基于沉浸式空間體驗(yàn)的《植物造景》課程教學(xué)研究

邱巧玲，岑文諾，程曉山

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642)

1 引言

“沉浸式體驗(yàn)”是指在虛擬與現(xiàn)實(shí)共生互融的環(huán)境中，參與者在一定技術(shù)支持下，通過親身實(shí)踐所產(chǎn)生的經(jīng)歷與經(jīng)驗(yàn)[1]，包括人的感官體驗(yàn)和認(rèn)知體驗(yàn)，是一種集多感官活動(dòng)于一體的深度體驗(yàn)方式，使用者有“身臨其境”的感覺。生活中常見的“沉浸式體驗(yàn)”如虛擬現(xiàn)實(shí)場景的游戲、5D電影等。在各旅游景區(qū)中，“沉浸式體驗(yàn)”的運(yùn)用也日益增多，大大提升了游客的體驗(yàn)感。如海洋世界巨大的玻璃水族箱，游客仿佛進(jìn)入了“海底世界”，可以跟鯊魚面對面交流；“鳥的天堂”中，游客不再隔著鳥籠觀賞鳥類，而是進(jìn)入大鳥籠，與飛鳥零距離接觸。在新加坡動(dòng)物園里，技術(shù)的革新讓全方位的沉浸式投影體驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn)，猩猩可以在頭頂?shù)拇髽渖献杂苫顒?dòng)，游客甚至還可以跟猩猩共進(jìn)晚餐，仿佛置身于天然的熱帶雨林之中[2]。

“植物造景”是指運(yùn)用喬木、灌木、藤本及草本植物等題材，通過藝術(shù)手法，充分發(fā)揮植物的形體、線條、色彩等自然美來創(chuàng)作植物景觀[3]。在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，《植物造景》課程是一門面向風(fēng)景園林和園林專業(yè)的綜合性較強(qiáng)的專業(yè)課程。作為具有地域特色的專業(yè)拓展課程，其教學(xué)效果直接影響到學(xué)生專業(yè)能力的提升以及適應(yīng)市場需求能力[4]。課程教學(xué)要求的目標(biāo)是：學(xué)生既具備植物學(xué)的基礎(chǔ)知識，熟悉本地常用植物材料的品種、規(guī)格、四季特征、生長習(xí)性和文化內(nèi)涵等，又能夠靈活應(yīng)用，從色彩、形態(tài)、高低層次等方面進(jìn)行組合搭配。還需考慮到植物造景在空間上的合理布局，形成疏密有致、開合有度、步移景異的空間序列。與此同時(shí)，還要兼顧植物四時(shí)不同的景觀效果及近、中、遠(yuǎn)期群落效果的呈現(xiàn)。

2 傳統(tǒng)教學(xué)方式在植物造景課程教學(xué)中的局限

《植物造景》教學(xué)既涉及植物種類、配置手法等理性認(rèn)知，又涉及空間、尺度、文化、意境等感性認(rèn)知。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師通常通過平面、相片、建模、效果圖去為學(xué)生解說園林空間中的園林植物造景案例，以“理論—實(shí)踐案例講解—項(xiàng)目練習(xí)”的教學(xué)方法實(shí)施，使學(xué)生了解綠化景觀設(shè)計(jì)的程序及圖紙表達(dá)[5]。學(xué)生通過圖紙表達(dá)，以“分解”為基本方法將三維的空間實(shí)體分別用二維的平、立、剖面圖表達(dá)出來以理解空間[6]，但教學(xué)的效果受限于學(xué)習(xí)者的空間想象力和空間轉(zhuǎn)譯能力，不利于教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場教學(xué)及實(shí)地調(diào)研則是使理性認(rèn)知和感性認(rèn)知能融為一體的有效教學(xué)方式：教師帶領(lǐng)學(xué)生到實(shí)地講解，同學(xué)們對場地中的典型植物景點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測，繪制平面圖、立面圖，拍攝實(shí)景照片。這是一種很好的“沉浸式空間體驗(yàn)”教學(xué)，突破了僅僅在課堂上“看圖說話”的限制，也解決了類似照片取景范圍有限、學(xué)生缺乏空間感受等問題。

然而，受到時(shí)間、空間、經(jīng)費(fèi)等條件的限制，教師組織學(xué)生現(xiàn)場參觀學(xué)習(xí)的局限性大，機(jī)動(dòng)性差。目前，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林和園林專業(yè)的《植物造景》課程教學(xué)課時(shí)是32節(jié)，時(shí)長為8周。在短短2個(gè)月的時(shí)間跨度中，只能看到某一季節(jié)的實(shí)時(shí)效果，而無法感受到植物的四季變化，更不能看到植物完整的生長周期(幼年、青年、中年和老年)的效果。另外，現(xiàn)場教學(xué)的眾多案例地點(diǎn)分散，實(shí)地考察時(shí)間和經(jīng)費(fèi)有限，實(shí)際教學(xué)安排只能選擇少量地點(diǎn)進(jìn)行示范。上述條件的局限性使學(xué)生學(xué)習(xí)和開拓眼界的機(jī)會受限，影響學(xué)生對植物造景的全面學(xué)習(xí)和綜合領(lǐng)悟能力的提升，特別是對園林植物景觀空間的認(rèn)知，對植物生長周期、季相變化等方面的綜合體驗(yàn)和應(yīng)用。具體表現(xiàn)為，學(xué)生難以掌控不同空間尺度下的植物造景設(shè)計(jì)，在植物造景設(shè)計(jì)當(dāng)中，無法兼顧場地的四季不同的景觀效果，無法同時(shí)滿足近期、中期、遠(yuǎn)期的植物景觀效果。

3 “虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)在“沉浸式體驗(yàn)”中的應(yīng)用

3.1 沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用推廣和發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得以面世，其應(yīng)用令體驗(yàn)更具深度，通過技術(shù)手段可以令人產(chǎn)生全神貫注的體驗(yàn)與感覺，讓人專注在當(dāng)前的目標(biāo)情境下感到愉悅和滿足，而忘記真實(shí)世界的情境?！疤摂M現(xiàn)實(shí)”(即VR)亦屬于“沉浸式體驗(yàn)”的一種，體驗(yàn)者通過佩戴特別的設(shè)備，或者通過電腦(手機(jī))顯示操控，在虛擬環(huán)境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動(dòng)覺等多種感知，從而構(gòu)成腦海中的多感知性的場景畫面[7]，達(dá)到身臨其境、自由漫游的目的，在沉浸式體驗(yàn)過程中獲得“觀察的經(jīng)驗(yàn)”。在虛擬環(huán)境中，結(jié)合所創(chuàng)設(shè)的情境，可以激發(fā)使用者的探索熱情，促使使用者在多感官參與及互動(dòng)過程中獲得相關(guān)知識，從而更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)認(rèn)知的效果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，亦成為一種足不出戶、簡單便捷的“沉浸式體驗(yàn)”。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已開始在國內(nèi)的一些高校被嘗試采用：通過構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)平臺、數(shù)字場館漫游、模擬場景訓(xùn)練等方式優(yōu)化高校教育模式，幫助使用者完成多維交互的知識建構(gòu)過程。北京工業(yè)大學(xué)利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)配合Unity3D軟件開發(fā)了針對設(shè)計(jì)專業(yè)的“視錯(cuò)覺三維交互學(xué)習(xí)系統(tǒng)”學(xué)習(xí)平臺[8]；浙江大學(xué)以歷史文化教學(xué)為目標(biāo)整合現(xiàn)有虛擬技術(shù)與信息資源開發(fā)了西湖文化數(shù)字博物館，為使用者提供創(chuàng)新的數(shù)字時(shí)空學(xué)習(xí)環(huán)境[9]；華南理工大學(xué)通過構(gòu)建工程制圖三維沉浸式培訓(xùn)系統(tǒng)豐富使用者對組合空間的體驗(yàn)感，同時(shí)提升其工程制圖訓(xùn)練的熟練度，在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中建構(gòu)知識體系[10]。同時(shí)，隨著體驗(yàn)經(jīng)濟(jì)的盛行，虛擬技術(shù)普遍應(yīng)用于藝術(shù)展覽和文化推廣領(lǐng)域，如在2021年4月舉辦的《在地新生》沉浸式科技藝術(shù)展覽中，結(jié)合體感交互、三維動(dòng)畫等手段活靈活現(xiàn)地展現(xiàn)了嶺南花鳥傳統(tǒng)畫的魅力[11]。此外，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也廣泛應(yīng)用在如心理學(xué)教學(xué)中的某些特殊場景實(shí)驗(yàn)過程，核工程學(xué)教學(xué)中模擬核反應(yīng)過程的危險(xiǎn)場景還原，還有醫(yī)學(xué)院的器官內(nèi)部結(jié)構(gòu)、病變模擬教學(xué)等?？梢?，采用“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)用于“沉浸式體驗(yàn)”教學(xué)的主要目的是為了解決在教學(xué)或?qū)嶒?yàn)中存在的危險(xiǎn)性、時(shí)空局限性，或者對一些特殊場景的構(gòu)建存在困難等問題。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在植物造景課程的引入

將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)引入植物造景的課程教學(xué)，其優(yōu)點(diǎn)如下。

(1)突破時(shí)空限制的多向交互式教學(xué)。學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)，隨時(shí)與“身邊”的老師、同伴進(jìn)行交流、討論，真正體現(xiàn)了沉浸式虛擬的交互性特點(diǎn)。

(2)真實(shí)、動(dòng)態(tài)的場景式教學(xué)。教學(xué)內(nèi)容可以用真實(shí)的、動(dòng)態(tài)的三維虛擬影像再現(xiàn)教材內(nèi)容，讓學(xué)生沉浸式地參與其中，學(xué)生不易走神，以強(qiáng)烈的感官體驗(yàn)達(dá)到最佳學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)習(xí)效率。

(3)場景的時(shí)、空變化模擬預(yù)設(shè)展示教學(xué)。可以模擬現(xiàn)實(shí)生活中我們無法創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境，體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)生活中很難或者無法體驗(yàn)的場景，點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更加主動(dòng)地去發(fā)現(xiàn)、探索有關(guān)知識。

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)打造園林植物景觀VR實(shí)訓(xùn)平臺，實(shí)現(xiàn)教學(xué)形式從二維圖像向三維虛擬現(xiàn)實(shí)的過渡，建立包括園林植物觀賞、優(yōu)秀設(shè)計(jì)案例、方案成果表達(dá)等多個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)模塊，使教學(xué)更為豐富生動(dòng)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自主性，有助于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提高，從而提高教學(xué)的整體效果。

4 “沉浸式體驗(yàn)”教學(xué)設(shè)計(jì)

4.1 教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題

從2019年開始，筆者嘗試將“沉浸式體驗(yàn)”教學(xué)方式從現(xiàn)場教學(xué)擴(kuò)展至《植物造景》課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：現(xiàn)場實(shí)地體驗(yàn)和虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)針對《植物造景》課程的教學(xué)應(yīng)用尚處于探索階段。本教學(xué)研究需解決的關(guān)鍵問題是如何建立一個(gè)與真實(shí)體驗(yàn)相近的虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)平臺作為對現(xiàn)場教學(xué)的局限性的補(bǔ)充。涉及到軟件的選取和應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫的建立和資料搜集、模型的搭建和真實(shí)度的控制等；應(yīng)解決如何利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)沉浸性、交互性、構(gòu)想性的優(yōu)點(diǎn)去彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)方式上的不足。

4.2 教學(xué)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

“沉浸式體驗(yàn)”教學(xué)圍繞課程教學(xué)內(nèi)容，實(shí)行理論講授、校外考查與實(shí)測調(diào)研和課外實(shí)際項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)操等多元結(jié)合的教學(xué)方法，以形成從理論——案例——實(shí)操——成果點(diǎn)評的分層級教學(xué)，各環(huán)節(jié)有機(jī)銜接，并使學(xué)生能循序掌握植物造景的理論和技能。

4.2.1 教學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)

現(xiàn)場體驗(yàn)是最直觀最真實(shí)的空間體驗(yàn)方式，不可替代。課程設(shè)計(jì)在原有現(xiàn)場教學(xué)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)這部分的體驗(yàn)教學(xué)。

(1)學(xué)會看和體驗(yàn)。進(jìn)一步完善包括現(xiàn)場講解——實(shí)地考察——實(shí)測繪圖——模型還原——教師點(diǎn)評各個(gè)環(huán)節(jié)的連貫性。同學(xué)們在實(shí)地學(xué)習(xí)中獲得真實(shí)的感性認(rèn)識，并轉(zhuǎn)換成自己的設(shè)計(jì)資源庫，最終領(lǐng)會應(yīng)用。

(2)學(xué)會用。增加實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過模型制作及花境種植設(shè)計(jì)施工，使同學(xué)們親身體驗(yàn)植物造景的全過程，并請具有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)的行內(nèi)專家進(jìn)行專業(yè)指導(dǎo)和點(diǎn)評。

4.2.2 提供虛擬實(shí)踐場景

由于現(xiàn)場體驗(yàn)存在空間、時(shí)間和資金方面的限制，虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)作為一種更加靈活和先進(jìn)的技術(shù)手段在教學(xué)中進(jìn)行嘗試。

(1)虛擬場景體驗(yàn)。通過虛擬現(xiàn)實(shí)的植物造景案例的學(xué)習(xí)和體驗(yàn)，讓同學(xué)們身臨其境地了解各種植物造景方式的空間關(guān)系，體驗(yàn)植物景觀的四時(shí)變化以及不同時(shí)期同一場景的發(fā)展變化。這種方式的學(xué)習(xí)可以更多地吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)效率，并解決了現(xiàn)場教學(xué)在時(shí)空方面的限制。

(2)虛擬場景建構(gòu)。結(jié)合現(xiàn)場體驗(yàn)教學(xué)，指導(dǎo)同學(xué)們將實(shí)測場景還原為虛擬模型。同學(xué)們通過還原的過程再次深刻體驗(yàn)植物造景的設(shè)計(jì)手法，同時(shí)獲得與實(shí)地場景相符的虛擬模型，也為教學(xué)數(shù)據(jù)庫提供實(shí)例內(nèi)容。

(3)植物造景虛擬場景重現(xiàn)。學(xué)生進(jìn)行植物造景設(shè)計(jì)真題練習(xí)，并將設(shè)計(jì)圖紙制作為具有3D效果的、可互動(dòng)的虛擬現(xiàn)實(shí)模型，最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)真實(shí)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)表達(dá)展現(xiàn)。這與植物造景設(shè)計(jì)實(shí)際操作完全吻合，達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生具有實(shí)際操作能力的教學(xué)目的。

5 “沉浸式體驗(yàn)”教學(xué)的實(shí)施

實(shí)施方案分為理論教學(xué)、現(xiàn)場教學(xué)、實(shí)操指導(dǎo)、成果教學(xué)、成果點(diǎn)評及反饋分析5個(gè)階段。

第①階段：理論教學(xué)。主要講授植物造景設(shè)計(jì)原理、嶺南植物造景特色、植物造景的空間組織、植物造景的層次和序列、植物造景應(yīng)用手法等。

第②階段：圖紙效果表達(dá)、成果制作規(guī)范教學(xué)。對植物造景設(shè)計(jì)成果的表達(dá)規(guī)范進(jìn)行講解，并講解制作虛擬現(xiàn)實(shí)場景的方法等。

第③階段：現(xiàn)場教學(xué)。選取廣州植物造景比較典型、優(yōu)秀的公園(珠江公園、麓湖公園、廣州起義烈士陵園等)進(jìn)行實(shí)地考察和現(xiàn)場講解，邀請公園綠化管理人員介紹分析和點(diǎn)評。學(xué)生分組進(jìn)行公園植物景觀系統(tǒng)分析及典型植物景點(diǎn)實(shí)測分析，根據(jù)實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)，繪制優(yōu)秀植物造景案例植物配置平面圖，并還原為虛擬現(xiàn)實(shí)模型。第二個(gè)任務(wù)是要求學(xué)生選取一處景觀效果欠佳的場地進(jìn)行實(shí)測，對目前不理想的植物配置進(jìn)行改造，并繪制綠化提升改造方案圖。

第④階段：實(shí)踐操作。對實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行植物景觀規(guī)劃及植物配置設(shè)計(jì)(包括課堂練習(xí)和課后設(shè)計(jì)作業(yè))，并對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行建模及渲染，制作該植物造景設(shè)計(jì)方案的虛擬現(xiàn)實(shí)場景。

第⑤階段：成果點(diǎn)評。邀請校外企事業(yè)一線實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的園林專家對學(xué)生作業(yè)進(jìn)行點(diǎn)評，評選優(yōu)秀作品，并舉辦作業(yè)展。

6 沉浸式體驗(yàn)教學(xué)的效果

本項(xiàng)目重點(diǎn)圍繞“沉浸式空間體驗(yàn)”進(jìn)行《植物造景》課程教學(xué)，結(jié)合理論講授，運(yùn)用案例點(diǎn)評、實(shí)景設(shè)計(jì)、實(shí)地踏查與數(shù)據(jù)采集分析、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用、項(xiàng)目應(yīng)用成果評價(jià)等多元教學(xué)方法分層連貫銜接，豐富了教學(xué)的內(nèi)容和形式，使學(xué)生從多角度、全方位學(xué)習(xí)植物造景的理論、方法和技能。

6.1 沉浸式教學(xué)方式使課堂教學(xué)與現(xiàn)場教學(xué)緊密結(jié)合

植物造景與時(shí)間(季節(jié)、氣象)、空間變化關(guān)系密切，采用現(xiàn)場教學(xué)能取得很好的直觀體驗(yàn)，進(jìn)一步加深了對課堂教學(xué)的印象和理解，取得突出的教學(xué)效果。

6.2 引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行沉浸式教學(xué)，補(bǔ)充了現(xiàn)場教學(xué)的局限與不足

通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用，制作優(yōu)秀植物造景實(shí)景案例虛擬現(xiàn)實(shí)場景，為學(xué)生展示真實(shí)項(xiàng)目中植物造景設(shè)計(jì)流程及表達(dá)方式，展示虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用方法，豐富了教學(xué)的內(nèi)容和形式。解決傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生對于植物造景技法中空間感、尺度感、環(huán)境感知等感性認(rèn)知較難理解和掌控的問題，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更容易掌握園林植物造景的理論知識及相關(guān)技法，以運(yùn)用到未來的學(xué)習(xí)和工作中。

6.3 教學(xué)過程突出地域特色，注重學(xué)習(xí)領(lǐng)會本地優(yōu)秀的植物造景作品

植物的生長和分布具有地帶性，并體現(xiàn)地域文化，園林植物景觀由此具有典型地域特征，本課程將嶺南地域特征貫穿教學(xué)的全過程，以達(dá)到繼承、發(fā)揚(yáng)嶺南園林植物造景的原理和手法應(yīng)用。

6.4 教學(xué)緊密聯(lián)系實(shí)踐，具有可操作性和落地性

重視實(shí)踐操作培養(yǎng)，實(shí)操環(huán)節(jié)采用真題練習(xí)，提供實(shí)際場地，按實(shí)際功能要求進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，按市場及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求成果。

6.5 教學(xué)與市場行業(yè)實(shí)際接軌

邀請業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和管養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師一起組成實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)，參與課程教學(xué)各階段(現(xiàn)場講解、作業(yè)輔導(dǎo)、成果點(diǎn)評等)，使教學(xué)與行業(yè)實(shí)際緊密聯(lián)系，并使學(xué)生能了解行業(yè)的實(shí)際需求。

7 結(jié)語

自2019年，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)《植物造景》課程組嘗試將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在該課程的教學(xué)和考核中，以期能讓學(xué)生直觀地感受到園林植物景觀的空間關(guān)系、季相變化，以及由植物生命過程帶來的植物空間的預(yù)期變化，幫助學(xué)生提升傳統(tǒng)教學(xué)中難以把握的植物景觀空間感、尺度感和變化規(guī)律。特別是在2020年，在不能組織學(xué)生面對面課堂教學(xué)和實(shí)地考察的特殊情況下，通過校內(nèi)的“教育在線”網(wǎng)絡(luò)平臺和“虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)平臺”順利完成了教學(xué)任務(wù)，并保證了教學(xué)質(zhì)量不下降，充分驗(yàn)證了該技術(shù)在教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中的作用和效果。

沉浸式空間體驗(yàn)教學(xué)可以解決植物造景教學(xué)中較復(fù)雜的空間、時(shí)間、規(guī)模和數(shù)量的問題。通過“身臨其境”的感受，同學(xué)們能夠獲得較直觀的認(rèn)知，完成對植物造景基礎(chǔ)知識體系的構(gòu)建，從而提高了學(xué)習(xí)的效率和掌握知識的效果，這正是本項(xiàng)目的意義所在。