虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用研究

潘红霞，刘从梅，闫 松

(安徽科技学院 体育部，安徽 滁州 233100)

近年来，信息技术的快速发展对教育教学领域产生的影响不容小觑。在信息技术推动下,出现很多新型教学模式，虚拟仿真教学无疑是其典型代表。虚拟仿真教学依托虚拟仿真教学系统实现，可增强学生的直观体验，帮助学生更好建立学习表象，激发学生学习兴趣。截至目前为止，虚拟仿真教学系统在很多教学领域已有应用，但关于虚拟仿真教学系统在高校体育教学领域的应用研究却较为鲜见。因此，有必要对虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用进行研究。

1 虚拟仿真教学系统的内涵及其在高校体育教学中应用的必要性分析

1.1 虚拟仿真教学系统的内涵

虚拟仿真是用一个虚拟系统模仿另一个真实系统的技术〔1〕，虚拟仿真教学系统则是一种共享型虚拟现实系统，是应用虚拟现实构筑的虚拟环境，进而为学习者提供一个生动、逼真学习环境的系统〔2〕。通过虚拟仿真教学系统实施教学不仅可促进学生创新精神与实践能力提升，使学生在虚拟环境中接受教育，达到预期教学效果〔3〕，同时也能让教学更加科技化。

1.2 虚拟仿真教学系统在高校体育教学中应用的必要性分析

为加快推动高校体育课教学内容和模式改革，虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用是必然趋势〔4〕，主要体现在如下几个方面：

(1)信息技术与体育教学融合的必然趋势

随着信息技术的快速发展，其与体育教学之间的融合程度也在不断加深，有效促进了高校体育教学质量的提升。虚拟仿真教学系统是信息技术发展到至高水平的一种现实体现，如今虚拟仿真教学系统已然应用于很多教学领域，随着其应用范围的不断加大，将虚拟仿真教学系统与高校体育教学有机融合也必然会成为未来主流发展趋势。

(2)推动高校体育教学发展的根本需求

传统体育教学方式固然有效，但却缺乏可持续发展动力，不利于推动高校体育教学进一步发展。在这样的大背景下，虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用则显得非常必要，可在一定程度上优化高校体育教学模式，让大学生在虚拟仿真教学系统构建的虚拟场景中更好实现体育学习，产生身临其境式的直观体验，有利于推动高校体育教学更好发展。

(3)利于更好满足大学生的体育学习需要

由于个体之间不同程度上存在差异，因此大学生的体育学习需要也存在一定差异。诸如，有大学生喜欢网球，有大学生喜欢轮滑，有大学生喜欢足球等。但是对体育教师而言，他们也并非全能，也不可能将所有技术动作均示范得非常到位。在此情况下，如若有虚拟仿真教学系统的融入，那么体育教师无法完成某些高难度技术动作示范时，则可借助虚拟仿真教学系统来完成示范〔5〕，从而更好满足大学生的体育学习需要。

2 虚拟仿真教学系统应用于高校体育教学存在的主要问题

虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用虽已取得一定成就，切实推动了高校体育教学的改革与发展，但存在的问题也在一定程度上影响着虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用。研究发现，虚拟仿真教学系统在高校体育教学应用中存在的问题主要如下：

2.1 大部分高校不具备自主开发虚拟仿真体育教学系统的能力

目前，由于对虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用必要性已拥有充分认识，部分高校已开始尝试开发可用于高校体育教学的虚拟仿真教学系统。以北京体育大学为例，自2018年起，该校便组织相关专家积极致力于虚拟仿真教学系统的研发工作，开发的虚拟仿真教学系统项目主要有：(1)动作技术的生物力学测试与评价方法实验；(2)足球比赛基础攻防战术虚拟仿真实验；(3)冰雪运动防护虚拟仿真实验；(4)乒乓球裁判虚拟仿真实验等。经过努力，目前上述四大虚拟仿真教学系统已初步构建完成，并应用于具体教学实践。除此之外，北京大学、中央民族大学等国内知名高校均不同程度上参与了可用于体育教学的虚拟仿真教学系统构建，取得的成效也均较为显著〔6〕。但与之不同的是，目前大部分高校仍不具备自主开发虚拟仿真体育教学系统的能力，正因如此，也并未应用虚拟仿真教学系统开展体育教学。

2.2 虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用成本相对较高

一套可用于高校体育教学的虚拟仿真教学系统开发需要耗费大量人力、物力和财力资源，此点对很多高校而言很难接受，毕竟采用传统体育教学模式并不需要耗费过多成本。研究发现，虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用确实存在成本相对较高的问题，影响了虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用。以曲阜师范大学为例，由该校2019体育学院虚拟仿真实验项目验收公示结果不难看出，该校在此次构建虚拟仿真教学系统共花费398 900元人民币(具体见下表1)。

表1 曲阜师范大学2019体育学院虚拟仿真实验项目验收公示

2.3 可用于高校体育教学的虚拟仿真教学系统仍不够完善

虚拟仿真教学系统是以计算机技术为核心生成逼真的视、听、触觉一体化的虚拟实验环境，给学生营造出一种真实情境〔7〕。为促进体育教学质量提升，推动体育教学改革发展，国内很多高校已然构建可用于体育教学的虚拟仿真教学系统，并取得一定应用成效。但有一点不得不承认的是，由于诸多方面原因，目前高校业已构建的可用于体育教学的虚拟仿真教学系统仍不够完善，有待健全。以福建师范大学体育学院构建的虚拟仿真教学系统——运动技术评判诊断虚拟仿真平台为例，该虚拟仿真教学系统目前主要包括如下四大模块：(1)运动人体的数字化解析；(2)运动人体的力学建模；(3)运动人体的数学建模；(4)运动人体的虚拟仿真技术。利用上述四大模块的具体功能可展示人体简单动作的内部结构和功能，以及进行一定力学条件下的动作设计、正误对比和动作效果。但是，该虚拟仿真教学系统对于复杂动作的内部结构和功能目前仍无法真正实现，此点未来仍需进一步完善。

3 促进虚拟仿真教学系统应用于高校体育教学的对策建议

基于上述存在问题，为推动虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的更好应用，建议如下：

3.1 高校成立虚拟仿真体育教学系统研发小组，努力提升自主研发能力

虚拟仿真技术是一种可创建和体验虚拟世界的计算机系统，虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用是一项开创性举措，有利于促进我国高校体育教学改革的深入发展。如今，我国部分高校已开始尝试将虚拟仿真教学系统应用于体育教学，且取得一定成就，但大部分高校并不具备自主开发虚拟仿真体育教学系统的能力，因此仍未应用虚拟仿真教学系统开展体育教学。为提升虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用普及率，建议各高校应积极成立虚拟仿真体育教学系统研发小组，努力提升自主研发能力。虚拟仿真体育教学系统研发小组成员具体可由本校骨干计算机教师和体育教师组成，必要时可从外部聘请专家提升研发小组的整体研发实力。基于大部分高校并无自主研发虚拟仿真体育教学系统先行经验的事实，建议研发小组成立后，可先到有经验的高校参观、学习，汲取有益经验，再结合本校实际因地制宜地着手自主研发虚拟仿真体育教学系统。

3.2 增强虚拟仿真教学系统的共享性，降低虚拟仿真教学系统应用成本

具体调查过程中了解到，目前很多高校构建完可用于体育教学的虚拟仿真教学系统后，仅用于本校教学。极少有高校将构建的可用于体育教学的虚拟仿真教学系统与其它高校共享。此种情况的存在不仅会增大高校应用虚拟仿真教学系统实施体育教学的成本，对虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用与推广也同样不利。因此，建议增强虚拟仿真教学系统的共享性，降低虚拟仿真教学系统的应用成本。具体可采取如下几种途径：一是几所高校联合共同出资构建可用于体育教学的虚拟仿真教学系统，分摊构建成本；二是一所高校单独构建完可用于体育教学的虚拟仿真教学系统后，可将其以合理价格出售给需要该套系统的相关高校甚至是中小学，降低降本；三是由上级教育主管部门统一构建可用于体育教学的虚拟仿真教学系统，供各高校免费使用。如若能实现此点，无疑是最好结果。各高校无需花费任何成本即可使用虚拟仿真教学系统实现体育教学。

3.3 高校未来进一步持续完善可用于高校体育教学的虚拟仿真教学系统

由于我国高校开发可用于体育教学的虚拟仿真教学系统的时间较晚，尚处初始发展阶段，因此出现可用于高校体育教学的虚拟仿真教学系统不完善问题实属正常〔8〕。为进一步提升虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用成效，建议高校未来应进一步持续完善可用于高校体育教学的虚拟仿真教学系统。具体可采取如下措施：一是及时发现虚拟仿真教学系统存在的问题。这一点需要在虚拟仿真教学系统的具体应用实践中实现。对于发现的问题应及时解决。二是增大可用于体育教学的虚拟仿真教学系统的研发投入力度。诸如，增加研发资金，从外部聘请相关技术人员参与虚拟仿真系统的研发与完善等。三是将虚拟仿真教学系统的开发与完善工作外包给专业公司。目前，很多公司均致力于可用于体育教学的虚拟仿真教学系统的研发，且具有较强专业性。如若高校缺乏这方面的能力，完全可将此项工作进行外包。

4 结语

虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用是未来发展的必然趋势，虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的应用具有一定的必要性，可有效促进高校体育教学改革发展的需要，更好满足大学生的体育学习需求。因此，未来应投入更多人力、物力和财力加强可用于高校体育教学的虚拟仿真教学系统开发与研究，积极发现虚拟仿真教学系统在高校体育教学应用过程中存在的主要问题，总结形成的有益经验，从而持续推动虚拟仿真教学系统在高校体育教学中的有效应用。