基于開放式學(xué)習模式下的虛擬仿真實驗教學(xué)探析*
——以展示設(shè)計課程為例

李 艷 盧星瑤

（南京特殊教育師范學(xué)院,江蘇南京 210000）

一、虛擬仿真實驗教學(xué)模式的應(yīng)用研究背景

1.虛擬仿真實驗教學(xué)的概述

虛擬仿真實驗教學(xué)就是將虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入教學(xué)活動中，從而突破了局限于課堂的教學(xué)環(huán)境和部分受限的實踐場所，充分突出信息技術(shù)優(yōu)勢，將各種教學(xué)要素集中在虛擬實驗平臺上，學(xué)習者根據(jù)自身的知識、技能基礎(chǔ)，利用信息系統(tǒng)交互功能，自主調(diào)節(jié)虛擬實驗項目中的學(xué)習內(nèi)容，主動地進行學(xué)習活動，從而獲取課程要求的知識與技能，達到課程相應(yīng)的教學(xué)目的。[1]

2.基于展示設(shè)計專業(yè)特點的虛擬仿真實驗教學(xué)建設(shè)思路

展示設(shè)計專業(yè)課程涉及環(huán)境藝術(shù)設(shè)計、視覺傳達設(shè)計、工業(yè)設(shè)計三個專業(yè)的知識體系和創(chuàng)意思維方法，是一門將特定的文化理念轉(zhuǎn)化成視覺信息傳達空間的規(guī)劃藝術(shù)，也是結(jié)合了創(chuàng)意思維與展示技術(shù)的綜合性、實踐性課程。其實驗教學(xué)項目以真實展示空間的參數(shù)為基礎(chǔ)，從基礎(chǔ)設(shè)計、空間塑造和虛擬仿真模型指向三個層次來構(gòu)建，融合項目教學(xué)法模擬實際展示空間場景，旨在通過虛擬的“身臨其境”的形式，使學(xué)生不受現(xiàn)實條件的限制，多視角地去進行觀察和創(chuàng)作，對設(shè)計方案不斷驗證、修改及評價，設(shè)計出空間合理、預(yù)算準確、視覺美觀的設(shè)計作品，提升展示空間設(shè)計的科學(xué)性和視覺效果。

二、展示設(shè)計課程傳統(tǒng)教學(xué)中存在的現(xiàn)實問題

1.傳統(tǒng)的展示設(shè)計專業(yè)課程存在理論學(xué)習抽象化，理論知識與實踐應(yīng)用脫節(jié)的現(xiàn)象

目前，展示設(shè)計課程教學(xué)主要采用理論講授、案例講解和學(xué)生練習的方式進行。開展實驗實訓(xùn)課程基本采用教師給定建筑空間的圖紙，學(xué)生根據(jù)任務(wù)書要求，通過三維建模來完成空間模擬。通過長期的教學(xué)實踐，我們發(fā)現(xiàn)這種教學(xué)模式具有一定的局限性，主要表現(xiàn)學(xué)生無法站在體驗的角度去感知空間的尺度、建筑的圍合關(guān)系、環(huán)境的氛圍等，其弊端就是設(shè)計方案在現(xiàn)實中存在很大偏差甚至無法正常實施。

2.通過校企合作不斷推動展示設(shè)計教學(xué)實踐活動，但受客觀條件因素影響較大

展示設(shè)計課程中存在實驗教學(xué)占比高，涉及展品多樣性強，學(xué)生實習成本高，施工操作存在諸多不安全因素。受到客觀條件的限制，設(shè)計成果往往無法真實建造，學(xué)生難以感知設(shè)計效果。為此，許多院校開始進行項目化教學(xué)改革，通過校企合作讓學(xué)生參與到企業(yè)提供的實踐項目中。但是我們逐漸發(fā)現(xiàn)企業(yè)項目的實踐內(nèi)容和學(xué)校的需求有所偏差，時間上無法與教學(xué)安排同步，參加實踐人數(shù)也會受到一定限制，無法保證所有學(xué)生參與完整的設(shè)計過程，并及時驗證設(shè)計結(jié)果。

3.傳統(tǒng)實踐教學(xué)方式更多依賴教師的教學(xué)水平和經(jīng)驗，教學(xué)活動隨意性比較大

一方面，許多年輕教師往往是畢業(yè)之后就直接進入教學(xué)崗位，沒有實際設(shè)計的工作經(jīng)驗，工程實踐能力比較薄弱。另一方面，在校期間教師工程培訓(xùn)的機會較少，缺乏專業(yè)技能提升的途徑，逐漸與現(xiàn)實需求脫鉤，授課過程中往往依賴以往的工作經(jīng)驗且隨意性較大，教學(xué)效果千差萬別。

4.展示設(shè)計課程教學(xué)評判模糊化，考核方法單一，考核結(jié)果主觀性明顯

目前，展示設(shè)計課程的考核成績主要由考勤情況、課堂練習以及設(shè)計大作業(yè)三部分構(gòu)成。這種傳統(tǒng)的評分機制不能全面地評價學(xué)生的個體學(xué)習成效，尤其是對于學(xué)生的理論知識的內(nèi)化能力、實踐應(yīng)用能力、知識綜合運用能力、團隊合作能力、交叉學(xué)科的綜合素養(yǎng)能力以及設(shè)計類學(xué)科的創(chuàng)新意識，都很難進行系統(tǒng)的、客觀的評定。因此，課程的教學(xué)及反饋過程中就會出現(xiàn)考核內(nèi)容不全面、考核標準界定模糊、考試方式及結(jié)論不準確的問題，最終使我們的教學(xué)過程無法得到客觀地評估，學(xué)生的學(xué)習也不能形成科學(xué)的閉環(huán)。[2]

三、建設(shè)展示設(shè)計專業(yè)的虛擬仿真實驗教學(xué)體系的原則

1.要與展示設(shè)計專業(yè)特性的研究相結(jié)合

展示設(shè)計課程的教學(xué)不僅需要涵蓋藝術(shù)設(shè)計理論，還需要結(jié)合實踐項目的技術(shù)演示。因此，展示設(shè)計課程虛擬仿真實驗教學(xué)體系的建設(shè)必須結(jié)合展示藝術(shù)理論與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合的特性，著眼藝術(shù)設(shè)計專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)、整合多學(xué)科交叉的教學(xué)資源，建設(shè)具有超前性、實用性的課程實驗教學(xué)項目

2.要與展示設(shè)計專業(yè)實踐課程結(jié)構(gòu)設(shè)置相結(jié)合

虛擬仿真實驗教學(xué)體系構(gòu)建必須建立在展示設(shè)計核心課程基礎(chǔ)上，緊扣課程中實驗性、設(shè)計性、綜合性項目的實踐要求及流程設(shè)置，探討實現(xiàn)“仿真教學(xué)”的可視化呈現(xiàn)，通過對仿真項目中的直觀體驗進行設(shè)計反饋，利用體驗反饋結(jié)果對設(shè)計方案進行再驗證、再調(diào)整，使得操作具備過程性記錄以及反饋評價機制。

3.要與高校教師的教學(xué)改革相結(jié)合

虛擬仿真實驗教學(xué)體系構(gòu)建需發(fā)揮智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的虛擬仿真技術(shù)優(yōu)勢，在項目實訓(xùn)中構(gòu)建問題探究式、任務(wù)驅(qū)動式、項目自助式、團隊合作式、互動交流式的教學(xué)方法，改變傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法和模式，重新建立科學(xué)高效的實驗教學(xué)形態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與實踐教學(xué)活動中，將教師從過程性教學(xué)指導(dǎo)活動中釋放出來，突出教學(xué)中以學(xué)生為中心，促進其個性化發(fā)展為目標。[3]

4.要與學(xué)生學(xué)習方式研究相結(jié)合

虛擬仿真實驗教學(xué)體系中實驗項目、資源庫等的構(gòu)建，必須滿足學(xué)生探究性實驗項目的多樣化需求，能夠幫助學(xué)生理解并內(nèi)化專業(yè)知識。同時，利用項目中虛擬仿真技術(shù)的沉浸感、智能性、空間感、交互性等諸多特征，有效啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提升學(xué)生的主觀學(xué)習能動性，最終推動學(xué)生自主學(xué)習能力的策略形成。[4]

四、展示設(shè)計課程虛擬仿真實驗教學(xué)項目的構(gòu)建

在展示設(shè)計專業(yè)課程特性的研究基礎(chǔ)上構(gòu)建“以虛仿實，以實為基”的虛擬仿真實驗教學(xué)體系，通過線上與線下、講授與研討、虛與實的有效融合，打造以學(xué)生為中心，以課程內(nèi)容為導(dǎo)向的實驗課堂，其實驗項目的建設(shè)包含實驗場景搭設(shè)、實驗角色設(shè)定、實驗?zāi)K構(gòu)建、實驗評價系統(tǒng)構(gòu)建、開放教育平臺資源建設(shè)五大模塊。

實驗場景搭設(shè)——項目內(nèi)容要完整飽滿，交互維度多且效果逼真，盡可能創(chuàng)建和模擬科學(xué)真實的沉浸場景。其場景設(shè)定具體可分為普通模式和情景模式兩種，教師和學(xué)生通過普通模式登錄賬號后自主開課，如在線分發(fā)學(xué)習資料、設(shè)置不同的權(quán)限遠程開展直播、課程錄制等常規(guī)教學(xué)活動。也可以通過情境模式，實現(xiàn)情境化互動的教學(xué)創(chuàng)新，教師和學(xué)生可以在虛擬場景下進行交流與互動，教師還可以根據(jù)教學(xué)需要和學(xué)科特色切換不同的教學(xué)情景，學(xué)生可自由探索，由此增強學(xué)生的學(xué)習體驗感。系統(tǒng)還應(yīng)該支持外部媒體課程資源的導(dǎo)入，老師在課堂可以直接管理資料傳輸，設(shè)置使用權(quán)限，控制教學(xué)運行的節(jié)奏。

實驗角色設(shè)定——這里實驗使用角色有靈活性，學(xué)生在實驗過程中具備一定的選擇權(quán)和自由度，在此基礎(chǔ)上學(xué)生可以在師生之間、小組之間甚至同學(xué)之間具備操作向?qū)б约跋嗷ヂ?lián)系的權(quán)限，并且支持學(xué)生針對本實驗進行線上交流、溝通、評價，由此體現(xiàn)學(xué)生在這種教學(xué)模式過程中的主體地位，利用現(xiàn)代信息技術(shù)來提升學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域探索的極大興趣。在具體展示設(shè)計項目的操作過程中，學(xué)生和老師作為不同的角色設(shè)定進入虛擬實驗情景中，開展遠程多人協(xié)同，教師也可以組織分組訓(xùn)練，扮演不同的工作角色，共同完成實操任務(wù)，或者小組PK等多種形式的演練。

實驗?zāi)K構(gòu)建——通過展示設(shè)計實驗?zāi)K的設(shè)定，實現(xiàn)將傳統(tǒng)線下實驗搬到平臺中，在構(gòu)建的過程中必須根據(jù)課程中相應(yīng)的核心知識點來對應(yīng)其技能操作訓(xùn)練，在每一個實驗?zāi)K中規(guī)定其任務(wù)量、操作順序、實驗學(xué)時、完成時間、操作次數(shù)和觀察指標等等。

展示設(shè)計實驗一般設(shè)四個主要層級。第一層包含課前預(yù)習、項目分析、綜合設(shè)計、成果實踐和報告生成等部分；第二層主要包括展示設(shè)計理論知識體系、項目任務(wù)書分析、周邊環(huán)境調(diào)研、現(xiàn)場模擬測繪、基地平面規(guī)劃、人流動線設(shè)計、項目細部設(shè)計、成本造價預(yù)算、三維場景模擬、用戶漫游體驗、工程圖紙生成、設(shè)計說明書、招投標文本模擬等多個不同任務(wù)的模塊；第三、第四層是對第二層的深入性展開，共計13+12個實驗步驟（如文末圖1）。

課前預(yù)習模塊讓學(xué)生熟知本實驗項目涉及的理論知識和規(guī)范要求，了解項目任務(wù)書的細節(jié)，保證項目開始之前詳細了解實驗的重難點；項目分析模塊讓學(xué)生通過虛擬場景的體驗感受項目周邊的環(huán)境因素，進行實地模擬測繪，了解基地的層高、尺度、空間感；綜合設(shè)計模塊主要是讓學(xué)生按照常規(guī)展示設(shè)計的圖紙繪制流程進行平面規(guī)劃優(yōu)化功能分區(qū)、控制活動空間占比、從方案擴初到細部設(shè)計，最后根據(jù)施工的圖紙及材料的選用生產(chǎn)項目預(yù)算，讓學(xué)生了解方案設(shè)計到項目生成造價的誤差等信息，盡可能為學(xué)生設(shè)計的方案提供足夠的試錯空間；成果模擬模塊是讓學(xué)生感受二維圖紙到三維空間的轉(zhuǎn)換，生成各個子空間及整體項目的虛擬場景，通過使用人群的體驗感、參觀流線的設(shè)置、子空間的劃分、主體材質(zhì)的選取、展示陳設(shè)設(shè)計、展示交互設(shè)計、空間色彩的設(shè)計、燈光的控制等因素，進一步驗證方案設(shè)計的合理性。生成報告模塊在前面實驗?zāi)K不斷反饋、驗證、修改、完善后生成終稿，結(jié)合項目設(shè)計報告的撰寫訓(xùn)練、模擬招投標等最終完成實驗項目，以上所有模塊學(xué)生可以通過瀏覽器即可訪問實驗教學(xué)平臺，通過手機終端觀看，按照設(shè)定步驟完成實驗的全過程。

實驗評價系統(tǒng)構(gòu)建——應(yīng)根據(jù)各個學(xué)校藝術(shù)設(shè)計類人才培養(yǎng)方案以及不同專業(yè)方向的課程需求，出臺評價教師教學(xué)效果的細則，同時也要對學(xué)生在實驗項目中的過程性操作進行真實客觀的反饋，必要時可以提供相對應(yīng)的激勵和懲罰機制。課程中每一個實驗操作都應(yīng)獨立形成自主評價、小組互評、教師評估、專家評估以及行業(yè)規(guī)范評估，對學(xué)生的實驗過程從主觀和客觀兩個方面進行綜合評定，注重研究性的實驗記錄等，同時對于課程中理論知識可以采取試卷分類管理模塊、試題庫管理模塊以及理論知識考試管理模塊進行統(tǒng)籌管理，考核時采用在線導(dǎo)入試題，全部試題可以隨機組成不同試卷，教師也能夠在平臺按需自行組合試卷，形成“課前預(yù)習+課后延伸”“理論知識+實驗實訓(xùn)”的全流程管控。

教學(xué)平臺資源建設(shè)——教學(xué)平臺上的資源的共享程度，很大程度上也確保了虛擬仿真實驗教學(xué)的在線運行，拓展了學(xué)生的開放式自主學(xué)習的深度及廣度。在其構(gòu)建過程中，一方面我們可以利用已經(jīng)建設(shè)完成的國家級虛擬仿真項目中的資源，如美術(shù)資源庫中的場景資源、環(huán)境與特效資源、模型庫資源等，最大程度地實現(xiàn)資源共享；另一方面，教師根據(jù)教學(xué)思路和教學(xué)側(cè)重點靈活制作課件，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習情況適時修改教學(xué)內(nèi)容，定制開發(fā)不同課程項目的個性化學(xué)科教學(xué)資源，如實驗界面風格、實驗指南、知識點綁定、實驗?zāi)秸n、標準化圖紙等，逐步實現(xiàn)零代碼的自主開發(fā)，更加有效地積累展示設(shè)計實驗素材和課程資源，逐漸解決過度依賴技術(shù)公司的現(xiàn)狀；還可以將學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、學(xué)科專業(yè)競賽以及行業(yè)技術(shù)動態(tài)等信息資源嵌入平臺，強化資源兼容性，進一步加強與各類管理平臺的對接，拓展資源開放的程度和共享方式。

研究總結(jié)

在信息技術(shù)的背景下，在提倡教學(xué)模式、授課方式、教學(xué)主體以及學(xué)時學(xué)分構(gòu)成等綜合性教學(xué)改革的契機下，以虛擬仿真實驗教學(xué)的形式引入展示設(shè)計傳統(tǒng)課程，推動展示設(shè)計類基礎(chǔ)課程、主干課程、拓展課程、職業(yè)素養(yǎng)課程以及雙創(chuàng)課程的科學(xué)整合，提升教師信息化授課能力，優(yōu)化專業(yè)教學(xué)的內(nèi)容及形式，推廣開放式自主學(xué)習的模式，才能促進學(xué)生綜合技能提升，真正實現(xiàn)本展示設(shè)計專業(yè)人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標。[5]