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摘要：從理論與實踐方面對中小學大課間活動的編排進行探究，利用虛擬現實技術的安全性、科學性、有效實用性、藝術創新性對中小學大課間活動進行輔助編排與教學，分別從虛擬操作流程、設計方案、實踐教學進行認識，基于虛擬現實技術的運用豐富了體育教學手段，促進學科之間的融合，為教育學的發展具有極大的意義。
關鍵詞：虛擬現實技術；學校體育；大課間
近年來，從“課間操”演變出來的“大課間”體育活動是體育第一課堂與第二課堂有機銜接，中小學“大課間”是學校教育中常規體育活動的形式，大課間體育活動在學校體育中起到了舉足輕重的作用［1］。在信息遠程傳遞如火如荼的當下，為促使大課間活動更為成熟、提高操練執行的有序性，將數字化虛擬現實技術運用于大課間活動的編排之中，促使其在Unity3D虛擬現實技術的催化下，完善教學方法、提高創作創新能力，為我國大課間數字化編排的可持續發展提供了新思路。
1國內外大課間的含義
1．1國內大課間
1999年教育部將課間操改名為大課間體育活動；2001年，時任的教育部體育衛生與藝術司司長楊貴仁說過在學校體育中要著重突出“健康第一”的思想理念，大力推動大課間體育活動，2011年，教育部印發《關于切實保證中小學生每天一小時校園體育活動的規定》開始大力開展豐富的大課間體育活動以及開始嚴格實施《國家學生體質健康標準》［2－3］。
1．2國外大課間
2018年美國出版的《JournalofExerciseScience＆Fitness》的書中描述到“大課間活動是孩子們（學生們）在學校期間參加的唯一體育活動，按照分類來說，可以分為三類：自由玩耍、結構式游戲、自我管理”。其次，文中還提到“在課間休息時間提供有組織的游戲活動可能會促進中小學生的身體交流行為以及早期的體育活動的參與行為和晚年肥胖風險有相關性”［4］。
2虛擬現實技術
2．1虛擬現實技術的含義
虛擬現實技術（VirtualRealityTechnology）即稱虛擬仿真技術誕生于美國。20世紀80年代，被譽為“虛擬現實之父”的美國VPL公司創始人杰倫?拉尼爾（JaronLanier）曾說過“VR是適用于信息時代戰爭的訓練模擬器”［4］。中國VR藝術的首倡者和推動者李懷驥也說過“VR技術是以計算機系統為主體的一套高科技仿真系統，是多個學科技術的綜合體”。我國學者張善立和施芬在《模擬虛擬概論》中提及到“將虛擬現實看成是一種具有人機交互特征的人機交互方式，在這種環境中可以同感受真實世界的方式一樣來感受計算機生成的虛擬世界，并且有一種身臨其境的感覺”［5］。
2．2虛擬現實的特征
美國科學家BurdeaG和PhilippeCoiffet在1993年發表了一篇題為“VirtualRealitySystemandApplication”的文章，文中他們提到“3I”結構式的觀念，即虛擬現實技術三角形。虛擬現實的“3I”特征是指由沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）、構想性（Imagination）構成，如圖1所示。
3虛擬現實在大課間中的應用
3．1大課間仿真實驗室
虛擬大課間實驗室是通過對數字大課間體育活動創建虛擬場景，利用高清攝像頭捕捉運動表象，深度傳感器獲取動作力度，數據處理編排成套動作。在真實的大課間的基礎上模擬運動表象的生成、動作的發力、編排的創新以及成套效果的呈現，實現數字可視化計算、體位的跟蹤和動態仿真的效果，大課間仿真實驗室是以大課間體育活動為活動對象，通過具有多媒體視聽設備的多功能實驗室，在三維空間中創建虛擬校園與數字校園，還可以利用虛擬全景技術對大課間場景環境進行改造與創新。大課間仿真實驗室是結合數字媒體技術對大課間體育活動制作的新型數字仿真實驗室。
3．2虛擬操作流程
3．2．1建立虛擬現實的情境
虛擬現實技術以最大的優勢創建出一種逼真的感覺和令人信服的互動操作，當學生進入VR世界中，學生擁有的視點作為VR系統中坐標原點（O點），“第一人稱”的視角可以通過自身的動作與行為，以一種真實的方式交互，從而獲得虛擬現實所賦予強烈的視覺沖擊和感覺浸淫。在虛擬校園環境的建設中利用三維視角清晰準確的讓學生直觀地觀察到每個場地器材的布局，清晰的看出大課間體育活動集體的走位路線，不管是走位的步長、拐角的角度、位移速度還是根據實際情況的結合隨時調整間隔之間的差距都可以利用數據附著于圖像或是動畫中展現出來，便于執行與操作。
3．2．2建立虛擬現實的人群動作仿真
虛擬情境是計算機生成的三維立體圖像，是著力于環境的整體性來設計的，而虛擬現實的人群動作仿真是立足于人類的社會性來設計的，人群動作仿真是指在虛擬情境中，群（Crowd）中可能包含多個組（Group），每個組中可以有相同或者不同的行為模式，而組中有可能包含多個“個體”的存在，他們每個個體也可以有相同或者不同的行為模式［7］，如見圖2。在大課間編排中，運用人群動作仿真的獨特性將互為相同的行為模式進行一致性操化的編排或者分組別做不同的動作模式，從而做出“分塊式”的運動效果。其次，虛擬現實的人群動作仿真技術包括虛擬人群的實時可視化、行為建模與仿真等內容，其中實時的可視化需要在人群動作仿真中顯示出真實感和速度的效果。在大課間模擬仿真中，利用每個組別速度的快慢來決定動作難度的系數，比如各個組別運用同一個1?8的拍子，在不同的時間啟動來完成相同的行為模式，從而做出“分層式”的運動效果。
3．3教學模塊設計方案
教學模塊分為入場、退場、熱身操、自編操、放松操、跑操和“一校一品”特色內容，教學模塊設計流程，如圖3所示。
3．3．1入場與退場
為了避免學校教學建筑較為分散，入退場的使用面積較小，阻礙學生們對體育活動的進行，虛擬情境的模擬能準確給出大課間的所需面積，利用數據處理對教學建筑的長度、高度以及與體育活動區域的面積范圍進行實時整合，明確指出入退場的隊形走位和學生所占面積的大小再通過圖像或是flash動畫將其展現出來，使大課間體育活動更加直觀。
3．3．2熱身操、自編操與放松操
虛擬現實技術針對不同的運動操選擇不同的編程數據進行人群動作仿真從而形成真實的人物原型，其原型具有真實的外觀、精準的力度、快速的反應以及較強的交互能力，從專業的角度上，依據運動軌跡、運動頻率和運動節奏來完成熱身操、自編操、放松操。使用者在虛擬世界中直接真實地通過自己的肢體語言、操化動作與周圍3D立體環境進行互動，完美地與VR世界融為一體，深入體會大課間活動的運動魅力，避免傳統教學的距離感，增強學生的體驗感，使大課間體育活動充滿樂趣。
3．3．3“一校一品”特色內容與跑操
“一校一品”特色內容和跑操運動是大課間體育活動最具有學校特色的核心模塊，利用VR沉浸感的特征，營造出身臨其境的體驗，從已有的數據庫中提取所需信息得到感性與理性的重新認識，從而深化新概念萌發新意想，產生認識上的再次飛躍。虛擬現實技術能夠隨時獲得編排的虛擬化教學資料，提供豐富的感知線索，能夠及時的獲得編排創新方案，增強學生的沉浸感，提高學生的知識遷移能力，學生從生理和心理都融入大課間之中，人體感官刺激得到極致發揮，具有強烈的認同感與歸屬感。
4虛擬現實回歸到大課間實踐教學
4．1以班級（組別）的小群體進行細節教學
中小學的低年級的學生是以無意注意占主導地位，即是注意力是以被動形式為主，興奮抑制產生的速度快，容易受到新鮮事物的影響而分散注意力。在對種類學生教學時，主要以小班（小組）的形式進行，因為教師的關注力有限，人數的減少才能將更多的關注力度給予小部分學生進行細節教學，提高了教學質量與教學效果。
4．2集體整合式操練
集體整合式操練就像拼拼圖一樣，首先保證每一小塊拼圖的獨立性，再拼成一整塊拼圖，拼圖過程中切記一蹴而就。當班級（組別）的學生能夠獨立完動作后，再將所有“小拼圖”拼成“完整的拼圖”，在成套的協同進行下，從三維視角直觀感受隊形的走位、動作的完成、藝術編排設計與整體效果，便于教學方案的選擇與操作的可行性。
4．3完美呈現
將虛擬現實技術應用于大課間的成套展示之中，增強現實技術在虛擬現實世界與實際現實世界之間架起一座橋梁，通過多媒體技術以及生成3D的視角，將大課間成套的展示用圖像、flash動畫、開放性圖形庫（OpenGL）表現出來。其次，虛擬現實技術模式通常允許可重復性，以修改一個不希望看到的結果，在結果出現后立刻進行調整，在進行反復反饋的同時保證學生感知的準確性。
5虛擬現實對大課間的仿真教學意義
5．1設立虛擬學習情境
虛擬現實技術在大課間編排教學中的實體運用，可以實現人群的可視化與虛擬情境，創造了出一個全新的教學環境給學生們營造了充滿學習的氣氛，通過利用仿真技術的直觀、真實、安全的的獨特的優勢，學生能夠有意識的進行實踐活動并且可以在其中“不受傷害”［8］，提高了學生自主學習的能力、提升了教學質量和教學效率，促進新的教學模式的形成，奠定了未來的教育事業的發展以及VR技術的發展。
5．2彌補不足預防失誤
不管是學校體育的體育教學還是競技體育的訓練比賽中，有一些客觀條件的限制使得我國體育事業發展緩慢，同場對抗性運動項目在運動過程中身體碰撞接觸的頻率快、面積大易造成運動損傷，而以技能主導類的運動項目如體操、跳水等運動員在完成高、難、險的難度技巧時易出現難以克服恐懼等運動心理陰影［9］。運用虛擬現實技術來減少運動員與教師教練的生理與心理所承受的壓力，同樣，在體育大課間中，避免由于學生們在同一個時間段活動，人數的繁多、場地的限制而易出現踩踏事件的發生，采用虛擬現實技術保證學生們參與體育鍛煉的健康安全的有效性。
5．3數據庫的構建
通過運用虛擬現實技術對大課間操化動作的優化和創意的編排，在不同的大課間評比和展示中，根據實時的具體情況，高度精確的捕捉、獲得與重建全新的具有創造性的大課間成套，吸取高質量的成套動作，在虛擬世界中形成三維的立體空間、運動表象和強大的分析處理器，將實際的大課間成套動作與虛擬現實數據庫中的成套動作進行同屏對比分析，發現實際中的不足，從而形成仿真數據庫，擴大編排和創新的方法手段，促進資源共享時代的到來，為多學科教學提供經驗，激發多學科的新型研究［10］。
6結論
通過上述研究分析綜合得出，運用虛擬現實技術能夠促進中小學大課間的編排的發展，為大課間編排提供多樣性的編排方案和多方面的教學。
6．1克服編排的難題
根據校區地理位置環境的不同，結合實際情況因地制宜的進行編排；根據學生的年齡段的不同，設計符合相應年齡組別的動作進行編排。
6．2增加編排的創新性
利用計算機模擬的三維空間對大課間進行三維藝術性創編；利用數字化管理并實時操控對大課間體育活動進行科學性創編。.
6．3構建編排成套的數據庫
通過每次編排的輸入形成數字化數據信息庫得以傳承，再通過輸出形成新的編排效果得以創新，在傳承與創新中發展，再通過跨領域、跨學科聯合研究發現虛擬現實技術的優勢與潛力，實現體育教學的現代化。
作者:李芷璇 馮道光 單位:華南師范大學
