高校院校体育专业借助虚拟仿真技术辅助教学的重要性及其对策研究

杨文意，田春兰

引言

近年，随着中国教育改革接续深化，为顺应现代教育提出来的新思路，新要求，认真贯彻“健康第一”的指导思想，教育部分别于2004年印发《普通高等学校体育本科专业主干课程教学指导纲要》，2012年印发《关于全面提高高等教育质量的若干意见》，2014年印发《高等学校体育学类本科专业教学质量国家标准》等文件。为满足日益增长的高素质体育专业人才需求，高校纷纷对原有体育课程进行改革和创新，课堂教学势必成为课程改革的主要突破口［1］。其后国务院办公厅印发的《体育强国建设纲要》，极大推动了中国体育事业的发展：由竞技体育向全民体育发展，体育强国稳步构建。由此提示，当前社会对于体育专业人才的需求逐步增多，并且越来越需要丰厚知识储备的体育专业技术人才。近年来，科学技术与体育教学技术密切融合，越来越多新颖实用的科学信息技术应用于体育教学，并给课程教学带来了新视角和新切入点。但是由于普通高校资金、场地、设备等条件的限制，使得一些运动项目的课堂教学效果较差。针对这一问题，从虚拟仿真技术的原理、特点，高校院校体育专业课堂教学所存在的问题等方面进行浅析并给出对策。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

以高校院校体育专业借助虚拟仿真技术辅助教学的重要性及其对策为研究对象。

1.2 研究方法

1.2.1 文献资料法

通过查询相关研究的硕士，博士论文和期刊，参考教育部发布的信息教育改革等相关文献，重点分析了普通高校体育专业的教学状况，虚拟仿真技术在我国的发展前景和应用领域，并对其进行总结并了解虚拟仿真技术在体育领域探究的深度和广度，为本研究提供支持。

1.2.2 分析归纳法

2 研究概述

2.1 虚拟仿真技术

所述是采用我国学者李蕾等人提出的一种观点，认为虚拟仿真是一个以现代计算机虚拟技术基础形成的并以视觉、听觉、触觉等多种感官感觉为核心的一种模拟现实环境。该融合技术可以通过人与设备的相互匹配连接进行人机交互，使用户有身临其境的视觉体验。该信息技术是指集成了现代计算机图像仿真、AI、数字化图像处理、传感、网络及图像显示并同时进行信息处理等多类信息技术的一种综合性电子信息处理技术［2］。

2.2 普通高校体育专业

普通高校体育专业是指在排名较后、经济实力相对较弱大学中培养体育教练员、体育指导员、体育教师等体育专业人员的本科专业。

3 虚拟仿真技术的概述

3.1 虚拟仿真技术定义及原理

有学者认为，虚拟仿真技术就是虚拟现实（VR）。也因此有一些专家据此提出虚拟仿真技术是虚拟现实和系统仿真技术的综合总和［3-4］。即使不同的人都会有不同的理解，但究其本质其中的核心仍然是相同的。虚拟仿真技术主要结合了虚拟仿真技术和增强现实技术的长处。它其实是一种集人机图像图形变化、几何图像建模、图形的化和实时化动画、人机图像互动、动画图像生成等多种技术于一体的现代综合性图像信息处理技术［5］。

虚拟仿真技术通过模拟的方式创建实时三维虚拟世界，反应物理对象的变化和交互，并通过头盔显示器（HMD），数据手套等辅助感应设备，为用户提供三维虚拟界面，观察三维虚拟仿真世界并与之交互，用户能直接通过参加和自由探索虚拟仿真对象、在虚拟环境活动中的各种角色和交互变化，产生视觉沉浸感。它的逼真度和实时交互性为系统仿真技术提供了强有力的支持。

3.2 虚拟仿真技术起源与发展

20世纪60年代中期，美国学者苏泽兰提出一种利用计算机技术构建一个虚拟世界的创新想法，他因此被誉为“虚拟现实之父”。从那时起外国学者就已经开始了关于虚拟现实的科学研究和技术探索，虚拟现实相关技术从此开始大量出现。20世纪80年代，西方发达的工业国家虚拟数据仿真手套、虚拟现实系统等仿真技术进一步快速发展，为我国虚拟仿真技术的研究奠定了坚实基础。20世纪90年代，各国政府开始广泛组织参与了虚拟现实仿真技术的应用研究［6-8］。虚拟仿真技术是现代虚拟现实技术的重要基础，虚拟仿真技术是现代虚拟现实技术的核心。教育部印发的《教育信息化十年发展规划》中明确提出了高等教育网络信息化工程建设中建设虚拟实验室校园建设的战略目标，以此目标为基础的虚拟仿真技术在我国高等教育领域建设中的广泛应用研究开始逐渐引起国内学术界的极大关注。

3.3 虚拟仿真技术特点

沉浸性、想象性、互动性是虚拟仿真技术主要特点，可以让人沉浸、超越、走出自然，形成互动高效的多维信息环境。

虚拟仿真技术的特点包括感知，存在，互动性，自主权等。除了计算机系统的常见视觉感知之外，还可以产生令人信服的听觉，触觉，动作感知，甚至传达其他感觉，例如味道，气味，感觉等。虚拟仿真技术创造的理想数字环境有助于用户认为一切都像现实一样真实。如今，虚拟仿真技术在众多领域被人们熟知并使用，例如城市规划、古迹修复、桥梁和道路设计、教育和教学等［9］。

1.1 一般资料 回顾性选取2016年1月-2017年1月于温州市人民医院出生的75例早产儿为研究对象，纳入标准[6]：①胎龄≤37周；②体重≤2 500 g；③生命体征平稳的活体新生儿；④家长同意自愿到温州市人民医院接受定期婴幼儿相关检查。排除标准[7]：①患有先天性畸形或遗传疾病；②合并严重颅内出血、重度缺氧缺血性脑病等；③出生1个月内死亡患者。将上述符合标准的早产儿随机分为两组，观察组39例早产儿根据纠正月龄采取早期综合干预，对照组36例早产儿采取常规婴儿体检及育儿方式。经比较，两组早产儿的基础临床资料差异无统计学意义(均P>0.05)，具有可比性。见表1。

总的来说，虚拟仿真是一种使用计算机直观地操纵和交换复杂的数据信息的新手段。与目前传统的人机交互界面和普遍流行的窗口操作相比，虚拟仿真技术在理念和思想上都有了实质性的飞跃。

3.4 虚拟仿真技术在高校体育领域研究现状

3.4.1 在体育课堂教学理论层面研究

在李学恒和任一春等一批学者在虚拟仿真技术研究基础上，并详细地分析了虚拟仿真技术在我国高校体育教学中的应用及可行性。他们认为虚拟现实系统能够弥补传统体育课堂教学的空间场地、教研资金以及其他教学设施不足。例如在滑雪、徒手攀岩等项目中，当学生在各种虚拟的场景下进行练习时，不仅让他们可以获得各种各样的经验，更加让他们能够有效地达到训练的目标，所以采用虚拟仿真技术既能够优化整个体育课堂教学的全过程，又可以改善体育课堂教学的环境，提升教学人员与被培养人员的训练水平，又对将来培养创新型人才提供了保障［10］。鲁竞新学者在《虚拟现实在体育仿真中的应用探析》中，阐述了虚拟现实和体育仿真系统其结构及基本工作原理，认为在虚拟仿真技术辅助之下开展的体操课程教学的整个过程中，学生的身心素质都得到了普遍的改善［11］。茅洁学者深度分析了不同的虚拟现实技术，认为将虚拟仿真技术运用在高校体育专业课堂教学中，可以形成新的教学形式、新的授课方式等。

3.4.2 在体育技能教学方面的研究

学者宋巍利用虚拟仿真技术分析了击高尔夫球过程中的击球速度、角度，高尔夫球杆杆头运动轨迹和高尔夫球的距离等数据进行了辅助教学。通过对比与分析，初学者在该技术辅助练习下其击球的稳定性明显高于对照组。在此基础上，邵瑞芳在杭州师范大学体育课堂教学中将虚拟仿真技术与高尔夫、武术、田径项目的教授相结合，并通过实验的方法，说明在体育课堂教学过程中运用虚拟仿真技术的可行性。其实验结果表明，通过虚拟仿真技术辅助教学训练能够提高学生的学习兴趣、体能、灵敏反应甚至是比赛成绩。除此之外，学者卢劼通过高尔夫球仿真模拟器进行授课，结果都说明了虚拟仿真技术可以对学生的技术动作的掌握以及纠正具有积极作用，且取得的教学效果都较为显著。

4 结果与分析

4.1 普通高校体育专业课堂教学的基本情况

在教学内容上，如今体育专业课堂教学项目还是以传统的篮、排、足等三大球为主的运动项目，与新时代大学生所感兴趣的、所爱参与的新的运动项目相脱节。我国较早的教学内容大多数来源于19世纪中后期的全国体育院校统编教材，由于社会进步速度较快，人们对体育的看法和支持力度有所改变，之前的教材内容与现在的社会需求相脱离。此外，一般情况下每一门课程都包含了1-2节的理论课程，但任何一项运动所包含的理论知识不是2个小时内就能够讲解清楚的。

在课堂模式上，老师在整个课堂教学的过程中一直都采用的是以我国传统课堂教师为主的一种填鸭式课堂教学形式，老师通过演示动作，学生模仿动作，师生之间几乎没有任何交流与互动，这样就使得整个课堂教学的过程很难引起同学们的重视和喜爱，缺少了趣味性和互动性，从而导致学生注意力不集中，所掌握的技术动作不规范，学生们的技术动作只达到形似而未达到神似。

在教学设施上，课程所需要的场地、设施、器材等因受到种种限制从而难以满足教学的需要。如高尔夫项目，如今可以进行高尔夫教学和训练的高校屈指可数；近期比较热门的射艺课程。因其射艺具有危险性，进行射艺教学需要一块独立的场地，其所需器材费用也较高，在一定程度上阻碍了射艺的推广与发展；还有现在比较受欢迎的射击、攀岩等项目，这类项目对于场地的要求更加严格，大部分的普通高校是无法满足开设这类课程的条件。

在我国建设“体育强国”和“健康中国”的新阶段，这些问题无不阻碍着；普通高校体育专业学生的发展。如今培养出一批高素质的体育专业人才，是当今社会更加紧迫需要的，如何改善和提升高校体育课程的教学质量，就变成了一个实际的问题。

4.2 虚拟仿真技术应用在普通高校体育专业课堂教学中的优势

4.2.1 创造虚拟的空间

虚拟仿真技术辅助教学可以创造一种虚拟空间，该虚拟空间可以完全满足教学所需。使用者在此虚拟空间中，与该空间中的环境、器材之间进行交互，可以创造一种自主训练的教学模式来改变以前的“以教促训”。通过这种新型的方法，使用者能够与虚拟空间中的环境相互联系，从而获得知识与技能，并且通过这种方法可以明显地缩短训练时间，从而使得效果更加真实、直观。不可多得的是，还可以培养使用者的自觉练习的态度以及减少资金的花费。

4.2.2 弥补室外教学和练习条件的不足

一些室外教学条件达不到的项目可以通过虚拟仿真技术进行辅助教学就是可以在自己的教室里直接进行教学活动，学生们也可以通过此类教学技术自主进行学习和训练，老师也同样可以随时对其进行指导，通过此方式来调动和提高学生的积极性以及对学习的兴趣，这既能够巩固课后的知识，这不仅可以加强教师和学生之间的相互作用，还可以使课堂教学更加清晰有趣。在课堂教学中，许多新的运动技战术由于设备、场地、器材等原因无法实施，如钢架雪车、高山滑雪等难度较大的运动项目，将虚拟仿真技术和体育教学相结合，打破了动作技术、战术训练实施条件的局限性。尤其是在现代体育技术和战术变得越来越复杂的情况下，只通过简单的词语和句子是很难使学生领会其真正含义的，假设这项技术能与运动战术和运动技术教学相结合，那么它所起的效果一定是相当可观的。我们在日常的教学过程中无论是教师还是学生都可以用较少的功夫就可以掌握复杂的技战术。根据本研究了解到，杭州师范大学体育学院就在其学校将虚拟仿真技术和高尔夫教学过程相结合，进行高尔夫球的教授；沈阳体院、哈尔滨体院也通过虚拟仿真技术将滑雪、滑冰等季节性的课堂教学转化为全季节性课程。

4.2.3 避免高难度复杂技术动作所造成的运动损伤

无论是竞争激烈、人为暴露、对抗性强的拳击运动，还是那些技术要求高、难度大、动作复杂的体操、花样滑冰、跳水、自由滑雪等技巧项目，它们在教学抑或是在练习中常见的损伤事故时有发生，如果能将虚拟仿真技术与教学相融合，那么该技术会帮助老师和学生去除心理和生理上的顾虑，能够让他们在模拟的真实训练环境中进行辅助练习，与模拟的对手对抗，以此在模拟的场景中不断练习，不断提高自己，战胜恐惧。

4.2.4 帮助理解技术动作

利用虚拟仿真技术辅助教学可以帮助学生较为准确地理解技术动作。例如在射箭项目中，从技术动作来看，射击的稳定性与身体的核心力量有关，但在实际的教学过程中学生对这一技术并不能很轻松地掌握，教师通过简单的言语是无法让学生领悟到技术的核心，学生出现不正确的技术时，教师很难给予指导。如果能将虚拟仿真技术与课堂教学结合，这一问题可较轻松的得到解决。首先，我们可以在课堂教学中使用运动捕捉系统，让学生获得技术动作姿势、技术参数等信息。例如，每个关节不同相位角度的运动过程、肌肉力量的顺序、大小等。以图形的形式对信息进行定量分析，在计算机系统中，学生可以直观地观察到自己的技术，动作以及标准的技术动作，那么他们会主动地模仿校对自己的动作，从而自行纠正自己的错误动作。教师也可以在该系统中以较为直观的角度去观察学生所可能遇到的困难，随后针对学生所可能遇到的困难给予针对性的指导，以此方式来帮助促进和培养学生对新授知识和技术动作的深入学习和掌握；再者，就是在学生接触新事物时，教师可以利用此系统来引导学生在模拟的场景中提前对新事物做一个整体的感知，之后与学生在具体技术动作上进行交流，可以培养学生的逻辑思考能力，又同样可以改善和提高整个教育课堂的质量和教学效果，使得学生对新事物的理解也会更加深刻；最后，将各种多媒体材料与虚拟环境相结合，可以使射箭项目的技术动作、理论知识、易出错等完整有效的呈现，尤其可以更好地将技术动作的细节表现出来，化抽象为具体，更加有助于教学效果的提升。

4.3 虚拟仿真技术应用于普通高校体育专业课堂教学的必要性

中国几千年形成的教育哲学强调记忆知识的重要性。然而，在信息社会“知识爆炸”的形势下，面对海量信息，人脑似乎不知所措。人们对新的学习方法和教学方法的研究已经成为人类从知识的海洋中获取必要知识和技能的迫切场所。在教育高速发展的形势下，传统的教学理念以及教学方法势必受到冲击，在未来的日子里现代教育技术与传统教育还会有更多激烈的矛盾。

当代普通高校体育专业的课堂教学应改变以往的以教师、课堂、教材为中心的教育理念。在现代课堂教学中应以人为主，提高素质教育、主动教育，注重个人实践能力的培养、强化对信息的提取和分析能力。实现这些改变就离不开现代教育科学和技术的进步，将现代化教育科学和技术融入课堂教学中，并探索出新的课堂教学方式、方法，来培养当今社会所需要的高素质人才。将虚拟仿真技术广泛地应用于普通高校体育专业的课堂教学中，使得高校体育课程改革在教学中有所突破和实质性创新，从而充分调动和培养大学生对于体育基础知识的自主探究和学习兴趣，培养独立探索和学习的良好惯性，锻炼大学学生的创造性和逻辑思维能力，增强独立创新意识。

虚拟仿真技术是在现代社会科技高速发展下，顺应教育改革的推进而产生的，目前该技术在国内外众多领域都有其身影。虚拟仿真技术应用于现代教育，不仅会给课堂教学带来巨大的转变，使得传统的课堂教学受到冲击，甚至影响现代教育的水平，从而向着更高的阶梯迈进。在大学普通高校体育专业课堂教学中适当引入虚拟仿真技术，可以使得课堂教学更加具有趣味性，更能吸引当代大学生对专业知识的深入探讨，使得当代大学生主动发现问题，主动解决问题的能力得到提高，以此来改进课堂教学的效果，使学生的创造性思维得到培养。

在普通高校体育专业的课堂教学中结合虚拟仿真技术手段是十分必要的，这两者结合能够将一些教学难度相对较高，风险相对较大的教学内容充分展现给更多的学生，通过虚拟教学和真实运动训练相互结合，学生不仅能够通过虚拟教学进行预习，了解虚拟仿真设备的工作原理，掌握基本技术动作，还可以制定自己的体育运动模型，在现实中对其进行真正的体育运动练习，会大大地提高使用者的积极性和运动自觉性，从而大大地提高了课堂的教学效果和质量。同时，将先进的虚拟仿真技术应用于课堂教学中，学生们可以在模拟场景中观察技术动作，加深对动作的理解，以便于在现实环境中进行练习，这不仅可以促进学生对于该技术的掌握，还会使得整个课堂氛围变得轻松愉悦，从而提高体育课堂的教学效果。即使将虚拟仿真技术应用于理论课课堂教学中也是可行的。例如在运动解剖学、运动生理学等课程中，通过该技术可以让学生对于人体结构的了解更加清晰透彻，甚至对于一些实验也可以借助此系统进行学习。

5 对策

5.1 加快普通高校体育专业课堂教学改革

中国共产党第十九次全国代表大会明确提出，在新的时代，中国要加快建设“体育强国”和“健康中国”。以此为背景，体育专业需要加快课程教学改革，以提高人才的培养质量，来满足建设“体育强国”和“健康中国”的需要。将虚拟仿真技术与课堂教学相融合，可以使用户的感知觉以及知情意行受到全方位的刺激，从而有利于课堂教学目标的实现。高校体育专业课程内容具有参与性、运动性等特点，因此该技术特别适用于高校体育专业课堂教学的辅助手段。为了更好地推动虚拟仿真技术与课堂教学的融合，应加快推动高校体育专业课堂教学改革。

5.2 形成与之相匹配的课堂教学模式

随着现代教育技术的变化，新的教育理念和教育模式不断出新。虚拟仿真技术要想与普通高校体育专业课堂教学相结合，取得相应的教学效果就必须紧跟时代的步伐，要改变传统的教育模式，根据体育专业课程的教学规律，改变传统体育课程教学模式，从而形成新体育课程教育模式。

5.3 加强教师队伍建设

在高等教育快速发展的时代，教育创新和改革的趋势为每一位高校教师提供了施展才华的机会，也将每一位教师推向了潮流的顶峰，他们面临着的是新时代教育改革下的挑战。随着我国现代教育技术手段的不断创新，每一位高等院校的教师都必须紧紧围绕时代的步伐，在更新自身相关专业知识的基础上，也应该充分利用现代化的教育科学与技术来拓展相应的教学方法与手段，从而改善和提高其课堂教学的水平与质量。

把虚拟仿真技术引入课程教学之中，能够促使师生间的互动得到进一步的加强，学生的积极性和创造性也能得到提高，特别是对于掌握难度较大的体育项目。在该技术所模拟的场景中，学生能积极探索，发现学习中的问题。当遇见困难和复杂的技术时，学生能主动地寻求解决办法，这有利于教师课堂的顺利进行，教学方案的不断优化和深入，促进教学任务的完成。当然这种现代化的教育科学技术的广泛运用，势必将给传统课程教学方法带来极大的冲击。尤其是对教师的影响更大一些。授课教师为了能够利用虚拟仿真技术更好地完成教学任务，要不断地加强教师队伍的建设，尤其是对现代教育技术知识的学习以及虚拟仿真系统的使用，这样教师才能在课堂教学过程中运用新手段、新思路，来营造良好课堂氛围，以适应现代教育。

5.4 优化教学形式与内容

在传统的课堂教学模式下，教师只能够局限于教材内容，很难给学生进行有效的拓展和补充。将先进的虚拟仿真技术融入课堂教学中，应不断地优化课堂的教学形式和内容，从而使得课堂教学能够很好地将多媒体与该技术相互融合。

6 结论与展望

借助虚拟仿真技术辅助普通高校体育专业课堂教学的重要性不言而喻。借助该技术不仅为普通高校体育专业课堂教学开辟了新道路，还丰富了课堂教学的趣味性，吸引新时代大学生对新鲜事物的探索，从而增强学习者的积极性，提高参与者的获得感。未来虚拟仿真技术在体育领域的运用将更加的广泛，希望各有关部门可以通过考虑借助该技术推动我国高校体育专业课堂教学的高质量发展，为社会培养更多所需人才。希望广大体育工作者可以在现代教育思想、教育理论的指导下，就如何能够充分发挥虚拟仿真技术的先进性和直观性，在高校体育专业课堂教学中，根据虚拟仿真技术的特点和体育教学的规律，探索体育课堂教学新的教学改革思路，使课堂教学更具创造性与实用价值。希望该技术能更早的在高校体育专业课堂教学中得到广泛应用。