基于虚拟仿真技术的环境设计专业沉浸式教学法创新研究

李君 王宏林

[摘           要]  虚拟仿真技术融合多种技术，通过生成三维空间虚拟场景，使人置身于其中。在环境设计专业中引入虚拟仿真技术，以沉浸式教学法为指导，发挥VR技术优势，加强与环境设计专业特色教学融合。结合虚拟仿真技术的环境设计专业沉浸式教学现状，分析其沉浸式教学所面临的困境，探索环境设计专业沉浸式教学法创新的对策。

[关    键   词]  虚拟仿真技术;环境设计专业;沉浸式教学法

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                   [文章编号]  2096-0603（2022）19-0082-03

2018年，工信部以及信息化部针对虚拟现实产业发展，重点提出高等教育、职业教育领域必须推进并增强虚拟仿真技术在各类实践课程中的应用，促进以学习者为中心的个性化学习，推动高等教育朝着教、学模式转型。虚拟仿真技术具有交互性、沉浸式特性，让学习者感受到身临其境的感觉，对环境设计专业课程教学模式探索具有一定的启示作用。

一、基于虚拟仿真技术的环境设计专业沉浸式教学现状

（一）国内教学现状

2017年，國内高校实践教学课程改革不断推进，教育部开始着手于虚拟仿真实验教学项目建设，将数字信息技术引入设计教育领域，已成为现代艺术设计领域的重要实践之一。国内就沉浸式教学虚拟仿真技术的应用主要分为三个方面：其一，在课程建设方面，国内已经认定的国家虚拟仿真实验教学一流课程项目共有700余个，覆盖国内专业共计168个;其二，在实验室建设方面，早在2013年，清华大学、北京大学等200多所高校先后建设国家级虚拟仿真实验教学平台，我们根据统计能够发现，这些高校所建设的虚拟仿真实验室大多以工程类专业教学为主，关于艺术设计专业教学较少;其三，在理论研究方面，国内环境设计专业学者普遍认为，环境设计专业需要构建情景重现、沉浸学习以及体验学习的核心理论，建设全沉浸式VR课程系统教育平台系统。

（二）国外教学现状

国外环境设计专业课程开设对于VR技术应用较早，相关理论研究也较成熟。美国密涅瓦大学推出的无固定校园的体验式教学模式吸引了众多教育学家的关注。迄今为止，环境设计领域对于沉浸式VR技术缺乏以人为中心的数据交互与空间感知研究。目前，芬兰阿尔托大学研究室教授皮娅·弗里克带领的团队正致力于研究全新沉浸式协同设计方法，探究以参与式设计过程提供极具价值的新型研究路径。

二、基于虚拟仿真技术的环境设计专业沉浸式教学法开展所面临的困境

（一）对沉浸式教学法的理解不够

学生自身的思想意识对其学习而言能够起到重要的推动性作用，现代教育提倡信息化教学模式，这是提升高校专业教学质量的重要保障。即便如此，一些学生仍然对沉浸式教学法存在明显的认知误区，常常将其与娱乐性课程进行混淆，无法发挥虚拟仿真技术所具备的作用。此外，学生对于沉浸式教学法的理解能力不足，盲目地应用沉浸式教学法，很容易在获取环境设计专业知识的同时受到干预，再加上教师对沉浸式教学课程开设存在误区，使沉浸式教学法流于形式，学生无法主动参与其中，致使环境设计专业课程最终结果不甚理想。

（二）虚拟仿真技术与环境设计专业沉浸式教学融合深度不够

虚拟仿真技术与环境设计专业沉浸式教学相融，能够将学生带入一个前所未有的领域，虚拟仿真技术颠覆我们的重力习惯、平衡感以及视觉系统，在已经设定好的世界中产生不同的思考环境以及心理感觉，而其他学科工具无法做到这一层。虚拟仿真技术与环境设计专业沉浸式教学融合深度不够，导致虚拟仿真技术的应用无法有效解决环境设计专业市场调查、考察课程相对较少以及时间紧张的情况，学生无法在环境设计专业沉浸式教学中得到相应体现，仍然无法掌握空间以及比例的知识要素。

（三）沉浸式教学开展缺乏资金支持

环境设计专业课程实践教学采用虚拟仿真技术开展沉浸式教学，能够让学生更为直观地进入模式，产生沉浸感。虚拟仿真技术让学生摆脱传统纸质绘图和电脑绘图模式，让学生更为直观地学习并掌握教学内容。然而，虚拟仿真技术存在传统教学中室内场地难找、装饰材料难买、施工教学难、建模费用高等问题，由此可以了解到沉浸式教学开展缺乏资金支持，高校无法将环境设计专业课程提升至一个新的平台高度，实现学生的乐学与易学。

三、基于虚拟仿真技术的环境设计专业沉浸式教学法创新对策

结合沉浸式虚拟仿真技术特点，找到其与环境设计专业相契合的地方，结合现代社会环境设计行业对人才的需求制订相应的人才培养方案，针对环境设计专业主干课程内容中所涉及的实验教学单元，优化环境设计专业课程教学知识体系，打造虚拟仿真实践教学模式，将创业教育融入实践教育全过程之中，提升高校环境设计专业实践教学质量和水平，推进现代技术与高校实践教学的深度融合。以环境设计专业主干课程“家具与陈设设计”为例，将其作为仿真虚拟技术沉浸式教学改革示范课程进行探究。主要包括三个部分：第一部分是优化环境设计专业课程理论与实践课程比例，优化课程知识体系;第二部分是打造师生VR教学互动环节与新模式;第三部分是构建环境设计主干课程实践教学平台，将环境设计专业课程提升至一个具有科学技术创新水平的高度。

（一）优化课程教学知识体系9AA5B626-98EE-4005-BBA6-45E831E8E550

环境设计专业课程虚拟仿真技术沉浸式教学系统建设，应分为教学媒介、了解、执行以及学生这四个方面。环境设计专业教师必须坚持知识、素质以及能力等方面的协调发展，加强专业理论知识与实践的结合，进而提升学生的创新能力。首先，高校环境设计专业课程必须着重提升交互式体验学习比重，结合虚拟仿真技术再现优秀设计作品，让学生在虚拟仿真技术沉浸式教学中，以使用者的身份实现与空间的交互，帮助学生更好地把握虚拟各类家具在空间中的功能、尺度以及材质等。其次，改善环境设计专业课程比重，将传统环境设计专业核心课程升级为虚拟仿真实践教学体系基本教学单元，将理论教学作为线上辅助教学内容，推动环境设计专业课程的整体优化。最后，环境设计专业教师应在实践教学环节中，构建空间实践情境课程，以故事情境模式将学生逐渐带入课程学习之中，增强学生的沉浸式交互体验。

以“家具与陈设设计”课程教学为例，高校环境设计专业实践课程建设，必须以实践内容的选择以及模型的建立作为教学大纲，提升虚拟仿真技术与所选课程教学的契合度。在家具模型制作方面，环境设计专业教师需避免片面数过多、材质以及贴图还原度过高等问题，增强虚拟仿真动画与特效的真实性;在陈设场景呈现方面，环境设计专业教师必须把握多场景的关卡式，增强特色场景客观规律性。此外，高校环境设计专业教师必须认真把握虚拟仿真实践教学资源的开发，加强对虚拟仿真实践教育的管理，推动虚拟仿真实践教学系统运行。环境设计教师通过虚拟仿真技术实现交互操作，加强对实践教学内容的考核，通过设置师生评价环节，加强学生沉浸式教学体验。

（二）打造虚拟仿真实践教学新模式

虚拟仿真实践教学新模式的建立，需要围绕虚拟仿真技术，形成新的实践教学模式。环境设计专业教师必须统筹协调理论教学以及实践教学，在实践教学中，重点突出其专业基础，形成一种沉浸式教学、参与式学习的创新教学模式。

沉浸式教学模式的首要目的是挖掘学生专业课程学习兴趣点，及时对学生在学习过程中存在的问题进行反馈和分析，并且结合课程教学进度作出相应的调整。基于虚拟仿真实践教学模式的环境设计专业沉浸式教学，主要体现为人们在虚拟交互学习中的感知性学习行为，学生运用VR技术设备，通过整合想象以及感官知觉，产生虚拟幻觉。传统环境设计专业课程将教师以及学生限制在课堂中，极大地制约学生对于专业知识的吸收。环境设计课程需要学生拥有灵活的思维，如果增加学生环境设计专业知识学习的沉浸感，将学生带入知识点包围的课件系统以及真实发生环境之中，能够有效增加学生对教学内容的把握。此外，由于高校教育资源存在稀缺性，目前一些高校各类专业教育形式还是采用传统教学方式，教师用课本以及教学资料对学生传授知识，学生只能被动进行学习，依靠机械教学，不仅无法优化环境设计教学体验，其教学效果也无法得到有效提升。沉浸式虚拟教学优势在于，它能够帮助学生在环境设计课程中实现各类互动，这不仅让学生自主参与环境设计专业课程教学的积极性得以提高，还让学生在实际操作过程中更好地理解环境设计专业课程教学内容。

本教学研究以环境设计专业课程“家具与陈设设计”为例，传统家具以及陈设设计往往是让学生想象一个空间或者是选择一张参考图片进行设计，依靠沉浸式教学方式采用虛拟场景，学生可以根据空间环境精心设计，增强学生的课程参与感，通过课程作业进行考核，验证学生沉浸式教学效果。如图1所示，在环境设计专业课程实践教学中，江苏信息职业技术学院采用津发科技所提供的ErgoLAB虚拟世界人机环境同步平台以及CAVE大型沉浸式虚拟现实系统，使学生在环境设计专业课程中获得更好的沉浸感，再对环境设计专业课程教学效果进行深入分析，同时对课程实践设计进行验证。

（三）创新创业教育融入实践教育全过程

高校通过前期示范验证后，构建环境设计专业主干课程实践教学平台，将环境设计专业课程教学环境以及实训水平提升至一个新的科学技术创新水平高度，进而实现学生乐学、易学。现阶段，当代高校必须将虚拟仿真技术应用于实践教学环节，有效结合环境设计专业课程开设特点，不断拓展虚拟仿真技术在环境设计专业课程教育中的应用方式，在丰富环境设计专业教育环境的同时，提升其课程教学成效。

其一，高校应对环境设计专业课程知识体系进行梳理，对课程教学方式进行优化，通过加强高校与企业之间的合作，协力探讨环境设计专业课程教学评估方式以及实践输出平台;其二，企业应结合环境设计专业内容，针对高校专业课程教学路径进行改善，并且由校企双方共同合作建设虚拟现实教学综合实训实验室。结合上述两种方式开展校企合作，高校可以拥有非常优质的VR课程资源，高校通过专业教师到企业挂职培训、企业培训师引入课堂等方式，为高校培育一批优秀的虚拟现实信息化师资团队。高校通过校企合作能够有效保证环境设计专业实践基地正常运作，助力高校与企业的产教融合深度，进而培育一批具有社会责任感、实践能力、创新能力以及创新创业能力的高层次应用型人才。

此外，高校必须以学生为核心，坚持理论与实践的结合，提升环境设计专业学生的创新创业能力。教师应统筹协调环境设计专业理论教学与实践教学，形成先基础、再综合、再到研究与创新为主线的创新教学体系。该体系的开展实现创新教育融入实践教学全过程，体现现代高校创新人才培养模式。高校环境设计专业教师在课程建设过程中坚持虚实结合的教学原则，通过在高校环境设计专业教育中，实现对人才理论学习、实践设计、科学研究以及创新工作等的培养，推动高等院校专业教学理论与信息化技术的深度融合。

综上所述，现代高校必须着眼于环境设计专业发展，加快环境设计专业课程与沉浸式虚拟仿真技术的融合，实现深度学习目标，使其成为现代环境设计专业课程建设的特点。我们在家具设计课程中发现，高校借助虚拟现实技术，能够有效提升学生对环境设计专业课程的学习兴趣增强高校专业教师的教学手段以及教学成效。随着现代虚拟仿真技术的发展，国内高校以沉浸式教学法将其融入各专业课程教学中，将学生被动学习转变为主动学习，增强学生在虚拟空间内的体验，高校通过产学研方式将行业资源融入高校教育中，进而有效提升高校环境设计专业人才培育质量，探索一条更为适合高校环境设计专业的教学模式。

参考文献：

[1]晋银峰.虚拟仿真“金课”建设：路径、问题与对策[J].河北师范大学学报（教育科学版），2021，23（5）：115-121.

[2]邓亚娟，李磊峰，毕立俊.虚拟仿真技术在建筑空间展示中的应用研究[J].居舍，2021（28）：158-159.

[3]刁翠翠.虚拟仿真技术在环境设计课程中的创新研究：以景观设计基础课程为例[J].美术教育研究，2021（19）：110-111.

[4]刘琳，苏雪晨.基于VR技术的沉浸式学习环境构建研究[J].信息与电脑（理论版），2020，32（3）：231-234.

[5]周屹.全沉浸式VR技术在高校艺术设计专业实验教学的改革与实践[J].高教学刊，2020（24）：139-141，146.

◎编辑 鲁翠红9AA5B626-98EE-4005-BBA6-45E831E8E550