葛金琰 闫振龙 李云镔

（西安交通大学 陕西 西安 710049）

伴随着信息技术的发展，体育学类的教学模式及教学方法发展迅速，对于体育教师的培养和就业环境均发生了颠覆性变化。高校内的体育教育具有专业理论知识接受性强，多样性的体育专项课程覆盖面广的特点，随着时代发展，高等教育的教学模式也应顺应时代的发展进行有意义的革新，传统的高校体育教学模式和方法注重线下课堂单方面的专项理论知识和实践技术的传授，鲜少运用现代科学技术手段改革体育教学内容和手段，创新体育教学模式。

1、虚拟现实技术及特点

1.1、虚拟现实技术

虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，高效能计算机信息处理技术主要包括数据转换技术、数据处理技术、声音空间化技术、数据压缩及数据库生成技术等。可借助传感头盔、数据手套等专业设备，让用户进入虚拟空间，将计算机生成的虚拟空间中的事物和作用反馈到真实世界中，实时感知和操作虚拟世界中的各种对象，从而通过视觉、触觉和听觉等获得身临其境的真实感受，让使用者感知产生于虚拟空间的各种逼真刺激，并产生等同亲临真实环境的“沉浸”感。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的融合，是一门富有挑战性的交叉技术。

1.2、虚拟现实技术特点

1994年Burdea和Coiffet描述了Virtual Reality的3个基本特征，即想象、交互和沉浸，(3I，Imagination Interaction Immersion)。因虚拟现实技术的硬件、软件和领域不同，3I的偏重也各有不同。想象是指虚拟现实技术具有广阔的可想象空间，可拓宽人类认知范围，可再现真实环境，也可以随意构想客观不存在的环境；沉浸即临场感，指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度，虚拟现实能提供给用户一个真实的虚拟环境，用户在其生理和心理的角度上，对虚拟环境难以分辨真假，如同在现实世界中的感觉；交互是指用户实时地对虚拟空间的对象进行操作和反馈。虚拟场景的构建、人机交互的体验需要软硬件多种技术作为支撑实现。包括三维图形模型构建、模型驱动技术、立体声合成技术、视觉跟踪和视点感应等关键技术，使用者通过利用头盔显示器、手套等传感装置设备将自己置身于虚拟的环境中。目前，虚拟技术发展日趋成熟，其在医学、航空航天、城市规划、建筑、虚拟演播室、艺术、娱乐游戏、教育等各个领域的应用已经取得了长足的进步。

2、虚拟现实技术在高校体育教学中的运用

2.1、改善教学环境

改善教学环境，弥补各种因素导致的场地、教师、时间等不足及场地受限。虚拟现实技术正在广泛地应用于高等学校中医学、建筑、材料、化工、机械等学科，以信息技术改变了传统的实验、教学模式。虚拟现实技术利用多传感交互技术、三维图形生成技术和高分辨显示技术，生成逼真三维的虚拟环境，为学生提供感官之上的真实模拟过程，使学生如同身临其境，这项技术的特质可以在一定程度上弥补当前高校体育教学所面临的教学困境。例如，当前疫情形势下，高校的体育课堂因疫情防控需要，体育课的教学形式从线下课堂配合转为线上，相较于其他学科，线上授课的方式对其教学效果影响较小。然而对于高校的体育课程，线上的体育教学形式意味着部分要求特定场景环境（如，游泳）的体育项目的专项练习面临停摆，影响了专项教学进度的推进。同时天气与环境因素也是制约部分高校开展日常体育课程教学的原因，如，遇雨雪、雾霾天气影响，部分授课场地在室外的体育课程就会面临停课的现实，阻碍了教学目标的实现。将虚拟现实技术引入体育学教学中，可以通过构建相关专项体育课程的虚拟场景为学生提供创新式的教学平台，使学生身临其境的感受“虚拟化”教学，通过与学生的感官互动促使教学过程游戏趣味化、沉浸体验化。

2.2、推进高校体育课程建设

推进高校体育课程建设，丰富体育课程选择。当前随着时代对高校体育教学课程改革的要求和各体育专业人才的引进，高校体育课程的教学内容、教学形式更加多样和多变。随着传统体育项目、新兴体育项目进校园的推进，我国传统项目如舞龙舞狮、龙舟、毽球，新兴体育项目如跆拳道、瑜伽、赛艇等体育项目已经成为了不少高校体育课程的选择。然而由于场地、环境、运动风险等因素的限制，不少运动项目在现实环境下无法在高校进行普及和推广，例如，冰雪运动的滑雪项目、水上项目冲浪等。这些体育项目最为新兴的热门体育项目，深受年轻人的喜爱，在高校的普及具有带动年轻人的参与，增加项目人才储备、影响项目发展的重大作用。因此，高校可以运用虚拟现实技术避开校内发展这些项目的限制，以冰雪运动的滑雪项目为例，虚拟现实技术可以虚拟仿真冰雪环境并制作基础的动作教学，通过外部硬件设备将学生置身于虚拟环境中，同时穿戴滑雪装备进行模拟练习，完成对项目的初步掌握，培养学生兴趣，也能极大程度地避免运动伤害事故的产生。虚拟现实新兴运动项目在高校内的开展，为学生提升锻炼兴趣，自觉开展体育锻炼，培养终身体育思想奠定坚实的基础。

2.3、探索科学运动训练方式

探索科学运动训练方式，创新训练手段。在具备高水平招生资格的高校，高水平的运动训练也可以借助虚拟现实技术改变传统的训练模式。首先，虚拟现实技术可以通过构建虚拟训练场景如虚拟训练场地、虚拟训练器材和虚拟人等的建模来完成有些对训练场景有特定的要求的运动项目的虚拟训练系统，例如，可以通过模拟竞技比赛场景，使学生身临其境的处身于比赛环境和氛围中进行专项训练，将其作为训练手段加强学生在体育竞赛中的抗压及应变能力，在虚拟的竞技赛场上感受比赛氛围，感受体育运动的魅力；其次，通过在虚拟环境中借助传感器跟踪设备，完成对学生技术动作的运动数据捕捉，同时通过各种传感器和智能化仪器完成对运动员的生理生化数据、心理数据进行采集，对其身体机能进行有效监测，例如，生理数据的捕获主要包括对脉搏、血压等人体的新陈代谢指标和各器官、各系统的机能指标的获取；再次，虚拟现实技术通过对学生运动过程中动作的捕捉，建立对所监测学生技术动作的3D影像呈现，使学生能够360°甚至720°的观看自身技术的动作形态，不同于其他视频教学资料，虚拟现实技术可以使学生从任意角度观看动作细节并通过构造人体虚拟现实系统，结合各体育专项运动动态发力特点，进行评估和数据分析，从而构建正确的动力定型，帮助学生改进和创新技术动作，为提升动作质量创造有利条件；最后，运动项目技战术的理论知识以及实践运用也可以通过运用虚拟现实手段来呈现，辅助教师完成教学。

3、体育教学中运用虚拟现实技术存在的问题及应对措施

3.1、存在问题

（1）缺少专业技术人才。

虚拟现实技术在高校体育教学中的实际运用要求制作者熟练掌握所制作体育项目技能外，同时还需具有计算机、材料、生物学科的专业知识，具备数学建模、图像处理、数据管理能力，对拍摄所使用的各种传感器、人机交互设备等硬件的使用方法也要有必要了解。目前体育学科缺少与工科、理科等学科的交叉学科，缺少相关背景人才。

（2）建设经费紧张。

虚拟现实技术在体育教学中的“沉浸感”离不开包括立体投影系统、显示器头盔式显示器、数据手套等外部硬件设备，同时还需搭建支持虚拟现实教学的网络配套，通常都较为昂贵。

（3）虚拟教学与真实教学差异。

虚拟环境为高校体育带来创新实践教学的同时也需明确虚拟的环境中练习不能完全替代真实环境中的体育锻炼。因此虚拟现实技术应与实际的课程教学相结合实现优势资源互补。虚拟现实教学用虚拟环境、体育系统仿真的形式将目前高校难以接触到的体育项目、3D虚拟人动作技术教材展示给学生，允许学生尝试不同的体育运动项目，虚拟现实教材的实现使学生能够提前预习和复习，更直观地掌握技术动作，但是无法保证学生的身体素质得到有效锻炼。

3.2、应对措施

虚拟现实技术的体育教材或是体育项目的虚拟环境构建是需要多学科参与的系统工程，因此虚拟现实技术在高校体育教学中的应用需要借助高校内跨学科的力量，与相关学科建立项目合作、基地建设、加强相关人才的培训学习，以团队的形式完成研究探索。

利用实际课程教学中教师与学生的互动教学、有效监督等特点，将两者深度融合，能够最大程度的保证学生的身体素质通过体育课程得到提高，可以有效解决虚拟现实技术教学模式中存在的问题。在体育课程学习过程中可以通过虚拟仿真教材进行预习、复习、在虚拟环境中尝试新兴体育项目的学习和实际场景中教师与学生的互动教学之间灵活交互、优势互补，开拓创新教学模式，为学生构建全方位的学习体验。

4、结语

随着虚拟现实技术的发展与兴起，未来教育领域应用虚拟现实技术范围将进一步扩大，应用成本也会趋于平民化。对于高校来说，将虚拟现实技术在教学领域中的应用，是当代教育科技发展的趋势，是改变教师教学与学生学习方式的推动力量，教材内容、教学手段、教学模式都将发生深刻的变革，给高校的教学工作带来更为深远的影响。随着越来越多的学校、学者参与到研究探索虚拟现实技术在教育教学等方面的深化应用，虚拟现实技术将应用在更多学科教学建设的工作中，同时也将为高校的体育学科带来新的发展机遇，为新体育教育的创发展打开新局面。