基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的《園林建筑設(shè)計》 課程教學(xué)改革探索

陳紫晗 劉敏楠 韋麗沙 崔曉麗

（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 廣東 廣州 510000）

《園林建筑設(shè)計》 作為園林專業(yè)的核心課程，涉及大量三維立體空間的知識與理論。然而，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生的空間感知能力和設(shè)計創(chuàng)造力方面存在一定的限制。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，教育領(lǐng)域開始探索將其引入課程教學(xué)，以提供更直觀、更具實踐性的學(xué)習(xí)體驗。在此背景下，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)到園林建筑設(shè)計課程的教學(xué)環(huán)節(jié)具有重要意義。本文旨在探索如何有效地運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以提升課堂的表現(xiàn)力和效果，推進課程信息化教學(xué)改革，同時為教育界和相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者提供有關(guān)虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的經(jīng)驗和策略，以促進教育教學(xué)的創(chuàng)新和發(fā)展。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)及其應(yīng)用

1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義和特點。虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR)技術(shù)為20 世紀(jì)末期興起的一門綜合性信息技術(shù)，是一種綜合了多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)以及立體顯示技術(shù)的新型虛擬計算機環(huán)境技術(shù)。通過借助頭戴式顯示設(shè)備和交互設(shè)備，用戶能夠與虛擬空間中的物體進行實時互動，并在多種感官上產(chǎn)生沉浸于虛擬世界的感覺，獲得身臨其境的體驗。虛擬現(xiàn)實技術(shù)具有以下幾個特點：首先，交互性。用戶通過交互設(shè)備，如手柄、控制器或手勢識別設(shè)備，可以與虛擬環(huán)境中的物體進行實時互動。這種交互性使用戶能夠在虛擬環(huán)境中自由移動、操控物體，從而與虛擬世界產(chǎn)生更加直接的聯(lián)系。其次，沉浸性。通過頭戴式顯示設(shè)備和立體聲音技術(shù)，用戶能夠感受到逼真的視覺效果和立體聲音。同時，穿戴設(shè)備的運用使用戶能夠自由移動并與虛擬環(huán)境中的物體進行互動，使用戶感覺仿佛真的存在于虛擬世界中。第三，構(gòu)想性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)為用戶提供了構(gòu)想和創(chuàng)作的空間，用戶可以在虛擬環(huán)境中進行各種實踐活動，如設(shè)計、創(chuàng)作、建模等，以實現(xiàn)自己的構(gòu)想和創(chuàng)意。

1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用。近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在游戲娛樂、展覽展示、輔助設(shè)計和教育等眾多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。在展覽展示方面，故宮文化遺產(chǎn)數(shù)字化研究所成功構(gòu)建了虛擬紫禁城，讓參觀者能夠身臨其境地感受到故宮宮殿的壯麗。在輔助設(shè)計領(lǐng)域，美國利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)對拉斯維加斯和洛杉磯等城市進行了虛擬試驗，為城市規(guī)劃和設(shè)計提供了參考依據(jù)。在教育領(lǐng)域，許多高校和研究機構(gòu)建立起了與各專業(yè)相關(guān)的虛擬現(xiàn)實實驗室，用于相關(guān)專業(yè)的教學(xué)和科研。例如，南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院建設(shè)了園林虛擬現(xiàn)實實驗室，浙江大學(xué)開發(fā)了虛擬建筑環(huán)境實時漫游系統(tǒng)，北京航空航天大學(xué)建立了虛擬仿真實驗室，中科院研究生院開發(fā)了三維園林景觀設(shè)計仿真系統(tǒng)。

2 《園林建筑設(shè)計》 課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

2.1 課程簡介?！秷@林建筑設(shè)計》是園林專業(yè)的一門必修課，旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握園林建筑設(shè)計的基本知識和相關(guān)規(guī)范，使學(xué)生能夠閱讀和理解園林建筑設(shè)計圖紙，運用所學(xué)的知識進行簡單的園林建筑設(shè)計并繪制成圖。該課程由理論課和實踐課組成，其中理論課主要采用課堂教學(xué)方式，而實踐課則引導(dǎo)學(xué)生完成小型建筑設(shè)計項目。

2.2 教學(xué)問題?！秷@林建筑設(shè)計》課程的重點是培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計建筑空間時所需的能力，因此對學(xué)生的空間理解能力提出了較高的要求。該課程要求學(xué)生將抽象的概念和理論轉(zhuǎn)化為具體的三維空間，這也是教學(xué)過程的難點。在這個過程中，教師需要將抽象的問題具體化、形象化，通過實際案例和實踐操作來培養(yǎng)學(xué)生的空間塑造能力。然而，目前《園林建筑設(shè)計》課程教學(xué)中存在一些問題。首先，傳統(tǒng)課堂教學(xué)以原理的講授為主，配合二維圖片來傳授建筑設(shè)計知識，但學(xué)生難以將抽象的建筑設(shè)計原理與復(fù)雜的三維建筑空間結(jié)合起來。其次，在實踐課教學(xué)中，學(xué)生往往通過繪制平立剖面和構(gòu)建電子模型的方式來推敲建筑空間，缺乏真實的空間感知，往往導(dǎo)致建筑尺度、比例的失調(diào)。最后，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)往往以教師為中心，學(xué)生的參與度和互動性有限，導(dǎo)致他們的創(chuàng)作積極性不高，限制了他們在實踐中的探索和發(fā)展。

2.3 教學(xué)改進方向。引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)輔助教學(xué)是解決園林建筑設(shè)計課程教學(xué)難題的一種有效途徑。通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)，學(xué)生可以身臨其境地體驗和感知三維空間，了解不同維度的因素對建筑空間的影響。此外，可以利用計算機輔助設(shè)計軟件和模擬工具，使學(xué)生能夠進行建筑空間的塑造和模擬，提高他們的創(chuàng)造能力和實踐能力，同時激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在園林建筑設(shè)計課程中的應(yīng)用前景廣闊，有望為學(xué)生提供更加直觀、實踐性的學(xué)習(xí)體驗，促進他們的專業(yè)發(fā)展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在《園林建筑設(shè)計》 教學(xué)中的應(yīng)用

《園林建筑設(shè)計》課程由理論教學(xué)與實踐教學(xué)兩部分共同組成，要求學(xué)生不僅具備扎實的理論知識，還需要優(yōu)秀的建筑創(chuàng)作能力。本文從實際角度出發(fā)，結(jié)合課程特點，梳理出虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的多種應(yīng)用方式。在理論課教學(xué)方面，除了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，教師可以引入虛擬案例，利用虛擬案例場景展示和講解復(fù)雜的設(shè)計原理，以便學(xué)生更加直觀地理解和應(yīng)用理論知識。而在實踐課教學(xué)方面，教師在布置建筑設(shè)計任務(wù)書后，可以引導(dǎo)學(xué)生運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行場地分析、建模推敲、演示溝通以及虛擬項目實踐，從而提升學(xué)生在實踐中的建筑設(shè)計能力。

3.1 虛擬案例教學(xué)。通過利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，學(xué)生能夠跨越空間限制，親身體驗和觀察世界各地的建筑，例如北京故宮、巴黎盧浮宮、悉尼歌劇院等。在交互設(shè)備的支持下，學(xué)生可以自由漫游虛擬環(huán)境，身臨其境地觀察經(jīng)典建筑的尺度、比例、材料和空間布局等方面的特征，感受建筑所傳達的情感和氛圍。這種身臨其境的學(xué)習(xí)方式可以讓學(xué)生深入了解不同地區(qū)的建筑風(fēng)格和文化背景。相較于傳統(tǒng)的利用平面圖或照片進行教學(xué)的方式，虛擬現(xiàn)實技術(shù)為教師提供了更具交互性和沉浸性的教學(xué)方式。教師可以在虛擬案例中引導(dǎo)學(xué)生自由移動和觀察，使得學(xué)習(xí)建筑設(shè)計原理的過程更加生動直觀。學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中與建筑進行互動，通過親身體驗建筑的特征和空間布局，更加深刻地理解和記憶相關(guān)知識。此外，虛擬案例教學(xué)還可以激發(fā)學(xué)生的興趣，提高他們在課程中的參與度。學(xué)生可以通過分析經(jīng)典建筑案例的優(yōu)劣之處，提出自己的觀點和建議，并運用所學(xué)知識進行設(shè)計創(chuàng)新。這種高參與性、高主動性的學(xué)習(xí)方式培養(yǎng)了學(xué)生的批判性思維和問題解決能力。

3.2 虛擬場地分析與設(shè)計方案推敲。在課程的實踐訓(xùn)練中，學(xué)生會進行某小型園林建筑的設(shè)計實踐，而虛擬現(xiàn)實技術(shù)則可以用于構(gòu)建虛擬場地環(huán)境，幫助學(xué)生以直觀方式評估場地特征，并為設(shè)計方案的深入推敲提供支持。在實踐課初期，學(xué)生可以通過構(gòu)建虛擬的場地環(huán)境，更好地進行場地分析。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生能夠觀察和分析場地的地形、植被、水體等要素，并對場地總體布局進行推敲。這種沉浸式的學(xué)習(xí)方式使學(xué)生能夠深入理解、分析場地條件對設(shè)計方案的影響，并在場地現(xiàn)有基礎(chǔ)上進行精細(xì)調(diào)整和優(yōu)化。此外，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中生成設(shè)計的建筑，親身進入建筑內(nèi)部，感知空間的布局和舒適度。通過虛擬模型，學(xué)生得以直接體驗設(shè)計方案中的空間關(guān)系、尺度、光線等內(nèi)容，評估空間的功能性、美學(xué)特征以及用戶體驗。虛擬現(xiàn)實技術(shù)使學(xué)生能夠?qū)⑺麄兊脑O(shè)計在虛擬環(huán)境中構(gòu)建出來，并提供在虛擬建筑中漫步的機會，使學(xué)生能夠在實踐過程中不斷完善和優(yōu)化設(shè)計方案。

3.3 虛擬演示與實時調(diào)整。通過虛擬演示，學(xué)生可以充分展示他們的設(shè)計成果，同時觀察者能夠身臨其境地感知建筑的外觀、內(nèi)部布局和環(huán)境效果，更好地理解設(shè)計意圖。這種直觀溝通方式促進了設(shè)計交流和理解，為學(xué)生提供了全面介紹設(shè)計方案的機會。此外，教師可以在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中給予學(xué)生指導(dǎo)意見，指出設(shè)計存在的問題和改進的方向。學(xué)生根據(jù)教師的反饋進行實時調(diào)整，可以立刻感受到空間的變化。這種實時的反饋和調(diào)整過程使學(xué)生能夠更準(zhǔn)確地理解不同設(shè)計方案帶來的結(jié)果，提高他們對建筑設(shè)計過程的參與度和專業(yè)素養(yǎng)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用為學(xué)生提供了一個模擬的環(huán)境，讓他們進行實驗性的設(shè)計決策，評估不同方案的優(yōu)劣，并通過反饋和調(diào)整迭代設(shè)計，最終得到更合理、更具創(chuàng)新性的方案。這種基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的設(shè)計方案推敲方法為學(xué)生提供了一種高度參與和自主探索的學(xué)習(xí)體驗，促進了其設(shè)計思維和創(chuàng)造力的培養(yǎng)。

3.4 虛擬項目實踐。通過虛擬項目實踐，學(xué)生能夠體驗園林建筑項目落地的全流程。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以參與真實項目的各個設(shè)計階段，包括規(guī)劃、設(shè)計、施工和維護，并進行模擬操作，例如植物選配、建筑材料選擇和建造施工等。參與式的虛擬實踐，使學(xué)生能夠更深入地理解園林建筑落地的實際操作和面臨的挑戰(zhàn)。這種教學(xué)方法有助于學(xué)生將理論知識與實踐操作相結(jié)合，提升他們的綜合能力和應(yīng)用能力。此外，實踐經(jīng)驗不僅能夠豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，還能夠培養(yǎng)他們的專業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)技能，為他們未來在園林建筑領(lǐng)域的職業(yè)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

4 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中遇見的問題及策略

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用雖然具有許多優(yōu)勢，但也面臨著一些挑戰(zhàn)和限制。以下是其中的3 個主要問題以及相應(yīng)的策略。

4.1 技術(shù)成本限制。虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)備和軟件的成本相對較高，這限制了其普及程度。為了克服這個問題，學(xué)校可以考慮尋找更經(jīng)濟實惠的設(shè)備替代品，例如低成本的虛擬現(xiàn)實頭戴式顯示器或移動設(shè)備。其次，學(xué)?？梢越⑻摂M現(xiàn)實實驗室或共享資源中心，讓學(xué)生共享設(shè)備和資源，提高利用效率。通過共享設(shè)備，學(xué)?？梢詼p少每個學(xué)生的個人投資，并確保更多學(xué)生能夠獲得接觸和使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的機會。此外，學(xué)校還可以探索與企業(yè)或研究機構(gòu)的合作，尋求設(shè)備和資源的捐贈或贊助，以降低成本。

4.2 培訓(xùn)和支持。教師和學(xué)生需要適應(yīng)和掌握虛擬現(xiàn)實技術(shù)，但往往缺乏相應(yīng)的培訓(xùn)和技術(shù)支持。為了解決這個問題，學(xué)?？梢蕴峁┘夹g(shù)培訓(xùn)課程，介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)的基礎(chǔ)知識和操作技巧。這些培訓(xùn)課程可以幫助教師和學(xué)生快速上手，熟悉虛擬現(xiàn)實技術(shù)的使用方法，并充分發(fā)揮其在教學(xué)中的潛力。同時，學(xué)校可以建立技術(shù)支持團隊或在線幫助中心，解答教師和學(xué)生在使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)過程中遇到的問題。這些支持團隊可以為教師提供及時的技術(shù)指導(dǎo)和故障排除，確保教師能夠順利使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行教學(xué)。學(xué)校還可以鼓勵教師交流經(jīng)驗，建立教學(xué)資源共享平臺，讓教師能夠相互學(xué)習(xí)使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)的經(jīng)驗和教學(xué)實踐。

4.3 內(nèi)容和教學(xué)設(shè)計。虛擬場景庫的構(gòu)建需要大量時間和金錢的投入，故在使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)前要進行合理的教學(xué)設(shè)計，以確保教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)效果的達成。教師應(yīng)根據(jù)課程目標(biāo)和學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，精心選擇虛擬現(xiàn)實場景與案例；合適的內(nèi)容能夠激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心，提供具體且有實踐性的學(xué)習(xí)體驗。另外，教師可以通過與行業(yè)合作伙伴或相關(guān)領(lǐng)域的專家合作，獲取真實世界的案例和場景，以便更好地與課程內(nèi)容對接。同時，教師還應(yīng)注重對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)控和評估。虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供了豐富的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和反饋機制，教師可以利用這些數(shù)據(jù)和反饋來了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進展和理解程度。通過分析學(xué)生的表現(xiàn)和反饋，及時調(diào)整教學(xué)策略，幫助學(xué)生克服困難，提高學(xué)習(xí)效果。

5 結(jié)論與展望

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的迅猛發(fā)展為園林建筑設(shè)計的教學(xué)帶來了新的可能性。本文通過對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義、特點和應(yīng)用進行深入探討，揭示了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在園林建筑設(shè)計教學(xué)中的重要優(yōu)勢。通過虛擬案例教學(xué)、虛擬場地分析、虛擬演示等方式，為學(xué)生提供更直觀、沉浸式的學(xué)習(xí)體驗，促進了學(xué)生的空間理解能力、創(chuàng)造力和實踐能力的培養(yǎng)。盡管虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教學(xué)中面臨一些挑戰(zhàn)，但可以通過尋找平價替代品和提供培訓(xùn)克服這些問題。展望未來，可以進一步研究虛擬現(xiàn)實技術(shù)在不同階段的園林建筑課程中的應(yīng)用，包括基礎(chǔ)知識部分、進階設(shè)計部分等，以滿足學(xué)生不同階段的學(xué)習(xí)需求。其次，還可探索虛擬現(xiàn)實技術(shù)與其他教育技術(shù)的整合，如增強現(xiàn)實、人工智能等，以進一步提升教學(xué)效果和學(xué)習(xí)成果。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和教學(xué)方法的創(chuàng)新，虛擬現(xiàn)實技術(shù)將在園林建筑設(shè)計教學(xué)中發(fā)揮越來越重要的作用，為培養(yǎng)優(yōu)秀的園林建筑專業(yè)人才做出更大的貢獻。