普通高校体育教学VR共享平台建设研究

潘晓波

(湖北第二师范学院 体育学院,武汉 430205)

毋庸置疑，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计划》，明确将虚拟现实技术融入到教育工作要点，积极推进“互联网+教育”，以教育信息化支撑和引领教育现代化。VR技术是虚拟现实技术与全景展示技术的有效融合，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。VR技术对高校教育教学改革的影响是全面而深刻的，其对普通高校体育教学的影响也不容忽视。众所周知，学生对体育课的兴趣不高可谓是普通高校体育教学中的普遍性现象和难题，究其原因，不可否认在一定程度上是由于已有教学内容、教学方法和手段过于陈旧所致，传统的体育教材及教学方式既不能使教师很好地对体育技术动作进行教学，也不利于学生对体育技术动作的精细化感知和理解。然而，VR技术应用于体育教学，则可让教师与学生在虚拟现实技术创建的体育世界里通过动作、语言等产生互动和数据分析，为体育运动技术的学习提供一个全新的方向和思路，并能有针对性地对体育技术动作进行设计与展示，使体育教学更加直观化与细致化，既可创新传统的体育教学方式，也可激发学生的体育学习兴趣。尤其是，高校体育教学VR共享平台的构建，则可从一定层面上促进高校体育教学实现资源共享，同时将推动高校体育教学回归教育本质，对培养创新型实践人才及建立终身体育观都将产生深远的影响。然而，文献检索发现，学界对VR技术应用于体育教学的相关研究颇为鲜见，而对体育教学VR共享平台建设的研究几近阙如，其诚然不利于现时期教育信息化改革对高校体育教学改革与发展的要求。鉴于此，本文拟对普通高校体育教学VR共享平台的构建问题予以探讨，以抛砖引玉。

1 VR技术

VR(Virtual Reality，即虚拟现实，简称VR)，是由美国VPL公司创建人拉尼尔(Jaron Lanier)在20世纪80年代提出的。其具体内涵是：综合利用计算机图形系统和各种现实及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉浸感觉的技术。人们通过VR技术的运用，可以使自身进入VR虚拟环境，通过自我操控，可以将自身与虚拟对象进行互动，从而获得与现实世界同样的感受。

VR技术通过全方位展示图片和视频信息，使虚拟现实技术与全景展示技术有机完美的结合起来。VR技术最早主要应用于军事和航空领域，通过计算机图形技术、多媒体技术、仿真技术等多种技术的融合，呈现出仿真虚拟环境，但由于当时设备体积较大，设备笨重，无法应用于大众消费[3]。随着社会的不断发展和进步，VR设备逐渐轻量化、小巧化，VR技术2016年成为消费电子产业的热点，如今，越来越多的虚拟仿真实验室开始对VR技术进行应用转化，在虚拟规划设计、施工、人机交互等领域已经有了较大突破。对于我国高校当前的教学体系来说，如果能将VR技术应用于辅助教学，就能够将教学的相关信息完美的呈现在学生面前，使学生能有效地融入到教学中去，势必会取得较好的教学效果。

2 高校体育教学VR共享平台建设的必要性

2.1 信息化教学的需求

2019年是深入贯彻落实全国教育大会精神开局之年，教育部在落实教育现代化2035和五年实施方案的同时，推进教育信息技术与教育教学深度融合，在推动教育信息化转段升级的同时，不断提升师生的信息素养。

我国将VR技术应用到现代教学中才刚刚起步，随着国家信息化教学的不断推动，以VR技术在现代信息化教学中的应用，已经成为加快现代化教学建设的重要举措。2016年4月，北京微酷科技有限公司推出了首个“IES沉浸式教学系统”，将VR技术有机融入到了现代化教学中，2017年，百度公司也首次在贫困山区建设了VR教室，使学生能够通过VR技术学习到新的知识[2]。随着VR技术融入教学的使用，许多学科都已经获得了越来越多的应用，但目前普通高校体育课依旧采用传统的教学方式，对于技术的教学仍然采取手把手的教学方式，缺乏新技术的应用，在信息化教学不断的发展过程中，高校体育课同样需要信息化改革，VR技术的应用为高校体育课的信息化发展提供了更为广阔的空间，VR技术与高校体育课的有机结合不仅使体育技术教学更加直观，也更好地为师生提供了交流的平台。

2.2 教学改革与发展的需求

大学体育课是高等院校课程教育的重要组成部分，体育课堂教学为高校教师与学生提供了教学与学习的平台，如何有效的利用高校体育课堂教学，使学生能够课内课外健康锻炼身体，已经成为高校体育教学面临的共同课题。

目前，国内高校大学体育教学主要依据各校实际情况进行教学，没有固定统一的教材，所开设项目也是针对各校实际情况进行设定，教师在一定程度上也参差不齐，技术上存在一定差异性。随着大学生体育健康重视程度的不断提升，高校体育教学改革与发展也被逐渐重视起来。随着信息时代的不断发展，互联网技术对社会发展产生了全方位的影响，在体育教学中融入VR技术，在体育教学目标、教学方法、教学环境及考核评价方面都将产生重大影响，势必颠覆传统体育教学模式，使高校体育教学产生翻天覆地的变革[6]。高校体育教学中VR技术的应用可以减少在实际教学过程中某些技术教学的困难和危险，使学生能够通过VR技术的运用发现错误，及时与教师沟通纠正错误，也方便教师兼顾到每一个学生，了解学生的学习状态。普通高校大学体育课VR共享平台的建设，从一定程度上统一规范了教材，实现了高校体育课教材的不规范性；在技术教学上也实现了全国同步的节奏，有效规避了不同地区、不同学校体育教师在技术上的差异性，使学生的体育技术动作在一定程度上更加规范；共享平台的建设也有效解决了部分学校在师资、场地上的不足，为学生的学习提供了更为便捷的途径，使普通高校教师和学习能够在全国范围内实现体育教学的共享与互动。

3 高校体育教学VR共享平台建设的功能

3.1 模拟教学环境，激发学生兴趣

据相关资料显示，目前我国普通高校体育课的教学依旧沿用传统的教学模式，特别是在技术课教学过程中，基本采用的是“教师教—学生学”的灌输式模式，目前国内普通高校并未开展相关的VR体育课教学模式。

随着信息时代技术的不断发展与成熟，VR技术应用于高校体育课教学已经成为可能。高校大学生在信息时代不断的发展过程中，其对信息化技术的变革也有着浓厚的兴趣，学生对计算机、手机等高科技产品的更新与应用兴趣更加浓厚[7]。VR虚拟现实的体育课教学，不仅可以模拟实际教学环境，使学生能够有身临其境的感觉，激发学生学习体育的兴趣，提高体育学习的积极性，同时可以让学生在自我感受的基础上学习相关技术动作，让学生能够在虚拟现实世界中逐渐掌握大学体育课知识，形成终身体育观的观念。

3.2 了解教学状况，开展教学活动

高校体育教学中融入VR技术，在教学过程中可以给学生提供更加准确的指导，辅助教师教学。教师在教学过程中，可以利用VR的捕捉技术对学生的动作进行重放或者慢放，随时检测学生动作的规范性，及时发现学生动作的错误点，并给予及时纠正。这样不仅可以解决学校体育教师师资短缺的问题，还可以有效解决教师技术水平的缺陷[4]。将VR技术通过计算机与互联网和大数据相结合，教师还可以在体育教学过程中了解课堂的教学状况和学生的学习情况，同时对学生的身体素质及技术动作水平进行实时记录，通过计算机实时向教师和学生进行反馈，便于教师在课堂教学中进行整体教学控制。

在高校体育教学中融入VR技术，还可以方便教师在课堂教学中开展相关教学活动，通过计算机联网，教师可以在线上发出指令，学生接受指令随即便可进入VR虚拟环境，开展相关教学活动，不仅节约了传统教学的组织时间，还可以让学生在VR虚拟环境中体会赛事环境，真正感受赛事氛围，融入教学活动中[1]。教师在利用VR技术开展教学活动中，可随时掌握活动情况，通过计算机技术对学生在活动中表现进行实时记录，同时发现学生的不足之处，便于在以后教学过程中进行更改。

3.3 掌握课外锻炼情况，及时指导学生锻炼

目前，我国普通高校体育课程的设置中体育课程基本为大一、大二的通识必修课，大三大四基本未设置体育课程。由于大学课程相对灵活，学生在课余时间进行体育锻炼的机会较多，在大三大四由于体育课程的缺失，学生课外体育锻炼基本为自我锻炼，缺乏一定的专业指导。

通过高校体育教学与VR技术的有机结合，可在软件中开设专门的课外体育锻炼板块，学生在课外体育锻炼中，能够通过软件平台学习相关技术，也可通过软件平台进行虚拟赛事，特别是在有些项目场地缺失的情况下，利用VR技术构建虚拟比赛环境，能够使学生在课外时间进行有效的体育锻炼。在学生课外体育锻炼的同时，教师可通过计算机后台了解学生课外锻炼的状况，发现学生课外体育锻炼中存在的问题，并且及时进行指导，还可与学生进行在线互动，特别是对大三大四的学生来说，高校VR课外体育锻炼平台能够使学生的课外体育锻炼更加方便、有效，能够在学生课外体育锻炼的同时不断培养学生的终身体育观念。

4 高校体育教学VR共享平台建设中的要素

4.1 构建VR共享教材

VR技术所承载的事物都是虚拟的，使得现有的书本呈现一种新的定义，传统的阅读及学习方式发生了翻天覆地的变化，原本书本中的文字及图片由“静”变“动”，能够更加生动地展示其内容的“动感”。

大学体育教材是大学体育教学的重要组成部分，是教师教与学生学的重要媒介。传统体育教材中，对体育技术动作的描述，往往采用图片与文字相结合的方式，通过对技术动作的分解，使学生逐步掌握技术动作[8]。传统教材的使用无法使学生对体育技术动作有全方位的了解，也无法从各角度对技术动作进行学习。VR共享教材的构建，可以以3D动画视频等多媒体技术将体育技术动作进行完整展现，并且对应在相应知识点上，同时可将技术动作进行分解、慢放及重放，使原本枯燥乏味的理论知识点及文字教材转变为职能先进、虚拟化的现实教学场景，同时使体育技术要点的展现更加生动与直观，方便学生进行相关知识点的学习。

VR共享教材的构建过程中，国内普通高校可以结合自身优势，对项目进行VR教材的开发，并上传至VR共享平台，将不同的体育项目进行优势互补，使各个体育项目的技术动作更加合理、更加规范，同时各高校可以利用VR共享平台进行本校空缺体育项目的教学，弥补自身所在高校体育教学的不足及填补相关体育教学的空缺。

4.2 改革教学时数，设计合理的VR教学内容和进度

传统体育教学往往采用教师教与学生学的方式进行，理论知识偏少，技术动作的学习相对较多。在信息技术越来越发达的今天，传统体育教学已经逐渐不能满足体育教学的需求，VR技术的引入，为数字信息化教学模式开启了虚拟教学的新领域[5]。

在传统体育教学时数中，教学时数的设定主要集中在集体教学上，VR共享平台的构建，使得体育教学时数发生了本质的改变，教学时数主要以学生在虚拟现实中的学习为主，教师辅导为主，同时可将学生虚拟动作的练习时数增加，增加虚拟场景中的教学比赛，使学生能够真正在学习中体会，在比赛中学习。

教学内容的设定是体育教学的基础，合理的教学内容是体育教学向好的基石。传统体育教学内容基本以传统体育项目为主，由于受地域及气候等因素的影响，诸多新型体育项目无法进入体育教学中。高校体育教学VR共享平台的构建，可以拓宽体育教学内容，开设更多的体育项目，使学生能够根据自身特点选取合理的体育教学内容，不再受地域及学校开设项目的影响。不同的地区及高校可根据自身特点在VR共享平台中选取合理的教学内容，规避地域及学校的影响。

传统体育教学进度是根据学期时间来设定相关的进度，制定教学计划，每周固定的教学进度使得体育教学枯燥乏味。高校体育教学VR共享平台的构建，使体育教学进度能够更加灵活，学生能够根据自身掌握的程度，可以设定教学进度加快、重复或者放慢，使自身更加灵活自如地学习相关体育项目。

4.3 构建VR教学管理体系

传统体育教学管理主要由教学管理部门进行管理，耗费大量人力、物力，在一定程度上对传统体育教学缺乏定时、定量的实际管理，存在一定的管理局限性。高校体育教学VR共享平台的建设，可以通过计算机后台对体育教学进行实时监控，及时了解教学中存在的问题，并对体育教学实时管理，可节约大量人力、物力，同时提高教学管理的效率与精准度，为教学质量的提高提供有力的支撑。

4.4 构建VR共享评价体系

传统体育教学的评价体系主要依靠人工提前制定好相关评价指标，后期采用人工进行相关的体育教学评价，在评价机制方面存在人为的主观误差，对体育教学的评价缺乏一定的事实依据。高校体育教学VR共享平台的建设，使得体育教学过程中，各个学生的学习情况及教师的教学情况都能被实时记录下来，相关问题的呈现更加直观，使体育教学评价更加细致，其评价体系有效规避了人为的主观意识误差，计算机通过记录相关数据，并给予分析，得出评价指标，其评价体系更具说服力。

5 高校体育教学VR共享平台关键技术研究

高校体育教学VR共享平台的建设过程中，VR技术的融入需要借助VR相关辅助设备，营造一个舒适的体育教学环境，同时注重虚拟环境的渲染，构建一个逼真的体育教学虚拟环境(图 1)。

图1 VR体育教学呈现原理

VR教学共享平台完全由计算机打造，通过数字建模，完成相关教学虚拟世界的构造，虚拟世界可以是现实体育世界中存在的，也可以是教师和学生在现实世界中无法实现的，譬如教学比赛可通过模拟世界级比赛或者国内大型赛事来实现体育比赛的环境和氛围，使教师和学生能够更快融入到体育赛事中，更好地发挥自我的水平。教师和学生通过控制计算机来实现虚拟世界的运动，传感器会将相应的虚拟体验传送至教师和学生，教师和学生通过计算机平台实现良性互动，使体育教学更加真实、更加有效[9]。

高校体育教学VR共享平台的建设，由于需要将不同体育运动技术有机融入到虚拟现实中，其运动技术的数字化转换成为共享平台建设的技术关键(图2)。在高校体育教学VR共享平台的建设过程中，我们可将共享平台的建设分为四个部分：(1)分析调研；(2)功能编制；(3)打包制作；(4)系统调试。分析调研主要为高校体育教学VR共享平台建设的前期基础，在调研过程中，将体育教学划分为不同教学模块，同时归纳总结出体育教学模块的内在联系，组建不同的体育教学模块形态，方便在VR共享平台的后期使用过程中应用联调。在功能编制过程中，配置体育教学模块元数据是重点内容，一定要将各个体育教学项目的模块元数据进行合理的功能编制，并且进行集成测试，防止在VR共享平台的使用过程中出现体育教学项目类同而发现功能混乱的问题。打包制作是体育教学由现实转为虚拟现实的重要过程，其虚拟镜像要追求“以假乱真”的效果，让学生能够在使用VR共享平台的过程中，有身临其境的感觉，让不同的项目能够达到不同的效果，让学生在虚拟现实中学习体育知识，运用体育知识，共享体育知识。

图2 VR共享平台的建设步骤

6 高校体育教学VR共享平台建设路径

6.1 项目的合理分类

高校体育教学，由于其特殊性，体育项目众多，目前，国内高校体育教学大多采用学生选项课教学，学生根据自身爱好选取不同的体育项目进行学习。在高校体育教学VR共享平台的建设过程中，由于项目众多，涉及面广，平台的建设相对其他学科来说，无疑更加复杂，因此，体育项目的合理分类，在VR共享平台的建设过程中显得尤为重要。

据相关数据统计，目前国内普通高校体育教学开设项目基本包括田径、篮球、足球、排球、健美操、武术、网球、瑜伽、游泳、跆拳道等项目，少数高校开设有地方特色体育项目。在VR共享平台的建设过程中，可将体育项目根据其项目差异性进行合理分类，如将大球类项目归为一类，在VR共享平台中设置大球类体育教学板块；将小球类项目归为一类，在VR共享平台中设置小球类体育教学板块；将武术、跆拳道及相关健身项目归为一类，在VR共享平台中设置武术健身类板块，以此类推，通过合理的项目划分，将高校体育教学进行项目归纳，在VR共享平台中设置不同板块，方便学生在使用VR共享平台的过程中进行快速查找。项目的合理划分，也使得同一类体育项目在一定程度存在项目的可借鉴性及项目的优势互补，如大球类体育项目，其场地相对宽敞，学校在VR共享平台的学习过程中，能够感受到大型场地带来的震撼；在武术健身类体育项目中，场地相对较小，学生在VR共享平台的学习过程中，能够感受到“静”的感觉。

高校体育教学VR共享平台建设中，项目的合理分类，也使教师能够在VR教学中相互交流，合理安排教学及组织教学活动的开展。普通高校体育学科组中，教师所在教研室的划分基本以相似项目进行划分，大球类项目体育教师基本都在同一教研室，武术健身类项目体育教师基本在同一教研室，因此VR共享平台中对项目的合理分类，也使得教师在VR教学中能够相互配合，相互交流，同一类项目的体育教师还可根据VR教学的实际情况进行探讨，总结相关VR教学经验，以促进体育教学信息化的进一步发展。

6.2 课内外教学互补

课堂教学是体育教学的必要过程，但课外体育活动也是学生学习的重要组成部分，其是学生形成终身体育观的重要促进手段之一。在高校体育教学VR共享平台的建设中，课堂教学教师可通过实时在线与学生共同完成，在虚拟现实环境中，教师可以通过VR共享平台对学生进行体育技术动作的教学，在教学过程中，还可根据不同学生的特点，进行个性化设置，如对体育技术动作掌握较慢的学生，教师可对相关体育技术动作进行动作回放或者动作慢放，让学生对体育技术动作进行更加细致的学习(图3)。在课堂教学中，同一体育项目的班级，教师还可以通过VR共享平台开展班级之间的课堂教学比赛，增加学生之间团结协作的精神，教师可以通过共享平台设置不同的比赛环境，不同的比赛阵容，让学生在课堂教学中能够积极学习相关体育知识。

图3 课内外教学互补步骤

课外体育活动是体育课堂教学的重要补充手段，学生利用课余时间进行相关体育活动的开展。相对于初高中学生来说，大学生课余时间相对较多，学生课余开展活动的时间相对充足，体育活动已经成为学生课外活动的主要活动之一。大学生开展课外体育活动，由于缺乏相关硬件及软件的配套，学生在一定程度上缺乏积极性，高校体育教学VR共享平台的建设，为大学生课外体育活动提供了充足的运动条件。学生在体育课堂教学中未掌握的体育技术动作，学生可在课外通过VR共享平台的使用，对体育课堂教学进行进一步巩固和完善，学生可通过共享平台进行自我设置，设置符合自己课外学习的模式，以加强对体育课堂教学的补充。VR共享平台可设置专门的课外体育锻炼板块，为学生提供相关的体育运动虚拟场地，学生可登陆共享平台进入虚拟场地，进行相关体育锻炼，虽然场地设施是虚拟的，但学生锻炼是真实的，虚拟场地的使用，不仅解决了部分高校场地不足的问题，还可使学生放松自我，完全投身到虚拟世界的体育锻炼中，激发学生的体育锻炼兴趣，逐渐形成终身体育锻炼的世界观。

6.3 反馈与纠正互补

高校体育教学中，学生由于对动作的理解程度不一样，容易出现动作的错误及偏差，因此，反馈与纠正是个重要的环节。高校体育教学VR共享平台的建设，可以让学生在练习过程中如果出现错误动作，VR平台就将相关信息反馈至体育教师，让教师及早地发现错误动作，并及时给予纠正，还可通过计算机对错误动作进行相关统计，建立易犯动作数据库。VR共享平台的建设，还可使各高校之间实现学生易犯错误动作的共享，减少在教学中易犯错误动作的出现，各高校教师还可通过VR共享平台进行学生错误动作的相关探讨，不断提升体育教学质量(图4)。

图4 反馈与纠正互补步骤

学生在课外通过高校体育教学VR共享平台的学习，共享平台可设置错误动作报警系统，当学生在练习时，如果出现错误动作，VR共享平台自动提示学生动作错误，并将相关错误动作反馈至后台，提供给相关体育教师；同时VR共享平台提供正确动作的示范供学生参考，以及时纠正学生在练习中出现的错误动作，使学生能够更快的学习相关动作。

在利用高校体育教学VR共享平台进行相关教学及课外比赛时，还可通过VR共享平台的实时监测功能对全场比赛进行实时监控，对比赛中出现的错误动作及失误的地方进行统计，反馈至后台及相关体育教师，以便体育教师根据比赛中出现的问题进行战术调整，从而减少比赛中出现的失误，为比赛提供更加有力的技术保障。

7 结论与建议

VR技术应用于高校体育教学，将使高校体育教学效果显著提升，它将弥补传统体育教学的不足，改变传统体育教学模式，改进教师教学方法，激发学生学习兴趣，培养学生自主学习的习惯，促进高校体育教学的跨越式发展。

高校体育教学VR共享平台的建设，将使得我国高校体育教学真正实现资源共享，使我国各高校在技术推动上真正实现互补，弥补地域、人才带来的体育教学资源的匮乏。教师与教师、教师与学生、学生与学生也可通过共享平台实现良性互动，真正实现我国高校体育教学的同步化发展。随着VR技术的不断发展及VR共享平台的不断完善，教学改革与信息化技术终将完美结合，高校体育教学也会更加蓬勃向前的发展。