實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介：
進(jìn)入新時(shí)代，習(xí)近平總書記高度重視人民群眾的身體健康，將全民健身作為全面建成小康社會(huì)的重要內(nèi)涵，上升到國(guó)家戰(zhàn)略的新高度。當(dāng)前，全國(guó)各地牢固樹(shù)立“綠水青山就是金山銀山”發(fā)展理念，隨著新時(shí)代美麗中國(guó)城市建設(shè)和全民健身國(guó)家戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，城市路徑健身運(yùn)動(dòng)已成為促進(jìn)全民健康的重要方式。
然而，健身行為要想兼顧有效性和安全性，需要專業(yè)的指導(dǎo)。為城市健身人群提供城市路徑健身指導(dǎo)是體育教育、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、運(yùn)動(dòng)人體科學(xué)、社會(huì)體育、運(yùn)動(dòng)康復(fù)等各專業(yè)學(xué)生共同的責(zé)任。南京體育學(xué)院積極響應(yīng)社會(huì)對(duì)新型體育人才的需求，將城市路徑健身指導(dǎo)納入到運(yùn)動(dòng)生理學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)生理學(xué)基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，具備獨(dú)立進(jìn)行健身指導(dǎo)的能力。
然而，城市路徑健身指導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在以下困難：
第一、實(shí)驗(yàn)對(duì)象層次眾多，配置資源多、實(shí)驗(yàn)成本高，特別是學(xué)生之間相互實(shí)驗(yàn)存在受試者過(guò)于同質(zhì)化的現(xiàn)象，很難遇到罹患冠心病、高血壓等慢病的受試者；
第二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中外界干擾因素眾多，風(fēng)險(xiǎn)把控、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水平較低，實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)系數(shù)大，如果在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中以上述慢病患者為實(shí)驗(yàn)對(duì)象需要承擔(dān)巨大風(fēng)險(xiǎn)；
第三、真實(shí)場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)環(huán)境具備隨機(jī)性，現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地缺乏多樣化，尤其難以進(jìn)行反復(fù)、對(duì)比實(shí)驗(yàn)。
針對(duì)以上問(wèn)題，運(yùn)動(dòng)生理學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)以相關(guān)科研和教學(xué)成果為基礎(chǔ)，自主研發(fā)了城市路徑健身指導(dǎo)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)2學(xué)時(shí)，對(duì)接《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》課程大綱第五章“呼吸機(jī)能”。項(xiàng)目構(gòu)建高度仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)學(xué)生能夠熟悉有氧運(yùn)動(dòng)能力測(cè)試的技術(shù)原理和常用設(shè)備，熟悉遞增負(fù)荷試驗(yàn)的流程，掌握有氧運(yùn)動(dòng)能力的評(píng)價(jià)方法，掌握緊急終止試驗(yàn)的指征并且能夠在出現(xiàn)意外時(shí)做出及時(shí)準(zhǔn)確的判斷。最終能夠綜合判斷健身者的健康狀態(tài)、有氧運(yùn)動(dòng)能力、鍛煉習(xí)慣，結(jié)合溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)，制定合理的走、跑健身路徑，以及確定合理的持續(xù)時(shí)間和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。
本實(shí)驗(yàn)融入“健康中國(guó)2030”國(guó)家戰(zhàn)略行動(dòng)，堅(jiān)持“服務(wù)人與自然協(xié)同綠色健康發(fā)展”理念，致力于普及健康知識(shí)、提升健身素養(yǎng)，并提升專業(yè)學(xué)生為不同人群提供針對(duì)性的運(yùn)動(dòng)健身方案或運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)服務(wù)能力。實(shí)驗(yàn)仿真程序和模擬數(shù)據(jù)均來(lái)自科研中的實(shí)際程序和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)采用圖形技術(shù)、3D仿真技術(shù)等手段對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景、人物進(jìn)行建模并且1：1還原模型功能。
實(shí)驗(yàn)背景：
（1）實(shí)驗(yàn)的必要性及實(shí)用性
隨著國(guó)家進(jìn)入中國(guó)式現(xiàn)代化發(fā)展階段，黨和國(guó)家高度重視人民群眾的身體健康，二十大報(bào)告明確指出推進(jìn)健康中國(guó)建設(shè)是提高人民生活品質(zhì)的主要任務(wù)之一，全民健身是健康中國(guó)、體育強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略實(shí)施的重要支撐。面對(duì)城市化、老齡化的社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)和日益增長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)健身需求，大力推廣科學(xué)健身知識(shí)，是服務(wù)國(guó)家“健康中國(guó)”戰(zhàn)略需求，培養(yǎng)具備獨(dú)立指導(dǎo)科學(xué)健身能力的專業(yè)人才的迫切需要。本項(xiàng)目面向國(guó)家戰(zhàn)略需求，立足學(xué)校的體育特色和專門人才培養(yǎng)定位，依托校內(nèi)省運(yùn)動(dòng)與健康工程協(xié)同創(chuàng)新中心、國(guó)家體育科普基地等機(jī)構(gòu)的教學(xué)、科研成果，致力于培養(yǎng)理論基礎(chǔ)扎實(shí)，實(shí)踐本領(lǐng)過(guò)硬的體育專業(yè)特色人才。 在真實(shí)場(chǎng)景中，城市路徑健身指導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在諸多困難。第一、實(shí)驗(yàn)對(duì)象管理困難。受試者來(lái)自各個(gè)人群，健康狀況不一，有些甚至罹患冠心病、高血壓等慢性病，很難對(duì)受試者的招募和醫(yī)務(wù)監(jiān)督環(huán)節(jié)進(jìn)行有效管理；第二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程控制困難。露天實(shí)驗(yàn)受到受試者個(gè)體健狀況以及風(fēng)雨、地形等眾多外界因素的干擾，很難保證安全和順利；第三、重復(fù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施困難。真實(shí)場(chǎng)景實(shí)驗(yàn)路程遠(yuǎn)，時(shí)間長(zhǎng)，成本高，而且偶然和不確定因素多，很難開(kāi)展重復(fù)實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生進(jìn)行反復(fù)論證和比較分析。因此，傳統(tǒng)上這部分教學(xué)內(nèi)容多以理論授課為主，教學(xué)方式少、教學(xué)效率低、學(xué)生體驗(yàn)差。
（2）教學(xué)設(shè)計(jì)的合理性
城市路徑健身指導(dǎo)及其相關(guān)實(shí)驗(yàn)是體育專業(yè)核心課程《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》的核心實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容之一，其中有氧運(yùn)動(dòng)能力評(píng)定和戶外健身運(yùn)動(dòng)處方設(shè)計(jì)更是運(yùn)動(dòng)健身指導(dǎo)的難點(diǎn)，其涉及到的理論知識(shí)點(diǎn)多、技術(shù)復(fù)雜，學(xué)生理解起來(lái)難度大。 該項(xiàng)目采用虛擬仿真手段模擬不同健身群體、常見(jiàn)城市場(chǎng)景、典型天氣環(huán)境。 學(xué)生在學(xué)習(xí)心電信號(hào)診斷、有氧運(yùn)動(dòng)能力評(píng)定、運(yùn)動(dòng)負(fù)荷評(píng)估等知識(shí)的基礎(chǔ)上，針對(duì)平臺(tái)隨機(jī)生成的受試對(duì)象，進(jìn)行個(gè)體化的有氧運(yùn)動(dòng)能力的估測(cè)，設(shè)計(jì)適宜的健身路徑、制定合理運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，并且對(duì)運(yùn)動(dòng)全程進(jìn)行監(jiān)控。實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了路徑健身的鍛煉咨詢的虛擬情節(jié)，其中個(gè)體狀態(tài)評(píng)估、運(yùn)動(dòng)處方制定、運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)處置這三個(gè)核心模塊能夠幫助提高學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題能力。
（3）實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的先進(jìn)性
本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以第一人稱視角實(shí)時(shí)仿真有氧運(yùn)動(dòng)能力評(píng)定過(guò)程和戶外健身運(yùn)動(dòng)處方設(shè)計(jì)和執(zhí)行過(guò)程，具有交互性、綜合性、準(zhǔn)確性、挑戰(zhàn)性。實(shí)驗(yàn)提供了優(yōu)良的人機(jī)交互方式，其中心電信號(hào)、氣體代謝、代謝當(dāng)量、心率、呼吸等重要參數(shù)均以動(dòng)態(tài)圖形直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生；學(xué)生可以通過(guò)改變速度，或者通過(guò)休息和補(bǔ)水來(lái)改變受試者的生理狀態(tài)；實(shí)驗(yàn)受多種因素的影響，受試者個(gè)體狀態(tài)、天氣、路徑組合等都有可能改變實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生需要綜合分析各方面的因素才能做出正確的判斷；實(shí)驗(yàn)的計(jì)算公式參考了國(guó)內(nèi)外權(quán)威文獻(xiàn)和教師團(tuán)隊(duì)的研究成果，真實(shí)地還原了運(yùn)動(dòng)過(guò)程中生理指標(biāo)的一般規(guī)律，此外，城市場(chǎng)景給學(xué)生提供了一種真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和運(yùn)用、觀察能力、綜合分析能力有較高的要求，具有較高的挑戰(zhàn)性。
設(shè)計(jì)原則：
1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新：
心肺功能測(cè)評(píng)及應(yīng)用是體育科學(xué)和運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)交叉融合的應(yīng)用焦點(diǎn)，已成為運(yùn)動(dòng)處方等健康知識(shí)普及研究熱點(diǎn)，對(duì)具備實(shí)踐指導(dǎo)能力的體育專業(yè)人才需求非常迫切。然而相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)卻面臨著風(fēng)險(xiǎn)高、難度高、成本高的困難。團(tuán)隊(duì)遵照“能實(shí)不虛，虛實(shí)結(jié)合”的原則，為《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》等課程對(duì)應(yīng)章節(jié)自主研發(fā)了城市路徑健身指導(dǎo)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
1）堅(jiān)持先進(jìn)教學(xué)理念，實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，采用了任務(wù)導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，以任務(wù)挑戰(zhàn)、情景代入的方式調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性。
2）科學(xué)功能模塊劃分。實(shí)驗(yàn)將學(xué)科知識(shí)、專業(yè)技能和綜合應(yīng)用三個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)融合、環(huán)環(huán)相扣，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)容錯(cuò)探究式的實(shí)驗(yàn)過(guò)程得到個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的專業(yè)能力和結(jié)構(gòu)思維的思考方式。
3）體現(xiàn)綜合設(shè)計(jì)需求，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來(lái)源于健康中國(guó)行動(dòng)的實(shí)際需要，實(shí)驗(yàn)仿真程序和模擬數(shù)據(jù)均來(lái)源于已有科研成果和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，學(xué)生能系統(tǒng)了解知識(shí)要點(diǎn)、測(cè)評(píng)手段、指導(dǎo)依據(jù)和要素特征，形成個(gè)性化制定運(yùn)動(dòng)處方的綜合能力。
4）滲透立德樹(shù)人任務(wù)。實(shí)驗(yàn)選取南京標(biāo)志性場(chǎng)景，展現(xiàn)綠水青山，傳遞新發(fā)展理念，樹(shù)立學(xué)生投身體醫(yī)融合、體教融合等國(guó)家戰(zhàn)略的使命感和責(zé)任感。
2、教學(xué)方法創(chuàng)新：
在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，本實(shí)驗(yàn)綜合采用了任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法、控制變量法、自主設(shè)計(jì)法、比較法教學(xué)方法。教學(xué)方法的創(chuàng)新性主要表現(xiàn)在以下方面。
1）環(huán)節(jié)內(nèi)容安排上采用層層遞進(jìn)的組織方式，體現(xiàn)“原理-方法-手段-實(shí)踐-實(shí)證”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)邏輯，符合“由淺至深、由易到難、由被動(dòng)到主動(dòng)”的學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律，使教學(xué)達(dá)成度更高、更具科學(xué)性。
2）情景環(huán)境創(chuàng)設(shè)上采用生動(dòng)形象的呈現(xiàn)方式，融合中央體育場(chǎng)、中山陵、夫子廟等南京標(biāo)志性場(chǎng)景，畫面具有代表性和親和力，并以第一人稱視角進(jìn)行操作，能幫助學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)意圖并主動(dòng)融入實(shí)驗(yàn)。
3）操作實(shí)踐模式上采用容錯(cuò)探究的學(xué)習(xí)方式，基于工程思維模式，解決方案或參數(shù)取值并不唯一，確保學(xué)生體驗(yàn)自主探究的價(jià)值樂(lè)趣，彌合真實(shí)實(shí)驗(yàn)受現(xiàn)實(shí)環(huán)境、測(cè)試對(duì)象影響缺陷，展開(kāi)反復(fù)探究。
2、評(píng)價(jià)體系創(chuàng)新：
1）面向任務(wù)的實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)指標(biāo)。本實(shí)驗(yàn)采用了任務(wù)驅(qū)動(dòng)式和情景體驗(yàn)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，因而實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)模型中的評(píng)價(jià)指標(biāo)均來(lái)源于實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求達(dá)到的性能指標(biāo)，學(xué)生完成任務(wù)的質(zhì)量是實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定的重要依據(jù)。
2）面向?qū)W生能力的實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)。針對(duì)容錯(cuò)探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，本實(shí)驗(yàn)的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)重點(diǎn)是學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的解決方案或參數(shù)取值并不唯一，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一致性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的完成質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)模型自動(dòng)對(duì)學(xué)生能力進(jìn)行考核。
2、對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的延伸與拓展：
1）拓展了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的范圍。戶外健身指導(dǎo)能力涉及知識(shí)面廣、影響因素多，由于實(shí)際實(shí)驗(yàn)對(duì)象是人，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜、不可重復(fù)。即使針對(duì)學(xué)生自己開(kāi)展教學(xué)實(shí)驗(yàn)，也存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。在指導(dǎo)方案不合理、設(shè)置不正確等情況下，測(cè)試對(duì)象容易運(yùn)動(dòng)損傷或意外，危及學(xué)生安全。本實(shí)驗(yàn)將實(shí)際情況下基于心肺能力評(píng)估的運(yùn)動(dòng)處方設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以虛擬仿真的方式展現(xiàn)給學(xué)生，有效拓展了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的范圍。
2）拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的時(shí)代性和先進(jìn)性。通過(guò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的持續(xù)建設(shè)和改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)可以將運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、體育科學(xué)等相關(guān)的最新研究成果迅速轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解科技最前沿，而這一點(diǎn)是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)法達(dá)到的。
實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：
本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用虛擬仿真手段模擬城市路徑健身的不同健身群體、常見(jiàn)城市場(chǎng)景、典型天氣環(huán)境的有氧運(yùn)動(dòng)能力評(píng)定和戶外健身運(yùn)動(dòng)處方設(shè)計(jì)，是南京體育學(xué)院體育專業(yè)學(xué)生必修的核心課程《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)核心組成部分，實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)如下：
（1）育人目標(biāo)：通過(guò)課程思政教育，使學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)國(guó)家“推進(jìn)健康中國(guó)建設(shè)”的重要的戰(zhàn)略，樹(shù)立為人民健康事業(yè)努力奮斗的理想；培養(yǎng)學(xué)生從事體育和 健康事業(yè)的責(zé)任心和榮譽(yù)感。
（2）認(rèn)知目標(biāo)：熟悉人體心肺功能、代謝功能的基本理論；熟悉運(yùn)動(dòng)過(guò)程中人體機(jī)能的變化規(guī)律及調(diào)節(jié)機(jī)制；掌握有氧運(yùn)動(dòng)能力評(píng)價(jià)的常用方法和運(yùn)動(dòng)處方 制定的原則。
（3）能力目標(biāo)：通過(guò)本實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得對(duì)人體各項(xiàng)生理指標(biāo)的綜合分析能力，獲得評(píng)價(jià)健身效果和健身安全性的實(shí)踐能力，獲得為不同人群提供運(yùn)動(dòng)處方的基本技能。
實(shí)驗(yàn)要求：
（1）專業(yè)與年級(jí)要求
本實(shí)驗(yàn)屬于南京體育學(xué)院專業(yè)基礎(chǔ)課《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》課程章節(jié)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)，該課程是面向全校體育學(xué)類（0402）所有專業(yè)學(xué)生大一至大四的必修課程。
（2）基本知識(shí)和能力要求
《運(yùn)動(dòng)生理學(xué)》課程在體育學(xué)科領(lǐng)域有著極其重要的學(xué)科地位，不僅是《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的體育學(xué)類本科專業(yè)7門基礎(chǔ)課程之一，也是體育學(xué)科研究生考試和職業(yè)資格考試的主要科目之一。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，可以科學(xué)地指導(dǎo)體育鍛煉和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，以達(dá)到增進(jìn)健康、增強(qiáng)體質(zhì)和提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)的目的。
本課程注重充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)進(jìn)行教學(xué)。通過(guò)“真實(shí)+虛擬”的線上線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)能有助于提升學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量，力求緊密結(jié)合生活實(shí)際，突出其適用性和實(shí)踐性。實(shí)際教學(xué)中主講教師均為我校一線骨干教師均具有比較豐富的教學(xué)經(jīng)歷和經(jīng)驗(yàn)。知識(shí)角提供了大量學(xué)習(xí)素材，通過(guò)這些知識(shí)“碎片”，幫助同學(xué)們“自主學(xué)習(xí)”，并幫助其建立起比較完整的運(yùn)動(dòng)生理學(xué)知識(shí)體系。
