2010年9月15日，由中國體育科學學會體育儀器器材分會和中國系統仿真學會體育系統仿真專業委員會主辦，北京體育大學科研中心和《中國現代教育裝備》雜志社承辦的主題為“體育院所實驗室的管理與運行”的全國體育院所實驗室管理發展研討會在北京體育大學科學研究中心舉辦。在研討會召開期間，筆者采訪了國家體育總局體育科學研究所體育工程研究中心副主任，體育系統仿真實驗室主任、中國系統仿真學會體育系統仿真專業委員會秘書長李祥晨。他是第一個對體育系統仿真概念做了系統界定的人，并創建了國家體育總局體育科學研究所體育系統仿真實驗室，長期從事體育系統仿真研究工作，出版專著一部，發表學術論文20余篇，他所做的每項工作無不飽含開拓精神和創新意識。
李祥晨主任
李祥晨主任給體育系統仿真下的定義為，通過計算機模擬技術再現體育教師的教學經驗、教練員的訓練意圖、管理者的組織方案和運動員的訓練過程，從而達到對體育系統的解釋、分析、預測、評價的一種實驗技術學科。李主任介紹說，體育系統仿真是隨著現代計算機技術的快速發展和廣泛應用而產生的，但仿真的概念自古有之，古人在從事大型工程，如制造船舶、修建樓房前都需要先做一個模型，然后根據模型去造船建房。如果在沒有模型驗證的情況下貿然開始造船建房，往往承擔很大失敗的風險。建造這些船舶和房屋的模型的過程都可以看作是仿真活動，但這并不是現代意義的仿真，因為，現代意義的仿真是以計算機的發展為前提的，是通過數學建模建立和計算機計算來實現。數學建模是一個復雜的過程，牛頓發現的三大定律，就是給出了3個數學公式，這3個數學公式從本質上來說也就是3個數學模型，它們涵蓋了所有宏觀低速物體的運動規律。運用這3個公式可以描述所有物體的運動，如鉛球的軌跡、標槍的飛行等。具體到實際應用中，這個數學模型就變得非常復雜和精細。例如運動員投鉛球，如果只考慮鉛球的運動，牛頓第二定律就可以解決，因為其本質就是拋物線運動。鉛球的運動很簡單，但要反映運動員的運動就非常復雜，人的關節特別多，減去一些無關關節后，可以用剛體模型描述，于是又可以用牛頓第二定律解釋。當然，為了更逼近真實的運動過程，還需要考慮其他許多因素。隨著參量的增加，運算量就變得相當大了，就離不開計算機的幫助。
在體育系統仿真中常常運用計算機來模擬再現人的行為，包括運動員的運動，教練員的想法和意圖。李主任以體育動作創新為例，深入淺出地介紹了體育系統仿真的應用：如果把教練的設想告訴運動員，讓他直接去嘗試，可能完成不了，也可能導致運動員受傷。而用系統仿真技術，在計算機系統中事先就能獲知動作到底能做到什么程度，如果實現不了應該調整哪些參數。仿真技術不僅用于動作創新，在設計輔助器材中更能大展拳腳。如設計力量訓練器或特種關節訓練器，若僅憑想象難以制作成功，需要借助計算機軟件中的一些功能。器材設計出來后，能不能達到預期效果呢，還可將數字的“人”放進去驗證，也可以在全景虛擬現實中讓真人通過傳感器去操作計算機里的虛擬器材。利用系統仿真技術可以簡單、高效、經濟地達到設計和驗證的目的，更重要的是可以保證運動員的安全。此外，體育系統仿真還可以用于模擬訓練，利用計算機模擬出整個運動場地，學生可以在虛擬運動場里做適合自己的訓練。體育系統仿真的最終目的是為了控制系統的發展，控制事情的推進，使運動員取得更好的成績，在大型活動中更能突顯它的優勢。在2008年奧運會開幕式和2009年國慶閱兵式中都用到了系統仿真技術。
二、體育系統仿真對體育教學的意義
李主任認為，就目前而言體育系統仿真對體育教學意義非常重大，而從長遠來看，其意義還會越來越大。教學系統電器化程度逐步加深，多媒體教室正在迅速普及，從而推動了體育系統仿真在教學中的應用。在體育教學中，最常見的教學方法是教師在前面演示動作，學生在后面跟著做，學生如果因為距離等原因看不清楚教師的示范就學不好動作。如果使用仿真技術就可以把全部教學過程變成虛擬現實，使學生非常方便地自主學習：一是可以實時、隨地開展學習，不需要在體育館受實體條件的限制；二是可以實時檢查，從360º去觀察教師的動作，并且可以任意放大、縮小和旋轉，為更精細地掌握動作提供了條件。在教學前可以驗證教學方案的可行性，驗證其是否科學，能否教好學生。此外，運用仿真中的虛擬現實還可以對教學效果進行評估，把仿真效果與真實效果進行對照，對角度不夠、力度不夠、速度不夠等情況都可以做實時對照。
他預測，在未來幾年中，隨著計算機技術的發展，軟件開發難度降低，體育系統仿真在教學中一定會大有作為。它可以全方位地介入教學流程中，包括課程開發、實施和評估等都可以實時使用仿真技術。仿真技術是隨著現代科技的發展而發展的，科技越進步，它的應用就會越廣泛和深入。目前，信息技術的趨勢是計算機運算速度加快，操作界面更加簡潔，人機交互更容易，這些都將推動仿真技術的發展和應用。對于這個問題他通過回溯過去展望未來：現在學生利用電腦游戲進行學習，例如，和計算機打乒乓球、打網球，增進戰略與戰術學習，但如果往前推20年，這些事情是不可想象的，那時計算機的運行速度比現在手機的運行速度還要慢。正是鑒于現代科技的快速發展，李主任對未來系統仿真在體育教學中發揮更大的作用很有信心。
三、體育系統仿真實驗室的建立
在我國，現代意義上的系統仿真已經有近30年研究歷史了，它最早出現在20世紀80年代，隨著計算機技術的發展而產生。最早應用于國防和航空航天領域，因為這些領域非常需要系統仿真技術。以后隨著計算機發展，系統仿真技術逐漸民用化，社會其他領域也開始使用。20世紀90年代起，陸續有人關注體育系統仿真，從2000年開始進入系統研究階段。國家體育總局科研所體育系統仿真實驗室是在原所長李元偉的大力支持下于2002年10成立的，后來的歷屆領導也都很支持實驗室的建設和發展。體育系統仿真實驗室的一個突出特點是高科技，即以高科技研究體育，在全部體育工作中技術比較領先。以前的體育研究往往集中在生理、生化和訓練，而體育仿真是以計算機、高科技和網絡為主的交叉學科，具有很強的實踐性和工作性，屬于遵循科學規律的應用研究。體育系統仿真具有廣闊的發展空間和應用前景，又得到了領導的支持和關懷，因此在創立的短短幾年里發展較快，目前體育系統仿真實驗室承擔了科技部、基金委、國家體育總局等多個項目。
四、科研心得：得益于廣泛的興趣和愛好
據筆者了解，李祥晨主任在攻讀研究生期間已經出版了專著《體育系統仿真》，先后發表學術論文20余篇。當筆者請李主任介紹科研心得時，他謙虛地表示目前主要是在做項目，發表的論文并不多，對這個問題不好回答。陪伴他參加本次研討會的師弟兼好友向筆者介紹了李主任科研工作中的兩段“逸事”：
興趣廣泛的社團主席
李祥晨主任自幼興趣廣泛，雖然大學所學專業是體育，但他最感興趣的卻是工科，經常旁聽其他院系物理、數學、電子和計算機相關課程。他不僅掌握多學科扎實理論知識，還具備超強的動手實踐能力，擔任電子社團主席的他利用課余時間帶領協會會員義務為學校周邊住戶維修家電，他精湛的技術和老實本份的人品受到大家的一致贊揚。
風扇對著電腦吹
研究生期間李祥晨主任所學的專業是體育系統工程，研究方向為系統仿真，從2000年開始接觸系統仿真技術，于2001年出版了《體育系統仿真》。在寫這本書時，計算機硬件條件不像現在這樣先進，主機散熱效果不理想，電腦經常死機。為了加快寫作進度，李主任將僅有的一臺電風扇對著主機吹，而自己在三十多度的高溫中汗流浹背地工作。
當筆者問及這兩個故事的細節時，李主任笑而不答。只是簡單地告訴筆者，他的科研工作的確得益于廣泛的興趣和愛好。正是因為對其他學科的了解，使他能夠從多個角度思考問題，而他也正是從學科交叉部分有所得。
五、對全國體育院所實驗室管理發展研討會的建議
北京體育大學“全國體育院所實驗室管理發展研討會”已經舉辦了兩屆，提供了一個難得的交流機會，推動了體育實驗室發展，應該繼續辦下去。其中一個問題我覺得探討得很有意義，中國的體育實驗室開放率不到1%，有的一年僅開放幾次，有些低檔實驗室一年甚至用不了一次。作為科學研究的一個主戰場，實驗室本身都是封閉的，沒有實驗就談不上科學研究，它不像哲學那樣“面壁十年圖破壁”，而需要靠科學實驗來證明。認識世界的方法有3種：觀察、實驗和仿真，在現代科學體系中，僅憑觀察已經行不通了，因此，需要把實驗室開放，形成一種開放機制，聯合開展研究，對推動科學進步非常有意義。“體育院所實驗室的管理與運行”這一主題的探討可以推進實驗室管理與開放，既有利于學校體育教學也有利于加快科學研究。希望這樣的研討會越辦越好，規模也越來越大。
編后語
與很多科研工作者一樣，李祥晨主任不太善于言辭表達，只有在談及體育系統仿真這個話題時他才有說不完的話。廣泛的興趣愛好和多學科背景，使他可以迅速了解各行業領先技術，進而整合多學科優勢資源達到創新之目的。李主任的科研創新經驗值得學習，致力于教育裝備創新與建設的《中國現代教育裝備》雜志將繼續關注李祥晨主任及他帶領的國家體育總局體育科學研究所體育系統仿真實驗室，推動體育院所實驗室發展。
撰稿：安健
