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

周屹

摘  要：在当下数字技术、信息技术、媒体技术与视觉文化大发展的历史境遇中，已对艺术设计学科的发展建设形成了深刻的影响，将信息化、媒体等技术引入到艺术教育与创作已成为当前艺术设计领域重要的艺术实践之一。但有些教学内容因为教学条件等因素无法在真实的环境中开展，在一定程度上影响了学生创新能力的培养。因此，迫切需要建设能够实现虚实相结合的全沉浸式VR艺术设计教学平台，形成全沉浸式VR技术与艺术设计教育相互补充的全新教学方式，达到进一步促进学生创新精神与实践能力的培养目标。

关键词：VR技术;艺术设计;实验教学改革

中图分类号：G642       文献标志码：A             文章编号：2096-000X（2020）24-0139-04

Abstract： In the current historical situation of the great development of digital technology， information technology， media technology and visual culture， it has had a profound impact on the development and construction of art design discipline. The introduction of information technology and media technology into art education and creation has become one of the important art practices in the field of art design. But some teaching contents can not be carried out in real environment because of teaching conditions and other factors， which to some extent affects the cultivation of students'innovative ability. Therefore， there is an urgent need to build a fully immersiveteaching platform of VR art design that can combine reality with reality， and to form a completely new teaching mode that can complement each other between fully immersive VR technology and art design education， so as to further promote the cultivation of students'innovative spirit and practical ability.

Keywords： VR technology; art design; teaching reform

引言

全沉浸式VR技術其明显的特点是：在虚拟的世界还原客观事物的真实性。本文提出利用全沉浸式VR技术与艺术设计专业教学相结合的创新教育方式，满足现代教育发展的需要，更新艺术设计专业的传统教学理念和创新教育体系。建构以学生能力培养为基础，构建创新教育体系，打破传统的理论教育造成的弊端，以创新思维为基础，以提升学生创业素质和能力为导向，借助虚拟仿真技术平台，提倡参与式教学，引导学生将艺术与设计技术融合，理论联系实践，提高学生的实践能力，打开思想禁锢的枷锁，促进学生的个性塑造，激发学生的创新意识和创业能力，为同类高校的艺术设计专业教育提供参考[1]。

在传统课堂教学中老师和学生是限定在固定教室，这极大地制约了学生吸收知识的有效性，而加拿大魁北克省的沉浸式双语教育（Immersion Model of Bilingual Education）及多项教学实证实施证明，知识的习得过程如果增加沉浸感，将学习者代入到知识点的包围式可见系统或技能使用的真实发生环境之中，则可以有效增加学习者对教学内容的把握。而VR真正从教学理念变革上实现为“全沉浸式”，将学生带到新的时空之中[2]。例如，在高中物理课程中，将学生置于宇宙星空中，观察地球磁场的方向和飞机切割磁感线的势能转换过程;在地理课程中，将学生引入到天体环境中，观看潮汐和大气环流。

2013-2015年清华大学、北京大学、浙江大学等200所高校先后建设了国家级虚拟仿真实验教学平台。经统计发现：这些高校的仿真实验室多是工程类专业，如物理、化学、机械制造、材料科学、车辆制造、医学类等，只有3个属于艺术类虚拟仿真实验教学中心，如中国美术学院的跨媒体虚拟仿真实验教学中心，浙江理工大学的服装设计虚拟仿真实验教学中心[3]，由此可见艺术类虚拟仿真实践教学建设比较薄弱。

通过对国内外文献整理，我们发现国内全沉浸式VR教学略落后于发达国家，针对艺术类专业的全沉浸式VR教学几乎处于空白，结合当前社会对人才的需求标准，从艺术设计专业的专业特点出发，分析艺术设计专业教学的缺陷和不足，在修正改进中将艺术设计与创意思维相融合[4];凭借艺术设计虚拟仿真技术教学平台，加快“学科融合、教研协同、资源共享”的教学理念的推广，采用虚实结合，促进有效资源的整合、把教学和创新能力的培养放在教育的首位。

一、主要意义及内容

全沉浸式VR技术融入艺术教育体系研究是将理论教学、设计制作实践、科研创新、教学观摩、专业竞赛与互联网推广技术等融合在一起的创新型人才培养模式，把全沉浸式VR技术作为学生教学内容为支持，使课堂教学成果与大学生的创新能力相结合，突出艺术设计专业的特点，强调艺术设计课程教学的内涵，重视学生的创新教育过程，注重提高教师在教学当中的教学思路与理念，以及学生人格塑造、实践技能、设计思维、创新能力等综合能力的培养[5]。推行以学生为中心的启发式、合作式、参与式和研讨式教学方式，强化实践、实训、实习环节，开展跨学校、跨学科、跨领域的协同创新，建设一流的艺术设计虚拟教学方式，为社会培养出基础牢、能力强的高素质专业人才，打破了传统的理论教学惯性模式，对于艺术设计专业学生素质能力来讲，在学校的教学体系中，既保证了艺术特色，还能够充分利用工科学科优势产生有创新时代意义的教学特点[6]。

（一）项目意义

1. 创意文化与创意产业的兴起，艺术设计学科作为其重要组成部分，需及时做出回应。创意文化与创意产业已成为全球经济下一轮发展的主要动力，各级政府亦对文化产业、创意经济给予了越来越多的重视和支持，公众对艺术的表达及创新有了更高的要求[7]。在此環境下，面对当下网络、多媒体、虚拟仿真、人机交互等技术飞速发展，艺术设计学科如何培养出具有新形式下市场需求的人才，是高校必须做出相应的回应。高校必须利用上述技术去改进和创研教学方法，培养掌握媒体技术，且具有独立思考能力的创新设计型艺术人才，努力为国家创意产业发展提供动力，为其可持续发展提供有力支撑。

2. 打破教学空间条件约束，实现教学的延展性和完整性。传统艺术教学采用的是偏平化教学方式，该方式缺乏直观性、整体性、验证性等，学生在学习过程中多处于形式，缺乏整体性的合理验证[8]。“全沉浸式VR技术+教学”的方式可以让学生直接以角色的形式进入仿真设计环境，沉浸在仿真环境中利用漫游的方式对艺术设计作品进行认知、体验，并且对艺术设计进行验证，在艺术设计方案需要修改时可以进行方便快捷的调整，提高设计效率。同时利用全沉浸式VR技术可以实现艺术作品的多方面展示。

3. 通过全沉浸式VR技术教学，实现“信息技术和创意设计互促进”的人才培养教学新模式。提倡参与式教学，引导学生将艺术与设计技术融合，理论联系实践，提高学生的实践能力，项目以培养学生创新精神和实践能力为核心教学体系，在虚拟环境下，从传统的二维设计形式向三维的仿真创造模式转变为创意设计提供了无限可能性，使学生的创意思维得到全面训练。

4. 项目建设将教学资源整合，重构教学功能，开发创新教学项目，融合创新与创意教学。以艺术设计方法及表现手段，立足数字技术、信息技术、互联网传播媒介平台，统一艺术设计类教学项目，引导学生将理论知识和动手实践无缝结合，提高学生的想象设计能力，刺激学生的求知欲，通过全沉浸式VR技术发现问题并解决问题，为艺术设计教学成果转化为设计生产力提供可能性。同时，学生可以根据个人意愿，自由选择教学课程，提供自主学习机会，实现“厚基础、宽口径”的人才培养模式，见图1。

5. 降低教学成本，实现教学的延续性。针对艺术设计专业类课程要求，现有学生大多数设计都是停留在设计方案上面，致使缺乏对所设计方案的合理性验证。若需进一步深入，须制作相应的实物模型，但制作实物模型需到外地进行制作，在制作过程中不仅产生的费用较大，给学生带来较大的经济负担，而且一旦存在设计不合理性，将造成无法弥补的损失。利用全沉浸式VR技术进行设计作品虚拟再现，使学生在虚拟的世界，对设计作品外形、结构等进行验证并修改，因此在整个设计过程中不会产生任何费用，降低教学成本[9]。

（二）主要内容

1. 打造全沉浸式体验VR教学。传统课堂将老师和学生限定在固定教室中，极大地制约了知识吸收的有效性，尤其是思维灵活的艺术设计课程，知识的习得过程如果增加沉浸感，将学习者代入到知识点的包围式可见系统或技能使用的真实发生环境之中，则可以有效增加学习者对教学内容的把握。而VR真正从教学理念变革上实现为“全沉浸式”[10]，将学生带到新的时空之中，见图2。

2. 构建互动参与性课堂。由于教育资源的稀缺性，目前的授课形式局限于老师对着书本或其他教学资料对学生进行传授，学生只能被动学习，依靠机械记忆知识点，不仅教学体验不够优化，且教学效果也不甚理想。而全沉浸式VR技术在教学过程中让学生直接进行各类互动，不但让学生自主参与性极大提高，更让学生在实际操作的过程之中更好地理解和学习。

3. 全沉浸式 VR技术提高多感官高模拟仿真性。全沉浸式VR技术优势在于在制作教学场景中实现高仿真性，除了视觉模拟之外，还加入触觉、嗅觉等其他模拟，不让大脑产生违和感，欣然接受虚拟的沉浸环境。例如在服装设计课程中配合多维台加入模特模拟和运动效果，让学生仿佛身临其境，极大地丰富了教学体验，增强了记忆水平，再次提升了教育效果[11]。

4. 促进教学内容的丰富性。全沉浸式VR 技术在高等艺术教育领域应用十分广阔，通过对抽象知识的认知过程还原和对实验的逼真模拟，提升学生的思考能力，对平时晦涩抽象难以理解的科学知识进行具象化，对干扁枯燥的人文知识进行生动化，对道德教育进行场景模拟化，对艺术教育进行艺术作品还原化，对技能培训进行实操化，全面实行对丰富教学内容的更新换代。

二、创新之处

（一）扩展学生研究兴趣，培养学生的创新能力

鼓励学生参与实际的科学研究，提高学生发散性思维和归纳总结的能力，通过虚拟仿真教学手段，进行虚实结合的教学训练，扩展学生的研究兴趣，逐步提高学生的创新能力[12]。

（二）构建学科深度交叉融合教学平台

以“学科交叉融合、教学科研协同、优质资源共享”为建设理念，形成多层次、立体化、开放式、虚实结合的教学体系，探索一条借助虚拟仿真技术的创新型艺术设计人才培养道路。

（三）整合系统搭建

搭建系统集成，解决既能用于教学工作者，又能用于研究工作者，同时还能根据各种教学标准，用于多重教学环境，最大化地重复利用VR资源，避免系统重建的浪费等这些问题的系统扩展技术[13]。

三、结束语

（一）根据艺术设计教学特点，构建全沉浸式VR 课堂系统教育平台系统

系统构架建设主要包括三个部分，第一是重塑教学环节，第二是打造师生的 VR 教学互动，第三是建立云端数据库，进行人工智能和大数据分析，提升教学管理水平，提升学生教学效果。

（二）开发艺术设计全沉浸式VR课堂教学系统

全沉浸VR艺术设计课堂系统平台的教学系统分为教学媒介、了解、执行和学生，在课程系统体系中以学生教学为中心，搭建专业课程和实践课程的教学知识体系[14]。

（三）全沉浸式VR技术的艺术设计创新教育体系建设

全沉浸式VR技术在艺术设计创新教育教学体系建设中，坚持以学生为核心，坚持知识、素质、能力等多方面协调发展，理论与实践相结合，提升创新能力;将课堂理论教学和实验实践教学统筹协调，实验教学环节突出基础、突出综合、突出开放、突出创新，形成了一种以“先基础、再综合、再到研究与创新”为主线的创新教学体系[15]。该体系所提出的教学内容满足了学生从基础技能阶段、综合技能阶段再到研究与创新阶段的训练要求，体现了实验中心创新人才培养的新模式。同时将“虚实结合、相互补充、能实不虚”的教学建设原则贯穿在学生理论学习、工程实践、科学研究、创新活动、工学交替等完整的实验能力培养过程之中，推动了信息化技术与高等教育的深度融合[16]。

参考文献：

[1]国务院.关于印发《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》的通知[EB/OL].[2010-7-29].http：//www.moe.edu.cn/.

[2]教育部办公厅.关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知[EB/OL].[2013-9-30].http：//www. moe.edu.cn/.

[3]教育部办公厅.关于开展2015年国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知[EB/OL].[2015-6-25].http：// www.moe.edu.cn/.

[4]国务院.关于印发统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案的通知[EB/OL].[2015-11-5].http：//www. gov.cn/.

[5]王文礼.MOOC的发展及其对高等教育的影响[J].教学研究，2013（2）：53-57.

[6]刘琼，张韦深，龙天澄，等.对虚拟仿真实验室建设的再认识——基于“第三届高等学校国家级实验教学示范中心建设研讨会暨虚拟仿真技术与教学资源建设论坛”[J].中国医学教育技术，2017（2）：162-165.

[7]彭小建.高等教育新常态下虚拟仿真实验教学中心建设探索[J].实验技术与管理，2016（10）：237-240.

[8]王卫国.虚拟仿真实验教学中心建设思考与建议[J].实验室研究与探索，2013，32（12）：5-8.

[9]李佐军.地方高校虚拟仿真实验教学中心的建设[J].教书育人（高教论坛），2017（4）：68-69.

[10]华中科技大学.华中科大虚拟实验教学环境[EB/OL].http：//202.114.10.141.

[11]刘亚丰，余龙江.虚拟仿真实验教学中心建设理念及发展模式探索[J].实验室技术與管理，2016，4（33）：108-110.

[12]杨龙军.基于云计算平台的计算机硬件远程实验室实现[J].华中科技大学学报，2013，41（S2）：72-76.

[13]张敬南.实验教学中虚拟仿真技术应用的研究[J].实验技术与管理，2013，30（12）：101-104.

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[15]盛苏英.开放式虚实结合实验教学探索与实践[J].实验科学与技术，2014，12（1）：98-101.

[16]陈润，孙界.构建计算机虚拟实验教学质量保障体系[J].实验室技术与管理，2017，8（34）：107-110.