◆韩海波

（广东海洋大学 体育与休闲学院 广东 524088）

1 前言

推进教育现代化是新时期构建教育强国的重要内容，而教育信息化则是实现教育现代化的重要抓手。2019 年2 月27 日，教育部发文要求深入落实《教育信息化“十三五”规划》和《教育信息化2.0 行动计划》，明确将虚拟现实技术融入教育工作要点。目前主要应用于游戏、航空、旅游等多个领域[1]。随着高校教育教学改革和现代教育信息化发展步伐的加快，VR 技术也逐渐应用到高校教育教学中。虚拟现实技术应用下的沉浸式虚拟课堂将打破大学体育专项课程现有的教学形式、教材体系以及堂授课方式。虚拟现实＋传统教育的模式已经一步步改变着教育体系[1]。在国家体育强国战略、海洋经济战略的陆续实施中，作为高校社会体育专业方向的滨海体育休闲管理专业也迎来了新的机遇，课程改革也相应随之发生变化。作为该专业的核心课程之一的自然水域游泳救生课程，具有课程理论性强、教学手段形式特殊的特点。在教学过程中存在安全风险高、环境多样性、成本投入大、组织复杂等实际问题，如何安全教学和安全实践训练是摆在相关高校面前非常重要的课题。

2 自然水域游泳救生课程教学与实践存在的问题

“自然水域游泳救生”课程是滨海体育休闲管理专业开设的主要核心课程，内容包含了实用游泳技术，水中自救、水中赴救、救援、陆上救援及心肺复苏、如何识别危险及解决方法等理论及技能。课程具有高危性、多样性和复杂性特点，在教学与实践训练中需要考虑自然环境客观因素和学生个体身体状况等特点，教学传授难度较大。

传统教学主要以教师传授教学为主、结合图片、借助多媒体视频讲解，尽可能地将枯燥、复杂的专业知识灌输给学生，但教学效果一般；除了校内进行模拟实训现场教学，学生可进行直观学习，但仍然与将来面对的工作环境及社会真实环境不太相同；因此也设置了校外实践基地，但由于受限于学生人数、训练时间、环境不可控等因素影响，学习效果同样也不太理想。另在校企合作的实践实习环节，是让学生全面系统地参与实践操作，但该环节危险性大，提供岗位数量也十分有限。所以自然水域游泳救生课程要达到培养应用型人才的教学目标，教师必须要针对性解决问题，要结合专业的性质，运用科学手段进行教学模式的改革。

3 虚拟现实技术的概念及应用

虚拟现实（Virtual Reality，VR）[2]是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。这里的“虚拟世界”又被称为虚拟环境，是指具有真实感的立体图形，它既可以是某种特定现实世界的真实再现，也可以是纯粹构想的世界。操作者可以通过视觉、听觉和触觉等与之交互，从而能产生“身临其境”场景，所以VR 技术为人机交互提供了新的交互媒体。通常VR 系统具有多种输出形式（如图形、声音、文字等）和处理多种输入设备的能力，并且能够进行碰撞检测、实时交互、视点控制及复杂行为建模等[3]。体育系统仿真是一门实验技术科学，它是通过计算机模拟技术再现教练员的训练意图、体育教师的教学经验、管理者的组织方案和学生的实践过程，从而达到对体育系统的分析、解释、组织、预测、评价的一种实验技术科学。基于VR 的仿真强调多感知性、构想性、沉浸感和交互性等特征，也恰恰正是需要学生多种感觉（如视觉、听觉、触觉和嗅觉等）的共同参与。因此，随着VR 技术进一步发展，基于VR 的仿真必将在体育教学领域得到广泛的应用。

4 VR 技术在自然水域游泳救生课程中的应用

基于VR 技术的多方面优势，其在高校体育教学与实践训练的使用也逐渐普及和推广，应用前景广阔。虚拟现实仿真教学系统是结合教学内容需要制定的一种VR 应用，是针对特定教学内容进行的3D数字内容的模拟开发。学科的训练条件、环境和流程借助了3D 立体显示设备模拟或3D 虚拟环境，使学生能够获得和真实环境相近或者相似的实训体验，起到部分替代或者替代实践教学效果的作用。就目前来看，在自然水域游泳救生教学与实践训练中应用VR 技术主要有以下几个方面：

4.1 构建仿真溺水安全事故情景

利用VR 技术安全系统分析方法，借用相关软件模拟出接近真实的事故场景，包括自然水域开放场所涉及的波浪、潮汐、漩涡、风力、雷电、暗流、时间、危险物等具体过程及影响情形。比如在暗流仿真中，可以进行不同形式的设定，只需要在相关系统程序中将水的交汇、潮汐、大浪及水下地形落差等相关参数输入进去，就能得到水面翻滚、水流迂回或逆流等不规则的最终危害性暗流结果。通过仿真这种方式对事故模式及影响，这样不仅仅使学生直观了解事故环境的危险性，同时也减小亲临现场参加学习的危险。

4.2 建模仿真救援器材布局及其环境

对自然水域的真实环境及相关救援流程等进行可视化建模仿真，通过头盔式显示器（VR 眼镜）、数据手套、位置跟踪器和其他设备来实现虚拟自然水域的三维空间漫游。学生可以利用数据手套对实用游泳技术与器材使用、赴救技术、现场急救等进行操作，并对各类参数下的救援设备设施运转进行模拟操作，使得学生在虚拟情境学习中能更快更准确地掌握，并完成相关救援流程及操作，达到训练效果。

4.3 仿真相关环境直接管理环节

对自然水域场地设置与管理环节进行仿真，可以使得学生身临其境，摆脱了书本对自然水域场地抽象的文字描述。同时解决了教学中无法提供实地观摩不同类型自然水域的困扰，各种相关救援器材的摆放、使用方法及保管的环节都可以通过虚拟的设备来进行培训，使授课内容不再平淡乏味，通过大量翔实、直观、生动的虚拟情节，使教学的主要方式更加生动有趣。

4.4 教学仿真查找安全隐患

作为将来自然水域救援的相关从业人员，对实际工作现场安全检查是必不可少的部分。但由于自然水域现场安全隐患的存在方式千差万别，不同自然环境又存在不同的安全隐患，如果仅凭教师在课堂举例，学生想象中理解，是很难真正掌握现场的实际检查，实质是纸上谈兵。针对安全检查利用VR 技术逼真还原或者模拟构建自然水域环境中不同活动场地的安全隐患场景、安全事故发生的真实场面，通过手的触摸、视角的转换，可进行各个角度地观察环境，更加有立体感地查找安全隐患。同时系统还可具有提示性操作，模拟极少出现或不易查找的事故隐患；同时如果学生未采取合理措施，相应后果的严重性也会及时展现在面前，让学生更加深刻了解自然水域在管理中的安全隐患。

4.5 仿真救援流程演练实训

利用VR 技术构建自然水域突发事件的救援场景模拟系统，让学生在逼真的环境（如溺水、水上脊柱损伤、开放性损伤和海洋生物致伤等）中应对处置。对于事故的成因、事故的发展、事故救援处置等数据，系统可以进行完全模拟仿真，同时也及时将学生救援演练动作进行场景反馈，摆脱以往学习人数众多、演练场景单一、教师反馈不及时的传统方式。由学生独立控制担任的角色，完成自然水域救援紧急处理或救援流程。在学习过程中，根据学生选择错误的地方，系统即时在界面显示，学生根据提示及时纠正。在某个学习片段培训后，学生还要进行课后小结，包括录像回放、小组互评自评、教师评价及评分、规范救援流程、展示规范救援、即时系统补充完善 6 个组织环节。通过多个环节的学习、复习、查漏补缺不足，不仅提高学生的学习效率与积极性，同时也促进救援水平的提高。

5 虚拟现实技术在自然水域游泳救生培养的应用优势

虚拟现实技术为自然水域游泳救生课程的学习与实践能力的培养提供了非常大的支持，不仅丰富了原有的传统的教学方法和实践活动，改善了学生人数众多，真实环境实践能力培养落实不到位的现状，也拓展了教学实践能力培养的渠道。利用虚拟现实技术可以创设出多种形式的自然水域场所、现场氛围、救援技能的训练环境，能够调动课程学习的积极性，增强学习兴趣。

5.1 提升教学与实践的效果

与传统案例式教学相比，借助于VR 技术虚拟相似的自然水域游泳救生场景、相应救援设施与设备模拟进行教学实践，可以为学生提供更生动的现实交互体验，让学生在学习解决问题的过程中对不同的救援环境、亲身操作虚拟救援设备、检测存在类似安全隐患、模拟救援流程等实验环境更为直观，使得学生在学习与实践过程中获得真实的体验，提高学习兴趣，发挥主体能动性，让教学过程变得易于理解和操作，提高将来的实际工作技能。

5.2 缓解教学时间的限制

在自然水域游泳救生课程培养中，受到学生众多、救援设备少、相似实践场所不多、天气变化影响等因素的影响，传统的教学活动的时间往往会受到很大的限制，缩短了学生实践时间，难以满足学习需求，最终造成实践能力下降，学习周期加长，时间跨度大的结局。VR 技术使实践环境、实践设备、数据采集与处理都由计算机进行，实验采用软硬件结合，适用可以反复、不受人数限制、有利于增加实践的时间，打破传统实践能力培养时间上的限制，极大地提升了教学设备功能的多样化和设备利用率。例如，自然水域游泳救生的实地实践进程中，受限于环境的危险性，往往安排学生人数有限，减少某个学习环节，短时间内无法完成学习内容，甚至部分学生只完成某个救援角色的学习，而不能很好完成教学任务。

5.3 提高教学安全的可靠性

自然水域游泳救生课程的教学项目由于学生的动作失误、器材不熟练、环境变化不可测等等都会产生一些不良的教学安全隐患，比如在自然水域游泳救生课程的实践能力培养中，急流中学生疲惫抽筋、海滩救生板遇到大浪等等。这些突发情况对学生自身产生危害。因此学校出于安全考虑，一般不鼓励、不允许学生做存在危险隐患的动作和不可预测的突发事件，因此，许多接近真实工作性质，又具有一定风险的教学实践活动，学生都无法参与，不能够获得直观认识和体验。利用虚拟现实技术，能够有效避免真实环境学习中存在的危险，对于一些危险系数相对较高和不可控的教学实践，通过仿真虚拟实践训练，让学生熟悉相关基本动作与操作流程的要领和要求之后，再根据教学要求在与虚拟环境相似的真实环境中去实践，从而保证实践的安全，消除危险，解决部分教学内容在现实中难以操作的实践环节，让各个学生达到教学实践操作的机会。

5.4 丰富课堂教学的多样性

传统的课堂教学以教师讲学生听课的模式，不仅缺乏交互性，形式单一枯燥，学生积极性差，对在教学环节过程中难以替代技能与实践环境的部分，口述或一些非直观的演示都难以完成，因此现行的教学模式已经远远无法满足自然水域游泳救生课程的教学与实践。随着电子信息化、物联网、互联网时代的到来，当代大学生几乎是在电子游戏陪伴下长大的，任务、级别、奖励、排名、互动、及时反馈机制的游戏规则都构成了生活的部分思维模式。因此，无论在真实场景还是网络虚拟教室，游戏化教学一定是吸引学生注意力的最有效方式。虚拟现实技术制作正好与游戏化教学相融合，除了摆脱教学对客观事物的依赖，同时虚拟空间的游戏元素，学生自主选择角色，模拟角色身份的参与，学习片段的闯关任务等等，丰富了教学方式的形象化与生动化，让学生真正发挥主体能动性，同时通过沉浸式和体验式的学习情境，使学生如“身临其境”，提高学习效果，完成“情境化教学”。

6 结语

虚拟现实仿真教学系统通过逼真模拟自然水域游泳救生课程教学与训练的自然环境、教学条件和教学流程，改变了传统的课堂教学模式，使学生能够获得与现实相近的教学实践体验，达到部分替代实践效果的作用。同时解决了资金、安全教学成本、教学效果、教学环境、教学资源紧缺等现状，这为社会体育专业的滨海体育与休闲管理专业人才培养提供了新的发展思路。随着科学技术的发展，开展结合虚拟现实的传统教学模式改革，实现优化和创新，虚实结合现有的教学模式，实现了提高人才培养质量的目标，为学生可持续发展奠定了基础，对高校教学改革具有较强的实践参考意义。