建筑歷史教學虛擬現實技術的應用

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［摘要］當前，學生對建筑歷史課程的學習興趣普遍偏低，學習效果不佳。由于建筑歷史教學與虛擬現實技術存在共同性和互補性，因此，教師可用它來改善教學，建構基于虛擬現實技術的建筑歷史教學流程。虛擬現實技術能有效強化學生的空間認知，提高學生的學習興趣，激發學生的課堂參與熱情，但也存在虛擬模型建構困難、當前技術偏重于視覺以及文化層面的信息難以虛擬等不足。可以說，應用虛擬現實技術開展教學不僅是課程本身改革的需要，也是信息化時代教育發展的需要。但純粹地“玩”空間是沒有意義的，將虛擬現實技術提供的空間體驗與建筑文化信息解讀緊密結合起來才是建筑歷史教學改革的方向所在。

［關鍵詞］建筑歷史教學；建筑歷史專業；虛擬現實技術

虛擬現實是“VirtualReality”的譯稱，簡寫為“VR”。它利用計算機硬件和軟件，虛擬構筑現實生活中或者人類所設想的各種場景和事物，并通過視覺、聽覺、觸覺等多種方式來讓人感知和理解世界。虛擬現實從來不是一種單一的技術，而是由多種技術集中作用的結果。［1］虛擬現實以其視覺表達的直觀性和空間體驗的高度仿真性，已應用到影視、醫療、娛樂、旅游、教育等各個領域。由于建筑學專業天然的創新性和對空間塑造的內在虛擬性，虛擬現實技術在建筑專業教學中也具有廣闊的應用前景。建筑歷史是建筑學專業課程體系的重要組成部分，主要包括中國建筑史、外國建筑史以及區域建筑史等課程，對提高學生人文素養、強化學生建筑文化認知和讓學生理解建筑發展演化的內在邏輯起著重要作用。當前，建筑學專業的設計類課程中已應用了類似的或者較為初級的虛擬現實技術，其主要方式是設計者利用各種軟件建立數字模型，虛擬構筑自己的設計方案，并在電腦上加以展現，從而更直觀地獲得空間感受，分析其優劣，促進后續的修改和完善，而在建筑歷史的教學過程中，虛擬現實技術應用得相對較少。事實上，作為日益成熟的技術，虛擬現實在建筑歷史教學中同樣具有較高的應用價值。

一、當前建筑歷史教學中存在的若干問題

建筑歷史類課程主要分析歷史上出現過的各種建筑思想和理論、著名的建筑師及其作品以及建筑與當時的社會政治、經濟、文化之間的關聯，認識各種建筑在不同地域文化中的表現方式，加深學生對建筑地域性、文化性和時代性的理解，屬于建筑學專業的核心課程。然而，由于各種原因，當前學生對建筑歷史類課程的學習興趣普遍偏低，學習效果總體不佳，其教學存在以下幾個方面的問題。第一，建筑歷史課程的理論性較強，涉及的學科較多，對學生的人文素養要求較高，在教學過程中，不少學生因學習困難而失去興趣。在當前的高等教育招生制度下，建筑學專業考進來的學生都是理科生，文史知識相對缺乏，有些學生連基本的中國朝代的更迭順序都未掌握。學生學習這門課程，僅僅是因為教學安排上的要求，甚至部分學生對歷史學根本就沒有興趣，這樣是很難學好建筑歷史類課程的。第二，受當前建筑教育重視設計教學的影響，加上巨大的就業壓力，大部分學生很自然地認為建筑學就是做設計，學習的功利性較為突出，對提高設計能力有幫助的課程就認真學，沒有直接幫助的就不用心學。而建筑歷史類課程對設計能力的直接提高作用不明顯，這些歷史建筑也與學生的設計作業、設計任務沒有直接的關聯，因而學生失去了學習的動力和探討的興趣。第三，建筑歷史類課程主要的教學內容是人類歷史長河中的經典建筑。然而，這些著名的建筑分布在世界各地，學生難以親臨現場領略建筑的魅力，就算是中國建筑史中的經典案例，由于實地參觀的經濟和時間成本太高也難以實現。［2］這對以空間研究為主的建筑學專業學生而言，即使能夠親臨極少部分建筑，也必然會花費大量的時間和精力，學生缺乏親身的體驗，教學效果自然大打折扣。建筑歷史課程作為建筑學專業的核心類課程，理應在教學過程中受到重視。上述問題主要包括學生基礎知識薄弱、思想認識存在偏差以及空間體驗欠缺等多個方面，但它們都導致了一個共同結果，那就是學生的學習興趣不濃，因而當前建筑歷史教學最直接的目標是提升學生的學習興趣。基礎薄弱可以加強，思想存在偏差可以糾正，空間體驗欠缺該如何改善？虛擬現實為我們提供了一個很好的選擇，它最大的優勢就在于可以讓人們感覺身臨其境，它可以使學生進入立體的、抽象的世界，能提供“情境化”教學［3］，極大地增強空間體驗感，提高學生的學習興趣。

二、虛擬現實技術在建筑歷史教學中的適用性

從本質上講，虛擬現實屬于技術手段，而一種教學技術能否成功應用的前提在于它是否能有效地實現教學目標，提高教學質量。筆者以為，虛擬現實技術在建筑歷史課程的教學活動中具有廣泛的應用前景，這種前景是由建筑歷史課程與虛擬現實技術之間的共同性和互補性決定的。首先，建筑學與虛擬現實技術之間存在著共同性。建筑學是關于空間的研究，而虛擬現實是關于空間的展現，兩者關注的都是空間，共同為創造和體驗空間提供條件。這是它們之間最大的也是最直接的結合點，或者說，建筑在建造出來之前，在圖紙上即是一種虛擬的空間，而虛擬現實技術所帶來的空間體驗正好可以優化和完善現實生活中即將建造的建筑。相對于其他專業，建筑學與虛擬現實技術天然地結合在了一起。其次，建筑學與虛擬現實技術之間存在著互補性。虛擬現實技術需要在各個領域中不斷地得到應用，才會具有長久的生命力，而建筑歷史教學由于面臨現實的困境，也急需有效手段加以改進。這種互補性具體表現在建筑歷史教學中經典建筑的現實不可達性和虛擬現實技術的任意空間的可塑造性，即利用虛擬現實技術可以將難以實現的經典建筑現實游覽與體驗轉化為在虛擬世界中觀賞與體驗，這也是虛擬現實技術最激動人心的地方。正是有了這種共同性與互補性，虛擬現實技術的應用能極大地激發學生的學習興趣，強化學生的空間感受。利用這種技術，教師對建筑的講解、說明和分析更加準確到位，進而改善課程的教學效果。因此，虛擬現實技術在建筑歷史教學中具有較好的適用性。

三、基于虛擬現實技術的建筑歷史教學流程建構

在把虛擬現實技術應用于建筑歷史教學的過程中，明確需要利用虛擬現實技術進行展現的教學內容是非常重要的。同時，作為一種教學活動和一個知識傳播的過程，其最后的教學效果也與聽課對象、學時數、教師的表達能力等緊密聯系在一起。雖然當前虛擬現實技術發展迅速，但從授課的角度來講，它仍屬于一種教學技術或手段，其最終目標還是實現教學目的，是為教學服務的。因而，虛擬現實在技術建筑歷史教學中的成功應用應符合教學的基本原則，并在此基礎上構建規范的操作流程。第一，教師應根據課程的特點和教學目標，明確授課的重點內容，即有針對性地確定采用虛擬現實技術展現的建筑案例。第二，做好前期資料的準備工作，主要是對經典建筑文本資料的收集以及對建筑測繪圖紙的分類整理。第三，進行虛擬模型的建構。這需要較強的軟件建模能力，因為模型的精細程度會極大地影響后續的空間體驗，所以，從理論上講，模型應越精細越好，但是這對軟件操作能力和計算機設備的配置要求都比較高。第四，采用編程技術將空間模型導入，使之成為能用于體驗的經典建筑的虛擬現實內容。第五，在課堂上或者課外進行展示，讓學生充分體驗，這需要有虛擬現實設備方可實現。第六，教師在課堂上進行講解、引導、補充虛擬現實技術尚不能展現的相關內容，教師的作用也要從過去的中心地位，變成一個陪伴者、指導者和服務者。［4］第七，收集虛擬現實技術在教學應用中的反饋意見，并根據反饋意見加以完善，以便在下一次循環中進一步改進。

四、虛擬現實技術在建筑歷史教學中的應用評價

應用虛擬現實技術能將原本由查看描述性文字、平面圖紙和現場照片而在腦海中生成的空間形象直接轉化為空間上的體驗，強化空間認知，有效地提高學生的學習興趣，極大地激發學生的課堂參與熱情。實踐證明，通過虛擬現實技術，學生對空間的認識和理解普遍得到深化。然而，盡管相對于傳統手段，虛擬現實技術在建筑歷史教學中擁有明顯的優勢，但也存在一些問題。除因教學設備購置導致的成本增加、內容制作工作量較大以及對教師的教育技術水平要求較高之外［5］，當前的虛擬現實技術還有以下不足。一是虛擬模型的精度問題。例如，在中國傳統建筑的虛擬建模過程中，大木作尚能準確建模，但傳統的裝飾藝術，如雕刻、灰塑、彩繪以及一些細部構件則建模比較困難。另外，建筑總是處在一定的外在環境當中，并非孤立存在，但建筑環境中的植物、假山等的建模也較難，需要花費大量的時間。而且，模型屬于一個單一的空間維度，是忽略了時間因素的。隨著時間的變化，外部環境也會發生變化，例如受季節的影響，冬去春來、花開花落都會對建筑體驗有極大的影響，但是這些目前在建模中都難以體現。二是當前的虛擬現實技術偏重于視覺層面，觸覺、聽覺、嗅覺等方面則難以虛擬。這些功能的實現需要技術上的長久努力，在短時間內難以獲得較大突破，也不易在教學中得到應用。三是文化層面的信息難以虛擬。應用虛擬現實技術的建筑歷史課程實質上是一種穿越式教學，讓學生回到古代的建筑當中進行學習。然而，建筑實體可以復原，各種構件也可以虛擬，但是社會環境、文化心理卻無法復原，這是虛擬現實教學最大的不足。從技術的層面講，除虛擬現實的應用設備之外，最基礎的工作是制作虛擬現實的內容，它既包括了模型的制作，即虛擬空間的構建，又涉及編程技術，模型建構的精確度是虛擬現實教學效果得以提高的重要前提。從理論層面上講，由于模型的構建只能無限接近而永遠達不到現實的建造效果，因此，虛擬現實所創造的空間無法完全真實地反映實際建筑空間。但是，在建筑學專業的教學過程中，運用虛擬現實技術能極大地提高學生的學習熱情學習效果也是不爭的事實。對于建筑學專業的學生而言，他們側重于空間分析與建筑發展的邏輯，因此對模型建構不需要吹毛求疵，忽略一些不必要的細節是可以的。總之，虛擬現實技術的成功之處在于對空間的模擬，但其局限也在于此。因為虛擬現實技術畢竟是對現實的虛擬，而不能完全地反映現實。另外，虛擬現實是一個較為廣義的技術概念，其應用也較為多元。也就是說，該技術發展到何種程度，或者在多大程度上以及利用何種虛擬設備應用該技術，依不同的情況，其空間體驗和教學效果也是有差別的。

五、應用虛擬現實技術開展建筑歷史教學需注意事項

建筑歷史課程的本質是讓學生理解建筑與社會、歷史、文化之間的關聯，理解建筑存在的社會意義和文化意義，了解在歷史長河中，隨著社會、經濟、技術的發展，建筑演化的具體過程，從而明確建筑從哪里來到哪里去的問題，進而體現和發揮建筑史學兼具建筑文化資源積累和建筑文化批判的作用。［6］因此，應用虛擬現實技術開展建筑歷史教學有如下需要注意事項。第一，應結合課程的教學目標開展虛擬現實教學。從本質上講，虛擬現實只是技術或者手段，而技術的應用不應脫離教育的基本原則，不應背離建筑歷史教學的基本目標。建筑歷史關注的重點是人類歷史上曾經出現的宮殿、壇廟、衙署、陵墓、民居與園林等，建造這些建筑時的社會歷史條件已經與當下有著天壤之別。因此，借鑒其風格、借取其元素，以表達對歷史的尊重和文脈的延續是可取的，但建筑歷史教學的核心并不在于憑借這些方式去開展建筑設計和提高設計能力，而是加深對建筑歷史發展邏輯的理解。第二，應用虛擬現實技術要線上學習與線下學習相結合。一部恢弘的建筑史包含了數不盡數的建筑經典，而課堂教學時間有限，即便制作了較多的虛擬現實建筑作品，恐怕教師也沒有那么多時間在課堂上一一展示。事實上，就中國古代建筑史而言，每一個大型傳統建筑群均凝聚了很多前人畢生的心血，遠不是學生在課堂內短短的幾分鐘或一節課所能理解透徹的，這就像讓人在五分鐘之內游完故宮一樣荒唐。因此，在課堂教學中，我們要做的是擇其經典，做重點性的梳理，而更多運用虛擬現實制作的建筑案例，則讓學生通過網絡在課后加以體驗，做到線上線下學習相結合。第三，應用虛擬現實技術仍需強化對建筑的解剖分析。這種分析包括對建筑的功能布局分析、裝飾藝術分析、構造技術分析、文化信息分析等多個層面，可以采取文字、圖片、動畫等多種方式展現。課堂上的建筑分析是學生把握建筑特征、理解建筑價值的重要途徑，這種分析手段對于學生的成長是不可替代的。因為虛擬現實的優勢在于對空間的模擬與體驗，屬于感性范疇，而解剖分析相對理性，是歸納與整理的結果。只有分析，感受不夠深刻，只有體驗則無法做出理性總結，兩者是協調統一的整體。當前，隨著科技的發展，資訊已呈爆炸式增長態勢，學生獲取信息的渠道已極為暢通與多元，如果教師在課堂上仍然只是傳播知識，學生是很難接受的，因為他們可以從手機、電腦上獲得更為豐富的課程內容，甚至比教師的講授更加生動有趣、活潑精彩。因此，引進虛擬現實技術來提高課堂教學效果，不僅是課程本身改革的需要，也是信息化時代教育發展的需要。在策略上，虛擬現實的應用需要根據教學目的和教學要求有針對性地進行，而不是將所有的建筑案例完全制作成虛擬現實的內容，否則工作量大，對教師的能力與精力都是巨大的挑戰，也不符合經濟原則。純粹地“玩”空間是沒有意義的，只有將空間體驗與當時社會經濟背景下的文化信息講授緊密結合起來，才是建筑歷史教學改革的方向所在。

參考文獻：

［1］胡衛夕，胡騰飛．VR革命：虛擬現實將如何改變我們的生活［M］．北京：機械工業出版社，2016：52．

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

［3］杜穎．VR＋教育：可視化學習的未來［M］．北京：清華大學出版社，2017：69．

［4］張治，李永智．邁進學校3．0時代———未來學校進化的趨勢及動力探析［J］．開放教育研究，2017（4）：40－49．

［5］劉德建，劉曉琳，張琰，等．虛擬現實技術教育應用的潛力、進展與挑戰［J］．開放教育研究，2016（4）：25－31．

［6］吳國源，劉克成．中國建筑史學基礎理論研究論綱［J］．建筑學報，2016（3）：1－5.

作者：胡超文 單位：惠州學院建筑與土木工程學院