（西北師范大學(xué) 甘肅 蘭州 730070）

1、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(Virtual reality)通常被描述成一種媒介，例如，手機(jī)，電視等信息通訊設(shè)備，這種媒介通常是由多種不同技術(shù)設(shè)備組合所構(gòu)成，包括軟件，硬件設(shè)施、傳感設(shè)備、顯示器和其他設(shè)備，是融合計算機(jī)圖形學(xué)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、多媒體技術(shù)以及人工智能技術(shù)等多領(lǐng)域融合的產(chǎn)物。基于技術(shù)設(shè)備模仿、刻畫、創(chuàng)造幾近真實的三維虛擬現(xiàn)實場景，作用于用戶的視聽覺和感知覺，讓用戶從主觀感覺上產(chǎn)生身臨其境的感覺。

1.1、定義階段

關(guān)于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究可追溯到上世紀(jì)六十年代，由作家Ivan Sutherland發(fā)表一篇名為“The Ultimate Display”的文章，對虛擬現(xiàn)實這一現(xiàn)象進(jìn)行闡述，并未將其定義為 “虛擬現(xiàn)實”。1984年William Gibson出版一本名為《Neuromancer》的書中，他設(shè)想人類可以遨游在基于計算機(jī)生成的世界中，將這個世界命名為Virtual reality。即使他提出時間較早，但并沒有被大多數(shù)人認(rèn)可，人們更愿意相信美國計算機(jī)科學(xué)家Jaron Lanier，認(rèn)為他賦予了虛擬現(xiàn)實的科學(xué)含義，將人機(jī)交互技術(shù)定義為虛擬現(xiàn)實。后來還是有部分人認(rèn)為虛擬現(xiàn)實是自相矛盾的，曾今使用過或者正在使用的與虛擬現(xiàn)實表述范疇系統(tǒng)的術(shù)語：虛擬環(huán)境（Virtual environment）、同步環(huán)境（Synchronization environment）、人造空間（Artificial space）、人工現(xiàn)實（Artificial reality）、模擬器技術(shù)（Simulator technology）等，雖然這些術(shù)語表達(dá)近似相同的意思，但還是虛擬現(xiàn)實應(yīng)用較多。

1.2、發(fā)展階段

1987年以后，任天堂、世嘉等大公司紛紛開始推出自家的虛擬現(xiàn)實設(shè)備。但由于當(dāng)時思想觀念和用戶的規(guī)模，最終都被埋沒在歷史的長河中。但是，他們的許多構(gòu)思為今天的虛擬現(xiàn)實設(shè)備提供了新的設(shè)計思路和設(shè)計理念。

這項技術(shù)得以重視是在1990年第十七屆國際圖形學(xué)會議上，在眾多學(xué)者的關(guān)注下，信息交互技術(shù)從二維向三維以至于多維方向發(fā)展，并且取得了不錯的成就。直到1992年國際圖形學(xué)會議上展示了成熟的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。

1993年，Burdea在Electro 93國際會議上發(fā)表的“Virtual Reality System and Application”中提出虛擬現(xiàn)實的三個特性：Immersion（沉浸）、Interaction（交互）、Imagination（構(gòu)想），也稱作為三“I”特征。

1.3、應(yīng)用階段

此階段虛擬現(xiàn)實技術(shù)理論進(jìn)一步發(fā)展和開始廣泛應(yīng)用的重要階段，在這一時期，越來越多的人嗅到了這一領(lǐng)域巨大的商機(jī)，更多的大型公司加入進(jìn)來分割著一塊蛋糕，例如，Oculus、Alphabet、Virtuix、Virtuix、Sony、Samsung、HTC 等。 現(xiàn)在，VR 設(shè)備更注重于用戶的使用體驗，同時，兼顧價格和便攜性，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的虛擬環(huán)境實現(xiàn)了用戶與虛擬環(huán)境實時交互，其特有的性質(zhì)在改變用戶認(rèn)知的同時也支撐了虛擬仿真系統(tǒng)的研發(fā)。隨著時間的推移，虛擬技術(shù)的研究主要圍繞環(huán)境、行為、康復(fù)、仿真、手術(shù)、教育等內(nèi)容展開，應(yīng)用領(lǐng)域涉及先進(jìn)制造、環(huán)保 、管理 、娛樂和授課等方面。

2、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學(xué)校學(xué)校體育中的應(yīng)用

2.1、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學(xué)校學(xué)校體育中的應(yīng)用優(yōu)勢

在當(dāng)前學(xué)校體育的授課中主要以傳統(tǒng)課程模式為主，通過教師口頭講授，動作展示，器械輔助，結(jié)合圖像、視頻等資源進(jìn)行授課，而隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)逐步成為現(xiàn)代教育技術(shù)的核心內(nèi)容之一，相較于其他授課方式，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教育中應(yīng)用在一定程度上打弱化在傳統(tǒng)授課過程中教師的主導(dǎo)地位，學(xué)習(xí)著可以利用豐富的資源將理論學(xué)習(xí)、動作技能練習(xí)、自我測試相結(jié)合，在虛擬現(xiàn)實技術(shù)錯創(chuàng)造的虛擬情景中輕松愉悅的學(xué)習(xí)。

學(xué)者余千春等人把虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學(xué)校體育中的應(yīng)用優(yōu)勢描述為可以避免學(xué)校體育中的傷害事故等5個方面。而王繼康認(rèn)為：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學(xué)校體育中的應(yīng)用優(yōu)勢為避免運動傷害和規(guī)避訓(xùn)練中的意外，僅從安全角度考慮了應(yīng)用的優(yōu)勢，卻并不完整，存在局限性。近年來錢隆總結(jié)為三個方面：（1）避免體育活動意外；（2）降低高難度體育訓(xùn)練傷害；（3）彌補(bǔ)體育設(shè)施方面的缺陷和不足三個方面，此觀點在前者基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善，且更為具體。

從學(xué)習(xí)者的角度來說，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以將聲音、文字等陳述性知識轉(zhuǎn)變成程序性知識，在學(xué)習(xí)過程中更深層次的理解使技能的習(xí)得事半功倍。從教授者的角度來講，降低了的體育活動中的危險性，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用一方面是減小了難度動作學(xué)習(xí)中，由于動作難度較高而存在的危險性；另一方面是體育活動中存在一定的對抗性，操作不當(dāng)所帶來的傷害。所以，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到學(xué)校學(xué)校體育中，不僅有利于學(xué)習(xí)者掌握運動技能，而且能使學(xué)校體育教學(xué)效果得到有效提升。

2.2、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學(xué)校學(xué)校體育中的應(yīng)用形式

目前應(yīng)用于學(xué)校體育的虛擬現(xiàn)實設(shè)備多以HTC VIVE頭戴式虛擬眼鏡，學(xué)生通過佩戴設(shè)備與虛擬現(xiàn)實環(huán)境進(jìn)行交互。而虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)根據(jù)交互和沉浸程度的不同可以分為：（1）桌面式VR系統(tǒng)（Desktop VR）；（2）增強(qiáng)式 VR 系統(tǒng)（Augmented VR）；（3）沉浸式 VR系統(tǒng)（Immersive VR）；（4）分布式 VR 系統(tǒng)（Distributed VR，DVR）。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學(xué)校體育授課中的應(yīng)用主要運用桌面式VR系統(tǒng)和沉浸式VR系統(tǒng)兩種，前者通過顯示屏幕觀察虛擬環(huán)境，借助操作設(shè)備，對虛擬環(huán)境中物體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移等操作，多視角來觀察虛擬環(huán)境，利用電腦屏幕讓學(xué)生直觀的對知識理論、運動技能加以認(rèn)識，進(jìn)而對在授課過程中已存在或者將要產(chǎn)生的誤區(qū)進(jìn)行修正，后者使用沉浸式VR系統(tǒng)，利用頭戴式顯示設(shè)備和手柄等交互設(shè)備，將用戶視聽覺和其他感覺從現(xiàn)實轉(zhuǎn)換到虛擬環(huán)境中，作為虛擬環(huán)境的“一部分”，從而讓參與者產(chǎn)生一種身臨其境、全身投入的感覺。

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷完善和和廣泛應(yīng)用，在學(xué)校體育中在應(yīng)用形式也愈為廣闊，余千春認(rèn)為，“虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學(xué)校體育中的應(yīng)用包括5個方面：知識學(xué)習(xí)、虛擬運動試驗、技能訓(xùn)練、體育網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程教育和學(xué)術(shù)交流。隨著時間的推移，學(xué)校體育課件的制作和體育訓(xùn)練成為了主要應(yīng)用形式，也有學(xué)者認(rèn)為事故預(yù)防也作為主要的形式，但事故預(yù)防只作為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學(xué)校體育中應(yīng)用的功能，不能作為一種手段應(yīng)用于學(xué)校學(xué)校體育。近年來，隨著信息技術(shù)的的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)與學(xué)校學(xué)校體育深度耦合，更加切合實際，符合當(dāng)代學(xué)校體育目標(biāo)，安沙沙等人提出，“虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學(xué)校體育中的應(yīng)用有四點，一是模擬運動場景，突破時空限制；二是創(chuàng)新教育模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果；三是數(shù)字化學(xué)習(xí)，跟蹤學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，有效監(jiān)控學(xué)習(xí)行為；四是功能開發(fā)性強(qiáng)，高校學(xué)校體育應(yīng)用前景廣闊。

當(dāng)前在學(xué)校體育中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)處于初級階段，依然存在一定的局限性，但隨著時間的推移，虛擬現(xiàn)實技術(shù)必然會更、全面更完整、更切合實際的應(yīng)用于學(xué)校體育中。

2.3、虛擬現(xiàn)實技術(shù)在學(xué)校學(xué)校體育中的應(yīng)用效果

隨著時間的推移，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于學(xué)校體育方面發(fā)文量呈明顯上增趨勢，較多實驗設(shè)計者致力于體現(xiàn)出傳統(tǒng)授課模式和虛擬現(xiàn)實授課模式的差異，而相較傳統(tǒng)授課模式而言，虛擬現(xiàn)實授課在學(xué)習(xí)興趣、理論認(rèn)知、動作技術(shù)掌握等方面優(yōu)于傳統(tǒng)授課，在身體素質(zhì)方面實驗組和對照組沒有明顯差異，表明虛擬現(xiàn)實在學(xué)校學(xué)校體育中對身體素質(zhì)提高效果并不明顯。

當(dāng)前環(huán)境下虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于學(xué)校學(xué)校體育中并不是很廣泛，運動項目主要分布在跆拳道、網(wǎng)球、高爾夫、武術(shù)、體育舞蹈、田徑方面，在此外其他項目授課理論和可行性分析較多，并未出現(xiàn)虛擬現(xiàn)實授課的干預(yù)實驗。

跆拳道項目中，鐘亞平等人對跆拳道中前滑步、上步、后滑步、前踢、橫踢五個技術(shù)動作實驗測試，結(jié)果顯示基于WEB虛擬現(xiàn)實技術(shù)的跆拳道授課系統(tǒng)對跆拳道授課的授課效果提高具有顯著性差異，孫華飛從專項素質(zhì)、動作技能練習(xí)和比賽練習(xí)等三方面對跆拳道技術(shù)授課中前踢技術(shù)展開研究。前者驗證虛擬現(xiàn)實授課系統(tǒng)對跆拳道技術(shù)技術(shù)的優(yōu)勢性，后者利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)加速技術(shù)動作的形成，從而激發(fā)學(xué)生主觀能動性。

網(wǎng)球項目中，黃珺通過案例授課、對比分析、問卷調(diào)查等方法對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在網(wǎng)球理論授課中的應(yīng)用效果作出進(jìn)一步探究，在學(xué)習(xí)興趣、網(wǎng)球理論、實際技能水平有顯著性作用，實際技能平選用正反手落地球、截?fù)羟?、切削球、放小球、發(fā)球等5個方面，在截?fù)羟蚍矫嬗绊懖伙@著，其原因一部分可能是系統(tǒng)的缺陷，在對來進(jìn)球進(jìn)行截?fù)魰r不能感知到球的沖擊力，從而不能作何合理的反應(yīng)，另一部分原因可能來源于參與者本身，個體對球力度大小感知有較大差異。導(dǎo)致該項目沒有明顯提升。程立以網(wǎng)球項目為出發(fā)點比較虛擬現(xiàn)實授課和傳統(tǒng)授課中興趣培養(yǎng)、技術(shù)掌握、心理動機(jī)的效果差異，他將技術(shù)掌握中顯示出的差異性歸因于興趣，趨于體育興趣致使虛擬現(xiàn)實授課組在技術(shù)掌握中有更好的表現(xiàn)。心理動機(jī)表明：虛擬現(xiàn)實授課實驗組在學(xué)習(xí)興趣的養(yǎng)成、主觀能力培養(yǎng)、努力程度、壓力程度和人際交流等多個層面都強(qiáng)于傳統(tǒng)授課組。

高爾夫項目中盧劼利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)從木桿開球、鐵桿擊高遠(yuǎn)球、推桿入洞三個角度進(jìn)行動作分析，結(jié)果顯示對基本運動素質(zhì)提升作用較小；揮桿擊球技術(shù)提高作用較大；對推桿技術(shù)穩(wěn)定性的提高作用較大，邵瑞芳分別從分別對高爾夫、田徑、武術(shù)三個項目進(jìn)行實驗，從興趣、體能、運動技能三個方面進(jìn)行對比分析。從興趣維度認(rèn)為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠滿足學(xué)生內(nèi)部需要，還可以創(chuàng)造融洽的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境；在體能維度和運動技能維度來看，各項目在體能維度上實驗組的成績均優(yōu)于對照組的成績，且實驗前后實驗組提高幅度大于對照組的提高幅度。

3、結(jié)論

（1）虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于教育方面主要體現(xiàn)在虛擬實驗室、虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境、遠(yuǎn)程教育、虛擬教學(xué)等方面，教師利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將授課內(nèi)容呈現(xiàn)在學(xué)生面前，進(jìn)一步的把知識形象化，揭示事物變化的本質(zhì)、事物運動的的形式和規(guī)律以及相互之間的關(guān)系。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不僅僅應(yīng)該是一個觀察者，更是一個積極主動的參與者，通過虛擬現(xiàn)實所創(chuàng)造的虛擬環(huán)境，通過“虛”、“實”相結(jié)合的的方式對知識進(jìn)行學(xué)習(xí)和理解，進(jìn)而達(dá)到更高的認(rèn)知水平，最終顯示出更好的學(xué)習(xí)效果；

（2）目前，隨著信息技術(shù)的發(fā)展和國家對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的教育應(yīng)用重視，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在授課中的應(yīng)用有了更好的發(fā)展，但是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育應(yīng)用上還存在一定缺陷，主要表現(xiàn)為系統(tǒng)應(yīng)用歇后于技術(shù)的發(fā)展，因此，在學(xué)校授課中如何利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，建立基于虛擬現(xiàn)實的授課模式，讓學(xué)生接受更具體和完整的信息，使學(xué)生更加熟練的掌握和應(yīng)用知識技能將成為未來教育改革新趨勢。

4、未來展望

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的成熟化，今后發(fā)展趨向于低成本、高效益，而在學(xué)校體育的應(yīng)用上要考慮成本投入、交互性、實驗實驗周期、沉浸性等因素，當(dāng)然，基于虛擬現(xiàn)實的授課模式并不能取締傳統(tǒng)學(xué)校體育模式，僅作為一種工具或手段來豐富授課形式，提升學(xué)生參與度，最終以提升教學(xué)質(zhì)量為目的。