三維虛擬視覺在教室設計中的應用

李響 雷翕雯

摘 要：教室是教書育人的主要場所，為了將現代化技術引入教室設計，文章開展了三維虛擬視覺在教室設計中的應用研究。通過對應用三維虛擬視覺技術設計教室意義的分析，提出布設三維虛擬視覺教室功能屬性的設計行為，結合智能課堂系統，動態化地抓取各類學習相關數據，為老師精準提供每一個學生的學習狀態數據，從而使教室進一步體現因材施教、以學生為中心的核心教育理念。文章從基礎性教室構成、支撐性設備構成、綜合管理設備、綜合服務內容方面進行分析，確保教室設計投入使用后具備較高的可使用能力。此外，將智慧教室內的所有硬件裝置連接到互聯網上，確保教室內信息與教室外信息的良好通信，保證教室室內環境的穩定性，完成對教室的設計。

關鍵詞：三維虛擬視覺;教室設計;現代學習空間;智能課堂

0 引言

在設計智能化教室過程中，應正確意識到“教室”是學習的地方，而不是教課的地方。學習行為在教室中的發生，是指在經驗與知識面前，學生意識逐漸改變、綜合能力不斷提升的過程。而在此過程中，學校也不再單純作為教授學習內容和知識的地方，而應是一個具備社會性質、情感性質、創造性質的空間。學習本身是一個附帶性的活動，不管教師執行任何教學行為，均屬于開展組織性學習工作[1]。而學校也不是工廠，現代化教育背景下的學校，屬于工業革命的產物，即學生按照鈴聲進入不同的教室，接受不同的加工。在學校學習空間內如何將智能化與信息技術設備深度融合、把復雜的設備使用簡化成無感知的智慧學習空間體驗，成了有關單位的研究重點。

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

1 應用三維虛擬視覺技術設計教室的意義

學校要培養什么樣的人？怎么實施培養？什么樣的學習環境才能讓學生通過學習體驗獲取這些能力？這些問題均是學校設計教室應當全面考慮的。在現代化教育發展背景下，創造力是當今和未來的學校所追求的。在對現如今的學校教室環境的調研與走訪中發現，面對數以億計的信息頁面、音樂、服務、課程及技能構建的具體工具，豐富的資源財富，大部分學校教室設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，學校應該把新思想帶到學校設計中來，使學校在尊重學習者需求的前提下，實現對教室的現代化建設。

學習空間環境建設（改造）是為了構建學生對學習內在的渴望與能力所提出的。應用三維虛擬視覺技術創建的學校教室，可以讓學生享有多姿多彩的體驗，能夠提供學生豐富的學習機會。但事實上，學生在學校的學習時常辛苦且無趣。只有當學生能夠看到理論與實踐的直接關聯，并理解完成學業會讓個體收益，才能明白他們學習的長遠價值。而應用三維虛擬視覺技術，便可以實現建立獨立教學空間之間的人文生態聯系走廊，將學習空間改造成為學習社區。結合三維虛擬視覺技術的應用，不僅可以使學校學習空間環境的設計轉變為以學生為中心的設計理念，影響課程、教學法、日程安排以及對學生的評估方式，還可以對學校行政、運營以及管理造成正面影響。

綜合不同學習空間的作用，可以提供學生更多的活動場所，包括小組合作、放松、冥想、社交、飲食、園藝、照顧動物、體育健身、社區服務、閱讀、研究、展示、合作型學習等場所[3]。因此，應用三維虛擬視覺技術設計教室的意義也在于為學生創造活動、學習、游戲等一體化空間。在三維虛擬視覺技術的指示下，教學實踐可從孤軍奮戰轉變為團隊合作;教學方法可從以老師為中心，到以學生為中心;課程內容可從各個科目，到跨學科課程;學習社區可從單一教室，到聯成網絡。

自從互聯網成了生活不可或缺的一部分，現今任何人通過網絡都可以向世界知名專家學習。改造學習空間，可讓學生從被動的網絡吸收者，轉變成活躍的貢獻者。因此，應用三維虛擬視覺技術設計教室是具有現實意義的。

2 應用三維虛擬視覺設計教室的措施

2.1 布設三維虛擬視覺教室功能屬性

在設計教室室內環境中，應將布設教室屬性作為前提工作，掌握不同信息化技術在智慧學習空間的應用及優勢，提出無處不在的網絡覆蓋、萬物互聯的智能化管理、隨處可以體驗的新技術新科技、遍布各個角落的智能交互場景、數字化的學習資源、隨時可以查閱的學習過程、基于數據采集分析的人工智能助學助教、及時分析引導糾正偏科、彌補知識盲區、人臉識別、語義分析、學習情感分析、學習預警預測等教室功能屬性。

新科技工具的應用要做到解放學生和老師，使兩種主體對象具有更多時間專注學習和教學研討。老師的行為也應發生從教學到引導的轉變，真正實現“教師”到“導師”。在三維虛擬視覺教室中，要求教師將基礎知識的學習交給網絡學習系統。在新型學習空間里，教師與學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，可動態化地抓取各類學習相關數據，為老師精準提供每一個學生的學習狀態數據，實現一生一策的教學，從而使教室進一步體現因材施教、以學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計

為了滿足學校教室的更多需求，引進三維虛擬視覺，對教室內互動場景進行設計。在此過程中，考慮到在此種教室內參與學習學生的特殊性，要確保每一名學員都可以及時參與到學習過程中，保障異步教學工作的順利實施。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，教室內的攝像頭便開始執行工作。當課程完成后，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據庫內。通過此種方式，教師便可以將每次在教室內的教學視頻保留，再使用計算機的通信功能，將錄制完成的視頻內容，上傳到教學網站上。

當學生在教室內時，虛擬面板將執行學習準備。調用在計算機內教師上傳的教學視頻，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異步學習[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生進行虛擬化處理，在無實體信息交互的過程中，教師與學生的活動包括：作業在線修改、一對一智能答題、信息資源交互與討論、問題在線解答等。綜合上述提出的內容，此行為執行的流程可表示為：創建聊天會話—消息組織性傳遞—文件上傳—文件下載—共享資源—觸發腳本功能—連接場景服務器—連接數據服務器—連接超文本傳輸協議—檢索發生行為—執行程序化行為。

2.3 應用智慧理念設計教室室內環境

在完成上述相關研究的基礎上，應用智慧理念，對教室室內環境展開設計研究。在此過程中，要嚴格遵循“共享性”“開放性”“標準性”等原則，將資源整合處理、教學分層執行作為教室設計的指導核心。綜合上述分析，對應用智慧理念的教室室內環境框架進行規劃（見表1）。

按照上述表1所述的內容，在對教室進行空間布設的過程中，可遠程協同教學技術、設備自動化調控技術、多屏同步顯示技術等共同應用到教室終端。通過對教室俯視圖的觀看，合理規劃及擺放書桌與教學講臺，并且應當注重學生在學習中與教師的互動性原則，營造出多種學生可實現與教師信息交互的場景。例如：教師與學生互動交流場景、小組討論場景、精品課程討論場景等，確保教室設計投入使用后具備較高的可使用能力。

同時，應在教室內安裝智能感知系統，實時感知教室室內環境，包括溫度、光照強度、空氣濕度等。并將系統與控制終端進行連接，當系統感知到教室環境存在不適宜問題時，系統將自動對其調節，包括：上調或下調溫度、控制照明等。另外，將智慧教室內的所有硬件裝置連接到互聯網上，確保教室內信息與教室外信息的良好通信，保證教室室內環境的穩定性，實現對教室的設計。

3 結語

為了確保學校教室可在教學工作中發揮更為有效的價值，本文引進三維虛擬視覺技術，開展教室設計的研究，并提出布設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計、應用智慧理念設計教室室內環境等措施。綜合本文的研究，真實做到對傳統教室設計的改進與優化，確保為教育工作的有序實施提供信息化建設方向，實現對素質教育工作與計算機技術的有機結合，做到對組織性教學行為的推進。

[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化設計研究—以內蒙古大學南校區主樓為例[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化設計研究—以呼和浩特地區為例[J].建筑節能，2020（6）：40-45.

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

[4]曹瑞華，李曙婷，周崐.基于室內自然光環境品質提高的西北地區中小學校教室窗戶優化設計研究[J].建筑與文化，2019（4）：45-47.

（編輯 姚 鑫）