建筑历史教学虚拟现实技术的应用

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［摘要］当前，学生对建筑历史课程的学习兴趣普遍偏低，学习效果不佳。由于建筑历史教学与虚拟现实技术存在共同性和互补性，因此，教师可用它来改善教学，建构基于虚拟现实技术的建筑历史教学流程。虚拟现实技术能有效强化学生的空间认知，提高学生的学习兴趣，激发学生的课堂参与热情，但也存在虚拟模型建构困难、当前技术偏重于视觉以及文化层面的信息难以虚拟等不足。可以说，应用虚拟现实技术开展教学不仅是课程本身改革的需要，也是信息化时代教育发展的需要。但纯粹地“玩”空间是没有意义的，将虚拟现实技术提供的空间体验与建筑文化信息解读紧密结合起来才是建筑历史教学改革的方向所在。

［关键词］建筑历史教学；建筑历史专业；虚拟现实技术

虚拟现实是“VirtualReality”的译称，简写为“VR”。它利用计算机硬件和软件，虚拟构筑现实生活中或者人类所设想的各种场景和事物，并通过视觉、听觉、触觉等多种方式来让人感知和理解世界。虚拟现实从来不是一种单一的技术，而是由多种技术集中作用的结果。［1］虚拟现实以其视觉表达的直观性和空间体验的高度仿真性，已应用到影视、医疗、娱乐、旅游、教育等各个领域。由于建筑学专业天然的创新性和对空间塑造的内在虚拟性，虚拟现实技术在建筑专业教学中也具有广阔的应用前景。建筑历史是建筑学专业课程体系的重要组成部分，主要包括中国建筑史、外国建筑史以及区域建筑史等课程，对提高学生人文素养、强化学生建筑文化认知和让学生理解建筑发展演化的内在逻辑起着重要作用。当前，建筑学专业的设计类课程中已应用了类似的或者较为初级的虚拟现实技术，其主要方式是设计者利用各种软件建立数字模型，虚拟构筑自己的设计方案，并在电脑上加以展现，从而更直观地获得空间感受，分析其优劣，促进后续的修改和完善，而在建筑历史的教学过程中，虚拟现实技术应用得相对较少。事实上，作为日益成熟的技术，虚拟现实在建筑历史教学中同样具有较高的应用价值。

一、当前建筑历史教学中存在的若干问题

建筑历史类课程主要分析历史上出现过的各种建筑思想和理论、著名的建筑师及其作品以及建筑与当时的社会政治、经济、文化之间的关联，认识各种建筑在不同地域文化中的表现方式，加深学生对建筑地域性、文化性和时代性的理解，属于建筑学专业的核心课程。然而，由于各种原因，当前学生对建筑历史类课程的学习兴趣普遍偏低，学习效果总体不佳，其教学存在以下几个方面的问题。第一，建筑历史课程的理论性较强，涉及的学科较多，对学生的人文素养要求较高，在教学过程中，不少学生因学习困难而失去兴趣。在当前的高等教育招生制度下，建筑学专业考进来的学生都是理科生，文史知识相对缺乏，有些学生连基本的中国朝代的更迭顺序都未掌握。学生学习这门课程，仅仅是因为教学安排上的要求，甚至部分学生对历史学根本就没有兴趣，这样是很难学好建筑历史类课程的。第二，受当前建筑教育重视设计教学的影响，加上巨大的就业压力，大部分学生很自然地认为建筑学就是做设计，学习的功利性较为突出，对提高设计能力有帮助的课程就认真学，没有直接帮助的就不用心学。而建筑历史类课程对设计能力的直接提高作用不明显，这些历史建筑也与学生的设计作业、设计任务没有直接的关联，因而学生失去了学习的动力和探讨的兴趣。第三，建筑历史类课程主要的教学内容是人类历史长河中的经典建筑。然而，这些著名的建筑分布在世界各地，学生难以亲临现场领略建筑的魅力，就算是中国建筑史中的经典案例，由于实地参观的经济和时间成本太高也难以实现。［2］这对以空间研究为主的建筑学专业学生而言，即使能够亲临极少部分建筑，也必然会花费大量的时间和精力，学生缺乏亲身的体验，教学效果自然大打折扣。建筑历史课程作为建筑学专业的核心类课程，理应在教学过程中受到重视。上述问题主要包括学生基础知识薄弱、思想认识存在偏差以及空间体验欠缺等多个方面，但它们都导致了一个共同结果，那就是学生的学习兴趣不浓，因而当前建筑历史教学最直接的目标是提升学生的学习兴趣。基础薄弱可以加强，思想存在偏差可以纠正，空间体验欠缺该如何改善？虚拟现实为我们提供了一个很好的选择，它最大的优势就在于可以让人们感觉身临其境，它可以使学生进入立体的、抽象的世界，能提供“情境化”教学［3］，极大地增强空间体验感，提高学生的学习兴趣。

二、虚拟现实技术在建筑历史教学中的适用性

从本质上讲，虚拟现实属于技术手段，而一种教学技术能否成功应用的前提在于它是否能有效地实现教学目标，提高教学质量。笔者以为，虚拟现实技术在建筑历史课程的教学活动中具有广泛的应用前景，这种前景是由建筑历史课程与虚拟现实技术之间的共同性和互补性决定的。首先，建筑学与虚拟现实技术之间存在着共同性。建筑学是关于空间的研究，而虚拟现实是关于空间的展现，两者关注的都是空间，共同为创造和体验空间提供条件。这是它们之间最大的也是最直接的结合点，或者说，建筑在建造出来之前，在图纸上即是一种虚拟的空间，而虚拟现实技术所带来的空间体验正好可以优化和完善现实生活中即将建造的建筑。相对于其他专业，建筑学与虚拟现实技术天然地结合在了一起。其次，建筑学与虚拟现实技术之间存在着互补性。虚拟现实技术需要在各个领域中不断地得到应用，才会具有长久的生命力，而建筑历史教学由于面临现实的困境，也急需有效手段加以改进。这种互补性具体表现在建筑历史教学中经典建筑的现实不可达性和虚拟现实技术的任意空间的可塑造性，即利用虚拟现实技术可以将难以实现的经典建筑现实游览与体验转化为在虚拟世界中观赏与体验，这也是虚拟现实技术最激动人心的地方。正是有了这种共同性与互补性，虚拟现实技术的应用能极大地激发学生的学习兴趣，强化学生的空间感受。利用这种技术，教师对建筑的讲解、说明和分析更加准确到位，进而改善课程的教学效果。因此，虚拟现实技术在建筑历史教学中具有较好的适用性。

三、基于虚拟现实技术的建筑历史教学流程建构

在把虚拟现实技术应用于建筑历史教学的过程中，明确需要利用虚拟现实技术进行展现的教学内容是非常重要的。同时，作为一种教学活动和一个知识传播的过程，其最后的教学效果也与听课对象、学时数、教师的表达能力等紧密联系在一起。虽然当前虚拟现实技术发展迅速，但从授课的角度来讲，它仍属于一种教学技术或手段，其最终目标还是实现教学目的，是为教学服务的。因而，虚拟现实在技术建筑历史教学中的成功应用应符合教学的基本原则，并在此基础上构建规范的操作流程。第一，教师应根据课程的特点和教学目标，明确授课的重点内容，即有针对性地确定采用虚拟现实技术展现的建筑案例。第二，做好前期资料的准备工作，主要是对经典建筑文本资料的收集以及对建筑测绘图纸的分类整理。第三，进行虚拟模型的建构。这需要较强的软件建模能力，因为模型的精细程度会极大地影响后续的空间体验，所以，从理论上讲，模型应越精细越好，但是这对软件操作能力和计算机设备的配置要求都比较高。第四，采用编程技术将空间模型导入，使之成为能用于体验的经典建筑的虚拟现实内容。第五，在课堂上或者课外进行展示，让学生充分体验，这需要有虚拟现实设备方可实现。第六，教师在课堂上进行讲解、引导、补充虚拟现实技术尚不能展现的相关内容，教师的作用也要从过去的中心地位，变成一个陪伴者、指导者和服务者。［4］第七，收集虚拟现实技术在教学应用中的反馈意见，并根据反馈意见加以完善，以便在下一次循环中进一步改进。

四、虚拟现实技术在建筑历史教学中的应用评价

应用虚拟现实技术能将原本由查看描述性文字、平面图纸和现场照片而在脑海中生成的空间形象直接转化为空间上的体验，强化空间认知，有效地提高学生的学习兴趣，极大地激发学生的课堂参与热情。实践证明，通过虚拟现实技术，学生对空间的认识和理解普遍得到深化。然而，尽管相对于传统手段，虚拟现实技术在建筑历史教学中拥有明显的优势，但也存在一些问题。除因教学设备购置导致的成本增加、内容制作工作量较大以及对教师的教育技术水平要求较高之外［5］，当前的虚拟现实技术还有以下不足。一是虚拟模型的精度问题。例如，在中国传统建筑的虚拟建模过程中，大木作尚能准确建模，但传统的装饰艺术，如雕刻、灰塑、彩绘以及一些细部构件则建模比较困难。另外，建筑总是处在一定的外在环境当中，并非孤立存在，但建筑环境中的植物、假山等的建模也较难，需要花费大量的时间。而且，模型属于一个单一的空间维度，是忽略了时间因素的。随着时间的变化，外部环境也会发生变化，例如受季节的影响，冬去春来、花开花落都会对建筑体验有极大的影响，但是这些目前在建模中都难以体现。二是当前的虚拟现实技术偏重于视觉层面，触觉、听觉、嗅觉等方面则难以虚拟。这些功能的实现需要技术上的长久努力，在短时间内难以获得较大突破，也不易在教学中得到应用。三是文化层面的信息难以虚拟。应用虚拟现实技术的建筑历史课程实质上是一种穿越式教学，让学生回到古代的建筑当中进行学习。然而，建筑实体可以复原，各种构件也可以虚拟，但是社会环境、文化心理却无法复原，这是虚拟现实教学最大的不足。从技术的层面讲，除虚拟现实的应用设备之外，最基础的工作是制作虚拟现实的内容，它既包括了模型的制作，即虚拟空间的构建，又涉及编程技术，模型建构的精确度是虚拟现实教学效果得以提高的重要前提。从理论层面上讲，由于模型的构建只能无限接近而永远达不到现实的建造效果，因此，虚拟现实所创造的空间无法完全真实地反映实际建筑空间。但是，在建筑学专业的教学过程中，运用虚拟现实技术能极大地提高学生的学习热情学习效果也是不争的事实。对于建筑学专业的学生而言，他们侧重于空间分析与建筑发展的逻辑，因此对模型建构不需要吹毛求疵，忽略一些不必要的细节是可以的。总之，虚拟现实技术的成功之处在于对空间的模拟，但其局限也在于此。因为虚拟现实技术毕竟是对现实的虚拟，而不能完全地反映现实。另外，虚拟现实是一个较为广义的技术概念，其应用也较为多元。也就是说，该技术发展到何种程度，或者在多大程度上以及利用何种虚拟设备应用该技术，依不同的情况，其空间体验和教学效果也是有差别的。

五、应用虚拟现实技术开展建筑历史教学需注意事项

建筑历史课程的本质是让学生理解建筑与社会、历史、文化之间的关联，理解建筑存在的社会意义和文化意义，了解在历史长河中，随着社会、经济、技术的发展，建筑演化的具体过程，从而明确建筑从哪里来到哪里去的问题，进而体现和发挥建筑史学兼具建筑文化资源积累和建筑文化批判的作用。［6］因此，应用虚拟现实技术开展建筑历史教学有如下需要注意事项。第一，应结合课程的教学目标开展虚拟现实教学。从本质上讲，虚拟现实只是技术或者手段，而技术的应用不应脱离教育的基本原则，不应背离建筑历史教学的基本目标。建筑历史关注的重点是人类历史上曾经出现的宫殿、坛庙、衙署、陵墓、民居与园林等，建造这些建筑时的社会历史条件已经与当下有着天壤之别。因此，借鉴其风格、借取其元素，以表达对历史的尊重和文脉的延续是可取的，但建筑历史教学的核心并不在于凭借这些方式去开展建筑设计和提高设计能力，而是加深对建筑历史发展逻辑的理解。第二，应用虚拟现实技术要线上学习与线下学习相结合。一部恢弘的建筑史包含了数不尽数的建筑经典，而课堂教学时间有限，即便制作了较多的虚拟现实建筑作品，恐怕教师也没有那么多时间在课堂上一一展示。事实上，就中国古代建筑史而言，每一个大型传统建筑群均凝聚了很多前人毕生的心血，远不是学生在课堂内短短的几分钟或一节课所能理解透彻的，这就像让人在五分钟之内游完故宫一样荒唐。因此，在课堂教学中，我们要做的是择其经典，做重点性的梳理，而更多运用虚拟现实制作的建筑案例，则让学生通过网络在课后加以体验，做到线上线下学习相结合。第三，应用虚拟现实技术仍需强化对建筑的解剖分析。这种分析包括对建筑的功能布局分析、装饰艺术分析、构造技术分析、文化信息分析等多个层面，可以采取文字、图片、动画等多种方式展现。课堂上的建筑分析是学生把握建筑特征、理解建筑价值的重要途径，这种分析手段对于学生的成长是不可替代的。因为虚拟现实的优势在于对空间的模拟与体验，属于感性范畴，而解剖分析相对理性，是归纳与整理的结果。只有分析，感受不够深刻，只有体验则无法做出理性总结，两者是协调统一的整体。当前，随着科技的发展，资讯已呈爆炸式增长态势，学生获取信息的渠道已极为畅通与多元，如果教师在课堂上仍然只是传播知识，学生是很难接受的，因为他们可以从手机、电脑上获得更为丰富的课程内容，甚至比教师的讲授更加生动有趣、活泼精彩。因此，引进虚拟现实技术来提高课堂教学效果，不仅是课程本身改革的需要，也是信息化时代教育发展的需要。在策略上，虚拟现实的应用需要根据教学目的和教学要求有针对性地进行，而不是将所有的建筑案例完全制作成虚拟现实的内容，否则工作量大，对教师的能力与精力都是巨大的挑战，也不符合经济原则。纯粹地“玩”空间是没有意义的，只有将空间体验与当时社会经济背景下的文化信息讲授紧密结合起来，才是建筑历史教学改革的方向所在。

参考文献：

［1］胡卫夕，胡腾飞．VR革命：虚拟现实将如何改变我们的生活［M］．北京：机械工业出版社，2016：52．

［2］胡超文．全球化语境下高校建筑历史地域性特色研究［J］．高等建筑教育，2011（6）：1－5．

［3］杜颖．VR＋教育：可视化学习的未来［M］．北京：清华大学出版社，2017：69．

［4］张治，李永智．迈进学校3．0时代———未来学校进化的趋势及动力探析［J］．开放教育研究，2017（4）：40－49．

［5］刘德建，刘晓琳，张琰，等．虚拟现实技术教育应用的潜力、进展与挑战［J］．开放教育研究，2016（4）：25－31．

［6］吴国源，刘克成．中国建筑史学基础理论研究论纲［J］．建筑学报，2016（3）：1－5.

作者：胡超文 单位：惠州学院建筑与土木工程学院