VR技术在中学足球教学中的应用与学习环境重构

李伟龙

（开平市开侨中学 广东 江门 529300）

引言

教育部印发《教育信息化十年发展规划（2010-2020年）》与《教育信息化“十三五”规划》中提到，深入推进教育信息化，积极开展数字化教学应用研究，提升学生自我学习能力。广东省教育厅印发《广东省教育发展“十三五”规划》中提到，加快推进广东省教育现代化，推动虚拟现实等新技术在基础教育教学的应用。虚拟现实技术亦称为VR技术，于20世纪末诞生，由计算机建模、多媒体、数字图像处理与传感器相融合与一体，构建出接近真实情况的场景。VR技术在各个领域中都有较好应用，但在足球或体育的其他项目暂且为刚起步的阶段。欧美足球强国的一些职业足球俱乐部将球队技战术布置、竞争对手的分析、体能训练等场景进行计算机建模，通过还原真实的场景帮助球员更有针对性地制定训练计划与规程。足球教学是中学教育教学过程中一项非常重要的内容，将VR融入教学过程，让学生在针对性的场景下进行学习与训练，可迅速提高教学品质与效果。

1、VR技术的特点

虚拟现实技术包含三特点：沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）与想象性（Imagination）。

1.1、沉浸感

图形系统与各种控制接口设备组成了沉浸式虚拟现实，在计算机上生成具有沉浸感觉且可交互的现实世界模拟仿真。以电脑为载体模拟生成三维空间的虚拟世界，给予用户一个集视觉、听觉与触觉等感官的现实世界虚拟环境。用户佩戴头戴显示设备（VR头盔）身临其境，进入洞穴状自动虚拟环境 (the Cave Automatic Virtual Environments，CAVE)，感受三围空间的大小，周围环境的质感与声音的反馈，即使是虚拟的环境依然有真实客观的感受，此为VR技术的沉浸性，亦称为沉浸感，故沉浸式虚拟现实技术亦称为沉浸式多媒体。

1.2、交互性

虚拟现实技术的交互性也是其特点之一，用户利用一些传感设备通过计算机生成的虚拟环境进行交互，尽可能接近真实客观世界，如，用脚去踢虚拟环境中的足球时，脚就有踢球的真实感受，而且可感觉到踢球的力度。这种交互性对于VR技术尤为重要，从视觉、触感等方面体会接近真实的感受。用户与计算机系统之间的通信构建了VR的交互性，这是人与计算机之间通过各种符号与动作双向进行信息交换，VR的交互被定义为一种信息交换，即通信。

1.3、想象性

VR技术的想象性也是其重要组成部分，用户沉浸在计算机生成的虚拟环境中，提高感性，理性学习并获得新知识，所学概念的升华并萌发新的联想，启发了人的创造性思维，这就是虚拟现实技术的想象性。想象性即是想象空间，VR技术可以使大脑里产生一种学习联想，并对现实教学进行相应的反馈。

2、VR技术在中学足球教学中技术运用

中学足球教学VR环境的构建，是对以往足球课程对场地与安全等诸多因素限制的突破，让学生获得接近于真实环境的体验，更好地在虚拟现实环境中参与练习并提高相应的技战术能力，达到教学目的和预期的教学效果。

2.1、系统关键技术分析

足球教学场景的建立是虚拟现实技术在中学足球教学中应用的关键所在，其包含足球教学虚拟场景模型、人体交互模型、运动人体模型与碰撞检测模型。足球技术作为一种变化的、动态的运动，其复杂程度借助计算机三维图像复原可以更好地发挥VR技术的作用，由此需创建适合的足球技术虚拟环境。

应中学足球教学的指导要求，通过足球场景与动态技战术有机结合，利用计算机完成足球教学动态建模。足球教学虚拟场景的建设包含足球、球场、球门、球员、灯光与场景等主要因素。皮肤、肌肉与骨架的三层次人体结构可以较为真实地还原球员的场景，划分人体层次结构主要是为了区分不同队伍、不同运动员，以更好地完成虚拟场景的建立，层次愈丰富效果愈明显，运动人体模型的效果决定了虚拟现实技术的应用效果。中学生好奇心较强，在VR系统里是人机交互模型使学生在虚拟环境中自由地学习与操作。而碰撞检测模型则是让学生可以在虚拟现实场景中感受到真实碰撞，以作出及时反应应对突发场景，让较为平淡的中学足球教学具备真实感。

总得来说，VR技术呈现的中学足球教学过程如图1所示，在VR系统中编程所有足球课程的学习模块。第一步，计算机根据教师设置的中学足球教学模块处理生成实时动态的3D图像，以此为基础构建逼真的虚拟场景；第二步，参加足球教学的学生佩戴VR头盔及相关的交互设备，进入足球教学虚拟场景；第三步，学生在虚拟现实一体机上通过视、听、触等真实感受来进行足球课的学习与体验，体会足球相关技战术的演练；第四步，VR系统智能生成学生的体验数据，作为教师和学生的反馈，学生根据生成的数据直观分析动作的错与对，弥补自身技术的不足，而教师根据相关数据调整教学内容的侧重点，以更好达到教学效果。

图1 VR技术呈现足球教学过程示意图

2.2、足球教学目标的优化

中学足球教学课程的指导思想是通过足球课程的教学培养且提高中学生对于足球的兴趣与爱好，使其养成自觉锻炼的习惯，培养终生体育的目标。中学生处于青春萌动期，对于新鲜事物有较为强烈的好奇心，而VR技术应用于足球教学中，可以充分调动学生的积极性，激发其好奇心，提高学生对足球的兴趣，优化课程的教学目标。VR技术呈现的中学足球教学目标设定上以教师为引导，强调学生自主学习的主导作用，拓展教学目标让学生在教师辅助的情况下的空间学习。中学足球教学目标强调足球基本的技战术掌握，VR技术拓宽学生的足球技术空间视野，丰富足球战术的纵深环节，三维视野下对于足球知识的掌握与熟练，是重构学生足球技战术的空间思维能力。

2.3、足球教学过程的优化

虚拟现实技术在学习某些足球技术知识的时候可显现出其优势，即现实教学中不易操作或较难实现的场景，这是VR技术解决教学问题的关键。中学生的运动基础较为薄弱，对于一些难度较高的足球教学内容无法理解，但是通过VR技术进行关键点的教学讲解后，效果显著且很大部分学生能充分理解教师教授的内容，在充分理解的基础上进行实践就节省了讲解与示范实践，使得教学效率获得极大提高。

中学生安全问题是教师和家长极为关心的，而室内进行VR技术足球教学在很大程度保护了学生，保障了学生的安全，如守门员的扑救技术危险系数较高，VR技术可以帮助学生模拟练习，避免因动作不规范而受伤。虚拟现实技术可以将一些技术难度较大的内容先通过虚拟环境呈现给学生直观的感受，让学生充分地学习后再付之于实践。

2.4、足球技术的VR模拟

足球技术的掌握与应用是中学足球教学的重要内容，以足球颠球为例对足球技术的VR模拟进行说明。准备阶段需运用全景摄像机、平衡车等基础设备，在DetuStitch软件编程文字解释。语音讲解与视频交互等基本功能，制定详细的足球教学计划和内容安排。在足球颠球技术的拍摄阶段，为保证足够的清晰度，以颠球示范者作为中心设定8个视点进行全景拍摄。摄像机置于平衡车上拍摄，拍摄范围包括以颠球者为中心的半径2m的周围匀速拍摄。通过Premiere软件合成图像，制作具备语音讲解、文字字幕与视点跳转功能无缝衔接的全景视频。制作完成后由教师进行内部测试，测试通过后即可投入足球教学课程中。通过对足球颠球技术的VR模拟，可以使得学生快速理解足球颠球的技术要点与要领，对颠球技巧的掌握更为快捷。

3、足球学习环境的重构

3.1、足球教育与智慧学习

5G引领互联网技术日益影响教育信息化的繁荣发展，智慧教育借助技术的衍生不断蓬勃，教学效果的不断提升也让体育教师们不断探索新型教学方式方法，以面对日益发展的教学需要，而学生的学习环境也由于技术的日益增进发生着极大的变化。智慧教育围绕互联网技术、智能化与智慧化而构建，在教学目标指引下，教学模式、教学结构与学习环境的显著变化，进而促进教学体系的嬗变。学习环境在智慧教育背景下出现重构，物理性学习空间与信息化学习空间有机结合，在信息技术发展的今天，将传统的足球需场地学习的行为与信息技术无缝对接，足球教育与智慧学习有机结合，有效结合搭建生态的智慧学习环境。

3.2、智慧学习环境与精准教学

虚拟现实与大数据的出现，让智慧学习环境更加丰富，将VR融入足球教学，让足球学习者的感知边界和学习兴趣充分提高，提高学习兴奋点，强调虚拟与现实的结合，将想象学习融合实践学习，优化学习环境。足球的学习方式从传统过渡至“在线学习—移动学习—实践学习”的新方式模式上。大数据、VR等新兴技术结合足球教学的过程中，需要注重智慧学习与现代技术的协调与发展，学习环境的重构需要相应的大数据支持、先进技术的智能工具作为媒介，在多媒体环境下营造新型足球学习方式与教学方法，推动智慧学习环境与精准教学生态融合，构建新型的学习环境。

3.3、拓展教师视野和素养

教学设计是教学的关键，面对日新月异的信息技术，体育教师更应该不断提升自身的专业素养与能力，充分利用好大数据带来的便利与革新。足球教育教学与大数据相互促进、互相融合，变更思维方式方法，设计全新的足球课堂内容，以VR技术为契机，强化学生的学习氛围，以课前—课中—课后的生态知识环节链为依据，构建精准、紧凑且人机结合的先进足球教学设计。体育教师要充分利用好信息技术带来的红利，数据库与相关资源的合理运用，为学生构建新型学习环境与个性化发展，拓宽体育教师的视野与素养。

3.4、自我学习的环境构建

中学生在学习足球的过程中，要充分利用现代技术发展带来的便捷，学会应用新型互联网技术优化自身的学习环境，提高学习效果，提升自我学习的能动性与主动性，满足日益增长的教育需求。当今教学以学生为主体，学生应强化智慧学习环境系统的要素与要点。教师组建VR学习平台并非只是实践教学的辅助，而是鼓励学生通过搭建的足球教学信息与共享平台，对自身足球知识进行结构化深化，形成牢固的足球技战术体系。

4、结语

体育领域中VR技术确实尚未普及，但作为中学足球教学中的应用，这是一种全新的教学方式，且随着科技的进步与发展，教学手段将不断深化改革，虚拟现实技术就不仅仅知识辅助足球项目的教学，而也会在其他体育领域得到更为广泛的结合与使用。时代的发展造就体育信息化教育不断向前推进，随着互联网+智慧+体育的不断整合与深入，中学足球教学，或中学体育教学的智能化与智慧化将成为新型的教学方式方法，教师未来的足球教学环境，学生未来的学习环境也将发生重大变革与发展。需要突出中学生在学习过程中的主体作用，既要满足学生不断追求学习效果，也要加强引导学生从传统学习模式的框架中蜕变，以VR为突破口，与自身学习内容和学习主体进行生态融合，达到智慧学习的目标，提升学习效果，达到教育教学目标要求。