基于虚拟仿真技术的风景园林设计类模块课程教学改革与实践

2022-03-16黎颖惠卿如冰何丽霞杨贤均李晓红

科教导刊·电子版 2022年13期

黎颖惠，卿如冰，何丽霞，杨贤均，李晓红

（邵阳学院城乡建设学院，湖南邵阳 422004）

互联网的发展带来了科技和计算机的技术的进步。在此背景下，虚拟仿真技术以其可视、可听、可触的特性，得以在各行各业普及应用。风景园林设计类课程是一门实践性、应用性非常强的专业课，如何改变传统的教学模式，提高教学质量，把虚拟仿真技术应用到风景园林设计类课程的教学上，突破难点，变抽象为具象，从而提高学生的学习效率和学习兴趣。

1 虚拟仿真技术在教学中的应用

1.1 虚拟仿真技术的定义与分类

虚拟仿真一词由“Virtual Reality”翻译得来，简称VR，也称“虚拟现实”[1]。虚拟仿真技术属于多种高新技术协同发展的综合技术，有机地将多媒体技术、网络技术、计算机仿真技术、信息全息技术、3D技术等等融合成集成系统。目前广泛应用于军事、医疗、教育培训、娱乐、商业、城市规划等领域[2-3]。具有沉浸性、交互性、想象性的特点[4-6]。

虚拟仿真技术主要包括桌面式虚拟仿真系统（Desktop VR）、完全沉浸式虚拟仿真系统（Fully-immersive VR）,以及分析式虚拟仿真系统（DistributedVR）。据统计，目前市场应用最多最广的虚拟仿真系统首推桌面式虚拟仿真系统。主要是利用电脑屏幕展示虚拟三维环境，通过手柄、鼠标键盘进行交互，使用者易受外界环境的干扰而缺乏沉浸式体验。完全沉浸式的虚拟仿真系统，使用者必须佩戴沉浸式的设备，达到全程实现完全沉浸于虚拟环境的目标。沉浸式设备产品主要包括虚拟仿真头盔与虚拟仿真眼镜两种。通过这类产品，使用者能将自己的身体运动与环境反馈精确匹配，完全沉浸在虚拟环境中。分布式虚拟仿真系统是利用数据库及平台，使参与者可以自由交互和协调工作。

1.2 虚拟仿真技术与教育

高媛、刘德建等[7]根据具体的学习方式和任务特征，将虚拟仿真技术在教育中的应用分为观察性学习、操作性学习、社会性学习、科学研究四种类型。

张双[8]认为虚拟仿真技术在实验仿真、技能培训、体验式学习、观察学习、操作练习等方面具有重要的应用价值。将虚拟现实应用于课堂教学是革新教学手段的新突破，一方面，通过虚拟现实教学，使学生从传统的教学模式中解放出来，让学生感受逼真的现场情景，有效感知交互方式，增强体验式教学效能，激发学生学习兴趣；另一方面，虚拟现实技术的使用也是现代教育技术的新突破新飞跃，将使“学生中心，成果导向”教学目标有效达成。它营造了自主学习的环境，由传统的以教促学的学习方式，代之以由学习者通过自身与信息和环境的相互作用来得到知识和技能的新型学习方式[9]。相比于传统教学模式，基于虚拟现实技术的教学模式能脱开文字与静态原理图，动态地呈现整个工作过程，视觉感受强烈，有助于抽象知识的理解，激发学习兴趣[10]。因此，基于虚拟技术的教学模式可以提供一个真实的动态情境，打破思维的局限性，加深学生对专业知识的理解。

2 传统风景园林设计类课程实践教学模式存在的问题

在国家本科教学质量标准中，将风景园林设计模块类课程归属于园林、风景园林专业的学科基础课程，该类课程模块主要着重培养学生的设计素养能力，使学生掌握扎实的理论知识和专业实践技能，并且能够熟练运用相关软件对设理念、设计方法进行合理表达，达到增强学生的逻辑思维能力、思辨能力和解决问题的能力的目标，大大提升学生的专业创新能力。习近平总书记曾指出“大数据是信息化发展的新阶段”，而今，大数据生态系统正在逐步形成，其相关技术、产品、应用和标准在不断完善、发展，特别是开源平台与工具、数据分析、数据应用和数据基础设施等系列板块日趋成熟。信息时代的快速发展促使虚拟仿真实验教学和实训平台必然成为风景园林设计课程的发展趋势。在传统教学模式下，风景园林设计课程一直侧重于理论和实践教学[11]。在新形式新科技背景下，传统的风景园林设计类实践教学还存在如下问题：

2.1 教学观念传统

大多数普通高校传统的课堂教学，通常是教师“讲”为主导，而学生“听”成常态的单向灌输式教学模式，导致教师在教学方案设计中过于注重教学内容而忽略学生学习效率。教师是课堂上的绝对主导，学生被动地接受知识，学习缺乏积极性和主动性，授课效率低，理论无法联系实际，这种教学方法不利于学生实践能力与创新能力的培养。

2.2 教学方法单一

因受地域限制，风景园林设计类课程多以二维图片作为媒介进行讲解，无法进行实地参观，这种教学方式不利于学生对空间的体验，也难以激发学生的学习兴趣。由于年代久远，很多园林实景无法真实还原，只能依靠二维效果图对历史名园进行了解。对于还没有良好空间想象能力的初学者来说，要认识和掌握三维的空间设计是有一定难度的。

2.3 学生学习效率低

设计方案需要进行反复修改，而每一次修改，学生都需要进行新一轮的图纸绘制，在修改制图的过程中势必会耗费过多的时间。

2.4 成果展示方式单一

目前课程的教学成果多以二维图片的方式为主，这就要求读图者必须具备一定的专业知识和理解能力，无法全方位地体验空间效果。

因此利用“产学结合”的综合平台，将虚拟仿真技术引入实践教学，带领学生进入生动、逼真的虚拟环境，引发学生的学习兴趣，改进和优化教师的教学方法，更新教学内容，获取最新的设计资源，使学生的设计能力、创新能力、综合素质得以全面提高。

3 风景园林设计类模块课程应用虚拟仿真技术的实践意义

3.1 有利于学生三维空间设计思维的培养

三维空间设计思想的培养是风景园林专业学生景观设计理念形成的重要因素，特别是学生对空间尺度的感性与理性认识。培养学生在空间想象能力、尺度感、比例关系以及二维与三维之间的转换能力等是风景园林设计类模块课程教学中的重点与难点。这些抽象的、需要学生自己展开联想和想象的教学内容很难运用具体的二维图片或文字表述清楚，学生在学习及训练过程中由于对空间尺度的把握、空间想象能力的欠缺，在最初做设计时往往感到特别的无助，对布置的设计作业感觉无从下手。借助虚拟仿真技术，学生以第一人称模拟进入设计空间，亲身感受空间尺度、分析空间信息，提高学生对空间的感性认识，训练学生对整体空间形态的把控能力。通常采用二维图片和三维空间的结合进行展示，使学生形成感性认识，提高学生的二维平面向三维空间转换的能力。

3.2 实现教学场景的虚拟构建

虚拟仿真技术可以打破时间和空间的限制。在经典案例的讲解中，有许多经典的园林作品仅仅用二维图片加文字的形式讲解，学生很难对历史名园有全面的认识。而虚拟仿真技术可以打破空间限制，让这些远在千里之外的历史名园以三维的形式展现在学生面前，让学生更准确、更有效地了解这些名园的空间形态及设计手法。除此之外，风景园林实践类课程往往需要去真实场景的实践实验、实地认识，近年来全球形势严峻，外出既花费时间及经济成本，又伴随着风险，虚拟仿真技术还能解决耗材大、技术难等实验课程的限制问题，弥补真实课堂上教学条件的不足，节约传统三维模型制作中各种材料的投入。利用虚拟仿真技术建造逼真的虚拟环境，学生成为学习的主体，改革传统的教学方式，提高了教学质量。

3.3 提高风景园林设计作品的交互性，增进师生之间的交流

设计表现是风景园林设计类课程的重要环节，通过设计表现，让无法用文字表达的想法，通过二维图片或三维模型的形式呈现。利用虚拟仿真技术，学生作为第一人，在三维环境中营造空间，感受不同尺度、不同形态、不同材质对空间的影响，多角度地观察空间，将虚拟与现实结合，培养创新能力及解决实际问题的能力。虚拟仿真技术也为师生提供了一个极为便利的交互平台，通过这个平台，教师能更直接地了解学生的设计意图及设计作品，教师的意见也能更直观地反馈给学生，师生间的信息交流变得方便快速。