三維虛擬視覺在教室設(shè)計中的應(yīng)用

李響 雷翕雯

摘 要：教室是教書育人的主要場所，為了將現(xiàn)代化技術(shù)引入教室設(shè)計，文章開展了三維虛擬視覺在教室設(shè)計中的應(yīng)用研究。通過對應(yīng)用三維虛擬視覺技術(shù)設(shè)計教室意義的分析，提出布設(shè)三維虛擬視覺教室功能屬性的設(shè)計行為，結(jié)合智能課堂系統(tǒng)，動態(tài)化地抓取各類學(xué)習(xí)相關(guān)數(shù)據(jù)，為老師精準(zhǔn)提供每一個學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，從而使教室進一步體現(xiàn)因材施教、以學(xué)生為中心的核心教育理念。文章從基礎(chǔ)性教室構(gòu)成、支撐性設(shè)備構(gòu)成、綜合管理設(shè)備、綜合服務(wù)內(nèi)容方面進行分析，確保教室設(shè)計投入使用后具備較高的可使用能力。此外，將智慧教室內(nèi)的所有硬件裝置連接到互聯(lián)網(wǎng)上，確保教室內(nèi)信息與教室外信息的良好通信，保證教室室內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性，完成對教室的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：三維虛擬視覺;教室設(shè)計;現(xiàn)代學(xué)習(xí)空間;智能課堂

0 引言

在設(shè)計智能化教室過程中，應(yīng)正確意識到“教室”是學(xué)習(xí)的地方，而不是教課的地方。學(xué)習(xí)行為在教室中的發(fā)生，是指在經(jīng)驗與知識面前，學(xué)生意識逐漸改變、綜合能力不斷提升的過程。而在此過程中，學(xué)校也不再單純作為教授學(xué)習(xí)內(nèi)容和知識的地方，而應(yīng)是一個具備社會性質(zhì)、情感性質(zhì)、創(chuàng)造性質(zhì)的空間。學(xué)習(xí)本身是一個附帶性的活動，不管教師執(zhí)行任何教學(xué)行為，均屬于開展組織性學(xué)習(xí)工作[1]。而學(xué)校也不是工廠，現(xiàn)代化教育背景下的學(xué)校，屬于工業(yè)革命的產(chǎn)物，即學(xué)生按照鈴聲進入不同的教室，接受不同的加工。在學(xué)校學(xué)習(xí)空間內(nèi)如何將智能化與信息技術(shù)設(shè)備深度融合、把復(fù)雜的設(shè)備使用簡化成無感知的智慧學(xué)習(xí)空間體驗，成了有關(guān)單位的研究重點。

好的空間設(shè)計要基于新的教育理念，同時，好的空間設(shè)計也是激發(fā)新教育理念的有效載體。為了進一步發(fā)揮“教室”在教學(xué)工作實施中的作用，本文將引進三維虛擬視覺技術(shù)，開展教室設(shè)計的研究，并希望通過對教室的設(shè)計，實現(xiàn)對素質(zhì)教育工作與計算機技術(shù)的有機結(jié)合，做到對組織性教學(xué)行為的推進。

1 應(yīng)用三維虛擬視覺技術(shù)設(shè)計教室的意義

學(xué)校要培養(yǎng)什么樣的人？怎么實施培養(yǎng)？什么樣的學(xué)習(xí)環(huán)境才能讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)體驗獲取這些能力？這些問題均是學(xué)校設(shè)計教室應(yīng)當(dāng)全面考慮的。在現(xiàn)代化教育發(fā)展背景下，創(chuàng)造力是當(dāng)今和未來的學(xué)校所追求的。在對現(xiàn)如今的學(xué)校教室環(huán)境的調(diào)研與走訪中發(fā)現(xiàn)，面對數(shù)以億計的信息頁面、音樂、服務(wù)、課程及技能構(gòu)建的具體工具，豐富的資源財富，大部分學(xué)校教室設(shè)計是存在顯著性不完備問題的[2]。而作為進步的教育工作者，學(xué)校應(yīng)該把新思想帶到學(xué)校設(shè)計中來，使學(xué)校在尊重學(xué)習(xí)者需求的前提下，實現(xiàn)對教室的現(xiàn)代化建設(shè)。

學(xué)習(xí)空間環(huán)境建設(shè)（改造）是為了構(gòu)建學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)在的渴望與能力所提出的。應(yīng)用三維虛擬視覺技術(shù)創(chuàng)建的學(xué)校教室，可以讓學(xué)生享有多姿多彩的體驗，能夠提供學(xué)生豐富的學(xué)習(xí)機會。但事實上，學(xué)生在學(xué)校的學(xué)習(xí)時常辛苦且無趣。只有當(dāng)學(xué)生能夠看到理論與實踐的直接關(guān)聯(lián)，并理解完成學(xué)業(yè)會讓個體收益，才能明白他們學(xué)習(xí)的長遠價值。而應(yīng)用三維虛擬視覺技術(shù)，便可以實現(xiàn)建立獨立教學(xué)空間之間的人文生態(tài)聯(lián)系走廊，將學(xué)習(xí)空間改造成為學(xué)習(xí)社區(qū)。結(jié)合三維虛擬視覺技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以使學(xué)校學(xué)習(xí)空間環(huán)境的設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的設(shè)計理念，影響課程、教學(xué)法、日程安排以及對學(xué)生的評估方式，還可以對學(xué)校行政、運營以及管理造成正面影響。

綜合不同學(xué)習(xí)空間的作用，可以提供學(xué)生更多的活動場所，包括小組合作、放松、冥想、社交、飲食、園藝、照顧動物、體育健身、社區(qū)服務(wù)、閱讀、研究、展示、合作型學(xué)習(xí)等場所[3]。因此，應(yīng)用三維虛擬視覺技術(shù)設(shè)計教室的意義也在于為學(xué)生創(chuàng)造活動、學(xué)習(xí)、游戲等一體化空間。在三維虛擬視覺技術(shù)的指示下，教學(xué)實踐可從孤軍奮戰(zhàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閳F隊合作;教學(xué)方法可從以老師為中心，到以學(xué)生為中心;課程內(nèi)容可從各個科目，到跨學(xué)科課程;學(xué)習(xí)社區(qū)可從單一教室，到聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)。

自從互聯(lián)網(wǎng)成了生活不可或缺的一部分，現(xiàn)今任何人通過網(wǎng)絡(luò)都可以向世界知名專家學(xué)習(xí)。改造學(xué)習(xí)空間，可讓學(xué)生從被動的網(wǎng)絡(luò)吸收者，轉(zhuǎn)變成活躍的貢獻者。因此，應(yīng)用三維虛擬視覺技術(shù)設(shè)計教室是具有現(xiàn)實意義的。

2 應(yīng)用三維虛擬視覺設(shè)計教室的措施

2.1 布設(shè)三維虛擬視覺教室功能屬性

在設(shè)計教室室內(nèi)環(huán)境中，應(yīng)將布設(shè)教室屬性作為前提工作，掌握不同信息化技術(shù)在智慧學(xué)習(xí)空間的應(yīng)用及優(yōu)勢，提出無處不在的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、萬物互聯(lián)的智能化管理、隨處可以體驗的新技術(shù)新科技、遍布各個角落的智能交互場景、數(shù)字化的學(xué)習(xí)資源、隨時可以查閱的學(xué)習(xí)過程、基于數(shù)據(jù)采集分析的人工智能助學(xué)助教、及時分析引導(dǎo)糾正偏科、彌補知識盲區(qū)、人臉識別、語義分析、學(xué)習(xí)情感分析、學(xué)習(xí)預(yù)警預(yù)測等教室功能屬性。

新科技工具的應(yīng)用要做到解放學(xué)生和老師，使兩種主體對象具有更多時間專注學(xué)習(xí)和教學(xué)研討。老師的行為也應(yīng)發(fā)生從教學(xué)到引導(dǎo)的轉(zhuǎn)變，真正實現(xiàn)“教師”到“導(dǎo)師”。在三維虛擬視覺教室中，要求教師將基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)交給網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。在新型學(xué)習(xí)空間里，教師與學(xué)生進行的不單單是授課，而更多的是解惑，且通過智能課堂系統(tǒng)，可動態(tài)化地抓取各類學(xué)習(xí)相關(guān)數(shù)據(jù)，為老師精準(zhǔn)提供每一個學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一生一策的教學(xué)，從而使教室進一步體現(xiàn)因材施教、以學(xué)生為中心的核心教育理念。

2.2 基于三維虛擬視覺的教室互動場景設(shè)計

為了滿足學(xué)校教室的更多需求，引進三維虛擬視覺，對教室內(nèi)互動場景進行設(shè)計。在此過程中，考慮到在此種教室內(nèi)參與學(xué)習(xí)學(xué)生的特殊性，要確保每一名學(xué)員都可以及時參與到學(xué)習(xí)過程中，保障異步教學(xué)工作的順利實施。在教室的另一端，教師需要將終端與教室進行通信連接處理，并安裝話筒與攝像頭作為輔助配置。同時，在教室的上端部位安裝錄屏軟件。當(dāng)教師在終端開始授課時，可直接通過操作計算機面板上的“錄像”功能按鍵，對攝像頭進行控制。此時，教室內(nèi)的攝像頭便開始執(zhí)行工作。當(dāng)課程完成后，教師也可直接在終端操作計算機面板，點擊“停止”功能按鍵，將完成錄制的視頻存儲在計算機數(shù)據(jù)庫內(nèi)。通過此種方式，教師便可以將每次在教室內(nèi)的教學(xué)視頻保留，再使用計算機的通信功能，將錄制完成的視頻內(nèi)容，上傳到教學(xué)網(wǎng)站上。

當(dāng)學(xué)生在教室內(nèi)時，虛擬面板將執(zhí)行學(xué)習(xí)準(zhǔn)備。調(diào)用在計算機內(nèi)教師上傳的教學(xué)視頻，并將其自動投影在顯示屏幕上，此種方式便可以通過教室實現(xiàn)異步學(xué)習(xí)[4]。在過程中，三維虛擬視覺教室可將授課的教師與聽課的學(xué)生進行虛擬化處理，在無實體信息交互的過程中，教師與學(xué)生的活動包括：作業(yè)在線修改、一對一智能答題、信息資源交互與討論、問題在線解答等。綜合上述提出的內(nèi)容，此行為執(zhí)行的流程可表示為：創(chuàng)建聊天會話—消息組織性傳遞—文件上傳—文件下載—共享資源—觸發(fā)腳本功能—連接場景服務(wù)器—連接數(shù)據(jù)服務(wù)器—連接超文本傳輸協(xié)議—檢索發(fā)生行為—執(zhí)行程序化行為。

2.3 應(yīng)用智慧理念設(shè)計教室室內(nèi)環(huán)境

在完成上述相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)用智慧理念，對教室室內(nèi)環(huán)境展開設(shè)計研究。在此過程中，要嚴(yán)格遵循“共享性”“開放性”“標(biāo)準(zhǔn)性”等原則，將資源整合處理、教學(xué)分層執(zhí)行作為教室設(shè)計的指導(dǎo)核心。綜合上述分析，對應(yīng)用智慧理念的教室室內(nèi)環(huán)境框架進行規(guī)劃（見表1）。

按照上述表1所述的內(nèi)容，在對教室進行空間布設(shè)的過程中，可遠程協(xié)同教學(xué)技術(shù)、設(shè)備自動化調(diào)控技術(shù)、多屏同步顯示技術(shù)等共同應(yīng)用到教室終端。通過對教室俯視圖的觀看，合理規(guī)劃及擺放書桌與教學(xué)講臺，并且應(yīng)當(dāng)注重學(xué)生在學(xué)習(xí)中與教師的互動性原則，營造出多種學(xué)生可實現(xiàn)與教師信息交互的場景。例如：教師與學(xué)生互動交流場景、小組討論場景、精品課程討論場景等，確保教室設(shè)計投入使用后具備較高的可使用能力。

同時，應(yīng)在教室內(nèi)安裝智能感知系統(tǒng)，實時感知教室室內(nèi)環(huán)境，包括溫度、光照強度、空氣濕度等。并將系統(tǒng)與控制終端進行連接，當(dāng)系統(tǒng)感知到教室環(huán)境存在不適宜問題時，系統(tǒng)將自動對其調(diào)節(jié)，包括：上調(diào)或下調(diào)溫度、控制照明等。另外，將智慧教室內(nèi)的所有硬件裝置連接到互聯(lián)網(wǎng)上，確保教室內(nèi)信息與教室外信息的良好通信，保證教室室內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性，實現(xiàn)對教室的設(shè)計。

3 結(jié)語

為了確保學(xué)校教室可在教學(xué)工作中發(fā)揮更為有效的價值，本文引進三維虛擬視覺技術(shù)，開展教室設(shè)計的研究，并提出布設(shè)三維虛擬視覺教室功能屬性、基于三維虛擬視覺的教室互動場景設(shè)計、應(yīng)用智慧理念設(shè)計教室室內(nèi)環(huán)境等措施。綜合本文的研究，真實做到對傳統(tǒng)教室設(shè)計的改進與優(yōu)化，確保為教育工作的有序?qū)嵤┨峁┬畔⒒ㄔO(shè)方向，實現(xiàn)對素質(zhì)教育工作與計算機技術(shù)的有機結(jié)合，做到對組織性教學(xué)行為的推進。

[參考文獻]

[1]蘇曉明，黃博超，宋超俗.基于Radiance軟件模擬的高校教室平面進深優(yōu)化設(shè)計研究—以內(nèi)蒙古大學(xué)南校區(qū)主樓為例[J].建筑與文化，2020（2）：76-77.

[2]黃博超，蘇曉明，郝占國.基于天然采光的高校教室窗洞口寬度優(yōu)化設(shè)計研究—以呼和浩特地區(qū)為例[J].建筑節(jié)能，2020（6）：40-45.

[3]劉曉健，袁景玉，劉曉亮.高校教室天然光節(jié)能調(diào)控裝置設(shè)計研究—以天津地區(qū)為例[J].四川建筑科學(xué)研究，2020（4）：96-100.

[4]曹瑞華，李曙婷，周崐.基于室內(nèi)自然光環(huán)境品質(zhì)提高的西北地區(qū)中小學(xué)校教室窗戶優(yōu)化設(shè)計研究[J].建筑與文化，2019（4）：45-47.

（編輯 姚 鑫）