虛擬仿真技術(shù)在運(yùn)動(dòng)人體實(shí)驗(yàn)課程中的探索

周鴻雁 郭玉鳳

摘要：運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)課程是體育專業(yè)學(xué)生的專業(yè)理論課程，其實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)體育專業(yè)教學(xué)中占有非常重要的地位。通過探索虛擬仿真技術(shù)在運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的應(yīng)用，分析在運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)課中引入虛擬仿真技術(shù)的必要性，以及運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)的具體優(yōu)勢(shì)，旨在營(yíng)造虛實(shí)結(jié)合、理實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，對(duì)體育專業(yè)理論課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)提供一定的思路與幫助。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù) 運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn) 理實(shí)融合

中圖分類號(hào)：G807? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1009—5349（2019）21—0224—02

近年來，隨著信息技術(shù)的不斷更新與進(jìn)步，虛擬仿真技術(shù)被越來越多的人關(guān)注并應(yīng)用到各行各業(yè)，其應(yīng)用價(jià)值也日漸凸顯。虛擬仿真技術(shù)，它是通過相關(guān)計(jì)算機(jī)設(shè)備和軟件系統(tǒng)構(gòu)建出的虛擬三維環(huán)境，模擬現(xiàn)實(shí)世界，并通過技術(shù)手段與虛擬場(chǎng)景發(fā)生交互，讓人產(chǎn)生一種身臨其境的感覺。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是在虛擬仿真技術(shù)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，已成為高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容之一，是專業(yè)建設(shè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。[1]主要依托多媒體、人機(jī)交互、虛擬現(xiàn)實(shí)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等手段，構(gòu)建出高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，讓學(xué)生在虛擬情境中開展實(shí)驗(yàn)。[2]其目的是營(yíng)造虛實(shí)結(jié)合、理實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，使實(shí)驗(yàn)不再局限于有形的實(shí)驗(yàn)室中，從而為學(xué)生提供多元化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，一方面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另一方面提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。

一、虛擬仿真技術(shù)運(yùn)用于運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)課程實(shí)驗(yàn)中的必要性

1.實(shí)驗(yàn)條件受限

運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)課程是高等院校體育專業(yè)的理論課程，其中大部分為專業(yè)必修課程。課程內(nèi)容多，而且開設(shè)班級(jí)比較多，這樣就給實(shí)驗(yàn)教學(xué)的安排帶來了一定的壓力。一方面開設(shè)班級(jí)多，教學(xué)人員不足，同時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備也不能滿足，無法保證所有學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)操作中，教學(xué)效果不明顯;另一方面，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地受限制，難以容納所有學(xué)生同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，有些實(shí)驗(yàn)還有一定的危險(xiǎn)性，這些都對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果有一定的影響。

2.實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高昂

運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)以學(xué)生為主，通過實(shí)驗(yàn)（實(shí)踐）活動(dòng)學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和技能。在具體實(shí)驗(yàn)（實(shí)踐）執(zhí)行過程中，就會(huì)存在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的飼養(yǎng)問題、生物安全問題、儀器設(shè)備成本上漲問題、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)緊張等一系列問題，這些都制約著實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展，同時(shí)實(shí)驗(yàn)器材損耗嚴(yán)重、儀器設(shè)備更新?lián)Q代速度快、維修費(fèi)用高昂等都將影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)行和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

3.理論與實(shí)踐脫節(jié)

運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)是體育專業(yè)的專業(yè)理論課程，對(duì)于體育專業(yè)的學(xué)生來說，存在著重技術(shù)輕理論的現(xiàn)象，同時(shí)由于專業(yè)特點(diǎn)，學(xué)生上完專業(yè)技術(shù)課后很難集中注意力來學(xué)習(xí)理論，因此很難把理論與實(shí)踐很好地結(jié)合起來，使兩者相互促進(jìn)。而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用就能很好地彌補(bǔ)這些不足，且不受時(shí)間空間的限制，隨時(shí)隨地都可學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性也會(huì)因虛擬仿真這一特殊的教學(xué)手段而得到極大提升，不再認(rèn)為理論學(xué)習(xí)是個(gè)枯燥乏味的事情。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)課程實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

1.運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用虛擬仿真技術(shù)，可以避免在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的許多不足，比如遇到困難就問老師，老師有時(shí)代替操作，有些實(shí)驗(yàn)比如運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)，實(shí)驗(yàn)中解剖浸制標(biāo)本的浸泡液對(duì)人身體健康有危害，而且標(biāo)本數(shù)量有限，導(dǎo)致參與人數(shù)相對(duì)較少，同時(shí)標(biāo)本是靜止的，不能完全替代實(shí)物，有些大型標(biāo)本難以移動(dòng)等。而采用虛擬仿真技術(shù)，通過電腦操作，進(jìn)入虛擬界面，學(xué)生可以自己獨(dú)立觀察，分析問題，解決問題，可以重復(fù)練習(xí)，可以在任何時(shí)間選取學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，不用擔(dān)心實(shí)驗(yàn)不成功而畏手畏腳，還可以根據(jù)個(gè)人的學(xué)習(xí)興趣自由掌控學(xué)習(xí)進(jìn)度和實(shí)驗(yàn)流程，不斷地去摸索，反復(fù)地去練習(xí)，為學(xué)生提供充足的實(shí)踐機(jī)會(huì)。還可以有效地規(guī)范學(xué)生的操作行為，同時(shí)也使學(xué)生逐漸形成了自主學(xué)習(xí)的好習(xí)慣。

2.探究式的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

虛擬仿真技術(shù)因是人機(jī)互動(dòng)操作，有其虛幻性、直觀性、逼真性等特點(diǎn)，大大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，而且可以反復(fù)操作，不斷總結(jié)實(shí)驗(yàn)方法與步驟，舉一反三，能增強(qiáng)學(xué)生的自信心，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)向更深層次發(fā)展。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)中，學(xué)生學(xué)習(xí)后僅能停留在較淺層次的記憶層面，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程無法產(chǎn)生更深刻的記憶，而虛擬仿真實(shí)驗(yàn)給學(xué)生提供了“身臨其境”的感覺，給予學(xué)生豐富的感官體驗(yàn)，方便學(xué)生多次反復(fù)地體驗(yàn)、記憶，從而達(dá)到熟練掌握整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作流程的目的，同時(shí)加深對(duì)理論知識(shí)的理解和把握。

3.運(yùn)用虛擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“理實(shí)融合”的教學(xué)理念

運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)是體育專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，而體育是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，但是在日常專業(yè)學(xué)習(xí)中，往往存在著理論與實(shí)踐脫節(jié)的情況。而且學(xué)生大多重技術(shù)（實(shí)踐）、輕理論，因而對(duì)于專業(yè)學(xué)習(xí)很不利，不利于體育、健康教育向科學(xué)化、專業(yè)化發(fā)展。運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)是基于理論課堂內(nèi)還原運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景的教學(xué)需求而開發(fā)，真實(shí)地再現(xiàn)了體育運(yùn)動(dòng)的真實(shí)場(chǎng)景;通過虛擬人，達(dá)到替代部分人體組織，降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，延伸教學(xué)時(shí)間和空間，輔助實(shí)體標(biāo)本操作，創(chuàng)建虛實(shí)結(jié)合、理實(shí)融合的教學(xué)新模式的目的。

三、運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程資源建設(shè)的前景展望

1.實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)思路

運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，通過與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、生物信息學(xué)與臨床專家合作建設(shè)的中國(guó)數(shù)字化可視人數(shù)據(jù)庫(kù)（數(shù)字人）、虛擬解剖實(shí)驗(yàn)室（虛擬人）和虛擬切片技術(shù)（顯微人），把傳統(tǒng)的以教師為中心、以課堂為中心和以教材為中心的教學(xué)理念逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心[3]，并通過提升網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬仿真技術(shù)輔助實(shí)體實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)教學(xué)資源和特色，虛實(shí)結(jié)合、理實(shí)融合，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的目的。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

創(chuàng)設(shè)新的虛實(shí)相結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式（虛擬實(shí)驗(yàn)+實(shí)體操作），對(duì)于運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)的特殊研究對(duì)象（人）就更為適合。因?yàn)樗鼘儆跓o損操作，又具有能反復(fù)練習(xí)的優(yōu)勢(shì)，還保留了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課直觀、真實(shí)的優(yōu)點(diǎn)，使它們優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、揚(yáng)長(zhǎng)避短;教學(xué)方法也隨著教學(xué)模式的改變相應(yīng)地發(fā)生改變，把教師從講授者、傳輸者，轉(zhuǎn)變成學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的組織者、指導(dǎo)者，也即教師的教學(xué)方法從“施教”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩?dǎo)學(xué)”，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景，激發(fā)學(xué)生的潛在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)積極性。[4]通過虛擬仿真技術(shù)改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考、學(xué)習(xí)、歸納、總結(jié)的能力，從而有效地提高了教學(xué)效果，提升了教學(xué)質(zhì)量。

3.傳統(tǒng)教學(xué)的延伸與拓展

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生主動(dòng)參與意識(shí)不強(qiáng)，虛擬課堂就為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了一個(gè)靈活的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，動(dòng)手操作實(shí)踐的空間都得到了最大限度的延伸，極大地提高了學(xué)生的參與意識(shí)。而且虛擬網(wǎng)絡(luò)可以24小時(shí)開放運(yùn)行，學(xué)生隨時(shí)隨地可以上線操作和學(xué)習(xí)，并安排教師實(shí)時(shí)答疑，并對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為加以正確引導(dǎo)。同時(shí)學(xué)生也可以開放的思維把自己收集或積累的一些資源與他人相互分享，因而也培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)結(jié)合作意識(shí)和創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語(yǔ)

運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，無需實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和儀器設(shè)備，利用計(jì)算機(jī)模擬整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作流程，為教學(xué)過程營(yíng)造一種身臨其境的感覺，將使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加生動(dòng)有趣，不僅能提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)體育專業(yè)理論知識(shí)的領(lǐng)悟，這將是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的有益補(bǔ)充。隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，虛擬仿真將在體育領(lǐng)域得到更加廣泛和深入的應(yīng)用。

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責(zé)任編輯：趙慧敏