基于沉浸式空间体验的《植物造景》课程教学研究

邱巧玲，岑文诺，程晓山

(华南农业大学 林学与风景园林学院，广东 广州 510642)

1 引言

“沉浸式体验”是指在虚拟与现实共生互融的环境中，参与者在一定技术支持下，通过亲身实践所产生的经历与经验[1]，包括人的感官体验和认知体验，是一种集多感官活动于一体的深度体验方式，使用者有“身临其境”的感觉。生活中常见的“沉浸式体验”如虚拟现实场景的游戏、5D电影等。在各旅游景区中，“沉浸式体验”的运用也日益增多，大大提升了游客的体验感。如海洋世界巨大的玻璃水族箱，游客仿佛进入了“海底世界”，可以跟鲨鱼面对面交流；“鸟的天堂”中，游客不再隔着鸟笼观赏鸟类，而是进入大鸟笼，与飞鸟零距离接触。在新加坡动物园里，技术的革新让全方位的沉浸式投影体验得以实现，猩猩可以在头顶的大树上自由活动，游客甚至还可以跟猩猩共进晚餐，仿佛置身于天然的热带雨林之中[2]。

“植物造景”是指运用乔木、灌木、藤本及草本植物等题材，通过艺术手法，充分发挥植物的形体、线条、色彩等自然美来创作植物景观[3]。在华南农业大学，《植物造景》课程是一门面向风景园林和园林专业的综合性较强的专业课程。作为具有地域特色的专业拓展课程，其教学效果直接影响到学生专业能力的提升以及适应市场需求能力[4]。课程教学要求的目标是：学生既具备植物学的基础知识，熟悉本地常用植物材料的品种、规格、四季特征、生长习性和文化内涵等，又能够灵活应用，从色彩、形态、高低层次等方面进行组合搭配。还需考虑到植物造景在空间上的合理布局，形成疏密有致、开合有度、步移景异的空间序列。与此同时，还要兼顾植物四时不同的景观效果及近、中、远期群落效果的呈现。

2 传统教学方式在植物造景课程教学中的局限

《植物造景》教学既涉及植物种类、配置手法等理性认知，又涉及空间、尺度、文化、意境等感性认知。在传统的课堂教学中，教师通常通过平面、相片、建模、效果图去为学生解说园林空间中的园林植物造景案例，以“理论—实践案例讲解—项目练习”的教学方法实施，使学生了解绿化景观设计的程序及图纸表达[5]。学生通过图纸表达，以“分解”为基本方法将三维的空间实体分别用二维的平、立、剖面图表达出来以理解空间[6]，但教学的效果受限于学习者的空间想象力和空间转译能力，不利于教学目标的实现。现场教学及实地调研则是使理性认知和感性认知能融为一体的有效教学方式：教师带领学生到实地讲解，同学们对场地中的典型植物景点进行实测，绘制平面图、立面图，拍摄实景照片。这是一种很好的“沉浸式空间体验”教学，突破了仅仅在课堂上“看图说话”的限制，也解决了类似照片取景范围有限、学生缺乏空间感受等问题。

然而，受到时间、空间、经费等条件的限制，教师组织学生现场参观学习的局限性大，机动性差。目前，华南农业大学风景园林和园林专业的《植物造景》课程教学课时是32节，时长为8周。在短短2个月的时间跨度中，只能看到某一季节的实时效果，而无法感受到植物的四季变化，更不能看到植物完整的生长周期(幼年、青年、中年和老年)的效果。另外，现场教学的众多案例地点分散，实地考察时间和经费有限，实际教学安排只能选择少量地点进行示范。上述条件的局限性使学生学习和开拓眼界的机会受限，影响学生对植物造景的全面学习和综合领悟能力的提升，特别是对园林植物景观空间的认知，对植物生长周期、季相变化等方面的综合体验和应用。具体表现为，学生难以掌控不同空间尺度下的植物造景设计，在植物造景设计当中，无法兼顾场地的四季不同的景观效果，无法同时满足近期、中期、远期的植物景观效果。

3 “虚拟现实”技术在“沉浸式体验”中的应用

3.1 沉浸式虚拟现实技术及其应用现状

随着计算机技术的应用推广和发展，虚拟现实技术得以面世，其应用令体验更具深度，通过技术手段可以令人产生全神贯注的体验与感觉，让人专注在当前的目标情境下感到愉悦和满足，而忘记真实世界的情境。“虚拟现实”(即VR)亦属于“沉浸式体验”的一种，体验者通过佩戴特别的设备，或者通过电脑(手机)显示操控，在虚拟环境中可获得视觉、听觉、触觉、动觉等多种感知，从而构成脑海中的多感知性的场景画面[7]，达到身临其境、自由漫游的目的，在沉浸式体验过程中获得“观察的经验”。在虚拟环境中，结合所创设的情境，可以激发使用者的探索热情，促使使用者在多感官参与及互动过程中获得相关知识，从而更好地实现学习认知的效果。虚拟现实技术的应用，亦成为一种足不出户、简单便捷的“沉浸式体验”。

虚拟现实技术已开始在国内的一些高校被尝试采用：通过构建虚拟现实教学平台、数字场馆漫游、模拟场景训练等方式优化高校教育模式，帮助使用者完成多维交互的知识建构过程。北京工业大学利用虚拟现实技术配合Unity3D软件开发了针对设计专业的“视错觉三维交互学习系统”学习平台[8]；浙江大学以历史文化教学为目标整合现有虚拟技术与信息资源开发了西湖文化数字博物馆，为使用者提供创新的数字时空学习环境[9]；华南理工大学通过构建工程制图三维沉浸式培训系统丰富使用者对组合空间的体验感，同时提升其工程制图训练的熟练度，在虚拟学习环境中建构知识体系[10]。同时，随着体验经济的盛行，虚拟技术普遍应用于艺术展览和文化推广领域，如在2021年4月举办的《在地新生》沉浸式科技艺术展览中，结合体感交互、三维动画等手段活灵活现地展现了岭南花鸟传统画的魅力[11]。此外，虚拟现实技术也广泛应用在如心理学教学中的某些特殊场景实验过程，核工程学教学中模拟核反应过程的危险场景还原，还有医学院的器官内部结构、病变模拟教学等。可见，采用“虚拟现实”技术用于“沉浸式体验”教学的主要目的是为了解决在教学或实验中存在的危险性、时空局限性，或者对一些特殊场景的构建存在困难等问题。

3.2 虚拟现实技术在植物造景课程的引入

将虚拟现实技术引入植物造景的课程教学，其优点如下。

(1)突破时空限制的多向交互式教学。学生可以随时随地进入课堂学习，随时与“身边”的老师、同伴进行交流、讨论，真正体现了沉浸式虚拟的交互性特点。

(2)真实、动态的场景式教学。教学内容可以用真实的、动态的三维虚拟影像再现教材内容，让学生沉浸式地参与其中，学生不易走神，以强烈的感官体验达到最佳学习效果，提高学习效率。

(3)场景的时、空变化模拟预设展示教学。可以模拟现实生活中我们无法创设的教学情境，体验现实生活中很难或者无法体验的场景，点燃学生的学习兴趣，使学生更加主动地去发现、探索有关知识。

利用虚拟现实技术打造园林植物景观VR实训平台，实现教学形式从二维图像向三维虚拟现实的过渡，建立包括园林植物观赏、优秀设计案例、方案成果表达等多个虚拟现实教学模块，使教学更为丰富生动，激发了学生学习的积极性和自主性，有助于创新思维的培养和综合素质的提高，从而提高教学的整体效果。

4 “沉浸式体验”教学设计

4.1 教学设计的关键问题

从2019年开始，笔者尝试将“沉浸式体验”教学方式从现场教学扩展至《植物造景》课程教学的各个环节当中，主要包括两个方面的内容：现场实地体验和虚拟现实体验。

虚拟现实技术针对《植物造景》课程的教学应用尚处于探索阶段。本教学研究需解决的关键问题是如何建立一个与真实体验相近的虚拟现实教学平台作为对现场教学的局限性的补充。涉及到软件的选取和应用、数据库的建立和资料搜集、模型的搭建和真实度的控制等；应解决如何利用虚拟现实技术沉浸性、交互性、构想性的优点去弥补传统教学方式上的不足。

4.2 教学设计的主要内容

“沉浸式体验”教学围绕课程教学内容，实行理论讲授、校外考查与实测调研和课外实际项目规划设计实操等多元结合的教学方法，以形成从理论——案例——实操——成果点评的分层级教学，各环节有机衔接，并使学生能循序掌握植物造景的理论和技能。

4.2.1 教学设计目标

现场体验是最直观最真实的空间体验方式，不可替代。课程设计在原有现场教学的基础上加强这部分的体验教学。

(1)学会看和体验。进一步完善包括现场讲解——实地考察——实测绘图——模型还原——教师点评各个环节的连贯性。同学们在实地学习中获得真实的感性认识，并转换成自己的设计资源库，最终领会应用。

(2)学会用。增加实践环节，通过模型制作及花境种植设计施工，使同学们亲身体验植物造景的全过程，并请具有实际工作经验的行内专家进行专业指导和点评。

4.2.2 提供虚拟实践场景

由于现场体验存在空间、时间和资金方面的限制，虚拟现实体验作为一种更加灵活和先进的技术手段在教学中进行尝试。

(1)虚拟场景体验。通过虚拟现实的植物造景案例的学习和体验，让同学们身临其境地了解各种植物造景方式的空间关系，体验植物景观的四时变化以及不同时期同一场景的发展变化。这种方式的学习可以更多地吸引学生的注意力，激发学生学习热情，提高学习效率，并解决了现场教学在时空方面的限制。

(2)虚拟场景建构。结合现场体验教学，指导同学们将实测场景还原为虚拟模型。同学们通过还原的过程再次深刻体验植物造景的设计手法，同时获得与实地场景相符的虚拟模型，也为教学数据库提供实例内容。

(3)植物造景虚拟场景重现。学生进行植物造景设计真题练习，并将设计图纸制作为具有3D效果的、可互动的虚拟现实模型，最终实现一个真实项目的设计表达展现。这与植物造景设计实际操作完全吻合，达到了培养学生具有实际操作能力的教学目的。

5 “沉浸式体验”教学的实施

实施方案分为理论教学、现场教学、实操指导、成果教学、成果点评及反馈分析5个阶段。

第①阶段：理论教学。主要讲授植物造景设计原理、岭南植物造景特色、植物造景的空间组织、植物造景的层次和序列、植物造景应用手法等。

第②阶段：图纸效果表达、成果制作规范教学。对植物造景设计成果的表达规范进行讲解，并讲解制作虚拟现实场景的方法等。

第③阶段：现场教学。选取广州植物造景比较典型、优秀的公园(珠江公园、麓湖公园、广州起义烈士陵园等)进行实地考察和现场讲解，邀请公园绿化管理人员介绍分析和点评。学生分组进行公园植物景观系统分析及典型植物景点实测分析，根据实地调研数据，绘制优秀植物造景案例植物配置平面图，并还原为虚拟现实模型。第二个任务是要求学生选取一处景观效果欠佳的场地进行实测，对目前不理想的植物配置进行改造，并绘制绿化提升改造方案图。

第④阶段：实践操作。对实际项目进行植物景观规划及植物配置设计(包括课堂练习和课后设计作业)，并对设计方案进行建模及渲染，制作该植物造景设计方案的虚拟现实场景。

第⑤阶段：成果点评。邀请校外企事业一线实践经验丰富的园林专家对学生作业进行点评，评选优秀作品，并举办作业展。

6 沉浸式体验教学的效果

本项目重点围绕“沉浸式空间体验”进行《植物造景》课程教学，结合理论讲授，运用案例点评、实景设计、实地踏查与数据采集分析、虚拟现实技术运用、项目应用成果评价等多元教学方法分层连贯衔接，丰富了教学的内容和形式，使学生从多角度、全方位学习植物造景的理论、方法和技能。

6.1 沉浸式教学方式使课堂教学与现场教学紧密结合

植物造景与时间(季节、气象)、空间变化关系密切，采用现场教学能取得很好的直观体验，进一步加深了对课堂教学的印象和理解，取得突出的教学效果。

6.2 引入虚拟现实技术进行沉浸式教学，补充了现场教学的局限与不足

通过虚拟现实技术的运用，制作优秀植物造景实景案例虚拟现实场景，为学生展示真实项目中植物造景设计流程及表达方式，展示虚拟现实技术在实际项目中的应用方法，丰富了教学的内容和形式。解决传统教学中学生对于植物造景技法中空间感、尺度感、环境感知等感性认知较难理解和掌控的问题，使学生在学习过程中更容易掌握园林植物造景的理论知识及相关技法，以运用到未来的学习和工作中。

6.3 教学过程突出地域特色，注重学习领会本地优秀的植物造景作品

植物的生长和分布具有地带性，并体现地域文化，园林植物景观由此具有典型地域特征，本课程将岭南地域特征贯穿教学的全过程，以达到继承、发扬岭南园林植物造景的原理和手法应用。

6.4 教学紧密联系实践，具有可操作性和落地性

重视实践操作培养，实操环节采用真题练习，提供实际场地，按实际功能要求进行规划设计，按市场及行业标准要求成果。

6.5 教学与市场行业实际接轨

邀请业内设计、施工、监理和管养经验丰富的工程师一起组成实践教学团队，参与课程教学各阶段(现场讲解、作业辅导、成果点评等)，使教学与行业实际紧密联系，并使学生能了解行业的实际需求。

7 结语

自2019年，华南农业大学《植物造景》课程组尝试将虚拟现实技术应用在该课程的教学和考核中，以期能让学生直观地感受到园林植物景观的空间关系、季相变化，以及由植物生命过程带来的植物空间的预期变化，帮助学生提升传统教学中难以把握的植物景观空间感、尺度感和变化规律。特别是在2020年，在不能组织学生面对面课堂教学和实地考察的特殊情况下，通过校内的“教育在线”网络平台和“虚拟现实实验平台”顺利完成了教学任务，并保证了教学质量不下降，充分验证了该技术在教学实践当中的作用和效果。

沉浸式空间体验教学可以解决植物造景教学中较复杂的空间、时间、规模和数量的问题。通过“身临其境”的感受，同学们能够获得较直观的认知，完成对植物造景基础知识体系的构建，从而提高了学习的效率和掌握知识的效果，这正是本项目的意义所在。