现为系统应用歇后于技术的发展，因此，在学校授课中如何利用虚拟现实技术提高学生的学习效果，建立基于虚拟现实的授课模式，让学生接受更具体和完整的信息，使学生更加熟练的掌握和应用知识技能将成为未来教育改革新趋势。

4、未来展望

随着虚拟现实技术的成熟化，今后发展趋向于低成本、高效益，而在学校体育的应用上要考虑成本投入、交互性、实验实验周期、沉浸性等因素，当然，基于虚拟现实的授课模式并不能取缔传统学校体育模式，仅作为一种工具或手段来丰富授课形式，提升学生参与度，最终以提升教学质量为目的。