摘要：从理论与实践方面对中小学大课间活动的编排进行探究，利用虚拟现实技术的安全性、科学性、有效实用性、艺术创新性对中小学大课间活动进行辅助编排与教学，分别从虚拟操作流程、设计方案、实践教学进行认识，基于虚拟现实技术的运用丰富了体育教学手段，促进学科之间的融合，为教育学的发展具有极大的意义。
关键词：虚拟现实技术；学校体育；大课间
近年来，从“课间操”演变出来的“大课间”体育活动是体育第一课堂与第二课堂有机衔接，中小学“大课间”是学校教育中常规体育活动的形式，大课间体育活动在学校体育中起到了举足轻重的作用［1］。在信息远程传递如火如荼的当下，为促使大课间活动更为成熟、提高操练执行的有序性，将数字化虚拟现实技术运用于大课间活动的编排之中，促使其在Unity3D虚拟现实技术的催化下，完善教学方法、提高创作创新能力，为我国大课间数字化编排的可持续发展提供了新思路。
1国内外大课间的含义
1．1国内大课间
1999年教育部将课间操改名为大课间体育活动；2001年，时任的教育部体育卫生与艺术司司长杨贵仁说过在学校体育中要着重突出“健康第一”的思想理念，大力推动大课间体育活动，2011年，教育部印发《关于切实保证中小学生每天一小时校园体育活动的规定》开始大力开展丰富的大课间体育活动以及开始严格实施《国家学生体质健康标准》［2－3］。
1．2国外大课间
2018年美国出版的《JournalofExerciseScience＆Fitness》的书中描述到“大课间活动是孩子们（学生们）在学校期间参加的唯一体育活动，按照分类来说，可以分为三类：自由玩耍、结构式游戏、自我管理”。其次，文中还提到“在课间休息时间提供有组织的游戏活动可能会促进中小学生的身体交流行为以及早期的体育活动的参与行为和晚年肥胖风险有相关性”［4］。
2虚拟现实技术
2．1虚拟现实技术的含义
虚拟现实技术（VirtualRealityTechnology）即称虚拟仿真技术诞生于美国。20世纪80年代，被誉为“虚拟现实之父”的美国VPL公司创始人杰伦?拉尼尔（JaronLanier）曾说过“VR是适用于信息时代战争的训练模拟器”［4］。中国VR艺术的首倡者和推动者李怀骥也说过“VR技术是以计算机系统为主体的一套高科技仿真系统，是多个学科技术的综合体”。我国学者张善立和施芬在《模拟虚拟概论》中提及到“将虚拟现实看成是一种具有人机交互特征的人机交互方式，在这种环境中可以同感受真实世界的方式一样来感受计算机生成的虚拟世界，并且有一种身临其境的感觉”［5］。
2．2虚拟现实的特征
美国科学家BurdeaG和PhilippeCoiffet在1993年发表了一篇题为“VirtualRealitySystemandApplication”的文章，文中他们提到“3I”结构式的观念，即虚拟现实技术三角形。虚拟现实的“3I”特征是指由沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）、构想性（Imagination）构成，如图1所示。
3虚拟现实在大课间中的应用
3．1大课间仿真实验室
虚拟大课间实验室是通过对数字大课间体育活动创建虚拟场景，利用高清摄像头捕捉运动表象，深度传感器获取动作力度，数据处理编排成套动作。在真实的大课间的基础上模拟运动表象的生成、动作的发力、编排的创新以及成套效果的呈现，实现数字可视化计算、体位的跟踪和动态仿真的效果，大课间仿真实验室是以大课间体育活动为活动对象，通过具有多媒体视听设备的多功能实验室，在三维空间中创建虚拟校园与数字校园，还可以利用虚拟全景技术对大课间场景环境进行改造与创新。大课间仿真实验室是结合数字媒体技术对大课间体育活动制作的新型数字仿真实验室。
3．2虚拟操作流程
3．2．1建立虚拟现实的情境
虚拟现实技术以最大的优势创建出一种逼真的感觉和令人信服的互动操作，当学生进入VR世界中，学生拥有的视点作为VR系统中坐标原点（O点），“第一人称”的视角可以通过自身的动作与行为，以一种真实的方式交互，从而获得虚拟现实所赋予强烈的视觉冲击和感觉浸淫。在虚拟校园环境的建设中利用三维视角清晰准确的让学生直观地观察到每个场地器材的布局，清晰的看出大课间体育活动集体的走位路线，不管是走位的步长、拐角的角度、位移速度还是根据实际情况的结合随时调整间隔之间的差距都可以利用数据附着于图像或是动画中展现出来，便于执行与操作。
3．2．2建立虚拟现实的人群动作仿真
虚拟情境是计算机生成的三维立体图像，是着力于环境的整体性来设计的，而虚拟现实的人群动作仿真是立足于人类的社会性来设计的，人群动作仿真是指在虚拟情境中，群（Crowd）中可能包含多个组（Group），每个组中可以有相同或者不同的行为模式，而组中有可能包含多个“个体”的存在，他们每个个体也可以有相同或者不同的行为模式［7］，如见图2。在大课间编排中，运用人群动作仿真的独特性将互为相同的行为模式进行一致性操化的编排或者分组别做不同的动作模式，从而做出“分块式”的运动效果。其次，虚拟现实的人群动作仿真技术包括虚拟人群的实时可视化、行为建模与仿真等内容，其中实时的可视化需要在人群动作仿真中显示出真实感和速度的效果。在大课间模拟仿真中，利用每个组别速度的快慢来决定动作难度的系数，比如各个组别运用同一个1?8的拍子，在不同的时间启动来完成相同的行为模式，从而做出“分层式”的运动效果。
3．3教学模块设计方案
教学模块分为入场、退场、热身操、自编操、放松操、跑操和“一校一品”特色内容，教学模块设计流程，如图3所示。
3．3．1入场与退场
为了避免学校教学建筑较为分散，入退场的使用面积较小，阻碍学生们对体育活动的进行，虚拟情境的模拟能准确给出大课间的所需面积，利用数据处理对教学建筑的长度、高度以及与体育活动区域的面积范围进行实时整合，明确指出入退场的队形走位和学生所占面积的大小再通过图像或是flash动画将其展现出来，使大课间体育活动更加直观。
3．3．2热身操、自编操与放松操
虚拟现实技术针对不同的运动操选择不同的编程数据进行人群动作仿真从而形成真实的人物原型，其原型具有真实的外观、精准的力度、快速的反应以及较强的交互能力，从专业的角度上，依据运动轨迹、运动频率和运动节奏来完成热身操、自编操、放松操。使用者在虚拟世界中直接真实地通过自己的肢体语言、操化动作与周围3D立体环境进行互动，完美地与VR世界融为一体，深入体会大课间活动的运动魅力，避免传统教学的距离感，增强学生的体验感，使大课间体育活动充满乐趣。
3．3．3“一校一品”特色内容与跑操
“一校一品”特色内容和跑操运动是大课间体育活动最具有学校特色的核心模块，利用VR沉浸感的特征，营造出身临其境的体验，从已有的数据库中提取所需信息得到感性与理性的重新认识，从而深化新概念萌发新意想，产生认识上的再次飞跃。虚拟现实技术能够随时获得编排的虚拟化教学资料，提供丰富的感知线索，能够及时的获得编排创新方案，增强学生的沉浸感，提高学生的知识迁移能力，学生从生理和心理都融入大课间之中，人体感官刺激得到极致发挥，具有强烈的认同感与归属感。
4虚拟现实回归到大课间实践教学
4．1以班级（组别）的小群体进行细节教学
中小学的低年级的学生是以无意注意占主导地位，即是注意力是以被动形式为主，兴奋抑制产生的速度快，容易受到新鲜事物的影响而分散注意力。在对种类学生教学时，主要以小班（小组）的形式进行，因为教师的关注力有限，人数的减少才能将更多的关注力度给予小部分学生进行细节教学，提高了教学质量与教学效果。
4．2集体整合式操练
集体整合式操练就像拼拼图一样，首先保证每一小块拼图的独立性，再拼成一整块拼图，拼图过程中切记一蹴而就。当班级（组别）的学生能够独立完动作后，再将所有“小拼图”拼成“完整的拼图”，在成套的协同进行下，从三维视角直观感受队形的走位、动作的完成、艺术编排设计与整体效果，便于教学方案的选择与操作的可行性。
4．3完美呈现
将虚拟现实技术应用于大课间的成套展示之中，增强现实技术在虚拟现实世界与实际现实世界之间架起一座桥梁，通过多媒体技术以及生成3D的视角，将大课间成套的展示用图像、flash动画、开放性图形库（OpenGL）表现出来。其次，虚拟现实技术模式通常允许可重复性，以修改一个不希望看到的结果，在结果出现后立刻进行调整，在进行反复反馈的同时保证学生感知的准确性。
5虚拟现实对大课间的仿真教学意义
5．1设立虚拟学习情境
虚拟现实技术在大课间编排教学中的实体运用，可以实现人群的可视化与虚拟情境，创造了出一个全新的教学环境给学生们营造了充满学习的气氛，通过利用仿真技术的直观、真实、安全的的独特的优势，学生能够有意识的进行实践活动并且可以在其中“不受伤害”［8］，提高了学生自主学习的能力、提升了教学质量和教学效率，促进新的教学模式的形成，奠定了未来的教育事业的发展以及VR技术的发展。
5．2弥补不足预防失误
不管是学校体育的体育教学还是竞技体育的训练比赛中，有一些客观条件的限制使得我国体育事业发展缓慢，同场对抗性运动项目在运动过程中身体碰撞接触的频率快、面积大易造成运动损伤，而以技能主导类的运动项目如体操、跳水等运动员在完成高、难、险的难度技巧时易出现难以克服恐惧等运动心理阴影［9］。运用虚拟现实技术来减少运动员与教师教练的生理与心理所承受的压力，同样，在体育大课间中，避免由于学生们在同一个时间段活动，人数的繁多、场地的限制而易出现踩踏事件的发生，采用虚拟现实技术保证学生们参与体育锻炼的健康安全的有效性。
5．3数据库的构建
通过运用虚拟现实技术对大课间操化动作的优化和创意的编排，在不同的大课间评比和展示中，根据实时的具体情况，高度精确的捕捉、获得与重建全新的具有创造性的大课间成套，吸取高质量的成套动作，在虚拟世界中形成三维的立体空间、运动表象和强大的分析处理器，将实际的大课间成套动作与虚拟现实数据库中的成套动作进行同屏对比分析，发现实际中的不足，从而形成仿真数据库，扩大编排和创新的方法手段，促进资源共享时代的到来，为多学科教学提供经验，激发多学科的新型研究［10］。
6结论
通过上述研究分析综合得出，运用虚拟现实技术能够促进中小学大课间的编排的发展，为大课间编排提供多样性的编排方案和多方面的教学。
6．1克服编排的难题
根据校区地理位置环境的不同，结合实际情况因地制宜的进行编排；根据学生的年龄段的不同，设计符合相应年龄组别的动作进行编排。
6．2增加编排的创新性
利用计算机模拟的三维空间对大课间进行三维艺术性创编；利用数字化管理并实时操控对大课间体育活动进行科学性创编。.
6．3构建编排成套的数据库
通过每次编排的输入形成数字化数据信息库得以传承，再通过输出形成新的编排效果得以创新，在传承与创新中发展，再通过跨领域、跨学科联合研究发现虚拟现实技术的优势与潜力，实现体育教学的现代化。
作者:李芷璇 冯道光 单位:华南师范大学
