(許昌學院 體育學院， 河南 許昌 461000)

較之其他專業(yè)，體育專業(yè)具有其自身的特殊性，主要體現(xiàn)在體育專業(yè)需要掌握足球、籃球、排球、田徑、武術、體操、游泳等運動項目的理論、技術、戰(zhàn)術即術科.毋庸置疑，當前我國體育專業(yè)術科課堂教學存在著一些問題：(1)在教學內容方面，我國體育專業(yè)術科課堂教學內容大多是來源于70年代末、80年代初的全國體育院校統(tǒng)編教材，經過多年發(fā)展雖然內容有所更新，但總體來看仍然較為陳舊，與當前大、中、小學學生等教學對象的實際體育需求脫鉤.運動項目主要是以傳統(tǒng)的競技運動項目如足球、籃球等為主，并未普遍引入教學對象感興趣、愛參與的新興時尚運動項目.(2)在教學手段方面，體育專業(yè)術科課堂教學長期以來都是以教師為主、通過講解示范的教學形式傳授術科技術，從而導致技術教學容易流于形式化，普遍忽視基本動作規(guī)范性.(3)在教學設施方面，教學場地、設施、器材等往往受限于教學經費不足的剛性約束難以滿足教學所需，特別是近年來新興的網球、高爾夫等對場地設施要求較高的項目.(4)在教學評價方面，體育專業(yè)術科課堂教學主要采用的是終結性評價的形式，而注重專業(yè)學生術科學習過程成效的過程性評價等還是未能占據(jù)主導地位.在構建“體育強國”、“健康中國”的新時代背景下，社會更加迫切的需要高素質的體育專業(yè)人才，由此如何提高體育專業(yè)術科課堂教學質量成為提升體育專業(yè)術科教學質量的關鍵問題之一.目前理論界已有一些學者對于虛擬仿真技術引入體育專業(yè)術科教學進行了探討，這些研究成果均認為虛擬仿真技術引入體育專業(yè)術科教學具有必要性和可行性，能夠解決當前體育專業(yè)術科教學中所存在的一些問題，這些理論探討都是真知灼見，但是現(xiàn)實應用性不足，本研究主要探討虛擬仿真技術在體育專業(yè)術科課堂教學中如何運用的問題.

1 虛擬仿真技術在體育專業(yè)術科課堂教學中運用的必要性

1.1 規(guī)避教學中的意外

體育專業(yè)術科所涉及的運動項目較多，這些運動項目既包括散打、搏擊等一些對抗性很強的項目，也包括游泳等危險性較高的項目，此外田徑項目中的標槍、鉛球、鏈球等對于同一場地內的其他同學或人員也易造成人身傷害.由此為避免出現(xiàn)教學意外，一些開設體育專業(yè)的院校在其術科課堂教學中往往將這些項目摒棄，或是縮減這些項目的課時與場地.通過虛擬仿真技術如在訓練室內設置虛擬的項目訓練場景、條件，就可以有效規(guī)避術科課堂教學中可能出現(xiàn)的意外與風險，從而使體育專業(yè)學生能夠習得術科項目技術并熟練之.

1.2 減少場地設施條件的限制

在體育專業(yè)術科課堂教學中引入虛擬仿真技術可以減少場地設施條件的限制.例如據(jù)本研究了解，目前國內已有23家體育專業(yè)院校開設了高爾夫球課程，但是擁有專業(yè)高爾夫練習場的院校寥寥無幾，僅有上海體育學院、武漢體育學院等幾家老牌體育專業(yè)院校以及臨沂大學等新建校區(qū)的高校.由此一些院校已經通過虛擬仿真技術進行高爾夫球項目教學，如杭州師范大學體育與健康學院利用其國家級的運動健身科技虛擬仿真實驗教學中心進行高爾夫球的虛擬仿真教學.又如一些運動項目如滑雪的場地設施具有季節(jié)性的特征，由此沈陽體育學院、哈爾濱體育學院都積極引入了虛擬仿真技術將滑雪項目的課堂教學轉化為全季節(jié)性.

1.3 規(guī)避高難動作的運動傷害

一些體現(xiàn)高、難、美的運動項目如體操一直以來都是體育專業(yè)術科教學的主要對象，然而在這些運動項目的課堂教學過程中往往因為一些高難動作導致學生遭受運動傷害，甚至終身殘疾.通過虛擬仿真技術對項目訓練器材設施進行合理改造，能夠使得受訓的學生規(guī)避高難度動作可能導致的運動傷害，并且能夠幫助受訓的學生打破畏懼心理，可以放心大膽的去練習動作并精益求精不斷熟練、優(yōu)化.

1.4 適應課程教學改革的新趨勢

黨的十九大明確提出在新時代我國要加快推進“體育強國”、“健康中國”建設.體育專業(yè)在此背景下需要進行課程教學改革，由此提升人才培養(yǎng)質量滿足“體育強國”、“健康中國”建設所需.另一方面，隨著現(xiàn)代教育技術的不斷推陳出新，許多新興的教育理念和模式產生，將虛擬仿真技術引入課程教學對被教育者進行視覺、聽覺、觸覺以及知、情、意的全方位刺激與體驗，從而使課程教學達成交互式、網絡式并實現(xiàn)翻轉課堂的目標.體育術科課堂教學因課程內容即運動項目的運動性、參與性、重復性、團隊性、復雜性、體驗性、多重感官協(xié)調作用性等特征，尤其適用于虛擬仿真技術進行教學模式的改革，從而提升術科課程教學質量.

2 虛擬仿真技術在體育專業(yè)術科課堂教學中運用的原則

2.1 圍繞學習運用多重教學資源的原則

虛擬仿真技術在體育專業(yè)術科課堂教學中運用的原則之一就是圍繞學習運用多重教學資源的原則.從教學論的角度來看，既往的體育專業(yè)術科課堂教學主要是教師作為主體通過師傅向徒弟傳授技藝的方式進行運動項目的理論、技術、戰(zhàn)術教授活動，也就是說教師是學生能夠獲得的主要的且是唯一的學習資源來源，教師本身的有關運動項目的理論、技術、戰(zhàn)術水平，教學技能及水平決定了學生運動項目學習質量.在現(xiàn)代教育技術不斷運用的當前，將虛擬仿真技術運用于體育專業(yè)術科課堂教學，從而將繁雜的教學內容以及枯燥、單一的教學形式轉變?yōu)樯鷦印⒄鎸?、有序以及豐富多樣的呈現(xiàn)及模擬.另一方面，教師將虛擬仿真技術運用于體育專業(yè)術科課堂教學可以通過制作與設計具有強大交互功能的課件如在線課程、MOOC課程等，既能擴展學生對學習資源獲取渠道，又能夠實現(xiàn)師生在學習方面的信息全時互動及溝通，從而能夠在學習情境創(chuàng)設、師生交互溝通、學習資源全時共享、多重教學形式整合運用等方面體現(xiàn)出“以學為中心”，從而使學生在運動項目的理論、技術、戰(zhàn)術學習活動中獲得課程意義建構、擴展學習資源、優(yōu)化學習方式進而提升教學質量.

2.2 正確展示運動技術動作的原則

體育專業(yè)術科課堂教學主要圍繞運動項目的理論、技術、戰(zhàn)術而進行，其中技術體現(xiàn)了運動項目人體動作的固有本質，因而成為體育專業(yè)術科課堂教學的中心.另一方面，體育專業(yè)所培養(yǎng)出來的人才主要是學校體育以及大眾健身所需要的教學及指導專業(yè)人士，因而對于運動項目技術教學必然要求是動作規(guī)范、正確，但在當前由于體育專業(yè)術科教師自身動作的規(guī)范性難以保障，術科技術教學水平存在客觀差異性導致如何使學生習得正確、規(guī)范的技術動作是體育專業(yè)術科課堂教學的重點、難點，將虛擬仿真技術運用于體育專業(yè)術科課堂教學，需要建立正確展示運動技術動作的原則.例如對于體操項目，一是可以通過將技術動作正確、規(guī)范的高水平專項運動員通過光學運動捕捉系統(tǒng)獲得其技術動作的相關數(shù)據(jù)，通過三維人體模型進行建模，從而展現(xiàn)在學生面前使得學生能夠獲得正確、規(guī)范動作的直觀認識，同時也可以在學生身體上安置電子肌肉貼片，將學生的技術動作模擬下來，通過電子計算機與高水平專項運動員的動作進行比照顯示，從而有效的矯正學生錯誤的動作，并使學生獲得正確、規(guī)范的動作定型.

2.3 清晰、完整展示展示技術動作的原則

體育專業(yè)術科所教授的許多運動項目都強調完成技術動作的速度，如排球的扣球技術動作、籃球的突破過人技術動作、跳高的過桿技術動作、短跑的前傾壓線技術動作，然而這些技術動作在現(xiàn)實中很難通過慢動作或慢速展現(xiàn)給學生，由此可以通過虛擬仿真技術來加以解決，例如通過畫幅速率高達4 800幀/秒的3DSMAX虛擬攝像機，可以將這些高速率的技術動作以慢動作的形式清晰地顯現(xiàn)出來從而有利于學生觀看、理解并掌握這些技術動作環(huán)節(jié).另一方面，許多運動項目動作由于一側身體的遮擋導致學生無法形成有關此技術動作的正確動作表象，例如籃球突破過人技術動作中，學生往往只看到運球手的技術動作，對于非運球手由于自身以及防守對象身體的遮擋很難看到相應的保護技術動作.因此采用虛擬仿真技術可以對技術動作進行全方位、多角度的展現(xiàn)，學生可以通過電子計算機的鼠標、鍵盤等對技術動作選擇適宜的方位與角度進行觀察和分析.

3 虛擬仿真技術在體育專業(yè)術科課堂教學中的運用

3.1 設立虛擬學習情境

從認知心理學的角度來看，運動項目的理論、技術、戰(zhàn)術的學習與掌握，事實上是學習者與學習環(huán)境互動建構的過程，由此在體育專業(yè)術科課堂教學過程中必須要通過設立積極參與、互動的學習情境，從而使學生掌握運動項目的理論、技術、戰(zhàn)術，并自覺自愿的形成一種開放、自主、互動的學習模式.通過虛擬仿真技術可以在體育專業(yè)術科課堂教學中形成一個虛擬學習情境，該情境能夠有效促進學生學習：一是通過電子計算機所生成的可視化的運動項目場地、設施、器材以及虛擬的運動員，可以使學生通過視覺來對運動項目的技術動作進行多角度的觀察與分析，從而有利于形成正確動作定型的感知；通過語音提示可以使學生了解運動項目的理論基礎以及技術動作的要點，從而使學生進一步理解和掌握運動項目技術動作，并對運動項目的戰(zhàn)術應用形成一定的認知和理解；通過觸覺等可以使學生掌握其自身在現(xiàn)實情境中難以掌握的高難技術動作，從而有利于鞏固技術動作(見圖1).另一方面，在此虛擬學習情境中，學生可以通過虛擬技術進行高水平運動專項運動員的角色扮演，從而能夠全方位、多角度、深體驗各類運動項目，由此將自身的課堂學習活動、技術動作實踐活動、積極情緒體驗以及課余訓練等整合為一體，增強學習過程中的趣味性.此外，體育專業(yè)術科教師通過虛擬學習情境豐富和擴展術科課堂學習資源，從而使得學生能夠進行學習擴展.能夠與學生形成有效的互動，有助于交互式學習模式的建構，從而促進教學方式方法的多樣化，提升教學質量.

3.2 形成有效的教學模式

虛擬仿真技術在體育專業(yè)術科課堂教學中的運用，顯然是不能依據(jù)傳統(tǒng)的體育專業(yè)術科課堂教學模式來加以實施，需要依據(jù)體育專業(yè)術科教學的規(guī)律和特征來形成有效的教學模式.本研究認為這一有效的教學模式是一個結構化的教學模式，該教學模式是對傳統(tǒng)的單一化、公式化體育專業(yè)術科教學模式的創(chuàng)新，通過虛擬仿真技術使得體育專業(yè)術科教學的教學規(guī)律、認知規(guī)律以及學習情感體驗能夠整合形成一個完整的、有利于學生自主學習、自我進步的交互式教學機制(圖2).該教學模式在教學方法上由強調對運動項目技術動作的正確記憶轉而強調培養(yǎng)學生的運動項目整體思維和理念，即強調運動項目的理論、技術、戰(zhàn)術學習、掌握與運用為一體，并能進行創(chuàng)造性的深化與延伸，從而有助于學生運動項目教學能力的形成，同時也能對運動項目形成全方位、多角度的體驗并能樂在其中.從教學內容的角度來看，該教學模式能夠將傳統(tǒng)的、主要在運動場地設施上所教授的、抽象、空洞、晦澀的體育專業(yè)術科教學內容轉化為具體、形象、易理解的多媒體教學內容，從而使學生能夠容易理解教學內容的重難點，提升學生學習的積極性、創(chuàng)造性，給學生思考術科如何更為有效的學習與教學給予了充分的留白.也有利于打破教師教授、學生被動接受的呆板、單調的教學氣氛，有利于形成積極、生動、趣味性強的教學氣氛，能夠促進學生自我學習，有助于形成團隊學習氛圍，并能形成正確的學習自我評價，積極改進不斷進步[1].總之，虛擬仿真技術在體育專業(yè)術科課堂教學中的運用，能夠使得學生在科技與體育的相互交融中感知到復雜、抽象的運動項目理論、技術、戰(zhàn)術，有利于將學生的視覺、聽覺、觸覺等感官體驗融入到術科學習之中，從而達到傳統(tǒng)的體育專業(yè)術科課堂教學難以獲得的學習效果紅利，實現(xiàn)最佳的教學效果.

圖1 體育專業(yè)術科課堂教學中的虛擬學習情境

圖2 虛擬仿真技術在體育專業(yè)術科課堂教學中的有效教學模式

3.3 實現(xiàn)多重教學目標

圖3 虛擬仿真技術在體育專業(yè)術科課堂教學中的多重教學目標

傳統(tǒng)的體育專業(yè)術科課堂教學目標較為單一，大體都是熟悉和掌握某一運動項目的基礎技術動作，能夠運用技術動作完成基本的、簡單的戰(zhàn)術配合等.虛擬仿真技術在體育專業(yè)術科課堂教學中的運用能夠實現(xiàn)多重教學目標(見圖3)，主要是情感目標、教學目標以及技能目標.體育帶給人的是豐富多樣的體驗如成功體驗、賽場體驗、社交體驗、攻關體驗，然而在傳統(tǒng)的體育專業(yè)術科課堂教學往往重視技術傳授而極少涉及到體驗，虛擬仿真技術在體育專業(yè)術科課堂教學中的運用能夠給學生帶來豐富的情感體驗由此形成了情感目標.虛擬仿真技術在體育專業(yè)術科課堂教學中的運用所帶來的技能目標也與傳統(tǒng)的體育專業(yè)術科課堂教學不同，主要體現(xiàn)在鏡面刺激、形態(tài)刺激、聽覺刺激三個方面.所謂鏡面刺激是指由虛擬仿真技術與攝影攝像相結合，從而使學生在技能學習過程中可以看到自身的實時影像，猶如鏡相一樣，能夠及時糾正自身的錯誤動作.所謂形態(tài)刺激是指學生能夠通過對虛擬出來的高水平專項運動員的動作進行觀察和比較，從而能夠不斷的糾正自身錯誤動作形態(tài)，形成正確、規(guī)范的技術動作[2].第三聽覺刺激.以往教師在糾錯時基本是視覺判斷動作所出的問題然后在學生練習過程中應用字、詞、口令等提醒學生.虛擬技術實時偵測掃描練習者動作，在出現(xiàn)動作順序、幅度、方向等問題時可以由不同的人聲、音樂、警告來提示練習者糾正其錯誤動作[3].由此情感目標與技能目標的實現(xiàn)導致教學目標的實現(xiàn)提高綜合體育能力.

4 教學個案分析—虛擬仿真技術在體育專業(yè)籃球課堂教學中的運用

本研究選取許昌學院體育學院2017級體育教育專業(yè)學生一個班共35人作為實驗班，將其作為虛擬仿真技術在體育專業(yè)籃球課堂教學的實施對象，具體在籃球理論教學、技術教學、戰(zhàn)術教學三個方面進行實施.

4.1 虛擬仿真技術在體育專業(yè)籃球理論教學中的應用

籃球作為現(xiàn)代競技體育項目具有悠久的歷史，自1891年籃球在美國馬薩諸塞州誕生以來已歷經一百多年，在籃球漫長的發(fā)展歷程中形成了不同的發(fā)展時期以及不同的風格流派，如美式籃球、歐式籃球等，因此籃球運動沉淀和形成了龐大的理論知識體系，涉及到籃球的進攻、防守兩大領域的技術、戰(zhàn)術創(chuàng)新，裁判規(guī)則的理解與運用，技術動作的力學分析等等[4].正因如此，僅通過體育專業(yè)籃球專項教師的PPT理論授課、講解以及錄像教學都不足以使學生掌握籃球這一項目的理論知識體系.本研究通過運用虛擬仿真技術形成了一個專業(yè)籃球網絡教學系統(tǒng)，該網絡教學系統(tǒng)能夠在線傳輸、更新和觀看各類籃球教學視頻、音頻、文字教學資料，也能夠進行籃球虛擬游戲以及在線交流，即能夠形成一個網絡虛擬空間，該空間能夠匯集有關籃球運動發(fā)展歷程、技戰(zhàn)術發(fā)展脈絡、流派風格等理論知識的各類學習資源，學生能夠根據(jù)自身學習情況和愛好興趣程度選擇適宜的內容來加以學習和擴展.同時對于籃球項目的一些理論重難點內容，如籃球技術動作的力學特征、各肌肉與關節(jié)的發(fā)力順序以及人體運動軌跡等，都可以通過虛擬的高水平籃球專項運動員來加以演示，從而使學生掌握這些重難點教學內容，由此能夠取得較好的教學效果.

4.2 虛擬仿真技術在體育專業(yè)籃球技術教學中的應用

體育專業(yè)籃球技術教學在整個籃球課堂教學體系中占據(jù)極為重要的地位，掌握正確、規(guī)范的技術動作是技術教學的基本教學目標.傳統(tǒng)的體育專業(yè)籃球技術教學效果好壞取決于多重因素——教師動作講解與示范的質量好壞，學生對于技術動作要領的理解消化程度，學生技術動作的重復次數(shù)等.教師對于學生技術動作掌握好壞的評價方法大體上也就是通過肉眼觀察進行主觀評價，由此容易產生誤差.本研究將虛擬仿真技術運用于體育專業(yè)籃球技術教學之中，能夠形成一個師生交互式的虛擬教學環(huán)境，如教師講解三步上籃動作時，學生可以通過電子計算機多媒體技術同步觀察虛擬情境下的該技術動作運用的身體姿態(tài)、發(fā)力角度、發(fā)力力度以及發(fā)力順序等，從而使學生觀看到正確的技術動作，并且可以給學生的相應的肢體貼上電子肌肉貼片，讓學生進行該技術動作的實際操作，然后由虛擬設備記錄下學生的身體姿態(tài)、發(fā)力角度、發(fā)力力度、發(fā)力順序，并與正確、規(guī)范的動作軌跡進行比較，從而使學生更快更準確的掌握技術動作.

4.3 虛擬仿真技術在體育專業(yè)籃球戰(zhàn)術教學中的應用

籃球運動是一項多人同場對抗的運動項目，在其百年發(fā)展歷程中形成了豐富多樣的戰(zhàn)術配合，由此進行體育專業(yè)籃球課堂教學必須重視戰(zhàn)術教學活動.籃球戰(zhàn)術豐富多樣、空間感強、直觀性差需要有較高的球商才能較好的理解并能運用，因而成為體育專業(yè)籃球課堂教學中長期存在的難點.本研究將虛擬仿真技術運用于體育專業(yè)籃球戰(zhàn)術教學之中，教師可以模擬出若干個基本戰(zhàn)術組合行動路線，并通過人機交互設備使得學生能夠在戰(zhàn)術演練過程中進行交流，使得學生能夠在戰(zhàn)術演練中各司其職，有效發(fā)揮各自的作用.同時也能夠通過學生身體佩戴無線電子信號系統(tǒng)將戰(zhàn)術行動路線遷移至電子戰(zhàn)術面板之上，讓學生觀摩自身的戰(zhàn)術行動路線并與正確的戰(zhàn)術行動路線進行比較，從而有利于學生深刻理解和體會戰(zhàn)術的思想意圖、行動路線指南等，并能在復雜的賽場情況下正確的選擇和實施戰(zhàn)術.

4.4 虛擬仿真技術在體育專業(yè)籃球課堂教學中的效果分析

4.4.1 學習效果分析

為了明確虛擬仿真技術在體育專業(yè)籃球課堂教學中的效果，本研究將采取常規(guī)體育專業(yè)籃球課堂教學形式的許昌學院2017級體育教育專業(yè)另一個班作為對照班.在經歷過1個學期共72個學時專業(yè)籃球課堂教學后，本研究向實驗班和對照班的學生發(fā)放問卷，了解學生的學習效果.調查結果如表1、表2、表3所示，從中我們可以看出實驗班學生在課后對于籃球理論、技術以及戰(zhàn)術教學內容所進行的反思、鞏固和演練明顯好于對照組，說明將虛擬仿真技術引入體育專業(yè)籃球課堂教學，能夠使得學生獲得較好的學習效果.

表1 學生課后反思理論教學內容 單位：%

表2 學生課后鞏固技術教學內容 單位：%

表3 學生課后演練戰(zhàn)術教學內容 單位：%

4.4.2 教學效果分析

本研究對實驗班和對照班采取教考分離的形式進行籃球理論(采用100分制閉卷考試)、技術測試(罰球、1分鐘自投自搶、變速變向上籃、半場運球投籃折返跑、15米變向運球折返跑共5個技術項目，每項滿分20分，共計100分)采用教考分離的形式進行測試，兩個班學生的測試成績進行獨立樣本T檢驗.籃球戰(zhàn)術測試則采取組織兩個班進行教學比賽，由5名籃球專業(yè)教師觀賽后對學生戰(zhàn)術水平進行打分(滿分100分)的形式進行測試.

從表4、表5、表6可知，實驗組與對照組在籃球理論教學、技術教學、戰(zhàn)術教學3個方面的測試結果都存在顯著性差異(t值均>1，P值均<0.05)，說明在經過相同教學課時量的籃球課堂教學之后，采用虛擬仿真技術的實驗組教學效果更優(yōu).

表4 實驗組與對照組籃球理論教學效果的獨立樣本T檢驗

表5 實驗組與對照組籃球技術教學效果的獨立樣本T檢驗

表6 實驗組與對照組籃球技術教學效果的獨立樣本T檢驗