VR技術(shù)在中學(xué)美術(shù)教育中的應(yīng)用

狄心妍

(南京師范大學(xué)美術(shù)學(xué)院,江蘇 南京 210046)

近年來(lái),隨著互聯(lián)網(wǎng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)取得突破性進(jìn)展,涌現(xiàn)出了眾多具有劃時(shí)代意義的黑科技。虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,以下簡(jiǎn)稱VR)技術(shù)就是其中之一,它與5K通信技術(shù)、人工智能技術(shù)并列成為21世紀(jì)最具發(fā)展前景的三大技術(shù)。由于VR技術(shù)具有交互性、構(gòu)想性和沉浸性體驗(yàn)等技術(shù)特點(diǎn),為中國(guó)教育技術(shù)信息化建設(shè)提供了新的路徑和方法。2018開始,教育部從資金和政策層面積極推動(dòng)現(xiàn)代信息技術(shù)在教學(xué)活動(dòng)中深度應(yīng)用,并明確將發(fā)展VR教育列入國(guó)家教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃的年度重點(diǎn)任務(wù)。

1 VR教育的關(guān)鍵技術(shù)

2016年被稱為“VR產(chǎn)業(yè)發(fā)展的元年”,新一代VR技術(shù)具有“親民價(jià)格”和操控簡(jiǎn)單等特點(diǎn),全方位融入到日常生活中。中國(guó)龐大的教育培訓(xùn)市場(chǎng),也使其成為VR應(yīng)用翹楚。

1.1 VR的關(guān)鍵技術(shù)

VR是一種融近眼顯示技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、動(dòng)作捕捉技術(shù)等為一體的黑科技。用戶可借助頭顯或手持設(shè)備與虛擬環(huán)境進(jìn)行互動(dòng),形成與人類的視覺和聽覺等感知高度近似的全感官沉浸式虛擬空間。在Ken Pimentel的《虛擬現(xiàn)實(shí):透過新式眼鏡》一書中,作者將虛擬現(xiàn)實(shí)定義為一種侵入式體驗(yàn),在這種體驗(yàn)當(dāng)中,參與者戴著頭顯等交互裝置,看著立體圖像,在三維世界里,自由自在地探索并與之交互[1]。VR技術(shù)雛形形成于20世紀(jì)中期,1968年,美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家Ivan Sutherland發(fā)明了第一款被稱為 “達(dá)摩克利斯之劍”的頭戴式VR原型設(shè)備,這項(xiàng)技術(shù)一面世就受到美國(guó)軍方高度關(guān)注[2]。雖然這項(xiàng)技術(shù)已應(yīng)用于軍事、宇航等領(lǐng)域五十余年了,但其內(nèi)在商業(yè)價(jià)值還未真正被挖掘出來(lái),直到新世紀(jì)各種新技術(shù)的更迭換代,VR才走進(jìn)了百姓的日常生活。

1.2 VR的技術(shù)特征

VR與傳統(tǒng)媒體技術(shù)有著本質(zhì)區(qū)別,美國(guó)學(xué)者Burdea在1994年提出:“VR技術(shù)具有構(gòu)想性(Imagination)、交互性(Interaction)和沉浸性(Immersion)的三大技術(shù)特征”[3]。其中,沉浸性是指計(jì)算機(jī)圖形的聲音像創(chuàng)建了一個(gè)身臨其境的情境,讓用戶產(chǎn)生與現(xiàn)實(shí)同樣的生活體驗(yàn),并全身心投入到虛擬環(huán)境以獲取相關(guān)的知識(shí)。構(gòu)想性即用戶主動(dòng)地發(fā)揮想象力,根據(jù)自己的聯(lián)想、邏輯和意愿創(chuàng)建新的感知結(jié)果。交互性是指用戶通過多種交互設(shè)備感知到不同的生理、心理反應(yīng),這些反應(yīng)也會(huì)隨著用戶的動(dòng)作、聲音、姿勢(shì)和位置變化而發(fā)生變化。

要實(shí)現(xiàn)VR技術(shù)的構(gòu)想性、交互性和沉浸性三大體驗(yàn)特征,很大程度上依賴于各種動(dòng)作跟蹤技術(shù)能捕捉到用戶的位置和方向,計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)計(jì)算和渲染并顯示新生成的圖像,完成與用戶的實(shí)時(shí)互動(dòng)。VR技術(shù)的規(guī)?；l(fā)展除了歸功于動(dòng)作跟蹤技術(shù)發(fā)展之外,還得益于高速圖形處理器技術(shù)、VR便攜式裝備、全息成像技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)(5K)傳輸技術(shù)以及人工智能技術(shù)的迭代更新。

2 VR美術(shù)教學(xué)的應(yīng)用價(jià)值

VR是一種全感官的可視化系統(tǒng),它在中學(xué)美術(shù)教育中發(fā)揮的作用顯而易見。由VR構(gòu)建的教學(xué)平臺(tái)克服了傳統(tǒng)美術(shù)教學(xué)手段的限制,創(chuàng)設(shè)一個(gè)易于激發(fā)學(xué)生想象力的全新學(xué)習(xí)環(huán)境。

2.1 VR美術(shù)教學(xué)平臺(tái)

中學(xué)傳統(tǒng)的現(xiàn)代教育技術(shù)手段主要依靠平面維度上的電子白板或影像播放(PPT或視頻)。近年來(lái),迅猛發(fā)展的VR技術(shù)為我們創(chuàng)建全新的教育模式提供了契機(jī)。VR技術(shù)可以突破二維的教學(xué)平臺(tái),創(chuàng)建了一個(gè)四維(時(shí)間+空間)立體的沉浸式仿真環(huán)境。學(xué)生不僅可以沉浸于人類感知高度近似的虛擬空間中,甚至可以通過手機(jī)、頭盔、眼鏡等交互設(shè)備與之全方位游戲互動(dòng),讓學(xué)生建構(gòu)了新的感知認(rèn)識(shí)。谷歌和黑晶科技等國(guó)內(nèi)外企業(yè)紛紛開發(fā)了集智能終端、應(yīng)用平臺(tái)、優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源為一體的VR教育系統(tǒng)。VR教育主要基于學(xué)校無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò),教師可以通過虛擬主機(jī)(或PAD)對(duì)每個(gè)學(xué)生端VR頭盔內(nèi)呈現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行控制。根據(jù)VR教材內(nèi)容設(shè)定,學(xué)生也能主動(dòng)與虛擬環(huán)境進(jìn)行互動(dòng),從而激發(fā)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。教師也可以利用VR課件編輯平臺(tái)進(jìn)行備課,有效地提升了教學(xué)效率和授課效果。

2.2 VR美術(shù)教學(xué)的應(yīng)用價(jià)值

2.2.1 沉浸式教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)

VR可以促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的可視化、教學(xué)方法的多樣化,VR的沉浸性特征能讓師生之間、學(xué)生之間、人與環(huán)境之間產(chǎn)生多重交互。在情境性教學(xué)理論里,“學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)”與“教學(xué)情境”是兩個(gè)核心要素。美國(guó)HEREINGTON博士認(rèn)為,在真實(shí)的教學(xué)環(huán)境中,可以有效地幫助學(xué)習(xí)者積累知識(shí),其提供的多視角選擇也有助于獲取解決問題的辦法[4]。例如,在美術(shù)鑒賞課程,美術(shù)老師通過VR技術(shù)將理論知識(shí)概念可視化、具象化。 VR的沉浸式虛擬環(huán)境可以還原畫家所處的時(shí)代背景,讓這些靜態(tài)的繪畫變成了一個(gè)個(gè)鮮活的“生命”,從而有利于學(xué)生全感官感知藝術(shù)大師的創(chuàng)作意圖。總之,VR技術(shù)可以為師生營(yíng)造直觀的教學(xué)情境,這樣有助于提升學(xué)習(xí)效能,也便于教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃和進(jìn)度,其教學(xué)效果顯而易見。

2.2.2 構(gòu)想性教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)

VR的構(gòu)想性技術(shù)特征與建構(gòu)主義教育理論不謀而合,學(xué)習(xí)者在過往的知識(shí)基礎(chǔ)上,通過意義的重構(gòu)可獲取新的知識(shí)積累。VR的構(gòu)想性活動(dòng)設(shè)計(jì)正好契合了中學(xué)學(xué)生心理特點(diǎn)。例如,“月球車”的課程教學(xué)中,同學(xué)們可根據(jù)自己的興趣構(gòu)建不同的學(xué)習(xí)情境,根據(jù)VR教材交互環(huán)節(jié)設(shè)定,學(xué)生第一步就必須在VR系統(tǒng)中學(xué)習(xí)天文知識(shí)和車輛工程等相關(guān)原理,并自己設(shè)計(jì)出虛擬的月球車形象,自由地“馳騁”在月球上。顯然,這種主動(dòng)性的學(xué)習(xí)效果要優(yōu)于傳統(tǒng)美術(shù)課堂教學(xué)模式。

2.2.3 體驗(yàn)式教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)

體驗(yàn)性教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)是指學(xué)習(xí)者利用VR技術(shù)進(jìn)入到一個(gè)沉浸式教學(xué)環(huán)境中,對(duì)所接受到的知識(shí)和情感產(chǎn)生相應(yīng)的心理反應(yīng)。VR的各種動(dòng)作跟蹤技術(shù)和顯像技術(shù)的升級(jí)換代,學(xué)生不再受限于屏幕大小,而能在一個(gè)360°的全景環(huán)境空間中體驗(yàn)。學(xué)生不再是一個(gè)觀望者,而是一種化身為第一人稱或第三人稱視角的新體驗(yàn)。例如,教師可以邊講雕塑美術(shù)理論課,邊引導(dǎo)學(xué)生使用VR設(shè)備,讓他們處于虛擬世界中去體驗(yàn)和觸摸雕塑大師作品的質(zhì)感。VR多用戶協(xié)同學(xué)習(xí)環(huán)境還可以促進(jìn)美術(shù)學(xué)科虛擬教研室的發(fā)展,從而促進(jìn)跨地區(qū)的校際交流,提升國(guó)內(nèi)各層級(jí)學(xué)校的美術(shù)課教學(xué)質(zhì)量[4]。

3 面臨的挑戰(zhàn)

中小學(xué)基礎(chǔ)教育階段的VR教育實(shí)踐依舊處于發(fā)展的早期階段,中學(xué)美術(shù)VR教育實(shí)踐還面臨著在硬件、內(nèi)容和效能等多方面的挑戰(zhàn)。

3.1 硬件層面的挑戰(zhàn)

VR教育依托的是技術(shù)發(fā)展,目前VR在推進(jìn)技術(shù)日?；^程中,還面臨著一些技術(shù)瓶頸。1) 顯示分辨率還有待提高。分辨率問題會(huì)影響學(xué)生對(duì)沉浸式體驗(yàn)教學(xué)的效果。2) 健康問題。長(zhǎng)期使用頭戴VR頭盔和手持裝備會(huì)容易讓學(xué)生產(chǎn)生眼睛疲勞、眩暈等問題,國(guó)內(nèi)青少年視力普遍偏低的社會(huì)問題已經(jīng)很嚴(yán)峻,這個(gè)也將限制VR技術(shù)完全進(jìn)入中小學(xué)美術(shù)教學(xué)課程教學(xué)中。3) 無(wú)線兼容問題。各大品牌的VR設(shè)備還存在著兼容問題,也會(huì)限制VR教育的大規(guī)模普及。4) 需要添加對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的反饋功能。學(xué)生帶上VR眼鏡和頭盔后能進(jìn)入到一個(gè)虛擬世界里,卻無(wú)法感知到真實(shí)世界的反應(yīng),這還有待于技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化,才能做到真實(shí)世界和虛擬世界的來(lái)回切換。5) 價(jià)格問題。中小學(xué)教育部門經(jīng)費(fèi)有限,決策者被迫選擇成本相對(duì)低廉的手機(jī)VR軟件和非集成頭顯來(lái)裝備VR實(shí)驗(yàn)室。這些低端的VR技術(shù)裝備體驗(yàn)性較差,更容易引起身體不適。

3.2 內(nèi)容層面的挑戰(zhàn)

近兩年來(lái),VR裝備技術(shù)研發(fā)已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展。中學(xué)VR美術(shù)教育發(fā)展瓶頸還主要是內(nèi)容資源的普遍匱乏。VR教學(xué)過程中,教師很難像制作PPT一樣自由編輯美術(shù)VR教學(xué)課件。顯然,這個(gè)需要在企業(yè)和學(xué)校之間形成一個(gè)互惠互利的合作機(jī)制,政府主管部門還需要進(jìn)一步出臺(tái)政策積極推進(jìn)校企合作。一方面,VR企業(yè)要挖掘潛能開發(fā)適合學(xué)校的性價(jià)比高的VR教育系統(tǒng)。另一方面,內(nèi)容資源開發(fā)上,學(xué)校能選派專業(yè)教師協(xié)助VR技術(shù)人員,共同開發(fā)適合本校的VR美術(shù)教育內(nèi)容資源。

3.3 效果層面的挑戰(zhàn)

中學(xué)VR美術(shù)教學(xué)起步較晚,相關(guān)的評(píng)價(jià)機(jī)制還未健全。在VR情境下學(xué)習(xí),中學(xué)生容易將注意力過多的投送在虛擬動(dòng)畫場(chǎng)景里,而虛擬場(chǎng)景中的聲光電刺激也將造成學(xué)生在認(rèn)知上的偏差。因此,我們急需主管部門制定一套國(guó)家認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范包括美術(shù)學(xué)在內(nèi)的中學(xué)學(xué)科VR教育教學(xué)大綱。此外,虛擬環(huán)境下的教師還不能像傳統(tǒng)教學(xué)方式,即通過觀察學(xué)生的肢體和語(yǔ)言,就能判斷學(xué)生是在游戲還是在學(xué)習(xí)。這就在客觀上要求我們研發(fā)有效的教學(xué)監(jiān)控系統(tǒng),以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和干預(yù)學(xué)生的各種不良學(xué)習(xí)習(xí)慣。

4 結(jié)語(yǔ)

VR技術(shù)在中學(xué)美術(shù)教育中的發(fā)展?jié)摿薮?它為學(xué)生提供了全新的教學(xué)環(huán)境,不僅增強(qiáng)了同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情,還提高了任課教師的教學(xué)效率。然而,中學(xué)美術(shù)VR教學(xué)實(shí)踐仍處于起步階段,在設(shè)備、教材等方面存在著諸多問題,這些都將是VR開發(fā)企業(yè)與教育工作者不可回避的現(xiàn)實(shí)問題。