“互联网+教学”：VR技术与武术散打教学融合的理性思考

张怀雨，周小青，张冬琴，陈俊羲，尤才成，杨 力，李 然

（北京体育大学，北京100084）

VR（Virtual Reality）名为虚拟现实，即虚构模拟出来的与真实世界相似的假想世界。它是利用计算机图形系统和各显示及控制等接口设备，在计算机上生成的、可交互的三维环境中提供沉稳感觉的技术。[2]它主要包含听觉和视觉反馈，但是也可能有其他类型的感觉反馈，例如触觉。这种身临其境的环境可以类似于现实世界，也可以是幻想。当前虚拟现实技术最常见的用途是虚拟现实耳机或多项目环境。有时结合物理环境或道具，生成逼真的图像、声音和其他感觉，模拟用户的身体在一个虚拟或虚构的环境。一个人使用虚拟现实设备能够“环视”整个人造世界，移动并与虚拟人物或物品进行交互。[3]效果通常是由组成的虚拟现实耳机头戴显示设备与小屏幕前的眼睛，而且还可以通过与多个大屏幕特别设计的房间。

运行一个VR系统主要由计算机设备、应用软件系统、输入和输出设备以及数据库4个组成部分。它们的作用分别是实现构建交互的虚拟世界、完成虚拟幻境中所有物体模型和声音合成的建立及管理以及实现现实世界与虚拟世界的识别与交互以及存储所有虚拟环境中的物体及信息。这种技术已经广泛用于教育、游戏、视频以及远程医疗等领域。VR的第一代产品诞生可追溯到20世纪60年代，但一直不为人所重视，直到近几年各大互联网企业纷纷斥巨资投身VR产业才被大众所关注。如何将VR技术应用于武术散打的教学是笔者本文的重点。

1 VR技术应用于武术散打教学的价值

1.1 降低入门门槛，扩大学习人群 武术散打属于技能主导的格斗对抗性项目，它具有鲜明的体育性、激烈的对抗性、独特的民族性以及传统的文化性等特点。它不仅能够强身健体、防身自卫、磨炼意志和培养品德，而且还有娱乐观赏、运动休闲、交流技艺以及增进友谊的作用。[4]同时它在身体形态、身体机能、身体素质以及心理素质方面对练习者有很高的硬性要求。致使一些有意愿学习武术散打的人望而却步。而VR技术可以大大降低武术散打对人们身体的硬性要求。[5]

在传统的武术散打教学模式中，教师遵循师徒制按照一对多或一对一进行教授。教学内容主要包括规则允许的拳法、腿法以及摔法。练习的方式主要是一对一打靶练习、单人打沙包练习、一对一实战练习。在教师做示范动作时，练习者常常不能清晰准确地把握动作要点，且不明白自己的错误点在哪，以致学习的动作错误多、学成慢。VR技术可以让学生360度观察教师的示范动作，反复地观看，还可以将自己的动作对比教师的动作模型，更好地纠正错误动作。在一对一实战练习中，学习者会因为对方的攻击而出现闭眼、无防守抱头、过度下蹲甚至是逃跑等举动。VR技术可以根据不同练习者的身体运动习惯，模拟出速度合适、攻击方位明确的攻击，便于练习者的防守以及反击练习。教师也可以通过VR技术回放学生的动作，找出学生的错误并给予正确指导。VR技术还可以通过大数据模拟出世界顶尖水平的运动员，普通练习者也可以和拳王来一场“实战比赛”。

1.2 模拟运动场景，突破时空限制 如今的教学课堂中，学校大量地采用新媒体技术进行教学。如：电子黑板、投影仪以及慕课等。但普通的媒体技术展现给学生是二维的，没有立体感和真实感受。学生并没有将二维转化为三维的能力，而VR技术就可以很好的弥补。教师通过一定的操作，给学习者们展现出一个立体物象来，学生可以根据学到的书面知识对其进行观察。如：武术散打规则中的比赛场地尺寸、得分部位和方式以及裁判的手势等都可以通过VR技术立体地展现在学生面前。这样还增强了学习者对事物的观察力，在观察的过程中，学生对这节课的内容记得也就会更深刻。

在武术散打教学中，教学场地场馆建设情况的不同成为限制教学的主要外部条件。此时利用VR技术将运动场景通过计算机模拟成三维图像再显示到VR设备就能很好地解决此问题。学生学习武术散打就可以通过借助VR技术模拟出的场景进行练习，以此解决场地和时空等限制，弥补了教学条件的不足。如赛前模拟实战，全班数十名同学一节课的时间不可能都进行一场正规比赛环境下的实战练习，那么就可以通过VR进行散打赛场模拟以及实战练习。通过VR眼镜学生们可以看到观众席、正规的比赛场地、身着正式服装的模拟裁判、无数的鲜花掌声、数字化的比赛数据以及动作模仿同步分析等，简单、便利、快捷、真实性和可操作性等优势极大的突破了时空地限制。以目前的VR技术完全可以做到，美国已经结合虚拟现实与实体场景打造出超重度交互的虚拟现实主题公园The Void。在这里，人们不仅可以自由行走，感受魔幻风情，还可以与多种场景进行互动。飞天遁地、探索外太空、漫步玛雅古城、大战僵尸、体验一回超级英雄都不在话下。[6]同时，人们还从The Void获得无与伦比的真实交互感。例如：你能够触摸到参天古木那树皮的粗糙，你也能够触摸到玛雅神殿那古老墙壁的冰冷，你更能以超过30米每秒的速度绕着The Void跑圈，累得气喘吁吁。

1.3 创新教学模式，提高学生学习兴趣和教学效果 传统散打教学的一般内容和顺序是：基本功、基本姿势、基本步法拳法技术、腿法技术、摔法技术、组合技术、防守技术、条件实战、模拟实战以及自由实战。但在教学过程中，无论是单一技术运作还是组合技术动作，都要分教会动作、喂引动作和实战这几个步骤来进行。一名习练散打多年的学生，他的课通常包括热身、游戏、拉韧带、基本功练习、打靶练习、条件实战以及放松肌肉。而一个初学者或无武术散打基础的体育生，他们的一节课除了热身、游戏和放松肌肉，大部分时间都花在基本功的学习。且教师只是在找出学生的错误动作和做正确示范之间辗转往返。再者武术散打课多在散打场馆内进行，长期在同一个空间内学习。对于学生来说，课堂内容和方式过于枯燥无味，从而丧失了学习的兴趣和动力。将VR设备引入武术散打教学的课堂，利用VR教学具有沉浸性、交互性和想象性等特点，改变传统教学单调的你说我做，充分发挥了学生的主体作用，调动学生主动学习，充分发挥学生学习的积极性和主动性。学生利用VR设备可以学习到现实教学形式中无法做到的教学内容，学习内容更加丰富，形式更加多样，虚拟环境提供更形象、更有趣、更多重的感官刺激等教学让学生萌生新的联想，启发他们的创新性思维。[7]比如学习躲闪对方左右直拳，对于无扎实基础的人，此练习非常考验人体的瞬目反射。许多学生会出现过大的防守动作甚至无防守动作，此时利用VR设备进行动态模拟出拳，可以将拳变为气球、棉花球和蒲公英等，或是降低来拳的速度，在降低学生恐惧心理的同时提升学生练习的兴趣，利用VR技术教学也可以改变练习的场景和环境。例如：在阳光四射的夏威夷沙滩伴着草裙舞娘，或是在寒冷荒芜的南极洲大陆陪着黄眉企鹅等都可以使学生真正感受到虚拟物体与他们近在咫尺，生动鲜活，大大提高学习的兴趣和积极性。由此可见，引入VR技术可以帮助教师丰富课堂教学的方式方法。学生通过VR设备的第一视角，与系统进行交互，可以激发想象，从而提高学生的学习兴趣和教师的教学效果。[8]

1.4 数字化学习，跟踪学习数据，有效监控学习行为传统的武术散打课，教师是通过提前准备的学期计划、月计划、周计划以及课计划和教案来控制训练内容、负荷量以及负荷强度。但是由于每个学生的身体素质、身体状态和掌握水平等因素的不同，加上教师并不能通过肉眼观察出这些，导致武术散打课教学效率低和练习效果差。这样的教学模式会在一定程度上致使我们达不到预期的结果。然而特定的VR程序和VR设备可以准确地跟踪某一学生的心率、呼吸、眼动、肌电、动作速度、动作轨迹以及动作力量等。对比学生以往练习时的数据，判断学生的身体疲劳程度和动作掌握程度。VR技术将学生练习武术散打过程中的一系列表现以数字的形式展现在学生和教师面前，帮助他们更直观地掌握学习现况，从而改善原有的教学计划，进行适合学生个体的学习。

在一对多人的散打课堂中，教师往往不能够仔细地观察每个学生的动作规范及学习情况。以致一些学生长时间以错误动作练习，甚至出现运动损伤。结合VR技术和动作捕捉技术开发的程序和设备能够自动将学生的出拳动作或踢腿动作对比数据库中的标准动作，找出学生动作的错误点及成因并提示学生改正。学生和教师也可以反复地观看学生动作及程序给出的数据进行分析，更清晰直观地了解错误，进而做出合理地改进。

数字化学习可以很好地记录学生练习过程，跟踪其练习数据，有效监控其练习行为。根据其练习过程、练习行为等数据来有效地反馈学习效果。在学生沉浸于虚拟的教学场景、与系统进行交互学习的同时，系统亦可以科学地监控其学习行为和学习过程，跟踪其精确的学习数据，给出合理的建议，以完善新的教学模式，有效提高学习效果。

1.5 功能可开发性强，武术散打教学应用前景广阔 现如今只有极少体育项目的教学引入虚拟现实技术和VR设备。英国贝尔法斯特女王大学的Cathy Craig教授创立的INCISIV公司已经将VR技术应用于网球、板球、英式橄榄球以及足球的教学和训练中。北京体育大学体育工程学院的“千人计划”学者刘昊扬教授所创立的NOITOM公司也将VR技术以及动作捕捉应用于高尔夫球的教学训练并取得了实质的商业回报。关于格斗对抗类项目教学的VR程序设计和内容开发基本没有。

目前国外已开发出能够应用于对抗格斗类运动项目的设备，如：德国哈索·普拉特纳(Hasso Plattner)学院人机交互实验室研发的一款叫Impacto的拳击设备，通过电流刺激系统和震动马达模拟肌肉收缩运动，让佩戴者感受到虚拟世界里的力反馈作用，以为自己击中了游戏中的对手。西班牙的NeuroDigital Technologies公司发布的一款虚拟现实设备Avatar VR，通过把触觉转化为震动感，用户就可以在虚拟现实环境中触摸物品。你可以在游戏中暴打敌人，手能感知到这些拳头的力量反馈；看到一个西瓜，可以去感知它的重量与表面的光滑程度。苏格兰的Tesla Studios公司开发了一套覆盖全身的传感外衣Teslasuit。其中内置了系列网格状分布的传感器，依靠肌肉神经元电信号传导产生的电刺激检测技术，模拟不同的感官刺激体验，例如：触摸、吹风、淋水、加热、降温和推力。[9]当穿上Teslasuit之后，用户能逼真地感受到虚拟世界中的各种变化，例如下雨时的丝丝凉意、刮风时的冷风拂面、受伤了的阵阵痛感等。

有关技术部门可以加大对格斗项目教学虚拟现实技术研发的力度，开发出适用于已有VR设备的VR教学程序。同时，还可以在一些高校进行VR散打教学试点，收集学生使用情况和教学效果的相关数据，以此来进一步完善其VR教学系统的功能和内容。待武术散打VR教学软硬件技术提高和完善，能够很好地融入到教学中，再大范围推广到各学校、武馆的武术散打教学中，其应用前景将会更加广阔。

通过VR设备的设计和开发，加上后续教学程序和软件的跟进，更多的教学功能有待实现，VR虚拟现实在武术散打教学中应用的前景非常广阔。

2 VR技术应用于武术散打教学的问题

2.1 成本和价格限制了VR技术的应用 目前除了最大的三家VR设备生产厂商Oculus、SONY和HTC，三星、大朋、和小米等公司也在VR设备领域占有一席之地。Oculus公司的Rift CV1售价约为600美元，索尼公司的PS VR需要花费约400美元，HTC公司发售的Vive Pro头显则高达940美元，三星的Gear VR售价近150美元，小米的VR一体机售价220美元，大朋的VR E3P则为625美元。其中Oculus、SONY、HTC和大朋生产的VR设备更适用于武术散打教学。但是想要真正的运用到实际教学中，这些公司都需要在现有消费级VR设备的基础上，结合武术散打的特点和切实需求，进行升级、改造甚至是重新研发。所以新开发的适用于武术散打教学的VR设备自然价格不菲，成本昂贵会是影响VR技术应用于武术散打教学的最大问题。

2.2 VR硬件与软件技术开发不成熟 参加2018“世界VR产业大会”的公司多达70家，全球布局VR行业的公司也不下200家，但能够量产消费级VR设备的厂商屈指可数。市面上的VR设备大多服务于游戏，还不能完全发挥VR本身的功能和价值。许多功能性强大的VR设备仅存于实验室之中，VR设备的研发和生产还要等待一些日子。VR软件的设计也多出自于游戏厂商，如：SONY公司为旗下的PS VR开发了超过160个VR软件，但尽属游戏娱乐。与医学、教育、体育以及航空航天等领域相关的VR软件少之又少，相关VR软件的开发还有待VR公司更多地关注和付出。VR硬件和软件开发的不成熟势必影响VR技术应用于武术散打的教学。

2.3 人们对VR技术的认识不够全面 虽然第一台VR头戴显示器诞生于1962年，但直到2014年Facebook公司以20亿美元收购VR技术公司Oculus，VR才开始受到越来越多人的关注。可关注VR的人大部分关注的是金融资本的注入，他们并没有体验过VR设备，不知道VR技术是什么。人们对VR的了解仅限于新闻报道，而新闻报道的多为VR游戏，以致大家认为VR技术只是游戏的新技术。游戏只是VR技术的一小部分，恰好被人们放大，却看不到VR技术对于教育、医学、军事以及体育等领域的重要作用。人们对VR技术的片面理解也会阻碍其应用于武术散打的教学。

2.4 VR技术削弱了学生之间交流、合作与反应能力

VR技术带来的沉浸式课堂，是借助视听设备使学习者能在构建的虚拟学习环境中达到接近真实学习的效果。同时也会出现阻隔学生对外界的听觉、视觉、触觉以及部分本体感觉的不利影响。学生只专注于自己的虚拟世界之中，从而减少了与同学及教师的语言和肢体交流，武术散打教学中的交流、合作是不可或缺的。现有的VR技术还达不到媲美人体反应能力的速度，这也将会影响它应用于武术散打的教学。

2.5 VR技术或将导致教师过分依赖 VR技术具有数字化、实时监控和动作捕捉等优势，可以大大减轻教师的教学负担并提高教师的教学效率。但教师过度地依赖和过分地相信VR设备会导致教师失去教学的主导性。设备只是辅助教师教学的工具，并不能替代教师。未来VR技术应用于武术散打的教学或将出现由于教师的惰性和依赖性而导致教学主体变为机器的现象，这对于VR技术在这一领域的应用和推广无疑是不利的。

3 促进VR技术应用于武术散打教学的对策

3.1 加大VR技术研究的投入 2016年全球的VR/AR领域共收入投资约23.2亿美元，较2015年增长了236.2%。2017年随着各大投资公司回归冷静和理性，投资增长率降至32.8%，约30.8亿美元。2017年，各大VR公司在VR技术研究的投入占总投入的25.8%，较2016年的14%有明显的提升。而2017年在VR硬件上的投入仅占比15.6%，较2016年下降了22.4%。其中动作捕捉技术公司Leap Motion和Cubic motion融资表现突出，均获得了超过2000万美元的投资。[10]这些动作捕捉技术与硬件公司和VR软件开发公司有着密切地联系与合作。随着人们对VR软件画质的要求越来越高，动捕技术需要不断地提升，VR与动捕技术的结合也是发展方向之一。这也说明VR产业发展已经逐渐回归到行业进步的核心，即技术是第一推动力。同时技术投入比例提高将加快虚拟技术的成熟，有助整个行业的成熟发展。而VR行业的成熟势必会降低消费者使用VR硬件和软件的成本和价格。解决了成本和价格的问题会大大促进VR技术应用于武术散打教学的推广和普及。

3.2 高校与VR企业合作，加快相关VR硬件和软件的开发 目前并没有开发与武术散打教学相关的VR硬件和软件。国内外将VR技术应用于体育教学的案例也较少耳闻。据了解，NOITON公司开发的MySwing已应用于高尔夫的教学训练，且已进入消费市场，取得了不错的成绩。[11]VR企业可以与高校合作，高校可以为VR企业提供硬件和软件开发需要的实验场地以及人才，甚至还有课题专项资金的支持。VR企业可以为高校提供量身打造的先进VR硬件及软件。VR企业应该抓住与高校合作的机会，VR技术应用于教育领域还比较少，市场潜力大。合作成功可以为VR企业带来巨大的商业价值，更重要的是为教育领域注入一股新鲜的血液。体育是教育的一部分，自然也能享受合作成果。寻找合适的VR企业，与其合作势必会加快VR技术应用于武术散打教学。

3.3 加强VR技术的宣传力度、拓宽宣传渠道 在加大对VR技术的投入以及加快对VR硬件和软件开发的同时，应加强VR的宣传。VR技术再好，不被人所知晓，自然不会被使用，也就发挥不了其作用。应当借助新媒体的途径扭转人们对VR只是打游戏工具的偏见，把VR的宣传做得又好又广，加深人们对VR的正确认识。对于体育人，VR企业应该使他们更加清楚地了解VR技术具有的在教学及训练领域的作用和优势。甚至让教师、教练和高水平运动员通过免费学习掌握一定的操作技术。加大人们对VR技术的认识对其应用于武术散打的教学会起到较好的促进作用。

随着VR技术的进步，人们已经可以同时出现在一个VR场景之中，且你可以和自己的好友一起互动、交流。伴着相关技术的进一步升级，关于VR技术削弱学生反应能力的问题也将会有所改善，在VR场景中也会更加地栩栩如生。

若要将VR技术应用于武术散打的教学，最重要的是离不开政府的政策支持和资金投入。不仅需要企业加大在VR的研究投入，加快相关VR硬件和软件的开发，加强VR的正面宣传，还需要体育教学的主力军--体育院校的积极响应。

4 结 语

利用VR技术这种新的教学技术是整个教学科技未来发展的趋势。未来VR技术的教学产品会越来越多，VR技术的发展不会只停留在理论层面，VR教学也不是遥不可及的梦想，VR+体育教学的模式也一定会有更好的明天。科学合理地运用VR技术，在提高教学水平、改善教学环境、优化教学过程等方面起到很大的积极作用。进而可以培养有创新意识和创新能力的体育人才及团队，并产生深远的影响。

将VR技术融入到武术散打教学，可以降低学习入门门槛，扩大学习人群，模拟运动场景，突破时空限制，创新教学模式，提高学生学习兴趣和教学效果，提供数字化学习，跟踪学习数据，有效监控学习行为。VR技术功能可开发性强，武术散打教学应用前景广阔。目前将VR技术应用于武术散打的教学还存在着诸如成本和售价过高、软硬件技术开发不成熟、可能削弱学生交流协作和应变能力以及教师可能过分依赖等实际问题。但其作为一种新兴技术，理念是非常先进的，且其具有强大的优势和发展潜力。相信随着科学技术的不断进步，VR软硬件开发的不断完善，成本和售价的不断下降，VR技术在武术散打教学甚至是体育教学领域的影响将会不断扩大，并发挥重要作用。也希望VR企业与高校合作，推动VR体育教学试点，创新和完善教学模式，为师生提供一个崭新的未来式教学课堂。VR技术应用于武术散打教学是切实可行的，同时相信VR技术的广泛应用可以更好的推广和发展武术散打。