虛擬成像技術融入素描教學的案例研究

黃春萍

摘要：5G商用，預示“5G+全息”為教育立了標桿。文章就虛擬成像技術的發展現狀，結合素描教學融入虛擬成像技術制作物體空間透視的影像，運用于結構教學的案例。通過調查法和訪談法了解素描教與學中存在的問題，以案例研究法實施虛擬成像突破素描理論教學瓶頸，合理運用調查法分析案例實施的效果，有效構建素描信息化高效課堂。

關鍵詞：虛擬成像技術;全息投影技術;素描;教學案例

一、全球虛擬成像技術發展現狀

數字媒體技術日新月異，互聯網、大數據、虛擬現實、人工智能等現代化信息技術快速發展，虛擬成像技術更是未來視覺領域的重點。虛擬成像技術，也稱全息投影技術，是利用干涉和衍射原理記錄并再現物體真實的三維圖像的技術。美國麻省理工學院研究生Chad·Dyne借鑒海市蜃樓原理，發明了空氣投影成像。澳大利亞Euclideon研發的全息投影桌可實現多領域的全息展示共享游戲桌。全息投影一直處于視覺感知領域，日本東京大學研究者突破性地研發了一臺全息投影機“觸覺克隆”，改變了全息的屬性，讓人類對它的物象產生了真實的觸感。目前，可實現的全息投影技術包括：空氣投影技術、激光束投影技術、霧幕立體成像系統以及360度全息投影技術等等。

二、虛擬成像技術在國內教育領域的應用現狀

近年，虛擬成像技術應用于教育領域的發展態勢呈上升狀態。如：西南科技大學城市學院和廣州南方測繪公司聯手打造首個“3D全息投影虛擬仿真”教學科研一體化實驗室，華南師范大學首次利用“5D+全息互動課堂”技術實現跨校區遠程互動教學。該大學將與廣東聯通探索共建“5G智慧課室”，全息影像技術讓教師分身跨校區同時授課成為現實。

虛擬成像技術除了在校企合作方面，在教學課堂實施環節也層出不窮。例如：上海市松江區新橋中學引入全息教學系統的生物公開課，借助全息影像技術把各種器官真實地展現在學生面前，實現沉浸式教學體驗。

三、美術課程“素描”教學現狀調查分析

素描教學現狀以網絡調查法開展，采用抽樣調查的模式，調查方式通過“問卷星”無記名方式的形式，調查對象為平面專業的學生。調查內容包含學習態度、學習內容、學習方式、學習困惑、學習效率以及教學設備等方面。調查發放問卷共120份，回收有效問卷數據120份。

從數據分析得知，調查對象中87.5%的學生學習態度端正，喜歡學習素描，素描學習階段停留在初級到中級。調查發現，55.83%的學生認為素描理論知識難掌握，由此得知，學生對于素描的理論知識掌握還有一定的差距。素描理論知識調查數據依次是空間虛實68.33%、物體質感63.33%、透視規律和比例關系58.33%以及立體結構和明暗調子52.5%。調查中發現在素描教學設備上，展示臺占43.33%和計算機占56.67%，其他技術設備未曾使用。

結合問卷內容，對部分教師、學生進行了訪談，進一步了解素描課堂教與學存在的問題和原因：1. 素描學習普遍存在的問題是理論知識難掌握。難掌握的基礎理論知識包括透視規律、物象結構、比例關系和空間虛實等等。2. 素描教學設備及功能不健全，影響課堂效率。課堂教學停留在實物展臺和計算機的使用，功能設備弱。3. 教學手段單一無法實現多元知識的構建。面對單一的、長期的、枯燥的教學循環模式，會讓學生形成抵觸的、疲倦的學習心態。

四、虛擬成像技術在素描課堂實施的教學案例

本章節知識是靜物素描單體陶罐課程。結合虛擬成像技術，將三維圖像和視頻滲透課堂教學，設計靜物陶罐“橢圓結構透視規律”的教學案例。通過該教學案例的實施，引導學生深入地突破素描課堂理論難點。采用具體的影像和數理邏輯關系引導學生理解知識，提高課堂效率，并通過實驗班學生問卷調查的方式，對學習效果進行評估。

（一）教學背景分析

1. 教學內容分析

“陶罐畫法”節選自清華大學出版社的教材《素描基礎教程——素描靜物》第二章第五節的內容。本節教材內容在于講授陶罐的結構、透視規律和繪畫技法。陶罐是靜物素描中至關重要的知識點，起到承上啟下的關鍵作用，所以在此環節需結合前期的石膏幾何體知識，還需要突破橢圓運動的透視規律，這是建立今后靜物組合素描繪畫基本功最關鍵的理論知識。

2. 學情分析

中等職業學校一年級下學期開始進入靜物素描單體學習內容。學生經過一個學期對石膏幾何體的學習，基本上能夠把握幾何體的造型，能夠結合石膏幾何體的結構和明暗進行處理。進入靜物單體訓練的時候，學生容易受靜物復雜外形結構干擾，無法正確地把握靜物的結構，特別是明暗關系更加難以處理。

3. 教學目標分析

根據新課標的教學要求，結合三維教學目標而確定本課的認知目標：引導學生了解中國古今的器皿文化以及簡單的制陶程序;技能目標是掌握陶罐的結構和透視規律，結合素描技法創作陶罐;情感目標為提高對稱審美修養，增強熱愛民族的情感熏陶。

4. 教學重難點分析

教學重點：通過全息投影技術結合石膏幾何體和靜物陶罐的結構知識的講授，引導學生掌握陶罐的結構和透視規律。

教學難點：引導學生通過全息投影技術展示，自主探究幾何體圓形與陶罐圓形的運動透視規律。

（二）教學設計

課前翻轉課堂。在雨課堂平臺上發布小組課前預習，了解對稱之美。提供素材供學生了解對稱，并讓其通過網絡資源找到自己認為對稱美的物體，然后分析該物體美的原因。

環節一：傳統文化導課堂。邀請一個小組分享對稱之美的課前預習情況。接著視頻展播，播放我國古今器皿文化的發展史，重點介紹中國傳統的制陶工藝。引導學生了解器皿文化，欣賞陶藝的藝術美，導入新課素描陶罐的學習。

設計說明：課前創設情境。將中國傳統文化導入課堂，激發學生學習興趣，引導學生熱愛中國傳統文化。

環節二：全息技術融課堂（重點環節）。實物展示。將陶罐展示給學生欣賞，了解陶罐的造型和特征。提出疑問：如何把握陶罐的結構和透視規律？請學生結合全息設備播放的“陶罐軸對稱演示”，了解陶罐圍繞中軸線自轉的原理，并掌握陶罐的橢圓透視規律，從而掌握陶罐的結構（如圖1）。讓學生初步了解軸對稱物體的特征。陶罐中軸線兩邊外形輪廓一致，它由無數個橢圓圍繞中軸線而成，所以，中軸線為陶罐輔助線的重要作用，能精準地捕捉陶罐的造型，這就是軸對稱的運用。再展示具體的陶罐單體繪畫步驟圖，強調中軸線的重要性和意義，是本次課的重點知識。了解中軸線，難點問題在于橢圓的透視。教師請學生觀看下一個虛擬影像“圓形運動規律”，圓形分別圍繞兩條軸前后和左右運動，每轉動15度橢圓暫停，引導學生觀察，并思考正圓到橢圓的運動后的變化。接著，根據圖例展示的橢圓對稱軸分割面的比例數據（如圖2）。通過具體的數值判斷畫面的大小，對接上之前所學的物體近大遠小的透視規律，驗證素描理論知識間是相互滲透的。經過上述內容，引導學生了解陶罐物體內部的橢圓結構關系。

設計說明：此環節是課堂教學的核心，整堂課借助信息化技術突破教學重難點。重點是引導學生了解陶罐中軸線的重要性和意義，難點是突破橢圓運動過程的透視規律，兩者借助虛擬成像技術展現陶罐空間透視的影像。在教師的引導下，學生開展自主探究學習，把握好理論與實踐結合的教學方式。

環節三：范畫演示供觀看。經過對理論知識的講授，了解和掌握了陶罐的軸對稱和圓形的運動規律。接下來，教師借助多媒體數位板設備，結合本次課的素描陶罐理論知識，應用到具體的作畫過程。教師演示陶罐中軸線繪制外形的作畫步驟，學生邊觀察邊了解中軸線的使用技巧。在塑造陶罐結構的過程中，教師重復橢圓運動規律并運用其理論知識實現陶罐結構的塑造技法，讓學生認真觀看。

設計說明：本環節重點在于將課堂的理論知識轉化為繪畫的技能，讓理論知識在繪畫實踐之后進行鞏固。借助數位板在大屏幕上進行，還可以錄制成微課的形式，上傳至教學平臺，供學生反復觀看。

環節四：教師指導學生畫。教師在指導的過程中，再次了解學生對本次課堂理論知識的掌握情況。根據每位學生畫面的存在問題進行指導。

設計說明：本環節是學生學習理論轉化為技能的過程，在課堂上檢驗，通過作品了解掌握情況，是課堂教學效果評價方式之一。

環節五：文化引領藝術美。源遠流長的中國傳統文化，除了陶藝，還有更多的形式。通過視頻的形式展播中國傳統工藝大師作品，引導學生熱愛中國傳統工藝，尊重傳統文化，要善于創造具有文化底蘊的藝術作品。

設計說明：課后總結提升環節，在于驗證藝術的靈魂是文化。通過中國傳統工藝文化引導學生愛國、愛文化、愛創作。

（三）教學評估

在教學評估環節，首先采取經驗總結法，對學生課堂作品進行分析，了解學生掌握課堂理論知識的情況。接著用調查法，了解學生學習的反饋。調查對象為案例教學班2019級平面1班，調查方式是問卷調查的形式，問卷星APP無記名回答問題的形式。班級人數35人，發放問卷35份，回收35份。

根據調查反饋數據，94.29%的學生喜歡該案例的教學模式。教學環節的喜歡程度方面，環節二、環節三和環節四比較受歡迎，其中97.14%的學生喜歡環節二融入全息投影的環節。對掌握知識的情況分析，數值較高的是中軸線的作用和意義以及橢圓運動規律97.14%，陶罐結構技法94.29%。調查數據反映，學生經過案例的學習，能夠較有效地完成知識的掌握。學生對案例中使用設備的喜歡程度，全息投影設備獲得較高認可。

為了更精準地了解學生的掌握情況，邀請五位美術教師，對四個平行班的作業進行獨立打分，再取平均分。案例教學班陶罐作業平均分成績為86.5，明顯高于其他三個班級。在課堂作業上發現，大部分學生基本上能夠把握陶罐的中軸線輔助作畫的步驟。同時，也重點分析了陶罐的結構，了解學生對橢圓運動規律的掌握情況，也看到學生較好的橢圓結構表現。

在本次課的教學設計中，借助全息投影技術滲透課堂重難點知識，使學生在創新科技的教學環境下，高效地理解理論知識，并直接在課堂上吃透、消化知識點，形成繪畫技能。

五、全息投影技術在素描課堂教學案例的結論

此案例研究的突破點在于將信息化課堂與傳統課堂有機融合，將素描靜態化的學習狀態與動態化的虛擬影像接軌，虛擬物象的空間透視結構關系，啟發學生的自主探究意識。

（一）開發全息投影教學資源庫

根據學生在素描教學理論學習的調查情況分析，透視規律、立體結構、比例關系等方面存在的問題，結合教材教學內容與學情分析，開發出符合學生理解素描理論知識的全息投影教學資源，同時，可以借助教學平臺把該教學資源上傳，成為線上資源。

（二）在素描課堂教學中運用全息教學資源

借助全息設備，將素描全息投影數字化教學資源在課堂上展示。根據講授內容所涉及的理論重難點知識，選擇相應的全息資源，讓學生觀察，獲得本次課的知識。

（三）驗證全息教學資源在素描課堂的價值

結合線上線下全息教學資源的學習，通過多次長期循環的教學實踐，根據學生繪畫技能和問卷調查的方式分析成效，獲得該資源滲透課堂教學的價值。亦可采用作品鑒賞、展覽和競賽等方式，驗證教學成效，體現資源的價值。

（四）全息教學資源在素描課堂的教學推廣

作為教學資源，它的推廣才是存在的意義，所以，根據全息投影技術運動素描課堂教學的模式，做好推廣的規劃。

參考文獻：

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