实验要求
（1）专业与年级要求
本实验属于南京体育学院专业基础课《运动生理学》课程章节内容实验，该课程是面向全校体育学类（0402）所有专业学生大一至大四的必修课程。
（2）基本知识和能力要求
《运动生理学》课程在体育学科领域有着极其重要的学科地位，不仅是《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》中规定的体育学类本科专业7门基础课程之一，也是体育学科研究生考试和职业资格考试的主要科目之一。通过本课程的学习，可以科学地指导体育锻炼和运动训练，以达到增进健康、增强体质和提高运动成绩的目的。
本课程注重充分利用现代教育技术进行教学。通过“真实+虚拟”的线上线下实验教学能有助于提升学生学习质量，力求紧密结合生活实际，突出其适用性和实践性。实际教学中主讲教师均为我校一线骨干教师均具有比较丰富的教学经历和经验。知识角提供了大量学习素材，通过这些知识“碎片”，帮助同学们“自主学习”，并帮助其建立起比较完整的运动生理学知识体系。
教学成果
1、负责人简况
负责人叶强现为博士、教授、硕士生导师，现任南京体育学院体育教育与人文学院副院长，同时担任中国生物物理学会运动科学分会委员，江苏省生物医学工程学会理事，江苏省欧美同学会理事，江苏省运动生物力学学会委员等。
常年从事运动表现分析评估、体育测量与评价等方面教学科研工作。2016年被遴选为江苏省高校“青蓝工程”中青年学术带头人，2017年被遴选为江苏省“333工程”第三批次培养对象。近5年独立出版学术专著1部、教材2部，发表论文60余篇，获得授权发明专利7项、实用新型专利1项。主持或参与科研课题20余项，其中国家自然科学基金课题等省部级以上项目7项。并荣获中国体育科学学会科学技术奖等奖励3项。
2、团队简况
团队成员运动生理学孙飙教授系江苏省首席科技传播专家、江苏省科学健身指导专家、江苏省“运动干预慢病科学机理与锻炼方法”传播专家服务团团长。著有《去远方-走·跑·骑”》、《孙教授笑侃运动健康》等，近日在中宣部等单位主办的“读好书跟党走”主题活动中作直播分享有效传递了本项目的理念，即“人与自然协同绿色健康发展”。团队其他成员汤强研究员、吕远远副教授、赵彦副教授等均为多年从事运动干预慢病管理等课程相关教学科研工作。任涛、薛莲、邢静等均常年从事相关实验教学工作。
实验背景
本实验是一个综合性、设计性体育类实验，它的主要实验环节是有氧运动处方的制定，由此衍生出人体能量代谢测定、运动时心电图监控等多个环节。
1.有氧运动处方制定
有氧运动处方是对体育锻炼者或病人，根据医学检查资料（包括运动试验及体力测验），按其健康水平、体力强弱以及心血管功能状况，结合生活环境条件和运动爱好等个体特点，用处方的形式规定有氧运动的种类、时间和频率，并指出运动中的注意事项。本实验采用有氧运动处方制定的一般原理，而将运动限制为城市路径的走、跑运动，使其更有针对性。
有氧运动处方制定的要点和难点在于：
1）运动能力测试。要依据具体的条件选用合适的方法；
2）需要考虑年龄、性别、体能、健康状态的差异；
3）在运动处方制定和实施过程中，首先需要有一个观察期，使参加者适应所推荐的运动，同时观察参加者的生理反应。然后根据观察结果对运动处方进行修改和调整，通过这样的方式使运动处方暂时固定下来；
4）运动处方在实施过程中常常需要根据参加者的反应进行调整，特别是实施了较长一段时间后，参加者的有氧运动能力得以较大提高，这时要对运动处方进行较大的调整甚至重新设计；
5）运动强度的制定是运动处方的难点，需要学生根据不同的对象采用相应的方法。在本实验中，对上述要点和难点都有所考虑，例如，对于健康的和病弱的健身者，制定健身强度的方法原理是不一样的。
2.有氧运动能力测定
有氧运动能力是指机体进行以有氧代谢为主要能量来源的运动能力。国际上普遍采用最大摄氧量（VO2max）和METs作为判定的指标，主要采用呼吸气分析的方法测定。VO2max是机体在运动时所能摄取的最大氧量，是综合反应心肺功能状态和体力活动能力的最佳生理指标。VO2max可以通过极量运动试验直接测定，也可以通过亚极量负荷间接测定。在本实验中，心肺疾病患者和运动能力较弱者不能完成极量测试或亚极量测试，则可以测定其运动终点时的摄氧量，称为峰值摄氧量，以作为制定运动处方的依据。
有氧运动能力测试的过程中有可能出现终止指征，包括心绞痛、部分心电图异常、血压异常等等。在本实验中，如果虚拟受试者出现终止指征，学生需要果断地进行处理。
设计原则
1、实验设计创新：
心肺功能测评及应用是体育科学和运动医学交叉融合的应用焦点，已成为运动处方等健康知识普及研究热点，对具备实践指导能力的体育专业人才需求非常迫切。然而相关实验教学却面临着风险高、难度高、成本高的困难。团队遵照“能实不虚，虚实结合”的原则，为《运动生理学》等课程对应章节自主研发了城市路径健身指导虚拟仿真实验项目。
1）坚持先进教学理念，实验强调以学生为中心，采用了任务导向的实验方案设计，以任务挑战、情景代入的方式调动学生学习兴趣和积极性。
2）科学功能模块划分。实验将学科知识、专业技能和综合应用三个环节有机融合、环环相扣，引导学生通过容错探究式的实验过程得到个性化的实验结果，培养学生解决现实问题的专业能力和结构思维的思考方式。
3）体现综合设计需求，实验内容来源于健康中国行动的实际需要，实验仿真程序和模拟数据均来源于已有科研成果和经验模型，学生能系统了解知识要点、测评手段、指导依据和要素特征，形成个性化制定运动处方的综合能力。
4）渗透立德树人任务。实验选取南京标志性场景，展现绿水青山，传递新发展理念，树立学生投身体医融合、体教融合等国家战略的使命感和责任感。
2、教学方法创新：
在实验教学过程中，本实验综合采用了任务驱动式教学方法、控制变量法、自主设计法、比较法教学方法。教学方法的创新性主要表现在以下方面。
1）环节内容安排上采用层层递进的组织方式，体现“原理-方法-手段-实践-实证”的实验教学逻辑，符合“由浅至深、由易到难、由被动到主动”的学习认知规律，使教学达成度更高、更具科学性。
2）情景环境创设上采用生动形象的呈现方式，融合中央体育场、中山陵、夫子庙等南京标志性场景，画面具有代表性和亲和力，并以第一人称视角进行操作，能帮助学生明确实验意图并主动融入实验。
3）操作实践模式上采用容错探究的学习方式，基于工程思维模式，解决方案或参数取值并不唯一，确保学生体验自主探究的价值乐趣，弥合真实实验受现实环境、测试对象影响缺陷，展开反复探究。
2、评价体系创新：
1）面向任务的实验成绩评价指标。本实验采用了任务驱动式和情景体验式实验教学方法，因而实验成绩评价模型中的评价指标均来源于实验任务要求达到的性能指标，学生完成任务的质量是实验成绩评定的重要依据。
2）面向学生能力的实验成绩评价。针对容错探究式实验教学方法，本实验的成绩评价重点是学生分析问题和解决问题的能力。实验报告中的解决方案或参数取值并不唯一，但实验结果具有一致性。通过实验任务的完成质量，实验成绩评价模型自动对学生能力进行考核。
2、对传统教学的延伸与拓展：
1）拓展了传统实验教学的范围。户外健身指导能力涉及知识面广、影响因素多，由于实际实验对象是人，导致实验操作复杂、不可重复。即使针对学生自己开展教学实验，也存在较大的风险。在指导方案不合理、设置不正确等情况下，测试对象容易运动损伤或意外，危及学生安全。本实验将实际情况下基于心肺能力评估的运动处方设计实验以虚拟仿真的方式展现给学生，有效拓展了传统实验教学的范围。
2）拓展了实验教学内容的时代性和先进性。通过虚拟仿真实验的持续建设和改进，实验教学团队可以将运动医学、体育科学等相关的最新研究成果迅速转化为实验教学内容，让学生能够通过实验了解科技最前沿，而这一点是传统实验教学无法达到的。
实验目标
本团队依托南京体育学院“体育学”江苏省高校优势学科、运动人体科学和体育教育两个国家级一流本科专业建设点、江苏省重点实验室、江苏省协同创新中心平台。团队坚持以学生为中心的教学理念，遵照虚拟仿真实验项目“能实不虚、虚实结合”的原则，将科研成果反哺实验教学，自主开发城市健身路径指导虚拟实验项目，面向高校和全社会开放。
本实验项目依据《运动生理学》课程大纲和关键知识点，结合呼吸功能章节在军事训练、大众健身和竞技体育的应用场景，以心肺功能评估和健身路径规划为实验任务，构建基于城市不同健身环境下锻炼路径规划指导的虚拟仿真实验场景。实验旨在培养学生探究式思维方式和解决复杂突发问题的综合能力，具体实验目标包括：
1、理解“体医融合”的发展理念，坚定为人民健康服务的理想信念。
2、熟悉有氧运动能力测试的技术原理和常用设备，熟悉递增负荷试验的流程，掌握试验结果的评价方法，掌握紧急终止试验的指征，能做出及时准确的判断。
3、能够综合判断健身者的健康状态、有氧运动能力、锻炼习惯，结合温度、湿度等环境变化，制定合理的走、跑健身路径，以及确定合理的持续时间和运动强度。
成绩评定
1、健身路径设计合理，完成实验流程
学生经过遥测仪器的组装、有氧运动能力测试、健身路径指导等实验环节，正确地组装了仪器设备，测得了患者的最大摄影量和最大心率，并且用此来指导城市路径健身。设计的健身方案比较合理，兼顾了锻炼安全性和有效性，符合该受试者的实际需求。系统生成实验记录和实验报告，对整个实验流程进行评分。
2、健身路径设计不合理，需要重新设计
学生经过遥测仪器的组装、有氧运动能力测试、健身路径指导等实验环节，经过重复，正确地组装了仪器设备，完成了锻炼前的有氧运动能力测试。但是设计的城市路径健身方案不合理，不能兼顾锻炼的安全性和有效性，不符合该受试者的实际需求。系统会要求学生修改锻炼方案，重新与标准模型进行比对。学生经过重复设计，方案合理后，系统生成实验记录和实验报告，对整个实验流程进行评分。学生也可以主动放弃重新设计城市路径锻炼方案，直接生成实验记录和实验报告，则实验成绩有可能为不合格。
3、未能及时处理安全问题
如果在实验过程中，学生未能对受试者出现的紧急状况，例如心律失常和心脏缺血的征象进行紧急暂停，除了“处理心电图异常”这项不得分外，系统会额外扣除20分，学生即使完成了后面的实验，也有可能不合格。