虚拟现实 (Virtual Reality) 技术, 简称VR技术, 就是利用计算机三维建模构建一个虚拟情境, 体验者通过佩戴外围设备, 比如VR眼镜、VR头盔、VR手套、VR手柄等, 可以完全沉浸在这个虚拟环境中, 并通过手柄或手套与虚拟环境中的虚拟物体进行交互。虚拟现实技术作为一门在现代科学技术基础上发展起来的交叉科学技术, 它包含了计算机图形学、多媒体数据库技术、计算机仿真技术、图像处理与识别、人机接口技术、实时分部计算技术、数据库技术、多传感器技术和人的行为学研究等诸多方面。它具有沉浸感 (Immersion) 、交互性 (Interaction) 、想象性 (Imagination) 三大主要特性。目前广泛应用于游戏设计、军事训练、医学手术、室内设计、教学课件等行业。
随着VR技术的迅猛发展, 很多院校鼓励教师开展教学创新, 大家采用多种现代信息化技术辅助教学, 比如运用Flash技术制作的简单交互式教学课件, 运用蓝墨云班课进行手机掌上移动教学课件, 运用3dsmax软件结合Unity3d软件制作VR交互式虚拟仿真教学课件等。本文采用先进的VR技术制作了交互式虚拟仿真课件辅助环境艺术设计专业《室内设计入门实务》课程的教学实践。
制作VR交互是虚拟仿真课件用于课堂教学, 弥补了传统教学不能达到的许多方面, 是教育技术发展的一个飞跃。比如室内设计的虚拟漫游, 人们带上头盔, 完全沉浸在虚拟世界中, 给到“我”身临其境的全新体验。这样的教学课件, 以游戏的形式营造出“自主学习”的环境, 由传统的教师为主体的“以教促学”的被动掌握知识, 转为以学生为主体, 教师为辅导的通过与虚拟信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。
另一方面, VR交互式虚拟仿真课件, 彻底打破了学习的时间和空间限制, 延展了教学课堂, 实现了可移动的电子教学, 学生随时随地可以打开课件学习。同时, 也可为社会提供了远程教育和职业培训的机会, 可以创造更大的社会效益。
在高职教育教学中, 实训实践教学内容占很大比重, 而这部分教学中, 很多受环境、场地、环境、安全等因素影响, 对于一些危险的实训、设备昂贵的实验, 制作VR交互式虚拟仿真课件, 结合动作捕捉高端交互设备及3D立体显示技术, 课件设计出一个和真实环境完全一致的虚拟环境。学生沉浸在这个虚拟环境中, 通过交互设备和虚拟环境里的物体进行交互, 体验实时的物理反馈, 进行各种实训操作训练, 获得与真实实验一样的体会, 这样既节约了教学成本, 又保障了学生安全, 使实训实践教学事半功倍。例如:VR交互式虚拟仿真飞机驾驶教学系统, 学生可以反复在虚拟环境中练习飞机驾驶的设备操控, 模拟在不同天气状况下驾驶飞机, 通过反复虚拟仿真训练, 达到熟练驾驶飞机技术的目的。
VR交互式虚拟仿真课件, 应用了三维建模技术和虚拟仿真技术开发设计, 类似游戏设计软件, 学生可以像玩游戏一样边玩边学习知识, 是一种有效的学习方式。通过“玩”课件, 学生的学习学习兴趣极大提高, 学习主观能动性充分调动起来, 消除了学生实训、实验课难的心理障碍, 提高了学生实训、实验的参与热情, 有效提高了学生实践能力。合理学习这些虚拟仿真课件, 可以丰富学生想象力, 拓展学生知识领域, 提高学生解决问题能力, 提升学生的创新创造能力。
《室内设计入门实务》课程是我校环境艺术设计专业的专业平台课, 也是一门专业入门课, 由于授课对象是大一新生, 他们对环境艺术设计专业一无所知, 而本课程主要通过教学使学生对室内设计专业学科的基本知识结构、学习内容、基本方法以及该专业学科的发展方向、专业动向有一个基本的了解和认识。教学内容基础, 结合室内设计多方面的知识和资源。
由于是专业入门课程, 教学学时少, 在传统的教学中, 通常教师结合部分图例讲解, 在多媒体教室通过PPT展示进行教学, 教学模式单一。本课程有很多施工工艺的讲解, 如果能够带学生去施工现场参观是最好的实践学习, 但是由于各种原因, 不能够每次都有这样的机会, 因此多数时候只能播放一些施工的现场视频给学生看, 学生的参与度低, 对课程内容感兴趣度不高, 很多学生学完课程后也不清楚室内设计专业所需知识, 教学效果不够理想。
如何提升课程教学效果, 提高教学质量?为此, 环艺专业任课教师与数字媒体专业教师结合, 共同结合本课程教学内容, 开发了《室内设计入门实务》交互式仿真教学课件, 辅助本课程的教学。
结合交互式仿真教学课件, 在课堂教学, 每堂课制定一个教学目标, 将《室内设计入门》课程的知识点和实践分解成若干任务, 具体内容和任务难易度根据学生掌握知识情况确定, 增加其趣味性, 激发学生的学习兴趣。
一些章节教学内容, 教师以“任务”形式上节课提前布置, 在课堂上, 学生通过VR交互式虚拟仿真课件进行学习, 并在课件中完成老师布置的设计。比如:教师要求完成一个中式客厅的设计, 学生直接可以在该仿真课件中, 通过交互模块, 按照自己的想法设计出一个中式客厅场景。
在《室内设计入门实务》交互式仿真教学课件中, 其中的“顶棚”模块、“墙面”模块、“地面”模块都包含各知识点的图片、文字、视频、动画演示教学课件, 以及老师上课教学的一些教学视频, 学生可以通过点击这些模块, 在任何时候、任何地点巩固学习这些知识点, 将传统的教学课堂得到延展。在“室内装饰”、“设计风格”模块, 带上VR眼镜, 学生可以像玩游戏一样, 实现对室内设计场景的交互体验和设计创作实训。
在《室内设计入门实务》交互式仿真教学课件中的“室内装饰”模块, “设计风格”模块, 都是全三维建模构建出一个虚拟别墅的室内设计空间, 学生带上VR眼镜, 完全沉浸在该虚拟室内空间, 通过手柄控制点击场景内家具、墙纸、灯具、窗帘、挂画等可以完全设计出自己喜爱的室内场景风格, 通过这样的沉浸式交互体验, 能够更加直观了解室内的装饰构造以及室内设计效果, 理解室内设计理念与风格, 对室内设计专业设计方案更深刻理解。
VR交互式虚拟仿真课件在教学中确实起到了很好的作用, 它像游戏一样, 特别容易吸引学生的学习兴趣, 提高教学效果。但是, 并不是所有的课程和章节都可以在课件中展现。在进行虚拟仿真课件制作时, 根据笔者经验, 需要注意以下几点:
VR交互式虚拟仿真课件区别于其他教学课件的核心在于仿真和交互, 课件的设计必须根据课程的实际需要将课程教学内容模块化设计, 各模块中, 将难于理解抽象的理论知识进行模拟仿真设计;模块中的实验实训进行虚拟仿真交互设计, 按照实训方案、实训操作步骤、实训测试等环节构建实训过程;而对于一般的知识点, 仍然可以按照传统的图片、文字、动画、视频等方式进行知识点教学。将整个课程教学内容“量体裁衣”合理分析解构成模块化, 最后形成一个系统化、模块化的完整VR交互式虚拟仿真课件。
例如在《室内设计入门实务》课程中, VR交互式虚拟仿真课件就是模块化设计, 在“墙面”模块中, 墙面材料的知识点就是采用图片、文字、视频等传统方式进行知识点讲解, 在“室内装饰”模块, 就精心设计了一个完整的别墅场景的室内空间, 学生可以在这个虚拟场景中360度观察, 在空间任意走动, 对这个虚拟空间中的家具、墙面材料、地面材料、灯具等按照自己的设计想法进行交互设计, 从而理解室内设计理念与风格, 直观了解室内的装饰构造以及施工效果。
VR交互式虚拟仿真课件开发是一个系统化、协同化的工程, 需要计算机专业人员、课程教学教师、实验设计人员共同组成课件研发小组, 各方协同配合, 从课程的虚拟内容选取、各模块建构、实训实验设计等多个课程教学环节, 注重从素材收集、编制脚本、程序设计、程序优化、测试修改以及课件实际教学等环节出发, 完善课件虚拟仿真和沉浸交互核心部分的有效设计与教学实践等, 才能创作出符合课程教学需要的课件。如果仅仅委托第三方进行课件制作, 自己的课程教师没有参与其中的课件开发, 这样的课件就很难发挥应有的作用。
目前, 大部分的VR交互式虚拟仿真课件大多选用3dsmax、Unity3D等软件开发, 3dsmax与Unity3D基本实现无缝对接, 实现对虚拟场景的模型、材质、灯光甚至动画等均可以以脚本的形式调用及管理, 为课件的制作提供了最优的选择, 此外, Unity 3D软件接口与三星Gear VR、Htc Vive等虚拟现实体感设备的无缝连结, 为课件的设计制作及用户体验带来了最优感受。
近日, 中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《加快推进教育现代化实施方案 (2018-2022年) 》 (以下简称《实施方案》) 。《实施方案》提出了推进教育现代化的十项重点任务:其中第六项就是大力推进教育信息化。着力构建基于信息技术的新型教育教学模式、教育服务供给方式以及教育治理新模式。促进信息技术与教育教学深度融合, 支持学校充分利用信息技术开展人才培养模式和教学方法改革, 逐步实现信息化教与学应用师生全覆盖。特别提到开展国家虚拟仿真实验教学项目等建设。因此, 基于VR技术进行交互式虚拟仿真课件辅助教学, 将会越来越受到老师和学生的重视和欢迎。
摘要：随着虚拟现实技术的迅猛发展, 应用虚拟现实技术开发交互式虚拟仿真课件已成为一种新型的教学手段融入到职业教育领域, 学生能在虚拟情境中自主学习探究, 通过交互式仿真体验学习课程教学内容, 从而改革了传统教学模式, 给课堂教学带来了以学生为中心的全新教学模式。本文以《室内设计入门务实》教学实践为例, 分析如何应用VR交互式虚拟仿真课件, 改革课程教学, 激发学生学习兴趣, 提高教学效果。
关键词：交互式,虚拟仿真,虚拟仿真课件
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