基于CDIO理念的VR技术在体育教学中应用的实证探究

摘 要：基于CDIO理念的VR技术在教学中应用是一种比较新的教学方式，它能突破时空限制，让学生可以自主开展学习活动。为了实证这种教学方式在体育教学的应用效果，研究者以网球教学为例进行实证对照研究。结果显示：与传统的教学方式相比，这种教学方式更能激发学生的学习兴趣、提高合作和人际交往能力，能够显著地提高学习效果。

关键词：CDIO教育理念；VR全景技术；体育教学

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：0450-9889（2024）27-0161-04

CDIO这一教育理念源于工程技术教学理念，它强调学生应该在学习过程中具备实际的工程能力和工程思维，注重学生的基础学科知识、实际操作能力和团队协作精神等，以使学生能更好地适应未来的工作和生活。后来这一教育理念应用到职业教育中，促进了职业教育教学内容和教学方法革新，使职业教育更贴合现代社会需求。它提倡在“做中学，学中做”，以有效解决知识与实践之间的失衡问题，得到了国际普遍认可。在信息技术快速发展的今天，VR全景技术已经逐步被应用于教育领域，特别是职业教育领域，它是开展虚拟仿真实践教育的重要手段。在职业教育中，教师基于CDIO教育理念把VR技术带入课堂将给学生全新课堂体验，并能更好地确立学生在课堂中的主体地位，激发学生的学习主动性。为了了解这种教学方式在网球教学中的应用情况，研究者通过实证研究方式探究这种教育理念的应用结果。

一、CDIO教育理念与VR技术的概述

（一）CDIO的内涵及其与体育教学的关系

CDIO教育理念亦称CDIO理念，由Conceive（构思）、Design（设计）、Implement（实现）、Operate（运作）等四个环节组成，它是由麻省理工学院和林雪平大学等四所大学共同研究推出的一种教育理念，是一种以系统的设计产品为实施方式，通过培养学生专业能力、职业态度、理论知识应用能力和协作能力来发展学生在真实环境中设计、实施和应用能力的教育模式。CDIO教育理念虽然起源于工程技术教育领域，但因其开放的教育思想和丰富的方法论体系被引入各个不同的教育学科之中，获得国际认可，并被我国引入应用于教育教学各领域。

体育教学的主要目的是培养学生“终身体育”的行为习惯，使学生掌握常规的专项运动技能、促进学生身心健康。CDIO教育理念以培养掌握基础技术、能够运用技术系统进行生产运营，并进行高新科技的应用和研究的人才为目的。从此可以看出，CDIO教育理念与体育教学在多元化育人功能上十分契合。但传统的体育教学方式过于偏重教师主导的应考式教学，学生常常处于被动接受知识状态，不利于发挥学生的主观能动性。基于CDIO教育理念的体育教学，可以更好地将理论知识和技能练习结合，使学生从“做中学”中改变原有的“学后做”这一被动认知的学习过程，从而大幅提高学生学习兴趣和积极性，为实现体育多元化教学提供更好的路径。

（二）VR的内涵及其与体育教学结合关系

VR是Virtual Reality的缩写，中文叫虚拟现实，或虚拟实境，通常叫虚拟现实技术，或VR全景技术、VR技术。其原理是运用计算机三维实时仿真技术为系统用户创建出虚拟的多维空间，使用户仿佛置身于真实的环境之中，从而实现感官上的三维虚拟交互。在VR全景环境中有利于解决传统体育教学中技术动作难以整体全面展现、难以描述、不能清晰地看到技战术细节变化和难以让学生立体感知等难题，能够让学生在虚拟空间里实现听觉、感觉、视觉上的多维交互体验，从而快速建立运动技能的内容结构。可以说，VR全景技术在体育教学中的应用为技术教学手段的开发提供了多种优化路径，为教师建立现代化师生信息互动教学模式提供新启发。

二、以网球项目为例的教学实践

为了实证这种教学的有效性，研究小组从广西水利电力职业技术学院刚入学的2022级新生中随机选取80名从未练习过网球的学生为实验对象，其中，男子40人，女子40人。随机分为实验组和对照组，每组40人，每组男女各20人。实验组采用基于CDIO理念的VR技术教学方式，对照组采用传统的教学方式。

实验组和对照组课程学时都为16周课时，授课教师均由笔者担任，分别运用两种教学方式进行授课。

（一）基于CDIO教育理念的VR全景技术实验教学过程

1.实验教学准备——制作VR全景教学视频

准备好拍摄视频需要的专用摄影机、轨道车、摇椅等硬件设备，以及Premiere和Detu Stitch等后期合成软件；将专用摄影机放在轨道车上，以网球动作示范者为圆心，在半径为2米的圆形上分别选8个方位取景，进行重点拍摄，最后按照圆形轨迹对示范者进行匀速移动的全景拍摄（如图1）。

利用编辑软件将拍摄好的素材进行剪辑和处理，并配以简单的语音讲解和字幕提示，最后完成全景视频的制作。把制作好的全景视频同步传到网络云端，设置观看二维码，教师和学生可以扫描观看。

2.教学过程

在实验组，笔者基于CDIO理念运用VR全景技术方式授课（如图2），其过程如下。

教师宣布教学单元任务并为学生提供录制好的VR全景教学视频——学生组成学习团队和小组——学生自行构思学习框架和人员配合——教师引导学生运用VR教学视频设计具体学习方案——学生按照方案自主练习——学生展示练习成果——对照VR教学视频进行学生互评——教师总评。

（二）传统的教学过程

在对照组，笔者使用传统的教学方式，即传统的示范加练习授课方式（如下页图3），其过程如下。

教师示范动作——讲解分解动作——徒手练习——有球的分解模仿练习——纠正错误动作——完整动作练习——纠正错误动作——巩固性练习——教师点评结束单元教学。

（三）考核方式

两组学生经过学习之后，笔者利用相同的考核方式和内容对两组学生进行考核。被考核者在网球墙4米后的击球线外进行一分钟正反手对墙击球，按照《广西水利电力职业技术学院网球教学大纲》制定达标标准和技术动作评定标准并对学生进行评定。

评定工作由4名教授级教师进行，其中1名教师负责达标评定，另外3名教师负责技术动作的评定。为了保证实验的有效性，实验组和对照组学生以混合随机出场的顺序进行考核。

三、教学结果比较

为了实证基于CDIO教育理念的VR全景技术的实验教学效果，研究者对实验组和对照组的学生进行综合考核，考核的内容和方法相同。测试之后，收集整理实验数据，并采用SPSS软件进行分析处理。

除了进行达标和技术动作考核，还运用POMS（心境状态）心理量表为两组学生进行心理状况对比测试，以确保实验的信效度。POMS心理量表共有7个分量表，分别测试紧张、愤怒、疲劳、抑郁、精力、慌乱和自尊感的心理状态，每个分量表都有五个不同的形容词作为量化级别测试，该量表是测量情绪和运动效能之间关系的有效工具。分别在进行实证研究的前一周和后一周给参加实验的80名学生填写POMS心理量表，然后对两次调查结果进行数据分析和对比，结果如下表1所示。

从表1可看到POMS心理量表的重测相关系数为0.899（P＜0.01），说明测试的结果有较高信度；内部信度（α）为0.794，当αgt;0.7时，说明POMS心理量表的7个分量表有较高内部信度。

（一）教学前后学生心境指标对比

研究者利用POMS心理量表对教学前后的两组学生开展问卷调查，调查的内容和方法相同。调查分析得到的结果如表2所示。

从表2可以看出，经过教学实验后学生的心境指标均发生了变化。其中，发生了显著变化的情绪分别为“紧张”“精力”和“自尊感”（P＜0.05），而“疲劳”“愤怒”“抑郁”“慌乱”等情绪指标虽然也有所下降，但却不明显（P＞0.05）。这说明教学实验对缓解学生的紧张感、提高学习精力和自尊感方面有显著的效果。虽然在降低学生的疲劳、愤怒、抑郁和慌乱等负面情绪上没有明显作用，但就分值的下降而言实验教学还是对学生产生了积极的影响。

（二）考核成绩对比

经过16周的教学后，用相同的考核内容和方法、评分标准对两组学生进行测试，考核的内容为一分钟正反手对墙击球。测试的结果如下页表3和表4所示。

从表3可以看到，实验组无论是达标评定还是技术动作评定，其测试分数均高于对照组，并有显著差异（P＜0.05）；从表4也可以看出，实验组的综合考评成绩也明显优于对照组，两者呈显著差异（P＜0.01）。这说明相对于传统的教学方式而言，基于CDIO教育理念的VR全景技术实验教学方式更有助于提升教学效果。

四、结果分析

（一）基于CDIO理念的VR全景技术教学有助于激发学习兴趣

将VR全景技术应用到教学中能让学生在新奇的体验中获得沉浸式学习，学生由传统教学中的“教师教什么就只能听什么”的被动听练状态转变成了“我想练什么就去看什么”的主动学习状态。在CDIO理念下，教师将学生的学习小组以“组间同质、组内异质”的原则来组建，小组之间存在的些许差距不会对彼此间的竞争心态产生影响，反而为组内有着不同经验和思维模式的组员提供了创新的发挥空间。经过试验教学后的学生在“疲劳”和“精力”两种情绪量值中都有了积极的变化，特别是在学习的“精力”上明显提高。这源于组员在相互的探讨和启发中加深了对学习内容的了解、提高了学习的信心，从而激发了“我要学”和“学下去”的兴趣。

（二）基于CDIO理念的VR全景技术教学有助于提高学习成绩

从教学实验后的成绩看来，实验组学生的成绩明显高于对照组学生，这是由于实验组学生在得到了VR全景技术的支持下实现了重难点的可视化。学生能通过VR全景视频在无死角的情况下对所学技术进行反复对比和观看，相对传统教学中单一的示范维度和抽象的概念讲授能得到更为直观生动的教学信息。同时，在CDIO理念下，自行设计学习方案的教学方式让每个学习小组的组员都能参与到共同的目标决策中，使每个成员为了实现自己定下的目标做出最大努力。这有利于形成相互监督、相互帮助的良好学习氛围，从而推动学习小组共同进步。

（三）基于CDIO理念的VR全景技术教学有助于提高合作和交往能力

经过实验教学后，实验组学生的“紧张”和“自尊感”两项情绪指标产生了显著的变化。这是由于实验组学生在新的教学理念下能自主把握学习的目标和进度，加上VR全景视频的无限制回放功能让学生跟不上进度的学习焦虑得到了大幅度降低。

实验组学生在CDIO教育理念下的小组合作互动学习中，每个人都获得了在团体中的存在感。在师生之间、组员之间的分工探究和交流中，大家学会了合作与沟通，从而促进了人与人之间的相互尊重和认同，在积累了积极情绪的同时也形成了良好的人际关系，促进学生成长。

五、结论与建议

（一）结论

基于CDIO理念的VR全景技术教学，无论对教师还是对学生都是一种全新的互动模式。与传统的教学方式相比，它更注重“做中学”理念，并基于问题和项目化引导学生自主设计并探索实践。这种教学方式能激发学生主动探索求知的兴趣，发挥学生合作交流和创新能力，并且对学生的学习状态有积极的影响。虚拟现实技术的融入对体育教学来说，无疑会使教师在教学场景和教具选择上更为多元化，从而进一步激发教师授课方式的创新；打破常规技能教学的时空限制，提高学生对技战术的理解能力，减少课堂伤害事故，对体育教学效果起着显著的提升作用，这种教学是可行的，值得运用。

（二）建议

基于CDIO理念的VR全景技术教学方式是一种处于起步阶段的创新型教学方式，在体育教学中的应用要考虑教学内容、实际场地和师资配备情况。在设计教学方案时要注重所有知识内容之间的关联性和整体性，进行项目化学习。除此之外，还要提供可用于线上线下互通的资源条件，让学生能够充分共享资源，体验“做中学”的实际效用。教师使用VR全景技术实施教学时，要根据学生特点，合理分组，这是教学的基础。在教学中，教师要注意发现潜在的问题并及时解决和调整教法，使学生达到最佳的合作状态。同时，教师还要对学生进行适时引导，防止学生过度沉迷于观看视频而忽略了学习进度，每次课后要进行必要的总结以确保教学得到顺利完成。

注：本文系2021年广西水利电力职业技术学院教改科研重点项目“CDIO教育理念结合VR全景技术在高职体育教学中的应用研究”（2021zd09）、2022年度广西高校中青年教师基础能力提升项目“体育强国背景下广西智慧体育场馆建设与应用研究”（2022KY1091）的研究成果。

（责编 卢建龙）