虛擬現(xiàn)實技術(shù)在江西本土文化中的應(yīng)用研究

楊舒越，何云麗，胡小強(qiáng)，章 逸

(1.江西科技師范大學(xué) 教育學(xué)院，江西 南昌 330038；2.南昌師范學(xué)院附屬中學(xué)，江西 南昌 330029；3.南昌師范學(xué)院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，江西 南昌 330032)

0 引言

20世紀(jì)30年代出現(xiàn)虛擬現(xiàn)實的萌芽，60年代虛擬現(xiàn)實相關(guān)概念仍在確立，美國研究者J．Lanier在1989年提出“靈境”這一詞。20世紀(jì)70—80年代虛擬現(xiàn)實技術(shù)快速發(fā)展，虛擬空間中的移動和交互成為現(xiàn)實。20世紀(jì)90年代到2010年期間有了突破性進(jìn)展，在國際計算機(jī)圖形學(xué)大會上虛擬現(xiàn)實街機(jī)的出現(xiàn)，標(biāo)志著用戶可在 3 D 環(huán)境中獲得沉浸式游戲體驗[1]。

在新冠肺炎疫情影響下，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步釋放消費潛力促進(jìn)消費持續(xù)恢復(fù)的意見》，表示要創(chuàng)新消費業(yè)態(tài)和模式，以推動VR/AR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。工業(yè)和信息化部、教育部等多部門近日聯(lián)合印發(fā)《虛擬現(xiàn)實與行業(yè)應(yīng)用融合發(fā)展行動計劃(2022—2026年)》，提出到2026年我國三維化、虛實融合沉浸影音關(guān)鍵技術(shù)重點突破，產(chǎn)業(yè)生態(tài)進(jìn)一步完善，VR要在經(jīng)濟(jì)社會的重要行業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。江西省發(fā)布了《中小學(xué)研學(xué)旅行》系列標(biāo)準(zhǔn)，指出要推進(jìn)“雙減”的政策要求，結(jié)合本省具體情況，精心選擇出中小學(xué)生研學(xué)旅行實踐基地，打造示范性研學(xué)旅行，形成互通互聯(lián)的研學(xué)旅行網(wǎng)。

VR作為江西重點打造產(chǎn)業(yè)，南昌已連續(xù)舉辦五屆世界VR產(chǎn)業(yè)大會，已累計簽約項目552個、簽約金額總計3 366.78億元。江西VR產(chǎn)業(yè)2021年規(guī)模達(dá)到600億元,較2018年增長14倍多，2022年產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望突破800億元。虛擬現(xiàn)實開啟了文化與傳統(tǒng)，文化與現(xiàn)實等鏈接與作用的全新機(jī)制動實驗[2]，南昌部分中小學(xué)中，在VR實驗室上校本課程，已然成為南昌市教育常態(tài)。

江西省教育廳2016年起每年在全省中小學(xué)開展“三項文化”教育活動，其中“三項文化”包括江西的紅色、綠色、古色文化，江西本土文化是每所學(xué)校校本課程中的重要內(nèi)容。

新冠肺炎疫情發(fā)生以后，“三項文化”教育活動開展起來較為困難，學(xué)生進(jìn)行校本課程學(xué)習(xí)時，臨場感不強(qiáng)，如在研學(xué)旅行項目中，學(xué)生在進(jìn)行活動之前對所去景區(qū)要學(xué)習(xí)的知識點不甚了解，嘗試使用VR技術(shù)對學(xué)生進(jìn)行課程的講解，一定程度上幫助學(xué)生提前預(yù)習(xí)了研學(xué)旅行中的知識點，有利于更好地繼承與傳播優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，培養(yǎng)熱愛故鄉(xiāng)的情感。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在“江西本土文化教育”中應(yīng)用的優(yōu)勢

1.1 在教學(xué)方法上虛擬現(xiàn)實技術(shù)使文化傳播形態(tài)更新

教育是文化傳播的基本形式之一，VR技術(shù)將信息由二維變成三維。書本上的知識是二維，而生活的世界是三維，利用VR技術(shù)手段，提供更豐富的學(xué)習(xí)信息，使本土文化傳播更優(yōu)質(zhì)與高效，使學(xué)習(xí)者可在虛擬現(xiàn)實情境下體驗跨越時間和空間的文化感知。虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于中小學(xué)江西本土文化教育優(yōu)勢在于：數(shù)字教學(xué)資源內(nèi)容可在網(wǎng)絡(luò)上傳遞，可擴(kuò)展性強(qiáng)，適合本土教育影響力大、內(nèi)容動態(tài)變化的特點[3]。

1.2 在教育主體上虛擬現(xiàn)實使學(xué)生獲得“人機(jī)交互”體驗

“人機(jī)交互”使用戶的體驗更加真實，其中包括大數(shù)據(jù)可視化交互、基于聲場感知的交互、混合現(xiàn)實實物交互、可穿戴交互、人機(jī)對話交互等這些多模態(tài)交互方式使學(xué)習(xí)者的主體性得到了極大程度的凸顯[4]。在“人機(jī)交互”過程中，學(xué)習(xí)者可以選擇自己的行為模式、交互對象，使互動對學(xué)習(xí)者來說變得更具象與直接。虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠營造一個沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，幫助學(xué)生運用最自然的交互方式進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。特別在疫情這一特殊時期，虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠幫助學(xué)生足不出戶就能進(jìn)入學(xué)習(xí)場景，提高教學(xué)效果。

1.3 在教育內(nèi)容上虛擬現(xiàn)實技術(shù)使知識獲取路徑由單一感官變?yōu)槎喔兄?/h3>

在進(jìn)行教學(xué)產(chǎn)品設(shè)計時，要學(xué)習(xí)為主尊重學(xué)習(xí)者之間的個體差異滿足多元化需求[5]，要滿足知識、能力、情感的相關(guān)教學(xué)目標(biāo)。彰顯校本課程能促進(jìn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，引導(dǎo)教師立足學(xué)習(xí)理論參與課程開發(fā)，彌補(bǔ)國家課程的空缺從而加強(qiáng)教育與地方的聯(lián)系[6]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)借助終端設(shè)備，將江西本土的文化、內(nèi)容用聽覺、視覺、觸覺的感官刺激表現(xiàn)出來，使學(xué)習(xí)者身臨其境的參與課程所描述的虛擬場景，從而發(fā)掘出真實的身體和情緒變化，調(diào)動學(xué)習(xí)者的各感知神經(jīng)將幫助學(xué)習(xí)者把課程中所教的知識進(jìn)行內(nèi)化[7]。

2 江西本土文化與虛擬現(xiàn)實相結(jié)合案例

教育部《關(guān)于推進(jìn)中小學(xué)生研學(xué)旅行的意見》中將研學(xué)旅行納入中小學(xué)教育的教學(xué)計劃，意見指出要通過推動研學(xué)旅行健康發(fā)展從而塑造學(xué)生的健全人格[8]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在研學(xué)旅行的行前課程中豐富了師生的教和學(xué)的體驗，一定程度上提升了教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)生去實地研學(xué)旅行打好基礎(chǔ)。

2.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在八大山人紀(jì)念館及校本課程中的運用

江西省教育廳命名八大山人紀(jì)念館為中小學(xué)生研學(xué)實踐教育基地，八大山人其獨特的藝術(shù)風(fēng)格影響著許多藝術(shù)家，具有無可比擬的學(xué)術(shù)意義與社會價值，中小學(xué)研學(xué)旅行的行前課程可以通過對八大山人數(shù)字紀(jì)念館的參觀，開展江西“三項文化”教育中古色文化教育，引領(lǐng)學(xué)習(xí)者認(rèn)識江西本土的優(yōu)秀文化，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的文化觀念、歷史觀念。

八大山人虛擬數(shù)字紀(jì)念館為學(xué)生提供了一個虛擬且全面的文化展示交互平臺，其功能包括虛擬展品、互動、在線交流等，拓寬實體紀(jì)念館的延伸空間與功能，更好地展現(xiàn)紀(jì)念館教育、研究和展示的功能，服務(wù)于學(xué)生和社會，為傳播八大山人的藝術(shù)和弘揚地域文化做出了重要貢獻(xiàn)。學(xué)生在研學(xué)旅行前，可以通過參觀虛擬紀(jì)念館(見圖1—2)，先對需要了解的知識有概念，提高他們學(xué)習(xí)科學(xué)的熱情，進(jìn)一步促進(jìn)信息技術(shù)與科學(xué)教育的深度融合[9]。

本文借助虛擬紀(jì)念館設(shè)計了一套關(guān)于八大山人的校本課程，其目標(biāo)在于通過VR課程了解八大山人紀(jì)念館所在的位置、布局，以及紀(jì)念館與朱耷的關(guān)系；借助VR課程，了解八大山人生長的環(huán)境，了解江西的自然、人文環(huán)境對他思想、繪畫意圖的影響，從而欣賞八大山人的作品了解其繪畫風(fēng)格。

圖1 八大山人紀(jì)念館真跡館外部全景

圖2 龍虎山VR課件首頁

2.2 龍虎山研學(xué)旅行虛擬現(xiàn)實行前課程

本文在學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建虛實融合環(huán)境，構(gòu)建出了一套龍虎山丹霞地貌VR地理課程。

2.2.1 課程內(nèi)容

課程安排如下，首先由視頻介紹丹霞地貌的景觀，使學(xué)生認(rèn)識龍虎山的地貌特征，并拋出以下問題：中國丹霞系列遺產(chǎn)是由哪些構(gòu)成？各處丹霞地貌演化處什么階段？講解了丹霞地貌在中國的分布情況，以及丹霞地貌如何形成。然后，游覽龍虎山美景可沿著蘆溪河流而下，也可逆流而上，選擇一條游覽路線考察線路一(逆流)：游客中心—仙水巖；線路二(順流)：上清宮——仙女巖(仙桃石)，了解所觀察的典型單體丹霞地貌類型特點并進(jìn)行描述。最后由老師進(jìn)行課堂總結(jié)，同學(xué)們完成闖關(guān)挑戰(zhàn)，鞏固所學(xué)到的知識。

2.2.2 教學(xué)設(shè)計

以江西省鷹潭市龍虎山景區(qū)丹霞地貌為切入點(見圖2)，依據(jù)課標(biāo)要求，使學(xué)生認(rèn)識丹霞地貌，并能描述出其景觀的主要特點。VR模型的建構(gòu)分為6個部分，分別是新課導(dǎo)入、龍虎山博物館、中國丹霞、龍虎山景點、課堂總結(jié)、闖關(guān)挑戰(zhàn)方便學(xué)習(xí)者感悟?qū)W習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效果。

2.2.3 技術(shù)難點

龍虎山的場景比較大，課題組使用無人機(jī)進(jìn)行全景圖片的拍攝，常遇見風(fēng)力、能見度、限高等多種障礙，在風(fēng)力過大時會導(dǎo)致無人機(jī)錄制不穩(wěn)定，視頻的清晰與否還要取決于當(dāng)天的天氣情況，有時拍攝山體的高度超過了該區(qū)域的限高等。

2.2.4 教學(xué)效果

使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建造龍虎山實景，打破了在教學(xué)時地理課堂的時空局限，使學(xué)生在教室中佩戴好虛擬現(xiàn)實設(shè)備就能沉浸漫游在景區(qū)之中，足不出戶就能欣賞到龍虎山美麗景色，豐富了地理課堂的教學(xué)方式，同時也弘揚了江西本土文化。

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用在本土文化教育中的改進(jìn)方向

3.1 虛擬現(xiàn)實與本土文化相結(jié)合的課程設(shè)計

3.1.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)下課程內(nèi)容的呈現(xiàn)

本土文化要合理地在虛擬現(xiàn)實課程中呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，課程內(nèi)容的設(shè)計要正確認(rèn)識虛擬與現(xiàn)實的“真實”，讓學(xué)習(xí)者可以在課堂、虛擬、實驗教學(xué)中獲得連續(xù)的學(xué)習(xí)體驗。虛擬現(xiàn)實技術(shù)支撐下的教學(xué)需要在資源和工具等方面對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行革新。如可以創(chuàng)設(shè)出虛擬的情景，為本土文化的學(xué)習(xí)提供具有參與感的學(xué)習(xí)環(huán)境，同時還要注重課程的三維交互設(shè)計，不單單停留在三維的漫游，從而激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣[10]。

3.1.2 虛擬現(xiàn)實課程的實用性及復(fù)用率

虛擬現(xiàn)實課程可以作為產(chǎn)品而存在，其實用性和復(fù)用率自然也不能忽視，已有研究證實虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)環(huán)境很大程度上影響著學(xué)生學(xué)習(xí)滿意度。虛擬現(xiàn)實課程的設(shè)計涉及多個方面：其中包括教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)對象的分析教學(xué)目標(biāo)的編寫、虛擬場景和人物的建模、編程開發(fā)等涉及多個領(lǐng)域的知識與技能。還要求聯(lián)合多領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者進(jìn)行合作開發(fā)，如計算機(jī)科學(xué)、教育學(xué)、心理學(xué)、一線學(xué)科教學(xué)老師等[11]，來保障所開發(fā)出來的課程具有實用性且復(fù)用率高，讓學(xué)習(xí)者把有限的認(rèn)知投入高質(zhì)量的教學(xué)資源中去，避免認(rèn)知負(fù)荷超載影響學(xué)習(xí)效果和資源的浪費。虛擬現(xiàn)實技術(shù)支撐的教學(xué)資源在一定程度上有效補(bǔ)充、拓展和延伸了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)環(huán)境[12]。

3.2 虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)環(huán)境與傳統(tǒng)課堂銜接

學(xué)生在虛擬現(xiàn)實課程中的表現(xiàn)與傳統(tǒng)課堂中的學(xué)生行為也可能存在不同。以傳統(tǒng)的教室環(huán)境為例，教師在教室進(jìn)行講授時通常能根據(jù)自身長期積累的經(jīng)驗來判斷學(xué)習(xí)者的行為模式，從而在不同的階段選擇不同的教學(xué)方法與手段。在虛擬課堂中，教師與學(xué)生都有虛擬化身，學(xué)習(xí)者的表現(xiàn)不容易被教師所觀察，教師也很難及時給出反饋，其產(chǎn)生的行為模式也可能有新規(guī)律[13]。對此可以開發(fā)出有效的監(jiān)控評估系統(tǒng)，將人工智能技術(shù)賦能于教學(xué)評價，在教室中安裝設(shè)備采集學(xué)習(xí)過程中師生的聲音、姿態(tài)、生理信號、眼動、面部表情等的數(shù)據(jù)來識別出師生情感變化的信息，以更科學(xué)的方式進(jìn)行教學(xué)評價[14]。

3.3 相關(guān)人員匱乏

一方面，懂得運用虛擬現(xiàn)實設(shè)備的技術(shù)人員匱乏。VR 和計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)人員普及度不夠。師資隊伍水平參差不齊，現(xiàn)階段還存在一些教師自身的教育信息化素質(zhì)不強(qiáng)，不能熟練掌握新技術(shù)手段和熟練運用新媒體技術(shù)。另一方面，校本教師匱乏，VR課程的設(shè)計,要將校本知識與虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，但目前相關(guān)單位都未發(fā)行統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時很容易出現(xiàn)不同的挑戰(zhàn)[15]。

4 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在我國教育教學(xué)中的應(yīng)用，還處在初級階段。我國很多地區(qū)的學(xué)校與虛擬現(xiàn)實相關(guān)的硬件、軟件和人才培養(yǎng)仍然存在不足。因此，需要加大對虛擬現(xiàn)實技術(shù)人才的培養(yǎng)，改善現(xiàn)有硬件設(shè)備、軟件技術(shù)，提升欠發(fā)達(dá)地區(qū)的教育信息化能力[16]。江西本土文化與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合，在一定程度上宣傳了這座革命城市的紅色、綠色、古色文化，增強(qiáng)了新一代的民族自信和文化自信。