高明

隨著高校教育教學(xué)改革的不斷深化，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺等技術(shù)在課程建設(shè)中的應(yīng)用，加快了人工智能在教學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新運(yùn)用。本文旨在通過對智能全息光影設(shè)備在高校中應(yīng)用的現(xiàn)狀做出分析，找出應(yīng)用中存在的問題并提出相關(guān)對策，為傳統(tǒng)教學(xué)帶來創(chuàng)新突破，促進(jìn)現(xiàn)代化信息教育教學(xué)手段改革，讓更多高校受益于具有多元化教學(xué)模式的智能化體育教學(xué)課堂。

1 前言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，各類新興技術(shù)與教育系統(tǒng)正在深度融合。在這一背景下沉浸式學(xué)習(xí)新型方式應(yīng)運(yùn)而生：英國開放大學(xué)在《2018年學(xué)習(xí)趨勢報(bào)告》中將沉浸式學(xué)習(xí)列為未來學(xué)習(xí)趨勢之一，沉浸式學(xué)習(xí)有助于學(xué)習(xí)者體驗(yàn)更逼真的情景，從而產(chǎn)生更加真實(shí)、更加互動(dòng)和更難忘的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)習(xí)者通過體驗(yàn)已設(shè)計(jì)好的模擬真實(shí)情景而開展學(xué)習(xí)和實(shí)踐，從而加深對學(xué)習(xí)的理解?！缎旅襟w聯(lián)盟地平線報(bào)告基礎(chǔ)教育版》分別于2016年和2017年將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為未來2-3年進(jìn)入基礎(chǔ)教育應(yīng)用的重要技術(shù)進(jìn)展，可見虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在近兩年的教育應(yīng)用中越來越引起教育界的關(guān)注。隨著近幾年信息技術(shù)的快速發(fā)展和5G時(shí)代的到來，新技術(shù)逐漸滲透在高校體育教學(xué)中的方方面面，具有沉浸性、可視化的新型教學(xué)模式豐富了高校日常的教學(xué)手段。本篇論文研究沉浸式學(xué)習(xí)背景下的其中一個(gè)媒介手段“智能+互聯(lián)網(wǎng)+全息光影律動(dòng)”系統(tǒng)在高校操舞類體育課程的應(yīng)用情況做調(diào)查與分析，找出應(yīng)用中存在的問題并提出相關(guān)對策，為傳統(tǒng)教學(xué)帶來創(chuàng)新突破，促進(jìn)現(xiàn)代化信息教育教學(xué)手段改革，讓更多高校受益于具有多元化教學(xué)模式的智能化體育教學(xué)課堂。

2 文獻(xiàn)綜述

2.1 國外研究現(xiàn)狀

2.1.1 在動(dòng)作訓(xùn)練領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)踐

R.Sidharta和C.Cruz-Neira曾設(shè)計(jì)出讓參與者與虛擬對手進(jìn)行拳擊比賽的虛擬系統(tǒng)；伊利諾伊大學(xué)的楊振宇等人曾在美國計(jì)算機(jī)協(xié)會舉辦的多媒體國際會議上展示了其團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的虛擬交誼舞系統(tǒng)。當(dāng)虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用設(shè)計(jì)引入動(dòng)作捕捉技術(shù)之后，人機(jī)交互的水平得到了很大程度的提升，因?yàn)樵谔摂M現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中可以引入一些游戲元素，參與者可以在人機(jī)的動(dòng)作交互中獲得更多樂趣，取得更好的動(dòng)作訓(xùn)練效果。高村正彥等人設(shè)計(jì)出基于動(dòng)作捕捉技術(shù)的軍事訓(xùn)練系統(tǒng)，使用者戴上頭盔，與虛擬教練進(jìn)行攻防訓(xùn)練。

2.1.2 在舞蹈教學(xué)領(lǐng)域的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)踐

中村俊輔等人開發(fā)了一套由定時(shí)振動(dòng)設(shè)備和自移屏組成的舞蹈教學(xué)輔助系統(tǒng)。定時(shí)振動(dòng)設(shè)備主要用于提醒學(xué)習(xí)者動(dòng)作的時(shí)間點(diǎn)，而自移屏則向?qū)W習(xí)者展示動(dòng)作的具體過程。系統(tǒng)會根據(jù)學(xué)習(xí)者的動(dòng)作生成一個(gè)實(shí)時(shí)的虛擬影像呈現(xiàn)在屏幕上，這樣學(xué)習(xí)者就可以觀察到自身動(dòng)作與教學(xué)影像動(dòng)作的差異所在。

香港城市大學(xué)的制作團(tuán)隊(duì)與日本的研究人員野村拓合作開發(fā)了用于自學(xué)舞蹈的舞蹈教學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。使用者需要穿著一套用于捕捉動(dòng)作信息的專用服裝，然后模仿虛擬教師的舞蹈動(dòng)作就可以學(xué)習(xí)舞蹈。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

經(jīng)過文獻(xiàn)查閱，國內(nèi)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)用于舞蹈教學(xué)中較多。陳芳的虛擬舞蹈模擬可視系統(tǒng)。通過拉班舞譜對舞蹈動(dòng)作的分析得到相應(yīng)舞蹈動(dòng)作的二維數(shù)據(jù)，然后通過計(jì)算機(jī)對舞蹈動(dòng)作進(jìn)行編輯，建立起三維的虛擬人體模型以及虛擬舞蹈動(dòng)作庫，并以O(shè)penGL為平臺來實(shí)現(xiàn)舞蹈場景和角色模型的設(shè)計(jì)。

許怡的三維舞蹈虛擬化可視化系統(tǒng)在拉班力效分析與空間分析的基礎(chǔ)上，對舞蹈動(dòng)作進(jìn)行信息采集，然后形成虛擬舞蹈形象。使用者可以根據(jù)需要對虛擬舞蹈形象的人數(shù)與服裝，舞蹈選用的音樂和場景，甚至是舞蹈形象的表情等內(nèi)容進(jìn)行設(shè)定。

郭瑾等人在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人舞蹈的研究過程中采用了舞蹈虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)。課題組先在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中分析機(jī)器人舞蹈動(dòng)作的規(guī)律和方法，并建立起舞蹈動(dòng)作的關(guān)鍵幀數(shù)據(jù)庫，以此為基礎(chǔ)建構(gòu)了三維虛擬人的仿真骨骼舞蹈模型，仿真實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的舞蹈動(dòng)作。

3 研究內(nèi)容

3.1 沉浸式學(xué)習(xí)的理論支持

建構(gòu)主義教學(xué)理論注重以學(xué)生為中心進(jìn)行教學(xué)，且教師應(yīng)當(dāng)是學(xué)生獲取知識過程的幫助者、促進(jìn)者。建構(gòu)主義注重情境教學(xué)，其教學(xué)模式下的拋錨式教學(xué)又稱“情境性教學(xué)”，強(qiáng)調(diào)要營造好的教學(xué)環(huán)境，為學(xué)生建構(gòu)知識的意義提供信息條件。個(gè)體的學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)中所進(jìn)行的相關(guān)活動(dòng)是對環(huán)境的反映。在建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)下的沉浸式教學(xué)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)增加了學(xué)生的沉浸感，為其多種感官帶來綜合刺激，加深學(xué)生對知識的掌握程度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)和保持學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

3.2 應(yīng)用智能全息光影的優(yōu)勢分析

3.2.1 創(chuàng)設(shè)沉浸式情境化教學(xué)環(huán)境

操舞類等難美項(xiàng)目教學(xué)具有一定的實(shí)踐性，教學(xué)過程中的知識和技能部分需要通過學(xué)生對教師動(dòng)作的模仿與感受才能獲得，在此過程中要保持教學(xué)的生動(dòng)性，否則極易分散學(xué)生的注意力，無法沉浸在操舞學(xué)習(xí)氛圍中。而利用全息光影系統(tǒng)的光影投射、可視化的3D場景、12臺專業(yè)投影儀、全方位立體環(huán)繞音響設(shè)備，可以根據(jù)不同操舞類型切換不同光影背景，營造了與課程相適應(yīng)的虛擬環(huán)境，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)產(chǎn)生的沉浸感通過學(xué)生多種感官感知和運(yùn)動(dòng)感知，良好的情境體驗(yàn)讓同學(xué)們加深對動(dòng)作細(xì)節(jié)的理解和記憶，使學(xué)生沉浸于環(huán)境中獲得心理上的愉悅。

3.2.2 教學(xué)智能數(shù)據(jù)化和云端化

智能光影系統(tǒng)配備的智能心率手環(huán)可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的收集，學(xué)生在運(yùn)動(dòng)過程中心率會實(shí)時(shí)隨之產(chǎn)生變化，當(dāng)課程結(jié)束時(shí)大屏幕上會呈現(xiàn)出每個(gè)學(xué)生的數(shù)據(jù)信息，教師可以在現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生身體的最真實(shí)數(shù)據(jù)并及時(shí)調(diào)整運(yùn)動(dòng)量。課程結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)消耗能量進(jìn)行排名。同時(shí)這些數(shù)據(jù)還將上傳云端進(jìn)行儲存，通過運(yùn)動(dòng)報(bào)告進(jìn)行反饋到學(xué)生手機(jī)客戶端，詳細(xì)清晰的查看自己運(yùn)動(dòng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，也為教師在下一階段課程負(fù)荷或教學(xué)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

3.2.3 實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容可視化，共享平臺課程資源

通過智能光影云平臺共享更新的先進(jìn)課程，多種不同類型的操舞動(dòng)作在教學(xué)課堂上呈現(xiàn)。教學(xué)內(nèi)容豐富，不因教師自身能力水平而受到局限，學(xué)生可以直觀、真實(shí)、有效的清晰技術(shù)動(dòng)作的要點(diǎn)和完整示范。教師還可以將自己的課程內(nèi)容拍攝成視頻上傳到云平臺，既實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的可視化，又為廣泛的大學(xué)生提供服務(wù)。

3.2.4 創(chuàng)新體育教學(xué)理念

傳統(tǒng)的體育教學(xué)理念是以教師為教學(xué)活動(dòng)中心，體育課教學(xué)內(nèi)容方案都是圍繞教師的教學(xué)能力施展而構(gòu)建，學(xué)生的潛能難以挖掘，學(xué)習(xí)效率低下。智能光影系統(tǒng)的應(yīng)用，踐行了“人本主義”教育思想，將學(xué)生作為活動(dòng)的主體，與教師共同發(fā)揮完成體育教學(xué)活動(dòng)。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力得到提升，提升教學(xué)效果。

3.3 智能光影系統(tǒng)在高校操舞類課程的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.3.1 智能光影系統(tǒng)在高校的普及程度

本次問卷面向具有智能光影設(shè)備的普通高校發(fā)放，回答調(diào)查問卷老師50%是正高職稱，17%是副高職稱，33%是中級職稱，說明本次調(diào)查的對象都是具有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師，更能深入地反映教學(xué)中的真實(shí)情況。通過調(diào)查回收統(tǒng)計(jì)，智能光影此系統(tǒng)在綜合類高校的普及度高，占比67%。在體育類高校占比34%。在學(xué)生參與沉浸式教學(xué)的總?cè)藬?shù)統(tǒng)計(jì)中得出，參與學(xué)生人數(shù)達(dá)到200以上的高校占50%，100-150人占比33%，50-100人占16%，以上數(shù)據(jù)可表明智能光影系統(tǒng)在高校操舞類教學(xué)課堂中的學(xué)生群體開展情況較好，但還應(yīng)該廣泛宣傳虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，全面動(dòng)員更多的學(xué)生參與，進(jìn)行積極引導(dǎo)教育。

3.3.2 智能光影系統(tǒng)在高校體育教學(xué)中的應(yīng)用環(huán)節(jié)

智能全息光影技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，其最大的優(yōu)勢體現(xiàn)在語言情境的創(chuàng)設(shè)上，它通過多維的呈現(xiàn)方式，有效實(shí)現(xiàn)沉浸式教學(xué)。

據(jù)調(diào)查在課程設(shè)置方面：將智能光影系統(tǒng)應(yīng)用于普體課的教學(xué)上最多，占比67%。第二占比多的是應(yīng)用于專業(yè)課，為50%。在選修課和通識課上的應(yīng)用占比為33%。應(yīng)用在必修課、運(yùn)動(dòng)代表隊(duì)訓(xùn)練和對外服務(wù)的課程設(shè)置上的占比為17%。

在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用環(huán)節(jié)方面：智能光影系統(tǒng)在熱身準(zhǔn)備活動(dòng)環(huán)節(jié)和身體素質(zhì)練習(xí)環(huán)節(jié)應(yīng)用的最多，占比高達(dá)83%。而用于操舞課堂內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)很少，33%。由此可發(fā)現(xiàn)在高校的操舞類教學(xué)中，智能光影系統(tǒng)只是作為熱身和力量練習(xí)的手段，并沒有成為操舞課堂主旋律的主要教學(xué)媒介。

3.3.3 智能光影系統(tǒng)在高校體育教學(xué)中制約因素

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，33%的學(xué)校經(jīng)常使用智能光影系統(tǒng)教學(xué)基本每周都會使用智能光影系統(tǒng)，33%的學(xué)校只是偶爾使用，34%學(xué)校處于之前使用過但現(xiàn)在不使用的狀態(tài)。

為此針對高校使用設(shè)備頻率不高和不使用的原因，調(diào)查結(jié)果如下：

（1）場地空間受到局限。設(shè)置智能光影健身工坊需要配備十幾臺專業(yè)投影儀、全方位立體式音響作為硬件條件，場地要求寬闊敞亮，同時(shí)教室網(wǎng)絡(luò)信號保持通暢，可以連接網(wǎng)上課程資源和運(yùn)動(dòng)手環(huán)進(jìn)行科學(xué)工作運(yùn)行。但有些學(xué)校操舞教室數(shù)量緊張，且相對位置偏僻，教室環(huán)境和設(shè)備條件不允許開設(shè)智能光影系統(tǒng)課程。

（2）無法精準(zhǔn)服務(wù)教學(xué)。對于綜合類院校情況而言：線上課程資源云平臺的視頻來源是由其他各個(gè)高校教師和機(jī)構(gòu)健身教練拍攝而成，與線下本校教師按照其學(xué)生實(shí)際情況和教學(xué)任務(wù)指定的教學(xué)大綱與內(nèi)容不相匹配，且重難點(diǎn)沒有提示，線上線下課程無法同步。對于體育類院校專業(yè)學(xué)生來說，針對性教學(xué)課程幾乎沒有，比如啦啦操專業(yè)的學(xué)生其專業(yè)技能高，線上課程無法滿足其能力水平。

（3）資金投入高，周期運(yùn)行耗資大。智能光影系統(tǒng)在硬件安裝和軟件上的配備需要大量資金投入，為得到最新操舞課程實(shí)時(shí)更新、保證技術(shù)系統(tǒng)有條不紊的周期運(yùn)行仍需資金支持。很多學(xué)校雖然很想適應(yīng)教育技術(shù)的發(fā)展和教育環(huán)境的轉(zhuǎn)變，但因資金問題望而卻步。

（4）教師對系統(tǒng)教學(xué)應(yīng)用較少，平臺操作復(fù)雜。部分教師智能光影平臺技術(shù)掌握不好，不能很好地將技術(shù)應(yīng)用于操舞課程之中。

4 建議

4.1 課程運(yùn)營權(quán)下放

智能光影云平臺的課程資源是由運(yùn)營方操作上傳與更新，但具體針對線下每個(gè)高校的實(shí)際需求不同、對課程內(nèi)容的要求各有不同。所以會出現(xiàn)將智能光影設(shè)備大多數(shù)只用來做課前的熱身和體能素質(zhì)練習(xí)而無法作為適合操舞課中的正課內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。建議運(yùn)營方可將運(yùn)營權(quán)下放，能夠讓各高校老師自己教學(xué)團(tuán)隊(duì)或個(gè)人線上課程資源上傳并使用。

4.2 線上慕課與線下課程同步教學(xué)

教師團(tuán)隊(duì)可以開通本校體育類藝術(shù)課程資源的線上慕課，采用線上慕課與線下智能教學(xué)課堂相結(jié)合，利用網(wǎng)絡(luò)資源，多樣化的選取與教學(xué)大綱內(nèi)容相同步的課程用于體育必修課上，投映于智能光影教室成為常規(guī)化教學(xué)手段。不僅可以避免以往課下學(xué)生捧著手機(jī)或平板跟隨慕課視頻學(xué)習(xí)時(shí)可能只看不動(dòng)，還增強(qiáng)了教師與學(xué)生的交流互動(dòng)，達(dá)到提升教學(xué)質(zhì)量的效果。

4.3 提高教師能力水平

當(dāng)智能光影系統(tǒng)成為教學(xué)中的“主角”時(shí)，教師的身份角色就轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)者、學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者。教師應(yīng)主動(dòng)學(xué)習(xí)智能光影系統(tǒng)的新技術(shù)，跟上教育改革的腳步，適應(yīng)教育技術(shù)的發(fā)展和教育環(huán)境的轉(zhuǎn)變，要擅長駕馭新技術(shù)。這對教師的學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)能力有一定的挑戰(zhàn)；教師要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)的需求對智能光影應(yīng)用進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，及時(shí)調(diào)整虛擬環(huán)境與現(xiàn)實(shí)環(huán)境的轉(zhuǎn)換，及時(shí)總結(jié)、歸納、引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)后的學(xué)習(xí)收獲，讓體驗(yàn)真正高效、有趣、有益。

4.4 加強(qiáng)虛擬環(huán)境的互動(dòng)

互動(dòng)性是虛擬情境教學(xué)的關(guān)鍵。從智能光影的教師團(tuán)隊(duì)的角度，可以多發(fā)布的視頻帶有示范人員口令和語言提示，讓學(xué)生的互動(dòng)感更加提升而不是純碎的跟練視頻。從高校教師方面，首先學(xué)生在與虛擬情境學(xué)習(xí)時(shí)，教師應(yīng)在重難點(diǎn)地方的進(jìn)行關(guān)鍵語言提示和有效互動(dòng)。其次當(dāng)智能光影情景體驗(yàn)結(jié)束后，了解學(xué)生在情景體驗(yàn)過程中的收獲情況，給予針對性的講解，是學(xué)生進(jìn)一步鞏固動(dòng)作知識要點(diǎn)。教師與學(xué)生之間的互動(dòng)能夠?qū)μ摂M情境教學(xué)起到鞏固與提升的作用，使學(xué)生真正掌握體育知識的實(shí)踐性和體育運(yùn)動(dòng)技巧。

5 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用是未來教育發(fā)展的一個(gè)必然趨勢。雖然智能光影系統(tǒng)的開展和運(yùn)行現(xiàn)狀不是特別理想，但與傳統(tǒng)教學(xué)手段相比，沉浸式光影教學(xué)時(shí)學(xué)生上課積極性與主動(dòng)性都百分百的得到提高。智能光影律動(dòng)課室的建成與啟動(dòng)，不僅成為鼓勵(lì)學(xué)生自主參與鍛煉、豐富課余活動(dòng)方式、提升鍛煉熱情的有效手段，而且極大地豐富了高校操舞類課程的教學(xué)方式，有力地促進(jìn)了體育教學(xué)向著科技化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。沉浸式智能光影系統(tǒng)作為體育課教學(xué)手段將可以滿足學(xué)生日益增長的多元化體育健身需求，實(shí)現(xiàn)了線上與線下、教師與學(xué)生、學(xué)生與多媒體的互動(dòng)，有利于多元化教學(xué)模式的構(gòu)建和現(xiàn)代化信息教育教學(xué)手段的改革。

（作者單位：西南交通大學(xué)）