虚拟现实技术在体育教学的应用研究综述

◇西北师范大学体育学院 何青云

随着5G时代的到来，虚拟现实技术被各个领域广泛所使用。在体育领域，虚拟现实已成为体育赛事转播的的重要技术，但目前鲜有将其真正实践于高校体育教学过程中。本文梳理我国关于虚拟现实技术对促进技术动作学习、体育教学可行性和体育教学新模式的研究文献，发现虚拟现实技术能有效促进体育知识学习、加强学生的认知和情感体验、实现异地交互等，对个别学者的观点也做出述评，并建议未来应加强定量研究，特别是在虚拟现实技术促进体育技术动作的学习方面。

1 前言

目前，VR已被广泛运用于各个行业，体育领域也同样在使用VR带给人的体验，特别在赛事转播方面，VR技术的应用已逐渐成熟。在体育教学实践方面，虽然现阶段还是以多媒体技术较广泛，虚拟技术还用的比较少[1]，但借助虚拟技术的体育教学相关研究并非鲜见，国内各高校都进行了相关的研究。

虚拟现实技术是可以拓宽体育教学手段的新方法，也给教学过程注入新的创造力和创新意识[2]。与此同时，虚拟现实技术运用于体育教学也存在一些问题值得关注，比如设施昂贵、佩戴不方便等[3]。基于此，梳理现有的研究成果，以期达到对虚拟现实技术在体育教学应用的深刻认识，同时也是为将来体育工作者的研究提供参考。充分认识它的优缺点，有助为以后的体育教学创新奠定基础，这对将来的体育课程教学改革有着重要意义。

2 研究结果

2.1 虚拟现实技术

虚拟现实（VirtualReality，简称VR）是应用计算机生成的一种模拟环境，通过各种传感设备使用户“投入”到环境中，实现用户与环境进行自然交互的技术[4]。它也被称作“灵境”技术，虚拟环境中所构造的物体是可以伴随位置的变化而变化，用户通过佩戴传感设备使完全身临其境的感觉。完整的VR系统环境主要包括实现构建交互的计算机设备、完成虚拟灵境的物体模型、图像、声音等的管理、实现互动的输入和输出设备、存储虚拟环境中物体及信息的数据库四个部分。VR并不是近几年才出现新产品，它的第一代产品可追溯到二十世纪六十年代，当时人们并不重视[5]。随着芯片、大数据等技术的发展成熟，在2014年Facebook收购了Oculus之后，市场资本开始倾向VR研发，VR技术也被大众所熟知[6,9,12]。

2.2 应用虚拟现实技术对促进技术动作的研究

目前，国内有学者利用VR创设的运动场景情景作为心理干预的手段，研究了不同项目的运动员动作技术的表现。杨勇涛（2015）等人对虚拟环境中的知觉动作和心理训练的研究表明，虚拟现实技术解决了传统研究中的知觉和动作分离现象，同时也指出国外的研究结果表明运动员在虚拟环境中能够准确做出手球、棒球、足球等所需要的拦截动作[7,9]。宋宇（2020）等人为了比较传统心理技能训练和正念训练促进压力运动表现的效果，利用VR模拟出赛场观众、对手等压力情景，让其参加射击比赛游戏，再此过程中为了造成更大的比赛压力，在进行游戏时通过指导语告知选手败者将会在比赛后接受电击[8]。

从概念上看，虚拟现实是与虚拟环境的交互中实现人的多种感知体验或心理体验，同时也是能激发学生的感官认知和思维模式[7]，所以通过模拟赛场时的比赛情景，将感知觉与动作结合起来的训练或研究无疑是正向利用科技的正确选择，但是基于现实技术具有沉浸感的特点，利用它来提高技术动作真的可靠吗？笔者认为对初学者而言，采用虚拟现实技术教学一方面提高的兴趣的同时，另一方面也可能导致技术动作变形，主要原因是它无法达到与现实完全相同的条件，而初学者动作容易受外界因素影响而变形，所以当佩戴一定设备时，对身体的控制能力可能会降低。因此，利用VR提高技术动作时，对于不同水平的学生和不同学习的阶段选择非常重要。将VR作为心理干预的一种手段，是一种新颖的方法，但也存在一定的问题，比如虚拟比赛的场景与真实的场景对运动员心理影响是否存在差异，差异大小如何，也即通过虚拟出的场景对运动员造成的心理压力是否具有可行性。这在国内的研究是鲜见的。

2.3 虚拟现实技术应用于体育教学的可行性及操作的研究

将VR应用于体育教学，不仅对体育教学工作一种全新感受，而且是对教师和学生的情感体验。它对促进师生的教与学的过程注入新的创造力和创新意识[2]。在可行性方面研究成果较多，但从学理层面分析和实证性研究较少，大部分学者基于辩证的思维提出自己的观点。钱隆（2017）认为在高校体育教学中应用VR可以避免体育活动意味的发生，比如击剑和跆拳道等容易发生意外的项目、降低高难度的体育训练伤害、弥补体育设施方面的不足、提高学生的积极性和创造力等[9-10]；这种观点多少有点偏颇，首先从运动本身来说，损伤是一直客观存在的，任何运动项目都存在损伤的风险，不能因为损伤风险高而舍弃它，更多关注点应该是如何在现实实践中降低风险，而不是以虚拟的游戏带给人的情感体验，不能否认他对运动该项目的认知和理论学习有促进作用，比如李建荣等人（2014）也指出虚拟教育环境可以突破传统教学的缺陷，直观的破解教学的重难点，同时作者认为虚拟现实技术在教育中具有广阔的应用前景，特别是在高职院校[11]。王忠孝（2010）等人也同样认为VR可以有效提高教学质量[12]。但只考虑受伤的风险而参加虚拟的学习是对体育项目和体育精神的理解偏差；其次它的相对设备昂贵，并且需要佩戴一定的设备进行一系列操作才可进行，这就对技术动作的准确性把握难度加大，同时也对学校的各方面能力提出高要求。安沙沙（2017）等人对VR应用于高校的可行性分析中指出，从它本身来说，VR技术可以突破时空限制和应用前景广阔，从教学角度，一是可以提高学生的兴趣和教学效果；二是通过跟踪数据实现有效监控学习的行为[13]；这种观点也更多的偏重情感的体验，作者的观点表明它对初学项目的认识以及监控学习行为有积极作用，笔者也同意这一观点。当然，VR作为现代科技的产物，用于分析体育动作技术和体验休闲健身活动是可行的。王晶（2011）从传统录像与VR区别的角度认为，应用虚拟现实技术可以克服传统录像只能在一个角度进行观察某一动作的弊端[14]。李杰（2018）通过实验研究了虚拟现实技术下运动模式的不同对小学生能量消耗与心率变异性的差异，同时也探讨VR游戏的强度，实验结果表明现实拳击游戏能量消耗较接近中等强度运动效果，对消耗热量、运动健身与体适能方面由显著效果。这也就说明利用VR可以达到健身的目的[15]。

针对不同的运动项目，许多学者也对VR的应用进行了相关的研究，涉及到的项目包括高尔夫、武术、帆船、足球、排球、篮球等[4,16-20]。但他们研究还是基于逻辑分析的层面，主要还是考虑的能降低成本、提高兴趣、增加直观认知等，而对具体的提高现实技术动作缺乏研究。其实，借助VR对某一项目的技战术特征分析是一把利器，但它更多的还是影响的学生的认知，并不能完全代替现实训练。另外，体育项目中许多是需要借助器械的，而VR设备并不能实现与现实器械完全一样的感受，比如在重量、大小、尺寸等方面，这可能也是VR未来创新的点，因此就目前来看，在训练技术动作时，VR更加适合初学者的徒手练习时使用。

对于操作层面的研究，部分学者对人们如何在体育中实现交互的技术进行了研究，王继康、张枝等人（2015，2020）提出了将VR应用于体育教学的技术可以从“三维建模技术”“模型驱动技术”“声合成技术”“跟踪与视点感应技术”四个方面考虑[21-22]。陈冬梅（2020）指出“5G智慧体育教学”方案，整体构架由终端、网络、云、平台四部分构成，它的关键环节是VR视频直播。主要流程包括视频采集、传输处理、视频播放三个阶段[23]。苏毅（2020）通过研究借助VR设计动作模拟系统时指出，基于VR设计出的体能训练动作模拟系统比传统动作模拟还原度好[24]。

2.4 通过虚拟现实技术探索体育教学模式的研究

构建新型体育教学模式是我国体育教学的发展新方向，目前，许多学者都对基于虚拟现实技术的体育教学模式的进行了探索。刘衡（2013）等人结合认知理论构建基于现实技术的新型体育教学模式，此模式是基于教师设定特殊场景，通过刺激学生感觉器官来提高综合体育能力[3]。刘桂文（2014）利用三维建模技术、立体声合成等技术纤细阐释了构建体育教学模式的具体操作以及特殊处理办法[25]。同样这种模型更多的是提升体育知识的学习效率。

3 结语

随着5G时代的到来，在体育教学中，VR技术具有很好的应用前景，会带给人们一定的启发和创设新的教学环境，VR技术的使用对体育知识的学习有着积极的作用，同时它也可以提高学生的兴趣以及促进学生对体育认知，但目前的研究还不能涵盖体育教学的所有方面，尤其缺乏虚拟现实技术应用于高校体育教学的定量研究。