沉浸式学习背景下智能光影在高校操舞类课程中的应用分析

高明

随着高校教育教学改革的不断深化，互联网、大数据、云平台等技术在课程建设中的应用，加快了人工智能在教学领域的创新运用。本文旨在通过对智能全息光影设备在高校中应用的现状做出分析，找出应用中存在的问题并提出相关对策，为传统教学带来创新突破，促进现代化信息教育教学手段改革，让更多高校受益于具有多元化教学模式的智能化体育教学课堂。

1 前言

随着互联网技术的飞速发展，各类新兴技术与教育系统正在深度融合。在这一背景下沉浸式学习新型方式应运而生：英国开放大学在《2018年学习趋势报告》中将沉浸式学习列为未来学习趋势之一，沉浸式学习有助于学习者体验更逼真的情景，从而产生更加真实、更加互动和更难忘的学习体验，学习者通过体验已设计好的模拟真实情景而开展学习和实践，从而加深对学习的理解。《新媒体联盟地平线报告基础教育版》分别于2016年和2017年将虚拟现实技术作为未来2-3年进入基础教育应用的重要技术进展，可见虚拟现实技术在近两年的教育应用中越来越引起教育界的关注。随着近几年信息技术的快速发展和5G时代的到来，新技术逐渐渗透在高校体育教学中的方方面面，具有沉浸性、可视化的新型教学模式丰富了高校日常的教学手段。本篇论文研究沉浸式学习背景下的其中一个媒介手段“智能+互联网+全息光影律动”系统在高校操舞类体育课程的应用情况做调查与分析，找出应用中存在的问题并提出相关对策，为传统教学带来创新突破，促进现代化信息教育教学手段改革，让更多高校受益于具有多元化教学模式的智能化体育教学课堂。

2 文献综述

2.1 国外研究现状

2.1.1 在动作训练领域的虚拟现实实践

R.Sidharta和C.Cruz-Neira曾设计出让参与者与虚拟对手进行拳击比赛的虚拟系统；伊利诺伊大学的杨振宇等人曾在美国计算机协会举办的多媒体国际会议上展示了其团队设计的虚拟交谊舞系统。当虚拟现实应用设计引入动作捕捉技术之后，人机交互的水平得到了很大程度的提升，因为在虚拟现实系统中可以引入一些游戏元素，参与者可以在人机的动作交互中获得更多乐趣，取得更好的动作训练效果。高村正彦等人设计出基于动作捕捉技术的军事训练系统，使用者戴上头盔，与虚拟教练进行攻防训练。

2.1.2 在舞蹈教学领域的虚拟现实实践

中村俊辅等人开发了一套由定时振动设备和自移屏组成的舞蹈教学辅助系统。定时振动设备主要用于提醒学习者动作的时间点，而自移屏则向学习者展示动作的具体过程。系统会根据学习者的动作生成一个实时的虚拟影像呈现在屏幕上，这样学习者就可以观察到自身动作与教学影像动作的差异所在。

香港城市大学的制作团队与日本的研究人员野村拓合作开发了用于自学舞蹈的舞蹈教学虚拟现实系统。使用者需要穿着一套用于捕捉动作信息的专用服装，然后模仿虚拟教师的舞蹈动作就可以学习舞蹈。

2.2 国内研究现状

经过文献查阅，国内的虚拟现实技术用于舞蹈教学中较多。陈芳的虚拟舞蹈模拟可视系统。通过拉班舞谱对舞蹈动作的分析得到相应舞蹈动作的二维数据，然后通过计算机对舞蹈动作进行编辑，建立起三维的虚拟人体模型以及虚拟舞蹈动作库，并以OpenGL为平台来实现舞蹈场景和角色模型的设计。

许怡的三维舞蹈虚拟化可视化系统在拉班力效分析与空间分析的基础上，对舞蹈动作进行信息采集，然后形成虚拟舞蹈形象。使用者可以根据需要对虚拟舞蹈形象的人數与服装，舞蹈选用的音乐和场景，甚至是舞蹈形象的表情等内容进行设定。

郭瑾等人在实现机器人舞蹈的研究过程中采用了舞蹈虚拟现实的技术。课题组先在计算机系统中分析机器人舞蹈动作的规律和方法，并建立起舞蹈动作的关键帧数据库，以此为基础建构了三维虚拟人的仿真骨骼舞蹈模型，仿真实现了机器人的舞蹈动作。

3 研究内容

3.1 沉浸式学习的理论支持

建构主义教学理论注重以学生为中心进行教学，且教师应当是学生获取知识过程的帮助者、促进者。建构主义注重情境教学，其教学模式下的抛锚式教学又称“情境性教学”，强调要营造好的教学环境，为学生建构知识的意义提供信息条件。个体的学习者在学习中所进行的相关活动是对环境的反映。在建构主义理论为指导下的沉浸式教学中，虚拟现实技术增加了学生的沉浸感，为其多种感官带来综合刺激，加深学生对知识的掌握程度，激发学生学习兴趣，引发和保持学生的学习动机。

3.2 应用智能全息光影的优势分析

3.2.1 创设沉浸式情境化教学环境

操舞类等难美项目教学具有一定的实践性，教学过程中的知识和技能部分需要通过学生对教师动作的模仿与感受才能获得，在此过程中要保持教学的生动性，否则极易分散学生的注意力，无法沉浸在操舞学习氛围中。而利用全息光影系统的光影投射、可视化的3D场景、12台专业投影仪、全方位立体环绕音响设备，可以根据不同操舞类型切换不同光影背景，营造了与课程相适应的虚拟环境，虚拟现实技术产生的沉浸感通过学生多种感官感知和运动感知，良好的情境体验让同学们加深对动作细节的理解和记忆，使学生沉浸于环境中获得心理上的愉悦。

3.2.2 教学智能数据化和云端化

智能光影系统配备的智能心率手环可实现运动数据的收集，学生在运动过程中心率会实时随之产生变化，当课程结束时大屏幕上会呈现出每个学生的数据信息，教师可以在现场实时监控学生身体的最真实数据并及时调整运动量。课程结束后系统自动根据消耗能量进行排名。同时这些数据还将上传云端进行储存，通过运动报告进行反馈到学生手机客户端，详细清晰的查看自己运动的各项数据，也为教师在下一阶段课程负荷或教学设计提供科学依据。

3.2.3 实现教学内容可视化，共享平台课程资源

通过智能光影云平台共享更新的先进课程，多种不同类型的操舞动作在教学课堂上呈现。教学内容丰富，不因教师自身能力水平而受到局限，学生可以直观、真实、有效的清晰技术动作的要点和完整示范。教师还可以将自己的课程内容拍摄成视频上传到云平台，既实现教学内容的可视化，又为广泛的大学生提供服务。

3.2.4 创新体育教学理念

传统的体育教学理念是以教师为教学活动中心，体育课教学内容方案都是围绕教师的教学能力施展而构建，学生的潜能难以挖掘，学习效率低下。智能光影系统的应用，践行了“人本主义”教育思想，将学生作为活动的主体，与教师共同发挥完成体育教学活动。在教师的引导下，学生的自主学习能力得到提升，提升教学效果。

3.3 智能光影系统在高校操舞类课程的应用现状

3.3.1 智能光影系统在高校的普及程度

本次问卷面向具有智能光影设备的普通高校发放，回答调查问卷老师50%是正高职称，17%是副高职称，33%是中级职称，说明本次调查的对象都是具有丰富教学经验的教师，更能深入地反映教学中的真实情况。通过调查回收统计，智能光影此系统在综合类高校的普及度高，占比67%。在体育类高校占比34%。在学生参与沉浸式教学的总人数统计中得出，参与学生人数达到200以上的高校占50%，100-150人占比33%，50-100人占16%，以上数据可表明智能光影系统在高校操舞类教学课堂中的学生群体开展情况较好，但还应该广泛宣传虚拟现实技术，全面动员更多的学生参与，进行积极引导教育。

3.3.2 智能光影系统在高校体育教学中的应用环节

智能全息光影技术应用于教学，其最大的优势体现在语言情境的创设上，它通过多维的呈现方式，有效实现沉浸式教学。

据调查在课程设置方面：将智能光影系统应用于普体课的教学上最多，占比67%。第二占比多的是应用于专业课，为50%。在选修课和通识课上的应用占比为33%。应用在必修课、运动代表队训练和对外服务的课程设置上的占比为17%。

在教学实践中的应用环节方面：智能光影系统在热身准备活动环节和身体素质练习环节应用的最多，占比高达83%。而用于操舞课堂内容教学环节很少，33%。由此可发现在高校的操舞类教学中，智能光影系统只是作为热身和力量练习的手段，并没有成为操舞课堂主旋律的主要教学媒介。

3.3.3 智能光影系统在高校体育教学中制约因素

经调查发现，33%的学校经常使用智能光影系统教学基本每周都会使用智能光影系统，33%的学校只是偶尔使用，34%学校处于之前使用过但现在不使用的状态。

为此针对高校使用设备频率不高和不使用的原因，调查结果如下：

（1）场地空间受到局限。设置智能光影健身工坊需要配备十几台专业投影仪、全方位立体式音响作为硬件条件，场地要求宽阔敞亮，同时教室网络信号保持通畅，可以连接网上课程资源和运动手环进行科学工作运行。但有些学校操舞教室数量紧张，且相对位置偏僻，教室环境和设备条件不允许开设智能光影系统课程。

（2）无法精准服务教学。对于综合类院校情况而言：线上课程资源云平台的视频来源是由其他各个高校教师和机构健身教练拍摄而成，与线下本校教师按照其学生实际情况和教学任务指定的教学大纲与内容不相匹配，且重难点没有提示，线上线下课程无法同步。对于体育类院校专业学生来说，针对性教学课程几乎没有，比如啦啦操专业的学生其专业技能高，线上课程无法满足其能力水平。

（3）资金投入高，周期运行耗资大。智能光影系统在硬件安装和软件上的配备需要大量资金投入，为得到最新操舞课程实时更新、保证技术系统有条不紊的周期运行仍需资金支持。很多学校虽然很想适应教育技术的发展和教育环境的转变，但因资金问题望而却步。

（4）教师对系统教学应用较少，平台操作复杂。部分教师智能光影平台技术掌握不好，不能很好地将技术应用于操舞课程之中。

4 建議

4.1 课程运营权下放

智能光影云平台的课程资源是由运营方操作上传与更新，但具体针对线下每个高校的实际需求不同、对课程内容的要求各有不同。所以会出现将智能光影设备大多数只用来做课前的热身和体能素质练习而无法作为适合操舞课中的正课内容进行教学。建议运营方可将运营权下放，能够让各高校老师自己教学团队或个人线上课程资源上传并使用。

4.2 线上慕课与线下课程同步教学

教师团队可以开通本校体育类艺术课程资源的线上慕课，采用线上慕课与线下智能教学课堂相结合，利用网络资源，多样化的选取与教学大纲内容相同步的课程用于体育必修课上，投映于智能光影教室成为常规化教学手段。不仅可以避免以往课下学生捧着手机或平板跟随慕课视频学习时可能只看不动，还增强了教师与学生的交流互动，达到提升教学质量的效果。

4.3 提高教师能力水平

当智能光影系统成为教学中的“主角”时，教师的身份角色就转变为教学活动的设计者、学生学习的引导者。教师应主动学习智能光影系统的新技术，跟上教育改革的脚步，适应教育技术的发展和教育环境的转变，要擅长驾驭新技术。这对教师的学习能力和适应能力有一定的挑战；教师要根据教学目标的需求对智能光影应用进行重新的设计和规划，及时调整虚拟环境与现实环境的转换，及时总结、归纳、引导学生体验后的学习收获，让体验真正高效、有趣、有益。

4.4 加强虚拟环境的互动

互动性是虚拟情境教学的关键。从智能光影的教师团队的角度，可以多发布的视频带有示范人员口令和语言提示，让学生的互动感更加提升而不是纯碎的跟练视频。从高校教师方面，首先学生在与虚拟情境学习时，教师应在重难点地方的进行关键语言提示和有效互动。其次当智能光影情景体验结束后，了解学生在情景体验过程中的收获情况，给予针对性的讲解，是学生进一步巩固动作知识要点。教师与学生之间的互动能够对虚拟情境教学起到巩固与提升的作用，使学生真正掌握体育知识的实践性和体育运动技巧。

5 结语

虚拟现实技术在教育领域的广泛应用是未来教育发展的一个必然趋势。虽然智能光影系统的开展和运行现状不是特别理想，但与传统教学手段相比，沉浸式光影教学时学生上课积极性与主动性都百分百的得到提高。智能光影律动课室的建成与启动，不仅成为鼓励学生自主参与锻炼、丰富课余活动方式、提升锻炼热情的有效手段，而且极大地丰富了高校操舞类课程的教学方式，有力地促进了体育教学向着科技化、智能化、网络化发展。沉浸式智能光影系统作为体育课教学手段将可以满足学生日益增长的多元化体育健身需求，实现了线上与线下、教师与学生、学生与多媒体的互动，有利于多元化教学模式的构建和现代化信息教育教学手段的改革。

（作者单位：西南交通大学）