VR技術在中學美術教育中的應用

狄心妍

(南京師范大學美術學院,江蘇 南京 210046)

近年來,隨著互聯網與計算機技術取得突破性進展,涌現出了眾多具有劃時代意義的黑科技。虛擬現實(Virtual Reality,以下簡稱VR)技術就是其中之一,它與5K通信技術、人工智能技術并列成為21世紀最具發展前景的三大技術。由于VR技術具有交互性、構想性和沉浸性體驗等技術特點,為中國教育技術信息化建設提供了新的路徑和方法。2018開始,教育部從資金和政策層面積極推動現代信息技術在教學活動中深度應用,并明確將發展VR教育列入國家教育信息化2.0行動計劃的年度重點任務。

1 VR教育的關鍵技術

2016年被稱為“VR產業發展的元年”,新一代VR技術具有“親民價格”和操控簡單等特點,全方位融入到日常生活中。中國龐大的教育培訓市場,也使其成為VR應用翹楚。

1.1 VR的關鍵技術

VR是一種融近眼顯示技術、計算機圖形技術、動作捕捉技術等為一體的黑科技。用戶可借助頭顯或手持設備與虛擬環境進行互動,形成與人類的視覺和聽覺等感知高度近似的全感官沉浸式虛擬空間。在Ken Pimentel的《虛擬現實:透過新式眼鏡》一書中,作者將虛擬現實定義為一種侵入式體驗,在這種體驗當中,參與者戴著頭顯等交互裝置,看著立體圖像,在三維世界里,自由自在地探索并與之交互[1]。VR技術雛形形成于20世紀中期,1968年,美國計算機科學家Ivan Sutherland發明了第一款被稱為 “達摩克利斯之劍”的頭戴式VR原型設備,這項技術一面世就受到美國軍方高度關注[2]。雖然這項技術已應用于軍事、宇航等領域五十余年了,但其內在商業價值還未真正被挖掘出來,直到新世紀各種新技術的更迭換代,VR才走進了百姓的日常生活。

1.2 VR的技術特征

VR與傳統媒體技術有著本質區別,美國學者Burdea在1994年提出:“VR技術具有構想性(Imagination)、交互性(Interaction)和沉浸性(Immersion)的三大技術特征”[3]。其中,沉浸性是指計算機圖形的聲音像創建了一個身臨其境的情境,讓用戶產生與現實同樣的生活體驗,并全身心投入到虛擬環境以獲取相關的知識。構想性即用戶主動地發揮想象力,根據自己的聯想、邏輯和意愿創建新的感知結果。交互性是指用戶通過多種交互設備感知到不同的生理、心理反應,這些反應也會隨著用戶的動作、聲音、姿勢和位置變化而發生變化。

要實現VR技術的構想性、交互性和沉浸性三大體驗特征,很大程度上依賴于各種動作跟蹤技術能捕捉到用戶的位置和方向,計算機系統會實時計算和渲染并顯示新生成的圖像,完成與用戶的實時互動。VR技術的規?；l展除了歸功于動作跟蹤技術發展之外,還得益于高速圖形處理器技術、VR便攜式裝備、全息成像技術、網絡(5K)傳輸技術以及人工智能技術的迭代更新。

2 VR美術教學的應用價值

VR是一種全感官的可視化系統,它在中學美術教育中發揮的作用顯而易見。由VR構建的教學平臺克服了傳統美術教學手段的限制,創設一個易于激發學生想象力的全新學習環境。

2.1 VR美術教學平臺

中學傳統的現代教育技術手段主要依靠平面維度上的電子白板或影像播放(PPT或視頻)。近年來,迅猛發展的VR技術為我們創建全新的教育模式提供了契機。VR技術可以突破二維的教學平臺,創建了一個四維(時間+空間)立體的沉浸式仿真環境。學生不僅可以沉浸于人類感知高度近似的虛擬空間中,甚至可以通過手機、頭盔、眼鏡等交互設備與之全方位游戲互動,讓學生建構了新的感知認識。谷歌和黑晶科技等國內外企業紛紛開發了集智能終端、應用平臺、優質教學資源為一體的VR教育系統。VR教育主要基于學校無線局域網絡,教師可以通過虛擬主機(或PAD)對每個學生端VR頭盔內呈現的教學內容進行控制。根據VR教材內容設定,學生也能主動與虛擬環境進行互動,從而激發了同學們的學習興趣。教師也可以利用VR課件編輯平臺進行備課,有效地提升了教學效率和授課效果。

2.2 VR美術教學的應用價值

2.2.1 沉浸式教學環境設計

VR可以促進教學內容的可視化、教學方法的多樣化,VR的沉浸性特征能讓師生之間、學生之間、人與環境之間產生多重交互。在情境性教學理論里,“學習動機”與“教學情境”是兩個核心要素。美國HEREINGTON博士認為,在真實的教學環境中,可以有效地幫助學習者積累知識,其提供的多視角選擇也有助于獲取解決問題的辦法[4]。例如,在美術鑒賞課程,美術老師通過VR技術將理論知識概念可視化、具象化。 VR的沉浸式虛擬環境可以還原畫家所處的時代背景,讓這些靜態的繪畫變成了一個個鮮活的“生命”,從而有利于學生全感官感知藝術大師的創作意圖?？傊?VR技術可以為師生營造直觀的教學情境,這樣有助于提升學習效能,也便于教師及時調整教學計劃和進度,其教學效果顯而易見。

2.2.2 構想性教學環境設計

VR的構想性技術特征與建構主義教育理論不謀而合,學習者在過往的知識基礎上,通過意義的重構可獲取新的知識積累。VR的構想性活動設計正好契合了中學學生心理特點。例如,“月球車”的課程教學中,同學們可根據自己的興趣構建不同的學習情境,根據VR教材交互環節設定,學生第一步就必須在VR系統中學習天文知識和車輛工程等相關原理,并自己設計出虛擬的月球車形象,自由地“馳騁”在月球上。顯然,這種主動性的學習效果要優于傳統美術課堂教學模式。

2.2.3 體驗式教學環境設計

體驗性教學環境設計是指學習者利用VR技術進入到一個沉浸式教學環境中,對所接受到的知識和情感產生相應的心理反應。VR的各種動作跟蹤技術和顯像技術的升級換代,學生不再受限于屏幕大小,而能在一個360°的全景環境空間中體驗。學生不再是一個觀望者,而是一種化身為第一人稱或第三人稱視角的新體驗。例如,教師可以邊講雕塑美術理論課,邊引導學生使用VR設備,讓他們處于虛擬世界中去體驗和觸摸雕塑大師作品的質感。VR多用戶協同學習環境還可以促進美術學科虛擬教研室的發展,從而促進跨地區的校際交流,提升國內各層級學校的美術課教學質量[4]。

3 面臨的挑戰

中小學基礎教育階段的VR教育實踐依舊處于發展的早期階段,中學美術VR教育實踐還面臨著在硬件、內容和效能等多方面的挑戰。

3.1 硬件層面的挑戰

VR教育依托的是技術發展,目前VR在推進技術日?；^程中,還面臨著一些技術瓶頸。1) 顯示分辨率還有待提高。分辨率問題會影響學生對沉浸式體驗教學的效果。2) 健康問題。長期使用頭戴VR頭盔和手持裝備會容易讓學生產生眼睛疲勞、眩暈等問題,國內青少年視力普遍偏低的社會問題已經很嚴峻,這個也將限制VR技術完全進入中小學美術教學課程教學中。3) 無線兼容問題。各大品牌的VR設備還存在著兼容問題,也會限制VR教育的大規模普及。4) 需要添加對現實世界的反饋功能。學生帶上VR眼鏡和頭盔后能進入到一個虛擬世界里,卻無法感知到真實世界的反應,這還有待于技術進一步優化,才能做到真實世界和虛擬世界的來回切換。5) 價格問題。中小學教育部門經費有限,決策者被迫選擇成本相對低廉的手機VR軟件和非集成頭顯來裝備VR實驗室。這些低端的VR技術裝備體驗性較差,更容易引起身體不適。

3.2 內容層面的挑戰

近兩年來,VR裝備技術研發已經取得了突破性進展。中學VR美術教育發展瓶頸還主要是內容資源的普遍匱乏。VR教學過程中,教師很難像制作PPT一樣自由編輯美術VR教學課件。顯然,這個需要在企業和學校之間形成一個互惠互利的合作機制,政府主管部門還需要進一步出臺政策積極推進校企合作。一方面,VR企業要挖掘潛能開發適合學校的性價比高的VR教育系統。另一方面,內容資源開發上,學校能選派專業教師協助VR技術人員,共同開發適合本校的VR美術教育內容資源。

3.3 效果層面的挑戰

中學VR美術教學起步較晚,相關的評價機制還未健全。在VR情境下學習,中學生容易將注意力過多的投送在虛擬動畫場景里,而虛擬場景中的聲光電刺激也將造成學生在認知上的偏差。因此,我們急需主管部門制定一套國家認證標準,規范包括美術學在內的中學學科VR教育教學大綱。此外,虛擬環境下的教師還不能像傳統教學方式,即通過觀察學生的肢體和語言,就能判斷學生是在游戲還是在學習。這就在客觀上要求我們研發有效的教學監控系統,以便及時發現和干預學生的各種不良學習習慣。

4 結語

VR技術在中學美術教育中的發展潛力巨大,它為學生提供了全新的教學環境,不僅增強了同學們的學習熱情,還提高了任課教師的教學效率。然而,中學美術VR教學實踐仍處于起步階段,在設備、教材等方面存在著諸多問題,這些都將是VR開發企業與教育工作者不可回避的現實問題。