曹敬博　劉元國

摘 要：體育教學設施的數(shù)字化、仿真化是教育現(xiàn)代化的展現(xiàn)。采用SWOT分析方法，分析冰雪虛擬仿真設備對實現(xiàn)冰雪體育教學現(xiàn)代化的價值與推廣路徑。虛擬仿真設備在冰雪運動教學中應用的優(yōu)勢為教學過程體驗感好，教學安全性高，可適用范圍廣;劣勢為模擬現(xiàn)實有差距，設備應用規(guī)范性低，設備投資成本昂貴;機遇為北京冬奧會帶來契機，冰雪政策支持帶來機遇，虛擬現(xiàn)實技術(shù)迅速發(fā)展;挑戰(zhàn)為旱地冰雪項目的發(fā)展，冰雪運動西擴南展的影響。提出采用宣傳設備功能，借鑒應用經(jīng)驗;緊跟政策導向，優(yōu)化服務保障;建立評價體系，提升應用質(zhì)量等措施，推廣冰雪虛擬仿真設備的應用，助力冰雪體育教學早日實現(xiàn)現(xiàn)代化。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真設備;冰雪教學;推廣路徑;SWOT

中圖分類號：G80-05? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1002-3488（2022）01-0050-05

Research on the SWOT Analysis and Promotion Path of Ice and Snow Virtual Simulation Equipment Assisted Teaching

CAO Jing-bo1， LIU Yuan-guo2

（1. Graduate Department of Shenyang Sport University， Shenyang 110102， China; 2. Sports Training Institute of Shenyang Sport University， Shenyang 110102， China）

Abstract： Using SWOT analysis theory， study the assistance of ice and snow virtual simulation equipment to ice and snow teaching and propose a promotion path.Main conclusions： The advantages of virtual simulation equipment in ice and snow sports teaching are good teaching experience， high teaching safety， and wide application range; The disadvantage is that there is a gap in the simulated reality， Low equipment application norms， and expensive equipment investment; Opportunities are Beijing Winter The Olympic Games brought opportunities， ice and snow policy support brought opportunities， and the rapid development of virtual reality technology; The threat was the development of dryland ice and snow projects， and the impact of the expansion of ice and snow sports in the west and south. Promotion path： publicize equipment functions and learn from application experience; follow policy guidance and optimize service guarantee; establish an evaluation system to improve application quality.

Keywords： virtual simulation equipment; ice and snow teaching; promotion path; SWOT

在教育領域，虛擬仿真設備能夠使學習者直接、自然地參與到教學活動過程中，其沉浸性、交互性與科幻性的特點適用于科學教育和醫(yī)學教育等對教學環(huán)境要求較高的學科，如Daphne Economou[1]等（2000）對博物館網(wǎng)絡協(xié)同虛擬學習環(huán)境的研究，Estevez[2]等（2010）對解剖學教育的研究，其對現(xiàn)實環(huán)境的高替代性使其成為教學領域應用研究的熱點話題[3]。隨著我國在2015年對北京冬奧會的申辦成功，我國迎來了冰雪運動新一輪的發(fā)展機遇。冰雪運動因場地、季節(jié)的特殊要求無法展開持續(xù)性教學，而虛擬仿真設備能對該問題進行針對性的解決。本研究運用SWOT分析法，以冰雪虛擬仿真設備輔助教學為主題，分析其優(yōu)勢、劣勢、機遇、威脅，并提出推廣路徑，以期拓寬我國冰雪體育教學路徑，引導更多受教育者參與冰雪運動，提升冰雪體育教學水平，最終達到冬季冰雪教學夏季化、冰雪教學方式多元化的效果。

1 虛擬仿真設備在冰雪項目中的應用現(xiàn)狀

虛擬仿真設備在冰雪項目中的應用，主要分為滑冰項目應用與滑雪項目應用。

滑冰項目主要有針對速滑運動員提升競技能力而研發(fā)的“速度滑冰陸地全相模擬場地與訓練器械”[4]，滑雪項目虛擬仿真設備主要分為以下3種（圖1）。

第一種是以Pro ski simulator公司為代表研發(fā)推廣的機械模擬滑雪設備。該類設備主要以模仿滑雪動作為目的，利用機器滾動的自由度來模擬滑雪的左右轉(zhuǎn)彎，但無法模仿滑雪的真實場景與細微動作，與真實運動相比更像是一個進行有氧運動的健身設施。第二種是以VR技術(shù)為主的模擬滑雪設備。在機械模擬滑雪設備的基礎上，滑雪者佩戴VR頭盔，在模擬滑雪設備上通過傳感器、數(shù)字圖像處理、控制理論等再現(xiàn)真實的滑雪環(huán)境與運動姿態(tài)，屬于主要依靠頭部運動感知的虛擬設備。第三種則為3D室內(nèi)模擬滑雪設備[5]。在寬約10 m的雪道上，用戶佩戴常規(guī)的滑雪板，設備通過壓力和角度傳感器測量滑雪者雙腳對滑雪板的壓力與傾斜角度，加入耦合算法后，根據(jù)用戶位置控制顯示屏中的人物在雪道中的位置。

2 虛擬仿真設備在冰雪運動教學中應用的SWOT分析

2.1 優(yōu)勢分析

2.1.1 教學過程體驗感好

目前主流的模擬滑雪設備主要在室內(nèi)應用，模擬真實的滑雪環(huán)境，并且利用傳感器技術(shù)、硬件驅(qū)動技術(shù)和圖像處理技術(shù)再現(xiàn)滑雪實踐和滑雪體驗。一般由系統(tǒng)服務器、主機軟件以及硬件系統(tǒng)組成，且通過傳感器設備、VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行信息的錄入[6]。正常冰雪運動教學的技術(shù)動作學習主要由教師進行指導，學生動作正確與否也僅憑教師肉眼觀察，依據(jù)經(jīng)驗指出錯誤，不易進行控制。虛擬仿真設備利用視覺沖擊、重心感知、動態(tài)模擬等技術(shù)模擬真實的感官體驗，可以讓體驗者較為便捷地感受到參與冰雪運動項目的樂趣。在虛擬場景中，教師可以更好地把控教學節(jié)奏，糾正學生動作，也可以避免惡劣環(huán)境帶來的影響，如凍傷、雪盲癥等。

2.1.2 教學安全性高

在冰雪體育教學當中，保證學生安全是重中之重。近年來，隨著體育運動技術(shù)不斷發(fā)展，競速運動項目的技術(shù)難度越來越大，也意味著會有更多學生容易在體育活動中受傷，而實際體育訓練當中的情況也確實如此[7]。冰上運動方面，冰上教學課期間發(fā)生過不同程度的損傷，損傷比例達50.72%[8];雪上運動方面，損傷比例達32.55%[9]。高損傷率會導致部分學生因為害怕受傷而不敢做出正確動作，因而更難掌握新的學習內(nèi)容，陷入惡性循環(huán)，打擊到學習的積極性。虛擬仿真設備可以模擬真實環(huán)境，危險系數(shù)小，教學環(huán)境較實際冰雪運動更加舒適，在規(guī)避事故的同時也優(yōu)化了學生的技術(shù)學習體驗，提高學生學習的安全性。

2.1.3 可適用范圍廣

我國滑雪場已形成“單極向雙極多點”發(fā)展的趨勢，在其空間分布的影響因素中，地勢地貌、氣候環(huán)境等自然因素是影響冰雪場地建設的先決條件[10]。在冰雪稀少的秦嶺—淮河以南地區(qū)，推廣應用虛擬仿真設備，其不受環(huán)境條件制約的特性既可以幫助教學場地擺脫地勢與溫度的限制，也可節(jié)省冰雪教學場地開支，為缺少冰雪運動教學場地設施的單位提供教學條件，擴大冰雪運動的地域范圍。在教學課堂中應用虛擬仿真設備，打破常規(guī)的學習模式，能夠吸引學生主動積極參與，教學不再是教師向?qū)W生單向傳輸知識，而是教師學生互相交流，創(chuàng)設自然教學情境，具有交互性、沉浸性、科幻性特點，有益于豐富情感目標，將學生帶入到課堂當中。

2.2 劣勢分析

2.2.1 模擬現(xiàn)實有差距

虛擬仿真設備雖然高度模擬現(xiàn)實場景與感官體驗，但并不能做到完全與現(xiàn)實對應。冰雪運動項目多為競速滑動類運動，進行該類運動時人體與地面的接觸面積和摩擦力不斷發(fā)生變化，只有通過保持平衡和滑行才能克服摔倒與失衡帶來的危險，并由此得到尋常難以比擬的速度感受，產(chǎn)生成就感[11]。目前的虛擬仿真設備僅能從視覺、觸覺、聽覺等人體感受方面進行簡單模擬，無法模擬滑冰滑雪給人帶來的速度體驗、冰雪場地特有的地勢氣候以及克服危險障礙后給人帶來的刺激感受。

2.2.2 設備應用規(guī)范性低

滑雪模擬設備中的VR模擬滑雪設備主要針對大眾滑雪愛好者，將其應用于教學中并不能保證班級內(nèi)的學生同時使用設備，對于常規(guī)二三十人以上的班級很難保證其練習密度，同時設備數(shù)量較少也會導致其因使用頻率過高而損壞。運動教學課堂是以學生為本、以器材為手段，為達成教學目標而展開的。學生對于仿真模擬設備會產(chǎn)生興趣，但激發(fā)學生興趣的最終目標是促進學生健康發(fā)展，應用于體育課堂時應維持一定比例的運動負荷來保證課堂質(zhì)量。虛擬仿真設備的引入，打破了傳統(tǒng)體育課堂的教學模式，但如想保證學生盡量達到教學標準，則需要有虛擬仿真模擬設備課堂的標準結(jié)構(gòu)，并盡量將冰雪運動教學規(guī)范化，以保證學生不會因為過于沉迷設備而無法達到冰雪運動教學的目的。

2.2.3 設備投資成本昂貴

虛擬仿真設備在國內(nèi)起步較晚，受眾人群相比于常規(guī)體育教學數(shù)量少，并且其設備造價昂貴，也導致了虛擬仿真設備的推廣與應用成本較高。以滑雪虛擬仿真設備為例，滿足教學的機械模擬滑雪設備市場價格在2 000～40 000元，實際教學中至少需要10臺以上;VR模擬滑雪設備由于涉及VR頭盔、滑雪仿真平臺、動力系統(tǒng)等組合硬件，全套設備報價在30 000～50 000元不等;德國司凱泰思公司研發(fā)的3D滑雪模擬儀已廣泛應用于各國專業(yè)滑雪運動員的培訓與康復，但其設備價格仍舊高昂。

2.3 機遇分析

2.3.1 北京冬奧會帶來契機

北京冬奧會申辦成功以后，在國際奧委會與中國的共同努力下，通過冬奧會的籌備改變了我國部分省份因氣候限制而無法開展冰雪運動的現(xiàn)象，從文化、興趣、習慣等各個方面影響到我國的冰雪人口數(shù)量[12]，從而有利于實現(xiàn)我國“北冰南展”的目標。而虛擬仿真設備因其自身特點，適合在多種氣候條件下使用，在大眾期盼冰雪奧林匹克盛會的氛圍下，可以作為“北冰南展”戰(zhàn)略的重要應用工具。

2.3.2 冰雪政策支持帶來機遇

2015年，隨著我國獲得2022年冬奧會舉辦權(quán)，各項冰雪運動政策開始實行，其中2016年、2018年、2019年三年所出臺的政策最為重要[13]。政策主要圍繞“三億人參與冰雪運動”“兩綱三劃”“冬奧會保障工作”而展開，其中2016年《體育發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、2018年《帶動三億人參與冰雪運動實施綱要》、2019年《關(guān)于以2022年北京冬奧會為契機大力發(fā)展冰雪運動的意見》影響力較大，以上這些政策的出臺會幫助我國冰雪項目在場地設施、文化發(fā)展、項目建設等方面取得長足發(fā)展。未來冰雪項目與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以及虛擬仿真項目應用的正面經(jīng)驗，必定會增加虛擬仿真設備在體育項目中的應用范圍與使用頻率，虛擬仿真設備也會促進體育項目的技術(shù)提升與教學方式的拓展。

2.3.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)迅速發(fā)展

經(jīng)過近60年的發(fā)展，雖然VR等虛擬現(xiàn)實技術(shù)仍然使用頭部佩戴頭盔等數(shù)據(jù)傳感的方式，但已經(jīng)擺脫了原先給人外形笨重、功能單一、價格昂貴的印象，并朝實用化、便捷化、大眾化的方向發(fā)展[14]。隨著21世紀的科技發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已具備廣泛應用的條件，其應用優(yōu)勢、技術(shù)優(yōu)勢對于冰雪運動教學的實踐具有促進作用。

2.4 挑戰(zhàn)分析

2.4.1 旱地冰雪項目的發(fā)展

旱地冰雪運動中，因旱地冰球、輪滑運動、旱地滑雪的推廣與應用范圍較廣而具有代表性。旱地冰球作為一項團體運動，集競技與娛樂為一體，逐漸融入到體育課堂當中。輪滑運動以其不受場地限制、簡單易學、適宜人群廣的特點，廣泛應用于越野滑雪與冬季兩項運動的夏季訓練中[15]。目前六盤水市已開展冰雪暨越野滑雪滑輪運動進校園活動，該市部分學校已與體育局、體育文化公司形成戰(zhàn)略合作關(guān)系。旱地滑雪是滑雪項目的延伸，通過使用PE材料及一次注塑成型技術(shù)打造人造雪道，模擬冬季天然雪場的形態(tài)與摩擦力，主要在市區(qū)內(nèi)的公園與近郊的景區(qū)運營。當前，不斷地技術(shù)優(yōu)化使旱地滑雪的成本逐漸下降，日益發(fā)展的旱地冰雪運動也使得冰雪虛擬仿真設備在教學中面臨巨大競爭。

2.4.2 冰雪運動“西擴南展”的影響

隨著經(jīng)濟的發(fā)展與冰雪項目的推進，冰雪運動教學不斷發(fā)展，虛擬仿真設備也同時受到傳統(tǒng)教學場地與新興教學方式的雙重威脅。一方面，除東北等冰雪運動發(fā)達地區(qū)外，湖北、四川、云南等地區(qū)擁有高海拔地貌，氣溫相對較低，海拔2 000 m以上的山嶺有助于形成南方地區(qū)地勢獨特的滑雪場，目前已建成神農(nóng)架滑雪場、峨眉山滑雪場、玉龍山滑雪場等天然高山滑雪場。另一方面，室內(nèi)滑雪場作為室外滑雪場的補充和延續(xù)，也在很大程度上填補了雪季外其他時期冰雪運動的空白，并且室內(nèi)滑雪場不受地勢制約，多建設于市中心的核心商業(yè)娛樂區(qū)域，適合冰雪運動的推廣與參與。上述情況有可能威脅到虛擬仿真設備在冰雪運動教學當中的應用。

3 冰雪虛擬仿真設備輔助教學推廣路徑

3.1 宣傳設備功能，借鑒應用經(jīng)驗

當前冰雪虛擬仿真設備在教學中的應用并不廣泛，也導致其應用效果不能得到清晰展現(xiàn)。冰雪虛擬仿真設備自身獨特的科技元素與沉浸式、交互式體驗能夠吸引足夠多的參與者，為設備提供宣傳空間。因此為擴大該類設備的影響范圍，加強教師學生對設備的認知，應依托各地方冰雪協(xié)會舉辦虛擬仿真應用主題論壇，通過媒體的宣傳推廣作用展示虛擬仿真設備對教學的實用功能。依托冰雪運動在學校的發(fā)展政策，開展大量冰雪進校園活動，建立校園冰雪模擬實訓中心，并針對成功開展冰雪虛擬仿真設備應用的單位進行案例宣講，從而起到示范作用。以德國司凱泰思公司為例，其研發(fā)的3D模擬滑雪儀主打服務領域為專業(yè)運動領域與教學領域，在2014年索契冬奧會與2018年平昌冬奧會上被官方指定為訓練及康復設備，教學應用中為北京市第八中學、內(nèi)蒙興安盟學院、張家口學院等學校提供過冰雪進校園服務，公司也被指定為京津冀冰雪進校園資源單位。此類成功應用的案例將豐富冰雪虛擬仿真設備輔助教學的實踐發(fā)展，并提供了很好的借鑒案例。

3.2 緊跟政策導向，優(yōu)化服務保障

冰雪虛擬設備適用范圍廣、安全性高、體驗感好，為“帶動三億人參與冰雪運動”的愿景提供了條件，與冰雪進校園實施方案不謀而合。設備提供的便利條件降低了冰雪運動參與門檻，使學生更易產(chǎn)生興趣并參與到冰雪運動中;政策的支持為虛擬設備運用于教學提供了便利，有助于推動冰雪運動教學的整體發(fā)展。因此，未來冰雪虛擬仿真設備的應用需要以北京冬奧會、后奧運時代為依托，緊跟政策導向，秉持“健康第一”理念，以實現(xiàn)“全民健身”為最終目標。冰雪虛擬設備教學的開展也需要以設備流暢運行為基礎，應設立專門的售后部門，不斷更新設備功能版本，保障硬件設備與系統(tǒng)運行的穩(wěn)定流暢。并通過已有的教學實踐進行拓展，面向社會提供教學，教師也要與學生在課后小結(jié)時探討設備的使用心得，多方面提出意見。

3.3 建立評價體系，提升應用質(zhì)量

教學評價是對所實施的各種教育活動、教育過程和教育結(jié)果進行科學判定的過程。冰雪虛擬仿真教學評價同屬教學評價范圍，因其教學形式的特殊性與新穎性，應根據(jù)虛擬仿真實驗教學項目已有成果，以項目定位、內(nèi)容、設計、研發(fā)、應用、團隊為一級指標[16]，建立冰雪項目應用虛擬仿真設備的評價指標體系，以此規(guī)范并評價冰雪虛擬仿真設備教學。應在項目定位中融入教學理念，通過虛擬仿真設備交互性、科幻性、沉浸式特點實現(xiàn)情感目標，通過對學生視覺、聽覺、觸覺的交互作用實現(xiàn)技能目標。內(nèi)容要符合冰雪項目特點，并注重于在雪季外教學、理論課教學中的應用，熟練應用虛擬仿真設備，規(guī)范操作。教學設計要保證學生練習的負荷強度，注重學生綜合能力的提升，課堂中對設備的應用要規(guī)范、有序?？膳c管理部門指定的廠家共同合作，通過教師及學生的課堂體會共同優(yōu)化設備，依據(jù)學生興趣、反饋、參與度等教學效果指標提出針對性的改進措施。還可針對冰雪虛擬仿真設備教師、教學服務人員開展培訓，提升冰雪虛擬仿真設備的科研投入（圖2）。

4 結(jié)語

虛擬仿真設備的交互性、科幻性、沉浸式特點，推動著信息科技與體育教學相互結(jié)合。通過虛擬仿真設備的應用，可以把體育動作量化為視頻動作與數(shù)據(jù);通過動作量化與建模，可以有效彌補現(xiàn)實中肉眼觀察的不足及師生教學的單一性。當前，虛擬仿真設備已不再僅限于現(xiàn)實條件艱苦、危險性相對較大的冰雪運動項目等，而是可以應用于各學科的教學當中，但在其應用過程中我們?nèi)孕枥迩逄摂M與現(xiàn)實的關(guān)系，合理安排課時。當虛擬仿真設備在體育課堂成熟運用時，其必會以強大的優(yōu)勢與潛力在體育領域發(fā)揮重要作用。

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收稿日期：2020-12-22

基金項目：國家社會科學基金項目（17CTY008）。

第一作者簡介：曹敬博（1997-），男，河北邯鄲人，碩士研究生，研究方向為體育教育訓練學。

通訊作者：劉元國（1983-），男，吉林白山人，博士，博士生導師，教授，研究方向為體育社會學。