基于开放式学习模式下的虚拟仿真实验教学探析*——以展示设计课程为例

李 艳 卢星瑶

（南京特殊教育师范学院,江苏南京 210000）

一、虚拟仿真实验教学模式的应用研究背景

1.虚拟仿真实验教学的概述

虚拟仿真实验教学就是将虚拟现实技术引入教学活动中，从而突破了局限于课堂的教学环境和部分受限的实践场所，充分突出信息技术优势，将各种教学要素集中在虚拟实验平台上，学习者根据自身的知识、技能基础，利用信息系统交互功能，自主调节虚拟实验项目中的学习内容，主动地进行学习活动，从而获取课程要求的知识与技能，达到课程相应的教学目的。[1]

2.基于展示设计专业特点的虚拟仿真实验教学建设思路

展示设计专业课程涉及环境艺术设计、视觉传达设计、工业设计三个专业的知识体系和创意思维方法，是一门将特定的文化理念转化成视觉信息传达空间的规划艺术，也是结合了创意思维与展示技术的综合性、实践性课程。其实验教学项目以真实展示空间的参数为基础，从基础设计、空间塑造和虚拟仿真模型指向三个层次来构建，融合项目教学法模拟实际展示空间场景，旨在通过虚拟的“身临其境”的形式，使学生不受现实条件的限制，多视角地去进行观察和创作，对设计方案不断验证、修改及评价，设计出空间合理、预算准确、视觉美观的设计作品，提升展示空间设计的科学性和视觉效果。

二、展示设计课程传统教学中存在的现实问题

1.传统的展示设计专业课程存在理论学习抽象化，理论知识与实践应用脱节的现象

目前，展示设计课程教学主要采用理论讲授、案例讲解和学生练习的方式进行。开展实验实训课程基本采用教师给定建筑空间的图纸，学生根据任务书要求，通过三维建模来完成空间模拟。通过长期的教学实践，我们发现这种教学模式具有一定的局限性，主要表现学生无法站在体验的角度去感知空间的尺度、建筑的围合关系、环境的氛围等，其弊端就是设计方案在现实中存在很大偏差甚至无法正常实施。

2.通过校企合作不断推动展示设计教学实践活动，但受客观条件因素影响较大

展示设计课程中存在实验教学占比高，涉及展品多样性强，学生实习成本高，施工操作存在诸多不安全因素。受到客观条件的限制，设计成果往往无法真实建造，学生难以感知设计效果。为此，许多院校开始进行项目化教学改革，通过校企合作让学生参与到企业提供的实践项目中。但是我们逐渐发现企业项目的实践内容和学校的需求有所偏差，时间上无法与教学安排同步，参加实践人数也会受到一定限制，无法保证所有学生参与完整的设计过程，并及时验证设计结果。

3.传统实践教学方式更多依赖教师的教学水平和经验，教学活动随意性比较大

一方面，许多年轻教师往往是毕业之后就直接进入教学岗位，没有实际设计的工作经验，工程实践能力比较薄弱。另一方面，在校期间教师工程培训的机会较少，缺乏专业技能提升的途径，逐渐与现实需求脱钩，授课过程中往往依赖以往的工作经验且随意性较大，教学效果千差万别。

4.展示设计课程教学评判模糊化，考核方法单一，考核结果主观性明显

目前，展示设计课程的考核成绩主要由考勤情况、课堂练习以及设计大作业三部分构成。这种传统的评分机制不能全面地评价学生的个体学习成效，尤其是对于学生的理论知识的内化能力、实践应用能力、知识综合运用能力、团队合作能力、交叉学科的综合素养能力以及设计类学科的创新意识，都很难进行系统的、客观的评定。因此，课程的教学及反馈过程中就会出现考核内容不全面、考核标准界定模糊、考试方式及结论不准确的问题，最终使我们的教学过程无法得到客观地评估，学生的学习也不能形成科学的闭环。[2]

三、建设展示设计专业的虚拟仿真实验教学体系的原则

1.要与展示设计专业特性的研究相结合

展示设计课程的教学不仅需要涵盖艺术设计理论，还需要结合实践项目的技术演示。因此，展示设计课程虚拟仿真实验教学体系的建设必须结合展示艺术理论与现代信息技术相结合的特性，着眼艺术设计专业学生创新思维的培养、整合多学科交叉的教学资源，建设具有超前性、实用性的课程实验教学项目

2.要与展示设计专业实践课程结构设置相结合

虚拟仿真实验教学体系构建必须建立在展示设计核心课程基础上，紧扣课程中实验性、设计性、综合性项目的实践要求及流程设置，探讨实现“仿真教学”的可视化呈现，通过对仿真项目中的直观体验进行设计反馈，利用体验反馈结果对设计方案进行再验证、再调整，使得操作具备过程性记录以及反馈评价机制。

3.要与高校教师的教学改革相结合

虚拟仿真实验教学体系构建需发挥智能化、网络化、数字化的虚拟仿真技术优势，在项目实训中构建问题探究式、任务驱动式、项目自助式、团队合作式、互动交流式的教学方法，改变传统的实验教学方法和模式，重新建立科学高效的实验教学形态，引导学生积极参与实践教学活动中，将教师从过程性教学指导活动中释放出来，突出教学中以学生为中心，促进其个性化发展为目标。[3]

4.要与学生学习方式研究相结合

虚拟仿真实验教学体系中实验项目、资源库等的构建，必须满足学生探究性实验项目的多样化需求，能够帮助学生理解并内化专业知识。同时，利用项目中虚拟仿真技术的沉浸感、智能性、空间感、交互性等诸多特征，有效启发学生的创造性思维，提升学生的主观学习能动性，最终推动学生自主学习能力的策略形成。[4]

四、展示设计课程虚拟仿真实验教学项目的构建

在展示设计专业课程特性的研究基础上构建“以虚仿实，以实为基”的虚拟仿真实验教学体系，通过线上与线下、讲授与研讨、虚与实的有效融合，打造以学生为中心，以课程内容为导向的实验课堂，其实验项目的建设包含实验场景搭设、实验角色设定、实验模块构建、实验评价系统构建、开放教育平台资源建设五大模块。

实验场景搭设——项目内容要完整饱满，交互维度多且效果逼真，尽可能创建和模拟科学真实的沉浸场景。其场景设定具体可分为普通模式和情景模式两种，教师和学生通过普通模式登录账号后自主开课，如在线分发学习资料、设置不同的权限远程开展直播、课程录制等常规教学活动。也可以通过情境模式，实现情境化互动的教学创新，教师和学生可以在虚拟场景下进行交流与互动，教师还可以根据教学需要和学科特色切换不同的教学情景，学生可自由探索，由此增强学生的学习体验感。系统还应该支持外部媒体课程资源的导入，老师在课堂可以直接管理资料传输，设置使用权限，控制教学运行的节奏。

实验角色设定——这里实验使用角色有灵活性，学生在实验过程中具备一定的选择权和自由度，在此基础上学生可以在师生之间、小组之间甚至同学之间具备操作向导以及相互联系的权限，并且支持学生针对本实验进行线上交流、沟通、评价，由此体现学生在这种教学模式过程中的主体地位，利用现代信息技术来提升学生在专业领域探索的极大兴趣。在具体展示设计项目的操作过程中，学生和老师作为不同的角色设定进入虚拟实验情景中，开展远程多人协同，教师也可以组织分组训练，扮演不同的工作角色，共同完成实操任务，或者小组PK等多种形式的演练。

实验模块构建——通过展示设计实验模块的设定，实现将传统线下实验搬到平台中，在构建的过程中必须根据课程中相应的核心知识点来对应其技能操作训练，在每一个实验模块中规定其任务量、操作顺序、实验学时、完成时间、操作次数和观察指标等等。

展示设计实验一般设四个主要层级。第一层包含课前预习、项目分析、综合设计、成果实践和报告生成等部分；第二层主要包括展示设计理论知识体系、项目任务书分析、周边环境调研、现场模拟测绘、基地平面规划、人流动线设计、项目细部设计、成本造价预算、三维场景模拟、用户漫游体验、工程图纸生成、设计说明书、招投标文本模拟等多个不同任务的模块；第三、第四层是对第二层的深入性展开，共计13+12个实验步骤（如文末图1）。

课前预习模块让学生熟知本实验项目涉及的理论知识和规范要求，了解项目任务书的细节，保证项目开始之前详细了解实验的重难点；项目分析模块让学生通过虚拟场景的体验感受项目周边的环境因素，进行实地模拟测绘，了解基地的层高、尺度、空间感；综合设计模块主要是让学生按照常规展示设计的图纸绘制流程进行平面规划优化功能分区、控制活动空间占比、从方案扩初到细部设计，最后根据施工的图纸及材料的选用生产项目预算，让学生了解方案设计到项目生成造价的误差等信息，尽可能为学生设计的方案提供足够的试错空间；成果模拟模块是让学生感受二维图纸到三维空间的转换，生成各个子空间及整体项目的虚拟场景，通过使用人群的体验感、参观流线的设置、子空间的划分、主体材质的选取、展示陈设设计、展示交互设计、空间色彩的设计、灯光的控制等因素，进一步验证方案设计的合理性。生成报告模块在前面实验模块不断反馈、验证、修改、完善后生成终稿，结合项目设计报告的撰写训练、模拟招投标等最终完成实验项目，以上所有模块学生可以通过浏览器即可访问实验教学平台，通过手机终端观看，按照设定步骤完成实验的全过程。

实验评价系统构建——应根据各个学校艺术设计类人才培养方案以及不同专业方向的课程需求，出台评价教师教学效果的细则，同时也要对学生在实验项目中的过程性操作进行真实客观的反馈，必要时可以提供相对应的激励和惩罚机制。课程中每一个实验操作都应独立形成自主评价、小组互评、教师评估、专家评估以及行业规范评估，对学生的实验过程从主观和客观两个方面进行综合评定，注重研究性的实验记录等，同时对于课程中理论知识可以采取试卷分类管理模块、试题库管理模块以及理论知识考试管理模块进行统筹管理，考核时采用在线导入试题，全部试题可以随机组成不同试卷，教师也能够在平台按需自行组合试卷，形成“课前预习+课后延伸”“理论知识+实验实训”的全流程管控。

教学平台资源建设——教学平台上的资源的共享程度，很大程度上也确保了虚拟仿真实验教学的在线运行，拓展了学生的开放式自主学习的深度及广度。在其构建过程中，一方面我们可以利用已经建设完成的国家级虚拟仿真项目中的资源，如美术资源库中的场景资源、环境与特效资源、模型库资源等，最大程度地实现资源共享；另一方面，教师根据教学思路和教学侧重点灵活制作课件，根据学生的学习情况适时修改教学内容，定制开发不同课程项目的个性化学科教学资源，如实验界面风格、实验指南、知识点绑定、实验慕课、标准化图纸等，逐步实现零代码的自主开发，更加有效地积累展示设计实验素材和课程资源，逐渐解决过度依赖技术公司的现状；还可以将学生的创新创业训练、学科专业竞赛以及行业技术动态等信息资源嵌入平台，强化资源兼容性，进一步加强与各类管理平台的对接，拓展资源开放的程度和共享方式。

研究总结

在信息技术的背景下，在提倡教学模式、授课方式、教学主体以及学时学分构成等综合性教学改革的契机下，以虚拟仿真实验教学的形式引入展示设计传统课程，推动展示设计类基础课程、主干课程、拓展课程、职业素养课程以及双创课程的科学整合，提升教师信息化授课能力，优化专业教学的内容及形式，推广开放式自主学习的模式，才能促进学生综合技能提升，真正实现本展示设计专业人才创新能力的培养目标。[5]