王琨　薛思寒

［摘 要］文章以空間設(shè)計(jì)教學(xué)為研究對(duì)象，從組織建設(shè)、教學(xué)運(yùn)用以及應(yīng)用評(píng)價(jià)方面探究引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源的過程和方法。在組織建設(shè)方面，構(gòu)建模塊化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和平臺(tái)；在教學(xué)運(yùn)用方面，改進(jìn)教學(xué)模式，轉(zhuǎn)換師生角色，提高教師的引導(dǎo)和組織作用，創(chuàng)建多樣化實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)景；在應(yīng)用評(píng)價(jià)方面，兼顧“教”與“學(xué)”兩方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)成果的全過程、多方位評(píng)價(jià)，并建立一套對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源應(yīng)用的評(píng)價(jià)反饋體系和質(zhì)量控制系統(tǒng)。

［關(guān)鍵詞］虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源；空間設(shè)計(jì)課程；教學(xué)應(yīng)用

［中圖分類號(hào)］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A ［文章編號(hào)］ 2095-3437（2023）14-0074-03

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種供人們將現(xiàn)實(shí)中的客觀空間在計(jì)算機(jī)虛擬世界中進(jìn)行仿真、創(chuàng)建的系統(tǒng)，能夠從不同方面模擬、反映現(xiàn)實(shí)空間環(huán)境，具有較強(qiáng)的代入感和真實(shí)性，為人們提供沉浸式的感受和體驗(yàn)[1]。近年來，將虛擬仿真技術(shù)融入日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)，優(yōu)化課程資源，推動(dòng)課程創(chuàng)新改革，受到越來越多教育群體的認(rèn)同和推廣[2]。

空間環(huán)境設(shè)計(jì)涉及城市規(guī)劃、建筑學(xué)、環(huán)境設(shè)計(jì)等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，是相關(guān)專業(yè)的核心教學(xué)內(nèi)容。原有的空間設(shè)計(jì)課程多以設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)傳授為主導(dǎo)，多為定性判斷，較為感性。隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)、科技和產(chǎn)業(yè)革命的蓬勃發(fā)展，空間設(shè)計(jì)逐漸向以空間中人的行為、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)心理等方面的理性、定量判斷為基礎(chǔ)轉(zhuǎn)變，向精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化方向發(fā)展[3]。以往對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià)大多以教師的經(jīng)驗(yàn)判斷為主，無法給出定量的判斷標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，但計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的發(fā)展讓虛擬仿真技術(shù)引入空間設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為現(xiàn)實(shí)。設(shè)計(jì)方案在虛擬環(huán)境中建成，讓學(xué)生能夠真實(shí)感受、體驗(yàn)，并通過仿真模擬，從聲光熱物理環(huán)境、人的心理行為等方面對(duì)方案進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，能夠解決空間設(shè)計(jì)方案因建設(shè)成本高且不可逆而造成的無法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)的問題。

一、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源在空間設(shè)計(jì)教學(xué)中的組織與建設(shè)

空間設(shè)計(jì)課程以滿足新時(shí)代行業(yè)發(fā)展需求、符合新工科人才培養(yǎng)理念為導(dǎo)向，結(jié)合各教學(xué)環(huán)節(jié)特點(diǎn)和要求，探索組織、建設(shè)有利于空間設(shè)計(jì)課程開展和評(píng)價(jià)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源，以推動(dòng)空間設(shè)計(jì)課程的教學(xué)方法、教學(xué)過程以及教學(xué)目標(biāo)的優(yōu)化。

（一）結(jié)合現(xiàn)有教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，搭建模塊化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

現(xiàn)有的空間設(shè)計(jì)教學(xué)系統(tǒng)主要分為理論認(rèn)知學(xué)習(xí)、空間調(diào)研分析、方案設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)三大部分，依托現(xiàn)有教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，突出學(xué)習(xí)過程的遞進(jìn)性和層次性，構(gòu)建“理論學(xué)習(xí)模塊+空間分析模塊+方案設(shè)計(jì)模塊”的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[4]。在理論學(xué)習(xí)模塊，通過引入相關(guān)的視頻、音頻、圖片等教學(xué)資源，能夠提高理論知識(shí)學(xué)習(xí)的時(shí)間靈活性、內(nèi)容豐富性以及知識(shí)延展性。在空間分析模塊，利用VR、大數(shù)據(jù)分析、聲光熱環(huán)境模擬等虛擬仿真技術(shù)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)空間現(xiàn)狀的認(rèn)知和分析能力，使現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研更加便捷，環(huán)境認(rèn)知更加準(zhǔn)確、客觀。在方案設(shè)計(jì)模塊，運(yùn)用BIM、參數(shù)化建模、建成環(huán)境分析等仿真軟件，將設(shè)計(jì)方案在虛擬環(huán)境中進(jìn)行建構(gòu)、分析、評(píng)價(jià)、推敲，使設(shè)計(jì)過程更加高效，使設(shè)計(jì)成果的獲得更加真實(shí)。

（二）優(yōu)化現(xiàn)有教學(xué)環(huán)節(jié)及內(nèi)容，構(gòu)建空間設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

空間設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)通常按照“理論講授—場(chǎng)地調(diào)研—現(xiàn)狀分析—方案生成—成果評(píng)價(jià)”的邏輯逐步進(jìn)行，并針對(duì)不同教學(xué)環(huán)節(jié)不斷豐富完善相關(guān)教學(xué)資源[5]，搭建空間設(shè)計(jì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)（見圖1）。在理論講授環(huán)節(jié)，搜集、錄制相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的微課、微視頻，利用在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源展現(xiàn)理論知識(shí)內(nèi)容，形成沉浸式虛擬課堂平臺(tái)。在場(chǎng)地調(diào)研環(huán)節(jié)，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)等，構(gòu)建空間場(chǎng)景虛擬平臺(tái)及周邊環(huán)境數(shù)據(jù)資料庫，增加調(diào)研的廣度，縮短時(shí)間的跨度，提高調(diào)研的效率。在現(xiàn)狀分析環(huán)節(jié)，利用地理分析模型、物理環(huán)境仿真模擬、空間場(chǎng)景語義分割等技術(shù)，構(gòu)建場(chǎng)地空間分析平臺(tái)，對(duì)任務(wù)場(chǎng)地現(xiàn)狀進(jìn)行客觀、量化分析。在方案生成環(huán)節(jié)，要求學(xué)生掌握Revit、Sketchup、BIM等繪圖建模軟件，創(chuàng)建仿真交互設(shè)計(jì)平臺(tái)，為學(xué)生比較、推敲、修改方案提供條件。在成果評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，利用空間場(chǎng)景虛擬平臺(tái)和場(chǎng)地空間分析平臺(tái)，真實(shí)還原設(shè)計(jì)方案，并從不同角度對(duì)其進(jìn)行定量分析，使師生都能夠客觀參與設(shè)計(jì)成果評(píng)價(jià)。

二、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源在空間設(shè)計(jì)教學(xué)過程中的運(yùn)用與教學(xué)模式改進(jìn)

傳統(tǒng)的空間設(shè)計(jì)教學(xué)主要通過教師的知識(shí)講授、圖紙批改進(jìn)行，屬于“言傳身教”的知識(shí)傳授方式[6]，忽視調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主能動(dòng)性。將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源引入空間設(shè)計(jì)教學(xué)過程中，需要改進(jìn)原有教學(xué)模式，從單向輸出變?yōu)殡p向互動(dòng)。

（一）轉(zhuǎn)換課堂師生角色，創(chuàng)造“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)”過程

教師要堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”，改善課堂學(xué)習(xí)體驗(yàn)，注重學(xué)生的參與、互動(dòng)和體驗(yàn)感，使學(xué)生的學(xué)習(xí)過程從“被動(dòng)接受”向“主動(dòng)思考”轉(zhuǎn)變。要充分利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，增加課中、課后自主學(xué)習(xí)時(shí)間的靈活性和內(nèi)容的延展性，形成具體案例體驗(yàn)、項(xiàng)目反思觀察、設(shè)計(jì)概念抽象以及成果主動(dòng)檢驗(yàn)的“體驗(yàn)式學(xué)習(xí)”循環(huán)教學(xué)模式。在空間設(shè)計(jì)課程中引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，使教師從知識(shí)輸出者向引導(dǎo)者的角色轉(zhuǎn)變[7]。教師通過指導(dǎo)學(xué)生使用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，使其主動(dòng)從相應(yīng)的資源中獲取、掌握、內(nèi)化知識(shí)和技能，從而由知識(shí)的接收者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R(shí)的發(fā)掘者。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源使學(xué)生在實(shí)踐操作中進(jìn)一步鞏固理論知識(shí)，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與設(shè)計(jì)實(shí)踐的無縫銜接，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，拓寬了教學(xué)維度。

（二）增強(qiáng)教師的引導(dǎo)和組織作用，優(yōu)化課堂教學(xué)方式

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的引入，要求教師將更多精力用于對(duì)學(xué)生思維的引導(dǎo)，充分發(fā)揮課堂引導(dǎo)者和組織者的作用。在設(shè)計(jì)操作過程中，教師應(yīng)以解決實(shí)際設(shè)計(jì)問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源進(jìn)行方案推敲、修改以及體驗(yàn)評(píng)價(jià)，組織學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行階段性的展示、匯報(bào)及交流評(píng)價(jià)，對(duì)于有針對(duì)性和共識(shí)性的問題，要與學(xué)生進(jìn)行溝通，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)和思考。這就要求教師一方面要對(duì)所講授的內(nèi)容有精深的理解，準(zhǔn)確、精煉地概括主要內(nèi)容，并為學(xué)生預(yù)留充足的自主探索的空間；另一方面，要充分掌握學(xué)生自主學(xué)習(xí)的實(shí)際能力和不同個(gè)體間的學(xué)習(xí)水平和習(xí)慣等差異，為學(xué)生設(shè)計(jì)與其實(shí)際能力相適應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，避免出現(xiàn)難度太低或太高而導(dǎo)致學(xué)生喪失學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣的情況。

（三）改善教學(xué)環(huán)境，創(chuàng)建多樣化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)景

搭建虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，為空間設(shè)計(jì)教學(xué)開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)營(yíng)造了良好的環(huán)境，并輔以各類三維建模工具、仿真模擬軟件、智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)等軟、硬件配套設(shè)備，打造多樣化的空間設(shè)計(jì)體驗(yàn)式教學(xué)新環(huán)境。多樣化實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)景的創(chuàng)建，為學(xué)生從不同方面開展空間設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方案推敲及評(píng)價(jià)提供條件，設(shè)計(jì)成果方案可轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M條件下的真實(shí)三維空間，供學(xué)生體驗(yàn)、感受和分析，增強(qiáng)了課程教學(xué)的互動(dòng)性和趣味性。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開發(fā)與建立，能夠進(jìn)一步為融合線上和線下教學(xué)提供條件，拓展了學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間靈活性和空間延展性，很大程度上解決了因高危、高成本以及不可逆而造成的空間設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行的問題，使空間設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容更加豐富、全面，提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

（四）融合多種教學(xué)手段，挖掘虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)價(jià)值

在空間設(shè)計(jì)教學(xué)中運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源，應(yīng)當(dāng)拓展應(yīng)用范圍，從單一場(chǎng)景、單一實(shí)驗(yàn)和單一課程向多場(chǎng)景、多實(shí)驗(yàn)以及課程群轉(zhuǎn)變，形成空間設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)體系[5]。在課堂教學(xué)過程中，要從不同角度挖掘虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的使用價(jià)值。如結(jié)合對(duì)分課堂、翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，組織學(xué)生分組對(duì)設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容展開討論，讓學(xué)生共同協(xié)作完成任務(wù)，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的思考和理解。再者，結(jié)合OBE和CDIO教學(xué)理念，將設(shè)計(jì)實(shí)踐項(xiàng)目?jī)?nèi)容引入課程，加深學(xué)生對(duì)空間設(shè)計(jì)實(shí)際問題的理解，使學(xué)生自覺將理論知識(shí)與實(shí)踐操作相結(jié)合，更好地對(duì)接設(shè)計(jì)市場(chǎng)。同時(shí)，除了課堂教學(xué)外，還應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生利用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源預(yù)習(xí)、鞏固所學(xué)知識(shí)，積極參與各項(xiàng)學(xué)科設(shè)計(jì)競(jìng)賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽以及設(shè)計(jì)工作坊，通過多種形式深化理解、應(yīng)用以及提高專業(yè)知識(shí)技能，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)。

三、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)資源在空間設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用評(píng)價(jià)

從“教”和“學(xué)”兩方面對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源進(jìn)行應(yīng)用評(píng)價(jià)。一方面，通過虛擬仿真技術(shù)從多方位建立對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)成果客觀、量化的評(píng)價(jià)體系；另一方面，從不同角度對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的應(yīng)用情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，完善機(jī)制。

（一）實(shí)現(xiàn)全過程、多方位的空間設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)

對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行客觀、全面的評(píng)價(jià)，有助于激發(fā)師生對(duì)課程投入的積極性，提高課程教學(xué)改革的動(dòng)力。在對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程中，應(yīng)當(dāng)融合多學(xué)科，從空間視覺感知、聲光熱物理環(huán)境、人體行為模式等方面，對(duì)方案進(jìn)行量化測(cè)評(píng)。設(shè)計(jì)成果的評(píng)價(jià)不應(yīng)局限于學(xué)生的最終設(shè)計(jì)方案，而應(yīng)該綜合評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)開展的各階段情況，強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)其全過程性和動(dòng)態(tài)性。同時(shí)，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)還應(yīng)該從理論知識(shí)、設(shè)計(jì)方法、實(shí)踐技能、空間認(rèn)知、成果匯報(bào)等能力素質(zhì)方面進(jìn)行，體現(xiàn)評(píng)價(jià)的全面性和綜合性。通過全過程、多方位的設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)，教師可以及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、個(gè)體差異，并對(duì)教學(xué)過程及時(shí)做出調(diào)整，制訂個(gè)性化的教學(xué)指導(dǎo)方案；此外，學(xué)生通過評(píng)價(jià)結(jié)果，能充分了解自身的學(xué)習(xí)程度，以此總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，找出差距，優(yōu)化學(xué)習(xí)方法，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率。

（二）建立一套評(píng)價(jià)反饋體系、質(zhì)量控制系統(tǒng)

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的引入，需要任課教師、教學(xué)管理者就課程的教學(xué)目的、教學(xué)進(jìn)度、教學(xué)方法以及學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)感受、學(xué)習(xí)效果等方面進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，進(jìn)而形成一套評(píng)價(jià)反饋體系、教學(xué)質(zhì)量控制系統(tǒng)。質(zhì)量控制系統(tǒng)是將實(shí)際教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)量化，并與預(yù)期的教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，找出差距并分析產(chǎn)生偏差的原因，然后制定相關(guān)糾正計(jì)劃與措施。建立評(píng)價(jià)反饋體系與質(zhì)量控制系統(tǒng)需要關(guān)注三方面內(nèi)容，一是根據(jù)教學(xué)實(shí)施計(jì)劃有針對(duì)性地選擇對(duì)教學(xué)質(zhì)量有顯著影響的關(guān)鍵控制因素；二是制定相關(guān)指標(biāo)，將教學(xué)目標(biāo)和質(zhì)量進(jìn)行量化，找出具體偏差；三是通過學(xué)生評(píng)價(jià)、問卷調(diào)查、同行觀摩以及課堂觀察等方式，收集反饋信息，建立信息反饋系統(tǒng)。

四、結(jié)語

在空間設(shè)計(jì)教學(xué)中引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，應(yīng)當(dāng)從資源的建設(shè)、應(yīng)用以及評(píng)價(jià)等方面入手，更新、轉(zhuǎn)變教學(xué)理念和組織模式，促使虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源平臺(tái)處于動(dòng)態(tài)開放和循環(huán)調(diào)整的狀態(tài)，使其發(fā)揮最大的教學(xué)功效，充分拓展設(shè)計(jì)教學(xué)工作的空間延展性和時(shí)間靈活性。開放、多元的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源能夠促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、師生的互動(dòng)交流以及教學(xué)成果的全方位評(píng)價(jià)，從而推動(dòng)空間設(shè)計(jì)教學(xué)向多學(xué)科融合、信息共享方向轉(zhuǎn)變。

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［責(zé)任編輯：黃緊德］