（1）通过实验使学生掌握运动实验的实施过程和力竭运动实验的注意事项，全面理解力竭过程中机体机能的动态变化和运动的“双刃剑”性质，进而建立伤害预防意识、运动安全意识；形成以人为本、“健康第一”的基本理念；培养学生辩证思维能力和珍爱生命、关爱他人的崇高思想品格。激发学生学习兴趣，引导学生产生以过硬的专业本领为祖国和人民服务的职业自豪感。
（2）观察、了解力竭过程中人体氧运输系统的主要表现，建立直观印象与实践经验，加深和巩固相关书本知识，为今后从事运动训练和健身指导工作打下坚实的理论根基。
（3）通过在线反复操作练习，掌握大型贵重仪器的规范化操作流程，形成氧运输系统机能测定与评价能力。
（4）通过“虚拟快进”、“时空融合”等虚拟手段，反复观察、比较运动过程中人体生理机能的各种变化，帮助学生综合理解运动过程中氧运输系统的变化及其相互关系，实现知识整合与融通，进而提升健康评估、运动训练、健身指导、运动选材、体育科研等专业能力。
（1）运动力竭原理
运动过程中，当机体生理过程不能继续保持在特定水平上进行和/或不能维持预定的运动强度时，即称之为运动性疲劳(exercise-induced fatigue)，其主要表现为机体工作能力的暂时性下降。适度的疲劳可以刺激机能水平不断提高，但是当运动性疲劳继续发展，身体和/或心理疲惫，难以为继时，则发生运动性力竭(exercise-induced exhaustion)。从中枢神经系统到神经-肌肉接点，直至骨骼肌内部，任何一个环节发生机能障碍都有可能导致力竭，迄今为止确切机制还不十分清楚，可能原因有：营养物质消耗、代谢产物堆积、内环境稳定性失调、中枢神经保护性抑制、自由基增多、神经-内分泌-免疫网络失调、多因素综合突变等。
（2）仪器测试原理
在有大量肌肉参与的力竭运动过程中，氧运输系统和肌肉利用氧的能力达到人体极限水平。为适应强度的骤增，氧运输系统的机能发生显著变化。这些变化是竞技训练和体育健身时确定运动强度的重要指标，也是指导运动的理论基础。
氧运输系统由呼吸系统和血液循环系统构成。呼吸系统机能变化可用“气体代谢分析仪”评定，血液循环系统机能可用“数字无创心功能检测仪”（测定心机能）、“全自动生化分析仪”（测定血液成分）等仪器来测定定。这些仪器的简要工作原理如下：
① 气体代谢分析仪的测定原理
通过呼吸面罩前的探针，实时采集受试者运动过程中呼吸的气体。信号传输至主机中，用于计算气体体积、流速以及其中氧气和二氧化碳的浓度指标，由此来评定肺通气机能和气体交换、利用能力。
② 数字无创心功能检测仪的测定原理
心血管活动会引起身体特定部位电阻和电流的改变，用体表电极同步采集电阻抗和心电变化，可分析出各个心动周期中的心脏泵血情况、血流状态等指标。
③ 全自动生化分析仪的测定原理
在运动过程中，分时段采集血液，根据“试剂盒”说明预处理后，放入仪器,可根据光电比色原理或细胞的光电特性读取血液各成分含量和血细胞的数量，通过比较不同运动时段的差异，来分析出运动过程中血液成分的变化。
实体实验观察力竭运动中氧运输系统的变化，可能会造成损伤，甚至猝死。本虚拟实验，让“虚拟人”以国际通用的几种运动方案在跑台上进行激烈运动，直至力竭，实验者可实时观察、测量并记录运动过程中氧运输系统各机能指标和器官状态，分析相关器官系统的变化规律与相互关系，比较不同个体、不同运动方案的异同。
（1）实验教学过程
该虚拟仿真实验采取平台集中教学管理。学生可以线上申请多次实验，学习中遇到难点与疑惑，线上教师可以及时予以回复解答。虚拟实验过程主要分为三个阶段：
阶段一:实验基础与简介
“实验介绍”含1个模块，提供了实验目的、实验原理、实验知识点和实验注意事项等内容，方便学生了解实验相关背景知识与重点内容。实验教学引导视频为学生介绍了本实验的意义、主要特点和实验过程，为完成虚拟仿真实验做前期知识准备。
阶段二：实验操作与结果分析
本阶段包含：“力竭安全训练”、“仪器操作训练”“心肺功能评估” “不同个体的数据比较”四个模块。
“力竭安全训练”模块，通过“被测人员准备”和“运动实施过程”两个实验环节，让学生掌握如何确保被测人员在力竭运动中的安全，训练从事力竭运动试验的基本能力。“被测人员准备”包含：身体诊断、衣着检查、讲解方法、热身准备四个方面的交互操作。旨在让学生学会筛选适合参加力竭运动的人，并做好测试前的基本准备工作，如换运动服、注意事项介绍和热身运动等；“运动实施过程”包含：工作人员安排、设备佩戴、力竭判断标准、测定后恢复、进阶式小游戏6组交互内容，帮助学生掌握力竭实验的过程和实验过程中工作人员的职责，并通过递进式小游戏进行知识巩固。
“仪器操作训练”模块以“气体代谢分析仪”的操作训练为主，“数字无创心功能检测仪”为拓展环节。“气体代谢分析仪”操作分为仪器校准、信息输入、运动方案确定、预测与正式测试、恢复与停止5组内容，用于训练学生气体代谢分析仪的操作方法，达到能够自主进行操作的水平。
“心肺功能评估”模块，包含“人员方案选择”、“呼吸功能”、“心血管功能”和“血液指标”4个实验环节。①“人员方案选择”: 用于自主选择被测个体和运动方案，为后续比较不同个体的测试结果做准备。要求学生能够根据个体特点，选择相应的运动方案；②“呼吸功能”评估环节包含: 肺通换气功能、肺换气功能、气体运输能力、氧气利用能力5组内容；③“心血管功能”评估环节包括：心泵血能力和器官血流重分配2组内容；④血液指标评估环节包括对血液中血乳酸、生长激素、肾上腺素、去甲肾上腺等成分的评估。评估过程要求学生按程序提醒一边交互操作，一边观察、分析整个力竭运动过程中仪器读书和器官状态的变化，并据此对氧运输系统的机能做出评估。
“数据比较”模块能够在实系统验结束后对比不同人群或运动方案各项生理指标的异同，培养学生的创新思维以及分析比较能力。
阶段三:实验考核
本阶段包括“操作考核”及“完成实验报告”两环节，采用主、客观相结合的综合评价方式。“操作考核”分“力竭安全训练”、“仪器操作”“心肺功能评估”“选择题”4个部分内容:其中“力竭安全训练”、“仪器操作”两部分主要考核操作准确性和完整性；“心肺功能评估”主要考核对氧运输系统的机能状态的评估是否准确。为了细化评估过程，设计了部分选择题，以考察学生的分析依据是否正确，操作考核环节由机器自动打分；“实验报告”环节:由在学生完成实验后撰写，由教师远程评价或学生互评。
具体教学实施过程可以有多种变通，主要由学生基础、学时、教学主要目标及其对应的教学方法决定。主要教学方法及其实施过程如下
（2）教学方法
① 任务驱动式、探究式教学。实验前，老师先介绍软件的使用方法，帮助学生明确学习目标即需要探究问题，然后明确并分解实验任务。学生选择不同的虚拟测试对象与运动参数，按步骤完成测试过程，探究不同测试对象，不同运动阶段的反应及其变化过程。需要反复练习的部分，采用进级游戏的方式，完成游戏就实现了教学目标。整个实验过程就是完成任务、探究问题的过程，以此激发学生实践热情和创造力。
② “虚实结合式” 教学。根据能实不虚、虚实互补的原则，首先，老师演示：在重重保护下进行亚力竭性实验，演示运动过程和大型仪器的使用过程；然后，让学生在虚拟平台上练习和考核，考核合格，且有选修方向需要的同学，以课外实验室开放的形式再次操作真实仪器。如此可以减少运动伤害、节约实验成本、提升实训效果。使有需要的同学都能有熟悉大型仪器使用过程的可能。
③ 分组协作探究式教学。利用平台的数据对比功能和师生实时互动功能，采用几人成组，分别测量不同个体，然后比较不同个体各指标的异同，可以设计出多种合作式、研究式为主的综合性、设计性实验。以帮助学生感知个体差异，启迪科研创新意识，培养合作精神。
④ 体验式教学。该虚拟实验平台中不仅呈现实体仪器的读数，还同时模拟了内部器官的动态变化，可以通过“虚拟快进”、“时空融合”等虚拟手段，将人体生理机能变化的各种数据、情景，根据认知特点呈现于学生面前，让学生沉浸于平台所创设的情景之中，观察、分析、思考，实现知识整合与融通。因此可以在理论教学过程中穿插虚拟实验的部分环节，用于化解难点、突出重点和实现情感共鸣，帮助学生迅速而正确地理解教学内容。
实验教学主要采用的教学方法及其对应的使用目的见下图：
主要采用的教学方法及其对应的使用目的
实验操作流程的各环节需要实现的目标以及所采用的实验方法见下图：
实验流程与实验方法
（1）提供了多种不同生理特点的被测人员，不同人员所的测试结果（形态机能）会不一样。同时这些人当中还混入了不宜进行运动试验的人员，如果学生不能筛选出来，将被扣分甚至导致实验不能进行。
（2）在结果分析部分，同时模拟了人体整体和相应内部器官的状态，点击不同的图标可以切换呈现的内容，且他们都随运动进程而变化。比如，心脏状态：就精确模拟了不同时期的心跳速度和心动周期的状态。学生可以一边观察仪器测定数据，一边观察内部器官的状态变化；拖动进度指示线还可以虚拟快进、快退，方便学生反复比较不同运动阶段的测试结果；关键专业名词和运动理论设置了解释按钮。可以提示各种概念原理，便于学生理解、分析实验现象。
（3）安全训练与仪器操作，分为有提示和无提示两种模式，学生可以先根据提示学习操作过程，然后进入考核模块，在无提示情况下冲关操作，操作错误有容错机制但会扣分。实验报告可以在电脑完成也可以在手机完成，然后上传到数据中心。