虚拟仿真技术在艺术设计教学中的应用探究

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  The unique immersive teaching, advocated by virtual simulation technology, overwhelms the traditional classroom with teaching content that was impossible to appear, and fills the gap in the classroom teaching practice for art design majors.
  随着当今社会科技的高速发展,教学方式也呈现出多样式的发展趋势。配合着信息时代的到来,线上线下相结合的教学模式使得老师和学生能够在授课与学习的时间、空间以及方式上进行多种选择。这些新的教学方式与传统教学方式相比带来了更多的科学与人性化体验,有助于提高学生的知识吸收率。在高校艺术设计专业教学中加入虚拟仿真技术,利用其具有的沉浸性、生动性、交互性等显著特点,在课堂上更为真实直观地展示教学内容,调动起学生的感官,营造一个身临其境的专业实践环境,大大提升了学生将理论知识与实践相结合的程度,为重视实践训练的艺术设计专业课程带来了更为优质、有效的教学过程。虚拟仿真技术的运用为艺术设计专业培养当今社会需求的应用型人才提供了更多的教学实践模式,将其与课程相结合探索更多的教学内容与方法,是时代发展的需要,值得我们深入探讨与研究。
  一、虚拟仿真技术与虚拟仿真教学

  (一)虚拟仿真技术概述
  虚拟仿真技术是在多媒体、虚拟现实、人机交互、网络、通信等技术不断发展的基础上,将仿真技术与虚拟现实等技术相结合而产生的更高层次的仿真技术。用户利用相关设备通过视觉、听觉、触觉等实时感知与特定范围内的虚拟世界影像进行交互式的观察与操作。它具有虚幻性、逼真性、沉浸性、交互性的特征,(图1、图2)在构建的虚拟世界里人可以对环境和里面的物体进行操作,并且根据具体操作给予符合客观现实的实时反应。
  (二)虚拟仿真教学
  虚拟仿真教学是指借助虚拟仿真技术,营造虚拟仿真学习环境,把知识产生的客观现实展现给学习者。它可以让学生在教室或实验室体验以前课堂上在时间以及空间上无法达到的场景;或者是在现实生活中很难实现或无法体验的场景。这样的虚拟环境与传统教学的实践场所相比更加省时、经济、安全。
  1.虚拟仿真教学特点
  (1)体验式教学
  虚拟仿真技术,同时调动视觉、听觉、触觉等更为逼真的可视化环境,可以增加人们对于虚拟环境的共情心理,有助于了解所处世界,完成近似于實际的操作模式来达到学习的目的。这样的学习方式比书本、音频、视频更具有感染力。
  (2)增强自主探究能力
  模仿现实客观世界的环境和行为方式,逼真地模拟呈现,比起传统教学模式更具有主动探索的愿望,激发学生主动学习的兴趣。
  (3)着重实践训练
  虚拟仿真技术可以提供近似于现实的实践环境,其目的是让学生能够参与情景演练。这种实践方式比起现实环境更为安全、高效。同时,这种方式进行实践训练失败的代价是非常小的,还可以任意重复。可以鼓励学生进行多次的尝试,大大缩短实践训练的时间,进而提高实践技能和实践训练的效率。
  (4)交流方式的转变
  在课堂教学方面,传统课堂教学不能保证每个同学的课堂吸收率是一样的,因为学生对知识的接受能力不同,往往有的同学还没有听懂而有的同学已经掌握。虚拟仿真技术的加入可以解决这个问题,它让教学从教师对学生的单向灌输式授课,转变为带有实际操作的沉浸式教学方式,并可以进行实时互动。在教学进度上可以根据学生的学习情况进行课程设计,将以前传统课堂的一对多模式转变为一对一的个性化辅导方式。每个学生都处于适合自己的教学阶段,达到因材施教的目的。在远程教学方面,虚拟世界为教师和学生创建了一个“同一空间”,使学生产生集体上课的感觉,交流方式也与现实交往相差无几,可有效缩短师生之间的时空距离。让教师通过网络及虚拟仿真的世界与异地学生进行“面对面”的交流和辅导。学生如同置身于课堂环境之中,而不再是以旁观者的视角来看视频。这样的改变,让学生能够更加专注于学习,不再是依靠自己的自制力,让学习知识变得更为轻松。弥补了现有远程网络教学的不足。
  (5)游戏式教学
  大部分学生都喜欢玩游戏,因为在游戏中可以体验模拟现实世界与非现实世界的竞争和协作,这种体验代入感强、代价小,可以在短时间内实现参与者的心里满足感。而虚拟仿真技术支持下的实践教学与游戏有着很多的相似性。在教学中还可以在授课中加入竞争和协助过程,提高课程自身的吸引力。
  2.虚拟仿真教学优势
  通过以上对虚拟仿真技术应用于教学的特点分析,可以清晰地看出相较于传统教学的优势。这种优势主要体现在可以引起学生的学习兴趣,显著增强学习体验,弥补了学生的注意力缺失、学习效率低的问题。(图3)
  (1)高效率学习
  虚拟仿真技术模仿真实世界场景,从视觉、听觉、触觉全方位调动学生的感官,这样的生动式教学提高了学生的学习兴趣并阻隔了外界的干扰,使学生能更为专心地学习。
  (2)重视学习过程
  在传统课堂教学中往往重视教学成果,忽视了整个学习过程。而虚拟仿真教学则是注重课堂实践体验,在这个过程中,可以了解学生的思维方式,解决课堂的知识疑问,还可以通过知识的授予和反馈进行交流,从而发散思维,启发创新。
  (3)强调动手能力

  在学习中,对于我们做过的或模仿过的内容记忆可以高达百分之九十,远高于听和看的比例。虚拟仿真教学可以通过实际再现的手法,促进学生的主动操作,锻炼动手能力,增加了对知识的理解和运用。在反复的实践过程中可以引发主动思考,拓展思路,启迪创新思维,并通过虚拟世界反复实践验证所提出的设计构想。在完成构想之后,学生们还可以使用3D打印机、激光雕刻机等各种工具进行实物制作,使创意想法和实践成品能够有效对接,不再做脱离现实的设计。
  (4)更为优质的考核评价系统
  虚拟仿真教学,能够了解每个学生的学习过程、兴趣爱好,从而分析出他们的思维方式、实践行为以及对所教授知识的理解程度。系统可以根据这些评价进行分类教学,选用不同的教育内容和方法,对每个同学布置不同的课下作业,推荐不同的相关辅助资料,安排不同的考试时间,弥补传统教学中的不足之处,提高学习效率。

  二、虚拟仿真技术下的艺术设计专业教学改革
  虚拟技术的发展应用于教学现在还处于早期阶段,但是具有非常大的潜力。随着各高校及高职、大专院校的虚拟实验室相继建立及使用,艺术设计类的专业课程要随着这一改变作出相应的调整。教育模式变得更加丰富,教育内容更为充实。
  1.培养建设专业的教师队伍
  想要完成一个具有良好效果的虚拟仿真技术支持下的教学课程,就要先建立一支专业的教师队伍。除了具备较高的专业能力之外,要能够跟随社会的需求和科技的不断发展,随时关注相关前沿理念、科学成果;积极参加相关教学改革的研究,参与相关社会应用实践;根据当前的市场发展与需求,积极进行综合的课程完善以及课程优化,不仅在课堂上以全新方法授课,还要对原有的以理论为主的教学思想进行改革,设置相对应的实践环节。能够很好地将虚拟技术相关的实践与实验设备成功地与课堂知识相融合,构建学习环境,引导学生顺利有序的完成课堂知识的学习和实践方面的训练。
  2.开启多样化教学
  虚拟仿真技术的加入可以改变艺术设计专业授课模式简单化的问题。教师可以用动态信息替换原来PPT上的文字理论和配图;用构建虚拟世界来代替使用的物理模型或实践场景;在校内模拟企业生产环境及公司化运作方式,对学生进行实践训练和创新创业指导。同时还可以开启线上教学和资源共享等。不同的专业,不同的课程教学设计衍生了更多的教学和学习方式。
  3.完善现有教学体系
  艺术设计专业是一个融合艺术、科学、技术的交叉学科,对应用以及创新能力有着很高的要求。相关高校应该根据当前社会发展以及市场需求,通过引入虚拟仿真技术作为教学辅助,以学生为中心,注重知识传授的多样性教学,调动学生的学习兴趣,建立与理论相对应的实践教学、实验教学。坚持社会需求导向,避免学校教育与社会实际需求脱节的问题。发扬艺术设计各专业的特色,关注行业发展的最新成果,着重培养学生的创新能力和实践能力。结合学校自身定位和人才培养特点,进行相关课程体系的完善和优化,提高学生的综合素质。
  4.信息技术与实验教学的融合
  在传统教学模式上,艺术类设计专业的部分教学存在着内容陈旧和实践教学薄弱等问题,学生的实践能力与社会实际需求差距较大。这种情况下可以在教学中加大实验室课程比例,创建一个虚拟仿真实验或实践教学平台,坚持“能实不虚、虚实结合”的实验教学原则,强调“以学生为中心”的实验教学理念,利用虚拟仿真技术,建立以学生自主学习为主,教师指导为辅的实验室教学方式。
  5.建立虚拟仿真教学成绩考核评价体系
  虚拟仿真课程的教学有别于传统教学方式,因此要根据具体教学内容和过程对成绩考核评价体系作出相应调整,实行电脑系统和教师双项评分。
  三、结语
  艺术设计专业课程引用虚拟仿真技术,建立多样化的教学方式,引发学生学习兴趣,激发学生的潜在能力。特别是在实践方面,避免了传统教学方式中受到时间、空间、安全等多种因素限制,解决了理论知识和实际设计项目存在认知偏差的问题。学生可以在相对真实的环境中对课程项目进行全方位的了解,打破了传统教学的局限性,有助于深化理論学习,启发创新思维,提升设计能力,促进艺术设计专业教育的不断发展。
  参考文献:
  〔1〕王卫国 胡今鸿 刘宏. 国外高校虚拟仿真实验教学现状与发展[J].实验室研究与探索, 2015(5):214-219.
  〔2〕王 刚.陶瓷艺术设计虚拟仿真实验教学的实践探索[J].高教学刊,2019(2):97-99.
  〔3〕虚拟世界[DB/OL].百度百科,http://baike.baidu.com/subview/47107/13226664.htm.
  〔4〕张双 虚拟现实技术支持下室内设计专业教学模式的改革与实践[J].美与时代(上),2018(10): 120-123.
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