基于沉浸式空間體驗的《植物造景》課程教學研究

邱巧玲，岑文諾，程曉山

(華南農業大學 林學與風景園林學院，廣東 廣州 510642)

1 引言

“沉浸式體驗”是指在虛擬與現實共生互融的環境中，參與者在一定技術支持下，通過親身實踐所產生的經歷與經驗[1]，包括人的感官體驗和認知體驗，是一種集多感官活動于一體的深度體驗方式，使用者有“身臨其境”的感覺。生活中常見的“沉浸式體驗”如虛擬現實場景的游戲、5D電影等。在各旅游景區中，“沉浸式體驗”的運用也日益增多，大大提升了游客的體驗感。如海洋世界巨大的玻璃水族箱，游客仿佛進入了“海底世界”，可以跟鯊魚面對面交流；“鳥的天堂”中，游客不再隔著鳥籠觀賞鳥類，而是進入大鳥籠，與飛鳥零距離接觸。在新加坡動物園里，技術的革新讓全方位的沉浸式投影體驗得以實現，猩猩可以在頭頂的大樹上自由活動，游客甚至還可以跟猩猩共進晚餐，仿佛置身于天然的熱帶雨林之中[2]。

“植物造景”是指運用喬木、灌木、藤本及草本植物等題材，通過藝術手法，充分發揮植物的形體、線條、色彩等自然美來創作植物景觀[3]。在華南農業大學，《植物造景》課程是一門面向風景園林和園林專業的綜合性較強的專業課程。作為具有地域特色的專業拓展課程，其教學效果直接影響到學生專業能力的提升以及適應市場需求能力[4]。課程教學要求的目標是：學生既具備植物學的基礎知識，熟悉本地常用植物材料的品種、規格、四季特征、生長習性和文化內涵等，又能夠靈活應用，從色彩、形態、高低層次等方面進行組合搭配。還需考慮到植物造景在空間上的合理布局，形成疏密有致、開合有度、步移景異的空間序列。與此同時，還要兼顧植物四時不同的景觀效果及近、中、遠期群落效果的呈現。

2 傳統教學方式在植物造景課程教學中的局限

《植物造景》教學既涉及植物種類、配置手法等理性認知，又涉及空間、尺度、文化、意境等感性認知。在傳統的課堂教學中，教師通常通過平面、相片、建模、效果圖去為學生解說園林空間中的園林植物造景案例，以“理論—實踐案例講解—項目練習”的教學方法實施，使學生了解綠化景觀設計的程序及圖紙表達[5]。學生通過圖紙表達，以“分解”為基本方法將三維的空間實體分別用二維的平、立、剖面圖表達出來以理解空間[6]，但教學的效果受限于學習者的空間想象力和空間轉譯能力，不利于教學目標的實現。現場教學及實地調研則是使理性認知和感性認知能融為一體的有效教學方式：教師帶領學生到實地講解，同學們對場地中的典型植物景點進行實測，繪制平面圖、立面圖，拍攝實景照片。這是一種很好的“沉浸式空間體驗”教學，突破了僅僅在課堂上“看圖說話”的限制，也解決了類似照片取景范圍有限、學生缺乏空間感受等問題。

然而，受到時間、空間、經費等條件的限制，教師組織學生現場參觀學習的局限性大，機動性差。目前，華南農業大學風景園林和園林專業的《植物造景》課程教學課時是32節，時長為8周。在短短2個月的時間跨度中，只能看到某一季節的實時效果，而無法感受到植物的四季變化，更不能看到植物完整的生長周期(幼年、青年、中年和老年)的效果。另外，現場教學的眾多案例地點分散，實地考察時間和經費有限，實際教學安排只能選擇少量地點進行示范。上述條件的局限性使學生學習和開拓眼界的機會受限，影響學生對植物造景的全面學習和綜合領悟能力的提升，特別是對園林植物景觀空間的認知，對植物生長周期、季相變化等方面的綜合體驗和應用。具體表現為，學生難以掌控不同空間尺度下的植物造景設計，在植物造景設計當中，無法兼顧場地的四季不同的景觀效果，無法同時滿足近期、中期、遠期的植物景觀效果。

3 “虛擬現實”技術在“沉浸式體驗”中的應用

3.1 沉浸式虛擬現實技術及其應用現狀

隨著計算機技術的應用推廣和發展，虛擬現實技術得以面世，其應用令體驗更具深度，通過技術手段可以令人產生全神貫注的體驗與感覺，讓人專注在當前的目標情境下感到愉悅和滿足，而忘記真實世界的情境。“虛擬現實”(即VR)亦屬于“沉浸式體驗”的一種，體驗者通過佩戴特別的設備，或者通過電腦(手機)顯示操控，在虛擬環境中可獲得視覺、聽覺、觸覺、動覺等多種感知，從而構成腦海中的多感知性的場景畫面[7]，達到身臨其境、自由漫游的目的，在沉浸式體驗過程中獲得“觀察的經驗”。在虛擬環境中，結合所創設的情境，可以激發使用者的探索熱情，促使使用者在多感官參與及互動過程中獲得相關知識，從而更好地實現學習認知的效果。虛擬現實技術的應用，亦成為一種足不出戶、簡單便捷的“沉浸式體驗”。

虛擬現實技術已開始在國內的一些高校被嘗試采用：通過構建虛擬現實教學平臺、數字場館漫游、模擬場景訓練等方式優化高校教育模式，幫助使用者完成多維交互的知識建構過程。北京工業大學利用虛擬現實技術配合Unity3D軟件開發了針對設計專業的“視錯覺三維交互學習系統”學習平臺[8]；浙江大學以歷史文化教學為目標整合現有虛擬技術與信息資源開發了西湖文化數字博物館，為使用者提供創新的數字時空學習環境[9]；華南理工大學通過構建工程制圖三維沉浸式培訓系統豐富使用者對組合空間的體驗感，同時提升其工程制圖訓練的熟練度，在虛擬學習環境中建構知識體系[10]。同時，隨著體驗經濟的盛行，虛擬技術普遍應用于藝術展覽和文化推廣領域，如在2021年4月舉辦的《在地新生》沉浸式科技藝術展覽中，結合體感交互、三維動畫等手段活靈活現地展現了嶺南花鳥傳統畫的魅力[11]。此外，虛擬現實技術也廣泛應用在如心理學教學中的某些特殊場景實驗過程，核工程學教學中模擬核反應過程的危險場景還原，還有醫學院的器官內部結構、病變模擬教學等。可見，采用“虛擬現實”技術用于“沉浸式體驗”教學的主要目的是為了解決在教學或實驗中存在的危險性、時空局限性，或者對一些特殊場景的構建存在困難等問題。

3.2 虛擬現實技術在植物造景課程的引入

將虛擬現實技術引入植物造景的課程教學，其優點如下。

(1)突破時空限制的多向交互式教學。學生可以隨時隨地進入課堂學習，隨時與“身邊”的老師、同伴進行交流、討論，真正體現了沉浸式虛擬的交互性特點。

(2)真實、動態的場景式教學。教學內容可以用真實的、動態的三維虛擬影像再現教材內容，讓學生沉浸式地參與其中，學生不易走神，以強烈的感官體驗達到最佳學習效果，提高學習效率。

(3)場景的時、空變化模擬預設展示教學。可以模擬現實生活中我們無法創設的教學情境，體驗現實生活中很難或者無法體驗的場景，點燃學生的學習興趣，使學生更加主動地去發現、探索有關知識。

利用虛擬現實技術打造園林植物景觀VR實訓平臺，實現教學形式從二維圖像向三維虛擬現實的過渡，建立包括園林植物觀賞、優秀設計案例、方案成果表達等多個虛擬現實教學模塊，使教學更為豐富生動，激發了學生學習的積極性和自主性，有助于創新思維的培養和綜合素質的提高，從而提高教學的整體效果。

4 “沉浸式體驗”教學設計

4.1 教學設計的關鍵問題

從2019年開始，筆者嘗試將“沉浸式體驗”教學方式從現場教學擴展至《植物造景》課程教學的各個環節當中，主要包括兩個方面的內容：現場實地體驗和虛擬現實體驗。

虛擬現實技術針對《植物造景》課程的教學應用尚處于探索階段。本教學研究需解決的關鍵問題是如何建立一個與真實體驗相近的虛擬現實教學平臺作為對現場教學的局限性的補充。涉及到軟件的選取和應用、數據庫的建立和資料搜集、模型的搭建和真實度的控制等；應解決如何利用虛擬現實技術沉浸性、交互性、構想性的優點去彌補傳統教學方式上的不足。

4.2 教學設計的主要內容

“沉浸式體驗”教學圍繞課程教學內容，實行理論講授、校外考查與實測調研和課外實際項目規劃設計實操等多元結合的教學方法，以形成從理論——案例——實操——成果點評的分層級教學，各環節有機銜接，并使學生能循序掌握植物造景的理論和技能。

4.2.1 教學設計目標

現場體驗是最直觀最真實的空間體驗方式，不可替代。課程設計在原有現場教學的基礎上加強這部分的體驗教學。

(1)學會看和體驗。進一步完善包括現場講解——實地考察——實測繪圖——模型還原——教師點評各個環節的連貫性。同學們在實地學習中獲得真實的感性認識，并轉換成自己的設計資源庫，最終領會應用。

(2)學會用。增加實踐環節，通過模型制作及花境種植設計施工，使同學們親身體驗植物造景的全過程，并請具有實際工作經驗的行內專家進行專業指導和點評。

4.2.2 提供虛擬實踐場景

由于現場體驗存在空間、時間和資金方面的限制，虛擬現實體驗作為一種更加靈活和先進的技術手段在教學中進行嘗試。

(1)虛擬場景體驗。通過虛擬現實的植物造景案例的學習和體驗，讓同學們身臨其境地了解各種植物造景方式的空間關系，體驗植物景觀的四時變化以及不同時期同一場景的發展變化。這種方式的學習可以更多地吸引學生的注意力，激發學生學習熱情，提高學習效率，并解決了現場教學在時空方面的限制。

(2)虛擬場景建構。結合現場體驗教學，指導同學們將實測場景還原為虛擬模型。同學們通過還原的過程再次深刻體驗植物造景的設計手法，同時獲得與實地場景相符的虛擬模型，也為教學數據庫提供實例內容。

(3)植物造景虛擬場景重現。學生進行植物造景設計真題練習，并將設計圖紙制作為具有3D效果的、可互動的虛擬現實模型，最終實現一個真實項目的設計表達展現。這與植物造景設計實際操作完全吻合，達到了培養學生具有實際操作能力的教學目的。

5 “沉浸式體驗”教學的實施

實施方案分為理論教學、現場教學、實操指導、成果教學、成果點評及反饋分析5個階段。

第①階段：理論教學。主要講授植物造景設計原理、嶺南植物造景特色、植物造景的空間組織、植物造景的層次和序列、植物造景應用手法等。

第②階段：圖紙效果表達、成果制作規范教學。對植物造景設計成果的表達規范進行講解，并講解制作虛擬現實場景的方法等。

第③階段：現場教學。選取廣州植物造景比較典型、優秀的公園(珠江公園、麓湖公園、廣州起義烈士陵園等)進行實地考察和現場講解，邀請公園綠化管理人員介紹分析和點評。學生分組進行公園植物景觀系統分析及典型植物景點實測分析，根據實地調研數據，繪制優秀植物造景案例植物配置平面圖，并還原為虛擬現實模型。第二個任務是要求學生選取一處景觀效果欠佳的場地進行實測，對目前不理想的植物配置進行改造，并繪制綠化提升改造方案圖。

第④階段：實踐操作。對實際項目進行植物景觀規劃及植物配置設計(包括課堂練習和課后設計作業)，并對設計方案進行建模及渲染，制作該植物造景設計方案的虛擬現實場景。

第⑤階段：成果點評。邀請校外企事業一線實踐經驗豐富的園林專家對學生作業進行點評，評選優秀作品，并舉辦作業展。

6 沉浸式體驗教學的效果

本項目重點圍繞“沉浸式空間體驗”進行《植物造景》課程教學，結合理論講授，運用案例點評、實景設計、實地踏查與數據采集分析、虛擬現實技術運用、項目應用成果評價等多元教學方法分層連貫銜接，豐富了教學的內容和形式，使學生從多角度、全方位學習植物造景的理論、方法和技能。

6.1 沉浸式教學方式使課堂教學與現場教學緊密結合

植物造景與時間(季節、氣象)、空間變化關系密切，采用現場教學能取得很好的直觀體驗，進一步加深了對課堂教學的印象和理解，取得突出的教學效果。

6.2 引入虛擬現實技術進行沉浸式教學，補充了現場教學的局限與不足

通過虛擬現實技術的運用，制作優秀植物造景實景案例虛擬現實場景，為學生展示真實項目中植物造景設計流程及表達方式，展示虛擬現實技術在實際項目中的應用方法，豐富了教學的內容和形式。解決傳統教學中學生對于植物造景技法中空間感、尺度感、環境感知等感性認知較難理解和掌控的問題，使學生在學習過程中更容易掌握園林植物造景的理論知識及相關技法，以運用到未來的學習和工作中。

6.3 教學過程突出地域特色，注重學習領會本地優秀的植物造景作品

植物的生長和分布具有地帶性，并體現地域文化，園林植物景觀由此具有典型地域特征，本課程將嶺南地域特征貫穿教學的全過程，以達到繼承、發揚嶺南園林植物造景的原理和手法應用。

6.4 教學緊密聯系實踐，具有可操作性和落地性

重視實踐操作培養，實操環節采用真題練習，提供實際場地，按實際功能要求進行規劃設計，按市場及行業標準要求成果。

6.5 教學與市場行業實際接軌

邀請業內設計、施工、監理和管養經驗豐富的工程師一起組成實踐教學團隊，參與課程教學各階段(現場講解、作業輔導、成果點評等)，使教學與行業實際緊密聯系，并使學生能了解行業的實際需求。

7 結語

自2019年，華南農業大學《植物造景》課程組嘗試將虛擬現實技術應用在該課程的教學和考核中，以期能讓學生直觀地感受到園林植物景觀的空間關系、季相變化，以及由植物生命過程帶來的植物空間的預期變化，幫助學生提升傳統教學中難以把握的植物景觀空間感、尺度感和變化規律。特別是在2020年，在不能組織學生面對面課堂教學和實地考察的特殊情況下，通過校內的“教育在線”網絡平臺和“虛擬現實實驗平臺”順利完成了教學任務，并保證了教學質量不下降，充分驗證了該技術在教學實踐當中的作用和效果。

沉浸式空間體驗教學可以解決植物造景教學中較復雜的空間、時間、規模和數量的問題。通過“身臨其境”的感受，同學們能夠獲得較直觀的認知，完成對植物造景基礎知識體系的構建，從而提高了學習的效率和掌握知識的效果，這正是本項目的意義所在。