数字时代下虚拟现实技术在高职院校体育课程中的应用研究

黄 正，张成云

1 研究目的

在国民经济和社会发展的第十三个五年规划纲要第十四篇《提升全民教育和健康水平》第四节“加快学习型社会建设”中提出了：推动各类学习资源开放共享，发展在线教育和远程教育，整合各类数字教育资源向全社会提供服务[1]。在快速的数字化时代下，虚拟现实技术(Virtual Reality，以下简称为VR)能够突破时间和空间的界限，提升个人体验的真实感，其具有沉浸性，交互性和构想性的特征[2]。将VR技术运用到教学活动中，师生可以多方位自由观察和学习空间结构细节[3]，通过场景化的虚拟教学提高学生的学习能力和水平[4]。目前，国外VR技术市场在教育应用中包括了仿真教学、医学实验等[5]，VR产品已不再是简单地为游戏而服务，各行各业对信息化技术的应用要求也逐步提高。大量的实证研究发现，VR技术在不同的教学课堂上对于学生的学习积极性显著正向作用(文海荣，2021；王玉清，2020等)。随着我国体育运动健儿在国际舞台上的出色表现，人们对于体育运动的关注度和投入消费产比也逐步提高，健康运动将进入虚拟与现实的场景，枯燥的运动与娱乐相结合，将活动变得有趣，同时增加个人的运动动力。然而，究竟如何把虚拟现实技术应用于职业院校的体育课程上，对于教师和学生有什么积极影响，还值得进一步研究探讨。本研究拟提出假设、分析及探讨体育课堂上应用虚拟现实技术的可行性。

普通高校是对专科层次高等学校及院校的统称。当前高职学生在对接社会过程发现其思想素质较差、心理素质弱、人文素养低等问题[6]，学习专注度普遍低下，对于公共课的喜欢程度整体不高[7]，其中有四成学生认为是“教师教学方法不当降低教学吸引力和学习效果”。在个人的主观能动性上，他们也意识不到锻炼的意义，运动能感低，把体育锻炼能力差归因为无兴趣、体格差和缺少练习等[8]。有学者研究发现VR技术应用在体育课堂上能突破以往的单一教学模式，增强师生间的有效交流，提高学生主动体育锻炼的积极性(牛大三，2019；崔波，2018等)，然而大部分学者更加偏向于VR技术对提高学生体育技能和学习兴趣的相关研究，较少在课程思政、爱国教育及竞技现场的创设进行研讨。因此，希望借用VR技术提高学生体育运动的内在驱动力，加强他们的学习动机和学业需求；同时，通过沉浸式探索与感知所创造的情境，结合VR技术对高职院校学生进行“体育强国”的爱国情感教育。

综上，VR体育也是教育信息化的一部分，其突破传统的说教方式，以新颖的、真实的、沉浸式的用户体验从“室内”搬迁到“室外”。VR技术对于体育教育所产生的裂变，让运动空间不止于想象，而是变成真正的事实。虚拟现实技术能为体育课程创新改革提供科学的理论依据，还能推进普通高校健康体育发展提供积极有效的实践研究。

2 研究方法

2.1 文献资料法

以虚拟现实技术、体育课堂、思想道德教育、设计研究等为关键词，通过中国知网，维普网、国家社科学术刊物数据库等进行检索，引用有关的理论成果，以体育课程为线索，提出合理的虚拟教学情境假设，为现阶段体育课程提供有效的信息技术指导。

2.2 定性分析法

基于权威的论文指引下，通过查阅及引用相关的论据，运用归纳、演绎及抽象等方法来分析收集的材料，选择对文章论点有用的材料，去伪存真、由表及里进行讨论。

2.3 探索性研究法

利用目前已有的权威研究和VR技术信息，对现有所掌握材料认真地探索和创造新的知识，探讨VR技术对职业院校体育课程的构建和应用提出可行性设想和建议，并拟出可实行的应用研究方案。

3 结果与分析

3.1 虚拟现实技术在职业院校体育课程的应用现状

肖龙星[9]提出若未来VR技术能应用于高校的各类专业课程中，师生教学课堂主阵地会呈现出新的教学模式。学生可以从虚拟世界提供的信息直观而真实地感知到设计的场景，让学习者直接操作虚拟物体，肢体还能感知其带来的反作用力[10]，沉浸式地投入枯燥乏味的徒手动作练习和理论知识。在搜索和阅读论文数据库的过程中，发现VR技术目前已广泛地应用于高校的各类专业课程上，但VR技术在普通高校体育课程的投入使用性并不高。这是因为：一方面，现阶段学校对体育课程功能认知的缺乏，简单地认为体育课堂仅是为了增强学生体质，而忽视了体育的“德育”功能，对体育课堂信息化的建设重视程度不高，对体育部门的经费支持力度小，难以实现体育课程建设的创新与改革；另一方面，高校之间及高校内部的学科部门之间缺乏交流与资源共享设置。

3.1.1 虚拟现实技术基础设备

VR技术一般由以下设备组合：一体机显示屏(图1)，其具备独立运算、输入及输出能力，没有连线束缚，自由度较高。Pico Neo3 VR头显(图2)，也可称为VR眼镜，其头戴式设备是为了将人对外界的视觉和听觉进行封闭，引导用户沉浸虚拟环境中。虚拟现实技术操控平台(图3)，通过外界视频的导入进行远程的操作输出，实现一对多的后台控制功能。投屏电脑辅助显示器(图4)，通过传输设备将内容投显到屏幕再反射到人眼的辅助工具。

图1 一体机显示屏

图2 Pico Neo3 VR头显

图3 虚拟现实技术操控平台

图4 投屏电脑辅助显示器

3.1.2 虚拟现实技术用于职业院校体育课程的技术教学设计

VR技术融于体育课程教学涵盖了：课前导入、技术讲解、重难点分析、技术动作训练等方面。内容包括：项目选择、教学环节、学生需求。如下所示(图5)。

图5 课程设计流程

3.1.2.1 传承体育文化，弘扬体育精神

根据体育课程项目来选择相应的史载纪录视频。教师在体育课堂授课初期，都会对本项目的起源和现状进行一个简洁的概述，让学生了解该项目的发展过程和目前的文化价值。比如乒乓球历史发展中，闻名中外的“小球推动大球”事件。学生可以通过虚拟眼镜，在环境交互中近距离跟随毛主席的脚步，仿若其中旁听中外交谈内容，让学生了解接触乒乓球的现实意义，培养学生爱国主义的责任感和使命感。以此类推，将每个体育项目的发展历程与VR虚拟技术相结合，让每一个学习者打破时间和空间的局限，沉浸式地站在历史的时空中去了解该项目的发展史。观影完毕后，教师切换真实的比赛场景，通过视觉、听觉模拟等形式让学生犹如身临比赛现场，沉浸式观看某一比赛片段，加入升国旗、奏国歌的部分，激发他们的情感共鸣。体验片段结束后，学生完成课堂的问答环节，教师对进行归纳总结。

3.1.2.2 紧扣教学基本环节，激发学生学习兴趣

传统体育课堂常规包括了准备部分、基本部分、结束部分。课堂的基本部分是整个课堂的教学核心，由本节课堂的教学目标、重难点组成，教师要讲述本节内容的动作要领、注意事项并示范标准动作。在集中讲解技术动作的环节上，采用VR技术把场景导入，将要学习的技术动作进行虚拟场景的沉浸式展现，学习者利用现场的VR技术设备，进行身临其境的教学体验。教学步骤设计如下所示(图6)。

图6 体育课堂技术动作展示设计

根据图6流程所示，教师先写好动作预设的脚本，利用VR技术设备将本节课技术动作的重、难点录入设计，视频学习的内容由相关体育专业课程的教师提前进行录制，再设置教师的语音教学导入到相对应的教学虚拟场景中[11]。VR技术对导入的视频进行运动路径的设计，然后将提前录制好的语音讲解与有关的动作设计相匹配，为因材施教，加入学习进度和技巧学习的速度调配。学生戴上VR技术设备的头显(如图7)，自主选择运动场景，手握虚拟物体杆(图8)，对虚拟场景出现的运动路径场景进行模仿练习。在该部分可以加入与该体育项目有关联的体育游戏(图9、图10)，教师可以对学生一控多地进行分批练习，提高课堂趣味性，同时教师可以设计学习任务让学生参与其中，作为课堂常规考核方式和手段。

图7 学生戴头显沉浸观影

图8 持虚拟手杆沉浸体验

图9 网络用图(乒乓球教学模式)

图10 网络用图(乒乓球实战模式)

3.1.2.3 有针对性地加强学习需求

与传统课堂讲授相对比，学生可以根据自身的学习进度来复习技术动作，在减少教师重复演练和讲解技术动作的同时，也培养和提高了学生体育运动的自主性和目的性。教师可以通过后台观看到学生的学习记录和频率，从大数据中了解到学生掌握技术的整体情况，根据实际来制定符合大学生体育锻炼的教学大纲和教学内容。

综上所述，体育课堂形式不同于其他的课程，其需要更为广阔的运动空间，方能高效地完成该课程的教学内容，达到较好的教学效果。但VR技术设备的空间限制性和无实物的操控过程，是难以解决实际体育课堂上对抗类体育项目的实物实景操练；同时体育信技术的教学学资源缺乏，课堂实施过程中也容易出现断节的情况，设计不连贯性，也容易使学生对技能接收有滞后性，故这一步的技术应用需要更长时间探索。

3.2 VR技术用于职业院校体育课程的意义

3.2.1 VR技术用于职业院校体育课程的重要性

数字化时代的背景下，普通高校体育课程教学进行各式各样的教改创新和实践探究，每一项体育运动都具有其独有的运动方式，但传统、单一的教学模式在现实的体育教学中依然呈现出枯燥无味、机械化课堂的表现形式。尤其在炎热高温状态下的夏季体育课堂上，学生学习状态大部分处于消极、被动的散漫状态。如何让学生迅速并全神贯注投入体育课堂上，一直是体育课程需要解决的现实问题。由于大学生身心自由度和轻松的学习状态，以及学校文体生活的丰富多样性，当他们在学习或者生活中遇到困难，出现不良状态时，体育课不再是他们消极情绪得到调节的唯一手段。另一方面，非对抗性体育专项，如：太极、健身气功这类较为乏味的项目，学生在学习过程中对动作细节、角度、位置、方向变化的综合运动能力要求较高，特别在高温环境下，需要心神静谧的慢动作体育项目，更容易让学生出现厌学心理，教师出现职业倦怠表现。

引入虚拟现实技术可以让师生在舒适的环境下进行虚拟场景的不同切换，让无趣的环境生动化，学生沉浸式状态下跟随教师的语调及VR设计好的动作角度进行模拟学习。在丰富教师教学方式的同时，转变学生的学习态度，更能提高体育项目学习的效率和质量，为体育教学课堂和信息技术创新融合注入新思路。

3.2.2 较同类课程改革的优势

高职体育课程使用体育器材、学习环境和教学场景资源是有限的，根据学校的课程时间安排，学生能接触的体育活动课堂时间基本为一节课80分钟。根据学校的教学要求大纲，体育教师教学的课堂常规基本固定不变，学生在理论学习环节的学习兴趣性不高，教师理论教学效果不理想。体育课程的专业性较强，对于实践环节的需求较高，大部分学生的体育运动技能水平较低，需要教师亲身一对多的教学模式，这样的教学实践环节效率较低，所以信息化的教学技术在体育课堂中至关重要。

3.2.2.1 体育核心价值体系推进的有效载体

体育不仅是外在的身体活动，也是设施、器材的静态呈现，更包括了内在的价值观，意识形态，行为规范等。体育在教学中的应用除了在传统课堂上进行理论讲解，也要结合历史视频进行播放和思想教育学习。在体育实践课堂上播放观影视频，对场地空间要求较高，采用VR虚拟技术的教学方式，既能让学生在沉浸模式下学习体育历史，感受体育运动其坚韧不拔，永不放弃的运动精神；又能在视频学习完毕后，立马体验现场模拟出来的运动场景进行游戏学习和锻炼，这使得学生学习的场景跨越了时间和空间上的限制，达到真正意义上有效的体育思政教学实践传播。

3.2.2.2 同步实践的教学体验效果

虚拟运动场景的魅力在于可以把教师理论知识教学形象化和生动化，学生通过虚拟手杆的触感去感受学习过程中的正确路径，教师的理论动作教学和学生的实践模拟练习同步进行，使得学生学习思路更加清晰明了，教学者与学习者双方的教学效果显著提高。

3.2.2.3 丰富教学形式，让学生对体育课程保持热情

利用VR技术教学，学生在创设的环境中多维度观看到物体，又能自由地切换体育项目和不同的体育环境，学生可以根据自己的心情和喜好选择不同的运动情景，享受其带来的真实感观和三维度并存的学习体验，满足学生在学习新事物的基础上，寻求刺激和乐趣，从而激发学生更高的体育兴致。

3.3 VR技术用于职业院校体育课程的未来推广方向

3.3.1 制作体育历史发展历程的VR视频进行推广

体育文化的传承需要现代技术手段作为载体来传播。体育课程的教学改革不能仅停留于体育课堂技术上的教学，更要把体育德育功能最大化发挥出来。但目前大部分高校对体育部门的课堂教学要求是少坐多动、精说多练，体育教师对于体育文明史的传播教学几乎为零。而多数体育教师对自身教学的体育专项历史知识了解也是微乎其微，学生对枯燥的历史知识学习兴趣不高，这样大环境下致使体育现实功能仍停留在强身健体上，学生基本只通过网络来观看大型的体育赛事，比如奥运会、世锦赛等运动赛事，短暂地接受体育爱国的情怀教育，而这种短时间的爱国渗透教育大部分来源于网络剪切的短视频。

此外，网络博主为博得关注和流量，对某些体育片段的视频还注入个人强烈的主观意识，歪曲历史事实，让观看者对体育历史和体育规则的认知有所偏差。这就更需要我们体育工作者寻找真理来论证事实，让学习者明白该项运动的发展历程，对国家的历史意义，以及目前该体育项目在国家间交流所起到的地位作用。

在数字时代下，体育课程引入VR的教学方式绝不是为了迎合大众的趣味而标新立异，更不是为了彰显新的教辅器材而忽略体育课程的真正内容。VR技术的引入不仅是为了提高学生对体育课堂的积极性，更是让广大体育工作者参与到体育历史的推广中，将体育教学中的德育功能发挥到位。

3.3.2 结合教学手段创设体育比赛情境

比赛情景教学对激发学生学习积极性，提高课堂教学有效性是一种常用的教学方式和手段[12]。教师进行教材分析需要了解该项目的特性，但常忽略该项目引发的乐趣及吸引人的魅力，学生在学习的过程中对于该项目赛场的意识片段也有所缺失[13]。体育课堂上VR设备中插入竞赛片段(如表1)，让学生犹如身处现场，加入欢呼、呐喊声，运动员或教练员角色代入等，还原比赛现场的真实感，提高整体课堂的趣味性，以及爱国情怀的实践教育。

表1 环境、声控创设要点

3.3.3 追踪学习数据，改革传统考核模式

常规课堂表现判断较主观，教师难以用客观数据看待整体班级学生的表现状况；课后作业复制与应付式对待也加重教师工作量，同时也难以评判个体的学习态度和能力程度；体育课堂考勤制度占用师生教学时间也不一定达到预期的满勤效果。引入VR技术，教师设置登录权限，录入个人信息，后台观测缺勤情况，并根据学生体育游戏完成进度、学习答题分数以及课堂练习的情况，设定相应的分数指标。学生完成项目任务，系统则自动打分进行分类，这一操作既节约了教师主观评判时间，又客观公正地评价学生的课堂表现。

3.3.4 打破时间及空间局限，丰富体育课程体系

虚拟现实技术为雨天室内体育课程的教学手段提供了多样化选择，引入VR技术的体育课堂一定程度上是可以提升学生在雨天体育课程的兴趣性，符合教师理论教学的需求。根据体育项群不同项目的特性和场地特殊性，大部分的体育项目都容易受场地、天气地理环境、消费观念、经济状况、文化水平等影响。例如受天气和地理环境的影响，我国南部地区想要开展冰上项目的体育课程几乎秀而不实。大学生思想活跃，观念新颖，对新鲜事物有强烈的求知欲望，但某些学生受家庭经济状况的影响，其体育意识难以跟上体育消费的价值取向。大学体育课堂加入虚拟现实技术，可以打破空间的局限性，体验“炎热夏季”里的冰雪项目，尝试将“课堂搬到海底”的潜水运动，甚至还可以尝试户外高尔夫球的体验活动等等。VR技术引入高校体育课堂，在完善室内体育课程，应对不良气候，丰富学生不同的运动参与中起到了实践创新的积极引领和探索价值作用。

4 结论与建议

4.1 结论

4.1.1 对体育历史文化的推广和传承，坚持“以生为本”的德育主体地位。虚拟现实技术应用在普通高校的体育课堂，既能提高体育课程的趣味性，提升学生体育运动积极性和主动性，又能让学生更加深入地了解体育运动的发展史。通过对体育历史及赛事的认识，改变大学生对体育文化功能的浅薄认知，增强他们爱国主义的凝聚力和情感共鸣。

4.1.2 改革传统考核模式，客观评判学生学习态度，提高大学生课中、课后体育学习和锻炼的积极性。丰富体育教材体系，充实课堂教学内容，具体的考核任务让学生在每次的体育锻炼中，不断地进行思考、实践和提升。

4.1.3 虚拟现实技术引入到体育课堂，不受时间和空间限制，完善体育课程内容。其能打破地理环境、地域气候限制，实现跨时空的沉浸式运动体验，在完善室内体育课程、应对不良气候中起到了正面作用。

4.2 建议

体育工作者积极加入课程改革建设中，积极开发相关的课程资源；切忌盲目追求高新科技效果，而忽略了多练、勤练的体育本质，容易起到本末倒置的反作用；未来体育课程需要思考的新问题：既要将体育的德育功能发挥出最佳效果，又要保证体育课堂的锻炼时间合理化；学校对体育教学信息化的重视，是目前虚拟现实技术投入普通高校体育课堂使用中亟待解决的一环，该过程任重道远，更需要时间成本的投入和实践证明的积累。