基于虚拟仿真实验项目的影视艺术类课程自主学习研究

刘煜 卢锋 袁潇 沈大为

摘要：目的：影视制作等艺术类实验对体验感、显示质量的要求较高，其虚拟仿真实验自然对计算机硬件、网络条件的配置提出了更高的要求。因此，探究出以虚拟仿真技术为支撑的实验课程，对增强艺术类课程教学效果意义重大。方法：第一，个人实验模式。按照“了解转播车内部结构—CCU系统和切换台操作—冬奥会短道速滑场地与比赛规则—智能摄像机器人操作—冬奥会短道速滑比赛现场转播”实验项目操作流程，自主学习摄像机器人的操作要领，自主制定转播方案，完成实验。第二，小组实验模式。实验要求学生以3～5人一组的方式，分别担任摄像、智能机器人操作和导播等不同角色，完成“在线协作”实验。结果：基于虚拟仿真实验项目的影视艺术类课程自主学习延伸了实验的深度、广度与实验空间，拓展了个性化的自主探索式实验方法，可以充分运用学科的前沿研究成果，积极探索校企联合开发的创新模式，高度重视实验条件的均衡化发展。结论：面对5G、大数据、云计算、人工智能技术发展的浪潮，虚拟仿真实验必将为影视制作课程实验教学的改革带来强大动力和重要机遇。艺术学科教师要抢抓技术革新带来的机遇，积极参与虚拟仿真实验教学项目的建设，同时深入开展虚拟仿真实验运用于艺术教学的实践，探索其教学规律。

关键词：虚拟仿真实验；影视艺术类课程；自主学习

中图分类号：J90；G642 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2023）21-00-04

0 引言

20世纪60年代，伴随着多媒体技术的发展，虚拟现实技术应运而生。从20世纪80年代后期开始，飞速发展的信息处理技术不仅促进了虚拟现实技术的进步，还在国际上掀起了虚拟现实技术热潮，虚拟实验室概念也随之出现。21世纪以来，虚拟现实技术在教育领域的应用受到关注。以虚拟仿真技术为主的虚拟仿真实验也成为研究的热点之一。

近年来，国内虚拟仿真实验的相关研究主要集中在以下几个方面：第一，虚拟仿真实验的特点。在已开发的虚拟仿真实验中，理、工、农、医学科占据较大的比例。这些学科的实验通常具有环境的复杂性、成本的高昂性、过程的危险性、实验的不可逆性及实验周期的持续性等特点［1］。第二，虚拟仿真实验的教学应用。从培养目标来看，虚拟仿真实验主要是为了提高学生的实践创新能力，其中理工科虚拟仿真实验侧重于提高学生的实践操作能力及利用知识解决实际问题的能力［2］。文科类虚拟仿真实验则侧重于学生专业知识的掌握及专业技能的培养［3］。从教学方式来看，虚拟仿真实验的沉浸性和交互性使情境教学、探究式教学及自主式学习成为主要教学方法［4］。第三，虚拟仿真实验的教学效果。虚拟仿真实验能够有效提高学生的学习积极性，不同的学习行为会对学生的学习成绩产生显著影响［5］。与理、工、农、医等专业相比，设置实验的影视类专业课程虽然不多，但是对实验实践环节的重视程度不相上下。

1 基于虚拟仿真实验的影视艺术类课程自主学习模式设计

为贯彻落实“推动高校积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式”的要求，影视艺术类课程虚拟仿真实验教学项目应采取怎样的建设思路？其教学应用又该如何开展？本文以南京邮电大学虚拟仿真类国家级一流课程“冬奥会短道速滑智能化转播”为例，通过对影视制作课程中虚拟仿真实验项目的设计思路及利用此项目开展自主学习实践的分析，总结在影视制作课程中利用虚拟仿真实验项目开展自主学习的优势、问题与发展趋势等。

1.1 设计依据

以“冬奥会短道速滑智能化传播”为题的虚拟实验项目，主要针对的是真实环境中影像实验教学存在的现实问题。一是真实实验成本高。这种成本包括经济成本和时间成本。经济成本指运动比赛的影像实验教学需要投入诸多的硬件设施，包括与智能时代相匹配的摄影摄像设备和数字剪辑设备，而这往往意味着更多的经济支出。时间成本指运动比赛有固定的周期，常与学生课程学习的时间不同步，因而在现实环境中开展此类实验教学，需要学生留出专门的时间，影响学生的学习和生活节奏。二是真实实验代价大。这种代价指一旦实验失误，就难以获得重复实验和再度实验的机会。因为体育比赛过程难以复制和再演，所以一旦在真实环境中出现失误，就只能等待下次比赛，因而对实验人员的要求高，也侧面反映出实验的可锻炼性弱。

1.2 基于虚拟仿真实验的影视艺术类课程自主学习模式

这一实验的自主学习，主要包括个人实验和小组实验这两种类型。

1.2.1 个人实验模式

在个人实验模式中，学生按照“了解转播车内部结构—CCU系统和切换台操作—冬奥会短道速滑场地与比赛规则—智能摄像机器人操作—冬奥会短道速滑比赛現场转播”实验项目操作流程，自主学习摄像机器人的操作要领，自主制定转播方案，完成实验，再不断修改方案，反复练习。

1.2.2 小组实验模式

实验要求学生以3～5人一组的方式，分别担任摄像、智能机器人操作和导播等不同角色，完成“在线协作”实验，从而再次熟悉白平衡调节、光圈调节、快门速度调节等摄像机的基本操作，掌握智能机器人的操作，提升电视现场制作的导播相关技能，强化蒙太奇思维和意识的培养。

2 基于虚拟仿真实验的影视艺术类课程自主学习实践

2.1 对象

该虚拟仿真实验项目自2018年12月建成以来，一直应用于南京邮电大学数字媒体技术专业二年级学生数字视频设计与制作技术等课程的实验教学。

在进行这一实验之前，学生已经具备以下基本知识和能力：一是掌握视听语言的基本原理，包括掌握不同景别、角度、方向、焦距、构图、运动方式的镜头的特点与作用；二是掌握摄像机的操作要领，包括白平衡调节的原理与方法、调焦的方法、调节光圈的方法等；三是掌握电视现场制作的基本步骤与技巧。

2.2 实践

本实验共有4学时。其中，“了解转播车内部结构”0.5学时，“CCU系统和切换台操作”1学时，“冬奥会短道速滑场地与比赛规则”0.5学时，“智能摄像机器人操作”1学时，“冬奥会短道速滑比赛现场转播”1学时。

在近几年的教学实践中，研究主要探讨了虚拟仿真实验对学生自主学习能力、元认知能力的影响。

2.3 效果

2.3.1 虚拟仿真实验教学对学生自主学习能力的影响

为了解基于虚拟仿真实验的影视艺术类课程自主学习效果，本研究以南京邮电大学2018级数字媒体技术专业的66名学生为对象，着重调查对本科生问题解决能力的影响。调查通过测量学生基于虚拟仿真实验的影视艺术类课程自主学习前后分析问题的能力、选择解决策略的能力、执行策略的能力、评价反思的能力，了解虚拟仿真实验教学对学生自主学习能力的影响。如表1所示，问卷整体信度系数值为0.971，整体KMO值为0.881。

学生自主学习前后问题解决能力的差异如表2所示。从总体上看，学生的问题解决能力前后测具有一定的差异，后测水平高于前测水平，说明虚拟仿真实验对学生的问题解决能力产生了正向影响。同时，从问题解决能力的子维度来看，虚拟仿真实验对学生“分析问题的能力”“选择解决策略的能力”“执行策略的能力”“评价反思的能力”均产生了一定的影响，学生的后测水平高于前测水平。其中，学生在“分析问题的能力”方面前后测水平差异最大，说明虚拟仿真实验对学生“分析问题的能力”影响最为显著。

2.3.2 虚拟仿真实验教学对学生元认知能力的影响

为了解虚拟仿真实验教学对学生元认知能力的影响，本研究以南京邮电大学2019级数字媒体技术、教育技术学专业的136名学生为对象，着重探讨虚拟仿真实验的感官沉浸性、感知交互性及意识构想性对学生的元认知计划、元认知监控、元认知调节及元认知评价等能力的影响。问卷整体信度系数值为0.933，大于0.9，说明研究数据信度较高；整体KMO值为0.881，大于0.8，说明研究效度较好。

3 基于虚拟仿真实验的影视艺术类课程自主学习总结与展望

通过基于虚拟仿真实验的影视制作课程自主学习实践，可以进一步深入思考在影视制作课程中利用虚拟仿真实验实施自主学习的方法、技巧与发展趋势。

3.1 延伸了实验的深度、广度与实验空间

本项目利用三维仿真技术，为学生提供了高度仿真的虚拟实验环境，一定程度上解决了冬奥会比赛场地建设成本高、冬奥会转播人才需求、电视转播实验难以重复、教师跟踪指导难等问题，将传统的实验室延伸为泛在化的“虚拟实验室”，将固定的实验时间延伸为全天24小时。

3.2 拓展了个性化的自主探索式实验方法

学生在进行本实验时，可以根据自己的学习能力和时间，自主选择实验场地和实验时间，自己把握实验进度。学生可自行设定转播方案，设定智能摄像机器人的数量和机位，完成转播并完整输出视频。学生可反复研究输出的视频，反思、总结、修改转播方案，在此基础上再进行重复练习，不断提升转播技能。此外，学生还可选择在线协作模式，根据个人的专业兴趣，选择导播、摄像机器人操作等不同岗位进行实验技能训练。

3.3 可以充分运用学科的前沿研究成果

多年来，实验室建设经费不足、实验设备陈旧成为影响高校实验教学效果的重要因素之一。在影视制作领域，随着视频技术的快速发展，摄像机器人应运而生并在欧美等地的运动会转播、演播室等场合得到广泛使用。将智能摄像机器人运用到电视转播中，拓展了冬奥会的电视转播方法［6］。由于在冬奥会短道速滑等比赛中选手滑行速度极快，因此传统由人工操作摄像机的方法难以跟踪个别选手，尤难表现比赛细节。运用智能摄像机器人进行运动会转播，不仅可以增加电视转播的智能化元素，形成一种新的电视转播方案，还可以推动影视类课程教学的前瞻性发展。

3.4 积极探索校企联合开发的创新模式

当前，教育部对五类“金课”建设的推动，极大地激发了广大高校教师课程建设的热情。但是，与线上、线下、线上线下混合、社会实践等四类“金课”相比，虚拟仿真实验项目的开发难度最大、开发时间最长、对教师媒体技术水平的要求最高。因此，各大高校均采用了学校教务处牵头、教师教学设计、企业进行实现的模式。但多年的信息化资源建设经验表明，推动虚拟仿真实验教学项目建设的良性发展，既要充分发挥“集中力量办大事”的制度优势，将部分有特色、较重要的优质教学资源由国家相关部门统一部署、统一规划、统一建设，将高校智力资源的策划和引领功能注入项目开发的全过程，又要充分发挥市场在信息化资源建设中的基础性作用，尽快出台清晰的教育信息化产品招标需求，营造公开透明、公平竞争的市场环境，打造健康的虚拟仿真实验项目开发产业，进而探索校企联合开发的创新模式。

3.5 高度重视实验条件的均衡化发展

与一般学科的实验相比，影视制作等艺术类实验对体验感、显示质量的要求更高，其虚拟仿真实验自然对计算机硬件、网络条件的配置提出了更高的要求。尽管前期的项目开发已考虑到不同地区的网络条件差异，但在2021年新冠肺炎疫情防控期间的教学实践中，仍然有不少学生因实验加载时间过长而对实验失去兴趣。地处华东地区的高校尚且如此，西部偏远地区学生面临的情况可想而知。虽然我国5G的商用步伐加快，但是教育主管部门仍然需要深入了解高校的硬件现状，并采取有效措施促使高校网络条件达到相对均衡，以免在推进学校内涵发展、提高人才培养质量、推进创新人才培养的進程中扩大“信息鸿沟”和“应用鸿沟”。

4 结语

面对5G、大数据、云计算、人工智能技术发展的浪潮，虚拟仿真实验必将为影视制作课程实验教学的改革带来强大动力和重要机遇。艺术学科教师要抢抓技术革新带来的机遇，积极参与虚拟仿真实验教学项目的建设，同时深入开展虚拟仿真实验运用于艺术教学的实践，探索其教学规律。这也必将成为下一阶段艺术学科促进课程建设、推动实验教学模式发展和创新人才培养的重要任务之一，还是未来智慧型艺术教学的重点和关键所在。

参考文献：

［1］ 李炎锋，杜修力，纪金豹，等.土木类专业建设虚拟仿真实验教学中心的探索与实践［J］.中国大学教学，2014（9）：82-85.

［2］ 赵强，左娅佳，房维强，等.诊断学仿真实验系统中应用TTS技术创建虚拟问诊功能的研发设计［J］.电化教育研究，2009（10）：61-63.

［3］ 薛永基，张元.虚拟仿真实验教学在MBA培养中的应用思考与设计［J］.学位与研究生教育，2015（4）：46-49.

［4］ 陈茜，陈峻，杨帆.“交通规划”课程实验与理论教学的优化与融合研究［J］.东南大学学报（哲学社会科学版），2017，19（S2）：154-156.

［5］ 江波，高明，丁继红，等.虚拟仿真实验学习行为分析［J］.中国远程教育，2017（9）：11-18，79.

［6］ 沈利俊，郭立.浅析摄像机器人在新闻演播室的应用［J］.数字传媒研究，2017，34（7）：45-48.