張國(guó)峰，王舒陽(yáng)，管 歆

(1.遼寧科技大學(xué)，遼寧 鞍山 114051； 2.上海華為技術(shù)有限公司，上海 201206)

引言

2013年，四川美術(shù)學(xué)院在院長(zhǎng)羅中立的支持下，周波教授領(lǐng)銜申請(qǐng)了“藝術(shù)與科技”特設(shè)專業(yè)(專業(yè)代碼為130509T)，開(kāi)設(shè)了全國(guó)第一個(gè)照明設(shè)計(jì)本科專業(yè)。目前為止，在本、?？崎_(kāi)設(shè)照明設(shè)計(jì)專業(yè)的還有山東工藝美術(shù)學(xué)院、大連工業(yè)大學(xué)、遼寧科技大學(xué)、廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院等多所院校。近年來(lái)，照明設(shè)計(jì)課程也陸續(xù)在其他數(shù)十所高校開(kāi)設(shè)[1]。而在碩士和博士階段很早就設(shè)有照明和光學(xué)研究方向的有清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、重慶大學(xué)、天津大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中央美術(shù)學(xué)院等多所院校。

1 照明設(shè)計(jì)教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 專業(yè)和學(xué)科建設(shè)還沒(méi)有形成獨(dú)立完整的體系

目前為止，各類院?；騿为?dú)申請(qǐng)?jiān)O(shè)立“藝術(shù)與科技”特設(shè)專業(yè)來(lái)培養(yǎng)照明人才，如四川美術(shù)學(xué)院的藝術(shù)與科技專業(yè)；或在原有專業(yè)系統(tǒng)開(kāi)設(shè)照明設(shè)計(jì)課程，轉(zhuǎn)型培養(yǎng)照明人才，如遼寧科技大學(xué)的環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)；還是在原有培養(yǎng)體系中加入部分照明課程，補(bǔ)充和強(qiáng)化基礎(chǔ)照明專業(yè)知識(shí)，如沈陽(yáng)航空航天大學(xué)的環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)，在照明人才的培養(yǎng)上都是依托學(xué)校自身的學(xué)科背景或基于原來(lái)的專業(yè)框架來(lái)進(jìn)行，照明人才培養(yǎng)體系都只側(cè)重一個(gè)方向。無(wú)論是藝術(shù)與科技教育，還是文科與工科的深度交叉融合，都處于涇渭分明的狀態(tài)，交叉型人才很少[2]，沒(méi)有形成獨(dú)立完整的體系。

1.2 專業(yè)教材系統(tǒng)不完整和專業(yè)師資隊(duì)伍缺乏

目前各高校從事照明教育和照明方向研究的教師，結(jié)合自身的教學(xué)工作和科研工作實(shí)際出版了為數(shù)不多的教材，但因其背景不一，教材各有側(cè)重，或偏向于藝術(shù)設(shè)計(jì)類，或偏于理工技術(shù)類，或注重理論研究，沒(méi)有覆蓋照明全行業(yè)及專業(yè)、學(xué)科的各個(gè)層級(jí)，既不系統(tǒng)也不完整。由于國(guó)內(nèi)照明教育時(shí)間較短和專業(yè)設(shè)計(jì)文科與工科教育涇渭分明的狀態(tài)，所以各高校的照明教師基本都是通過(guò)外聘企業(yè)教師和自有教師培養(yǎng)轉(zhuǎn)型的途徑來(lái)解決照明專業(yè)教師缺乏的問(wèn)題，現(xiàn)有企業(yè)教師和自由轉(zhuǎn)型培養(yǎng)的教師也因來(lái)自于不同專業(yè)、不同行業(yè)，參差不齊。

1.3 授課內(nèi)容設(shè)置不合理，教學(xué)模式固化，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的靈活性較差

目前開(kāi)設(shè)照明課程的，因?yàn)闆](méi)有教育部專業(yè)目錄的指導(dǎo)，各高校在課程內(nèi)容設(shè)置上基本都是根據(jù)行業(yè)專家的建議和所聘任的企業(yè)教師的背景來(lái)設(shè)置課程，照明設(shè)計(jì)課程教學(xué)應(yīng)兼具文科教學(xué)與工科教學(xué)兩方面內(nèi)容，課程內(nèi)容設(shè)置不合理。目前很多高校照明教學(xué)還是以外聘的照明企業(yè)教師為主，因企業(yè)教師專業(yè)背景的不同以及在照明行業(yè)中從事的工作也有所不同，所以在照明教學(xué)授課環(huán)節(jié)中，都是以自己的案例、經(jīng)驗(yàn)為主要教學(xué)內(nèi)容，課程內(nèi)容單一，模式固化，前后課程內(nèi)容知識(shí)不連貫。學(xué)生在課堂上被動(dòng)接受知識(shí)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的靈活性較差，教學(xué)方式還存在諸多不足之處。

2 基于實(shí)踐應(yīng)用的工業(yè)文物數(shù)字化保護(hù)虛擬照明設(shè)計(jì)教學(xué)模式構(gòu)建

2.1 實(shí)踐性教學(xué)平臺(tái)的搭建

遼寧科技大學(xué)建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院精準(zhǔn)靶向照明人才供給側(cè)“雙缺口”，在國(guó)家和地方加速推動(dòng)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院的背景下，學(xué)院在2020年申請(qǐng)并獲得遼寧省教育廳批準(zhǔn)，成立了“中國(guó)(遼寧科技大學(xué))照明產(chǎn)業(yè)學(xué)院。在產(chǎn)業(yè)學(xué)院照明課程教學(xué)過(guò)程中，學(xué)院結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和工業(yè)文物的保護(hù)研究實(shí)踐，以實(shí)踐應(yīng)用型人才為教學(xué)結(jié)果導(dǎo)向，開(kāi)設(shè)了工業(yè)文物數(shù)字化保護(hù)虛擬照明設(shè)計(jì)課程。

2.2 實(shí)踐性教學(xué)過(guò)程的實(shí)施

工業(yè)文物數(shù)字化保護(hù)虛擬照明設(shè)計(jì)教學(xué)全過(guò)程，既包括理論知識(shí)的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，針對(duì)工業(yè)文物數(shù)字化保護(hù)與虛擬照明設(shè)計(jì)過(guò)程中內(nèi)業(yè)和外業(yè)特點(diǎn)不同，采用了不同的教學(xué)方法，具體包括：

(1)形象生動(dòng)的工業(yè)文物數(shù)字化保護(hù)虛擬仿真內(nèi)、外業(yè)場(chǎng)景教學(xué)。分別構(gòu)建了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室和虛擬仿真交互系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)“虛擬照明”的按鈕和數(shù)值可以自行調(diào)節(jié)照明效果，可以設(shè)定的包括：背景燈和燈的數(shù)量、位置、顏色、距離、高低、角度、亮度、類型，還可以設(shè)定場(chǎng)景以及轉(zhuǎn)換效果圖，最后還可以將您調(diào)節(jié)滿意的光照效果記錄下來(lái)，并保存照片。形象生動(dòng)地還原了工業(yè)文物數(shù)字化保護(hù)與虛擬照明設(shè)計(jì)過(guò)程的演示，能較好激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也便于相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的組織和教學(xué)(圖1)。

圖1 虛擬照明交互驗(yàn)證模式一Fig.1 Interactive verification mode one for virtual lighting

(2)基于歷史、文獻(xiàn)及影像資料和學(xué)習(xí)視頻結(jié)合，認(rèn)知實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)。采用視頻循環(huán)播放的方式，對(duì)工業(yè)文物進(jìn)行展示和介紹，通過(guò)視頻和虛擬交互系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)工業(yè)文物數(shù)字化保護(hù)與虛擬照明設(shè)計(jì)過(guò)程中相關(guān)知識(shí)的認(rèn)知。通過(guò)不同的虛擬布光，驗(yàn)證認(rèn)知燈光安全中最容易被忽略的光輻射、照度水平、曝光量對(duì)文物安全造成影響，也為后面的操作實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)(圖2)。

圖2 虛擬照明交互驗(yàn)證模式二Fig.2 Interactive verification mode two for virtual lighting

(3)理論測(cè)試和操作測(cè)評(píng)相結(jié)合的學(xué)習(xí)考評(píng)反饋體系。系統(tǒng)針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟提供了測(cè)試習(xí)題集，測(cè)試學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，系統(tǒng)針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)了專門(mén)的測(cè)試題集。同時(shí)系統(tǒng)還針對(duì)學(xué)生操作過(guò)程的準(zhǔn)確性、熟練程度也做了設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系(圖3)。通過(guò)評(píng)價(jià)體系，體現(xiàn)在博物館照明設(shè)計(jì)中，應(yīng)秉承“安全”“還原”“舒適”的照明設(shè)計(jì)理論。

圖3 課堂教學(xué)反轉(zhuǎn)Fig.3 The reversal ofclassroom teaching

(4)課前預(yù)習(xí)、練習(xí)模式和考試模式。為了使學(xué)生能夠更好地學(xué)習(xí)知識(shí)，在課堂上能夠更加高效地理解所學(xué)知識(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)生端主要功能包括“課前預(yù)習(xí)”、“練習(xí)模式”、“考試模式”三個(gè)環(huán)節(jié)，其中交互性操作步驟共計(jì) 10 步。在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生可基于互聯(lián)網(wǎng)在線運(yùn)行仿真軟件，了解軟件內(nèi)容，記錄制作難點(diǎn)，后臺(tái)的教師賬號(hào)可以看到學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。為了讓學(xué)生能夠更加深入地理解和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，課后可結(jié)合教師課堂所講內(nèi)容再次進(jìn)行軟件操作，將知識(shí)要點(diǎn)掌握牢固(圖4、圖5)。

圖4 課前預(yù)習(xí)、練習(xí)模式和考試模式Fig.4 Pre-class practice，practice mode，exam mode

圖5 考試模式Fig.5 Exam mode

2.3 實(shí)踐性教學(xué)特色

(1)教學(xué)方法創(chuàng)新。教學(xué)方法是實(shí)現(xiàn)教學(xué)任務(wù)的保證。根據(jù)工業(yè)文物數(shù)字化保護(hù)與虛擬照明設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的基本任務(wù)，該虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供了豐富的知識(shí)體系，注重多模式虛擬場(chǎng)景建設(shè)，具有較強(qiáng)的操作性。

(2)評(píng)價(jià)體系創(chuàng)新。該平臺(tái)提供多維度的評(píng)價(jià)體系。學(xué)生操作過(guò)程中，系統(tǒng)能夠進(jìn)行相應(yīng)的控制與記錄，為學(xué)生提供即時(shí)、針對(duì)性的反饋與評(píng)價(jià)；學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中用及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、當(dāng)場(chǎng)解決問(wèn)題的方式來(lái)鞏固或加強(qiáng)對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的熟練程度，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)的目的。

(3)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的延伸與拓展，提升了教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

工業(yè)文物數(shù)字化保護(hù)與虛擬照明設(shè)計(jì)是對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)文物與工業(yè)遺產(chǎn)保護(hù)手段的有力補(bǔ)充，目前傳統(tǒng)專業(yè)教學(xué)注重理論教學(xué)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種讓人身臨其境的教學(xué)方式，生動(dòng)直觀。系統(tǒng)中的課件、操作視頻、三維動(dòng)畫(huà)等資料可以讓學(xué)生輕松掌握相關(guān)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)步驟。教師配合手機(jī)移動(dòng)端和學(xué)生完成及時(shí)互動(dòng)，對(duì)教學(xué)進(jìn)程能達(dá)到完全掌控，多數(shù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能夠自如表述，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問(wèn)題也能夠及時(shí)糾正學(xué)生，反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)而言提升了教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到了良好的教學(xué)效果，學(xué)生總評(píng)成績(jī)優(yōu)良率達(dá)到95%以上。

3 結(jié)論

工業(yè)文物數(shù)字化保護(hù)與虛擬照明設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)設(shè)改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，不僅能減輕教師的教學(xué)壓力，通過(guò)運(yùn)用虛擬仿真的方式教學(xué)還提高了教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。通過(guò)該系統(tǒng)，教師也可以將自己的企業(yè)實(shí)踐和科研成果得以展示和推廣，增強(qiáng)了教學(xué)的時(shí)效性和前沿性，極大地節(jié)省了教學(xué)經(jīng)費(fèi)、教學(xué)資源和教學(xué)時(shí)間，起到了良好的實(shí)踐教學(xué)效果。在基于實(shí)踐的教學(xué)中，根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)和教學(xué)效果對(duì)教學(xué)內(nèi)容不斷調(diào)整，逐漸形成完整的教學(xué)體系，建立實(shí)踐性照明教學(xué)的創(chuàng)新模式[3]。