劉煜 盧鋒 袁瀟 沈大為

摘要：目的：影視制作等藝術(shù)類實驗對體驗感、顯示質(zhì)量的要求較高，其虛擬仿真實驗自然對計算機硬件、網(wǎng)絡(luò)條件的配置提出了更高的要求。因此，探究出以虛擬仿真技術(shù)為支撐的實驗課程，對增強藝術(shù)類課程教學(xué)效果意義重大。方法：第一，個人實驗?zāi)Ｊ?。按照“了解轉(zhuǎn)播車內(nèi)部結(jié)構(gòu)—CCU系統(tǒng)和切換臺操作—冬奧會短道速滑場地與比賽規(guī)則—智能攝像機器人操作—冬奧會短道速滑比賽現(xiàn)場轉(zhuǎn)播”實驗項目操作流程，自主學(xué)習(xí)攝像機器人的操作要領(lǐng)，自主制定轉(zhuǎn)播方案，完成實驗。第二，小組實驗?zāi)Ｊ?。實驗要求學(xué)生以3～5人一組的方式，分別擔(dān)任攝像、智能機器人操作和導(dǎo)播等不同角色，完成“在線協(xié)作”實驗。結(jié)果：基于虛擬仿真實驗項目的影視藝術(shù)類課程自主學(xué)習(xí)延伸了實驗的深度、廣度與實驗空間，拓展了個性化的自主探索式實驗方法，可以充分運用學(xué)科的前沿研究成果，積極探索校企聯(lián)合開發(fā)的創(chuàng)新模式，高度重視實驗條件的均衡化發(fā)展。結(jié)論：面對5G、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能技術(shù)發(fā)展的浪潮，虛擬仿真實驗必將為影視制作課程實驗教學(xué)的改革帶來強大動力和重要機遇。藝術(shù)學(xué)科教師要搶抓技術(shù)革新帶來的機遇，積極參與虛擬仿真實驗教學(xué)項目的建設(shè)，同時深入開展虛擬仿真實驗運用于藝術(shù)教學(xué)的實踐，探索其教學(xué)規(guī)律。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真實驗；影視藝術(shù)類課程；自主學(xué)習(xí)

中圖分類號：J90；G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2023）21-00-04

0 引言

20世紀(jì)60年代，伴隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)運而生。從20世紀(jì)80年代后期開始，飛速發(fā)展的信息處理技術(shù)不僅促進(jìn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的進(jìn)步，還在國際上掀起了虛擬現(xiàn)實技術(shù)熱潮，虛擬實驗室概念也隨之出現(xiàn)。21世紀(jì)以來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用受到關(guān)注。以虛擬仿真技術(shù)為主的虛擬仿真實驗也成為研究的熱點之一。

近年來，國內(nèi)虛擬仿真實驗的相關(guān)研究主要集中在以下幾個方面：第一，虛擬仿真實驗的特點。在已開發(fā)的虛擬仿真實驗中，理、工、農(nóng)、醫(yī)學(xué)科占據(jù)較大的比例。這些學(xué)科的實驗通常具有環(huán)境的復(fù)雜性、成本的高昂性、過程的危險性、實驗的不可逆性及實驗周期的持續(xù)性等特點［1］。第二，虛擬仿真實驗的教學(xué)應(yīng)用。從培養(yǎng)目標(biāo)來看，虛擬仿真實驗主要是為了提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，其中理工科虛擬仿真實驗側(cè)重于提高學(xué)生的實踐操作能力及利用知識解決實際問題的能力［2］。文科類虛擬仿真實驗則側(cè)重于學(xué)生專業(yè)知識的掌握及專業(yè)技能的培養(yǎng)［3］。從教學(xué)方式來看，虛擬仿真實驗的沉浸性和交互性使情境教學(xué)、探究式教學(xué)及自主式學(xué)習(xí)成為主要教學(xué)方法［4］。第三，虛擬仿真實驗的教學(xué)效果。虛擬仿真實驗?zāi)軌蛴行岣邔W(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，不同的學(xué)習(xí)行為會對學(xué)生的學(xué)習(xí)成績產(chǎn)生顯著影響［5］。與理、工、農(nóng)、醫(yī)等專業(yè)相比，設(shè)置實驗的影視類專業(yè)課程雖然不多，但是對實驗實踐環(huán)節(jié)的重視程度不相上下。

1 基于虛擬仿真實驗的影視藝術(shù)類課程自主學(xué)習(xí)模式設(shè)計

為貫徹落實“推動高校積極探索線上線下教學(xué)相結(jié)合的個性化、智能化、泛在化實驗教學(xué)新模式”的要求，影視藝術(shù)類課程虛擬仿真實驗教學(xué)項目應(yīng)采取怎樣的建設(shè)思路？其教學(xué)應(yīng)用又該如何開展？本文以南京郵電大學(xué)虛擬仿真類國家級一流課程“冬奧會短道速滑智能化轉(zhuǎn)播”為例，通過對影視制作課程中虛擬仿真實驗項目的設(shè)計思路及利用此項目開展自主學(xué)習(xí)實踐的分析，總結(jié)在影視制作課程中利用虛擬仿真實驗項目開展自主學(xué)習(xí)的優(yōu)勢、問題與發(fā)展趨勢等。

1.1 設(shè)計依據(jù)

以“冬奧會短道速滑智能化傳播”為題的虛擬實驗項目，主要針對的是真實環(huán)境中影像實驗教學(xué)存在的現(xiàn)實問題。一是真實實驗成本高。這種成本包括經(jīng)濟成本和時間成本。經(jīng)濟成本指運動比賽的影像實驗教學(xué)需要投入諸多的硬件設(shè)施，包括與智能時代相匹配的攝影攝像設(shè)備和數(shù)字剪輯設(shè)備，而這往往意味著更多的經(jīng)濟支出。時間成本指運動比賽有固定的周期，常與學(xué)生課程學(xué)習(xí)的時間不同步，因而在現(xiàn)實環(huán)境中開展此類實驗教學(xué)，需要學(xué)生留出專門的時間，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活節(jié)奏。二是真實實驗代價大。這種代價指一旦實驗失誤，就難以獲得重復(fù)實驗和再度實驗的機會。因為體育比賽過程難以復(fù)制和再演，所以一旦在真實環(huán)境中出現(xiàn)失誤，就只能等待下次比賽，因而對實驗人員的要求高，也側(cè)面反映出實驗的可鍛煉性弱。

1.2 基于虛擬仿真實驗的影視藝術(shù)類課程自主學(xué)習(xí)模式

這一實驗的自主學(xué)習(xí)，主要包括個人實驗和小組實驗這兩種類型。

1.2.1 個人實驗?zāi)Ｊ?/p>

在個人實驗?zāi)Ｊ街?，學(xué)生按照“了解轉(zhuǎn)播車內(nèi)部結(jié)構(gòu)—CCU系統(tǒng)和切換臺操作—冬奧會短道速滑場地與比賽規(guī)則—智能攝像機器人操作—冬奧會短道速滑比賽現(xiàn)場轉(zhuǎn)播”實驗項目操作流程，自主學(xué)習(xí)攝像機器人的操作要領(lǐng)，自主制定轉(zhuǎn)播方案，完成實驗，再不斷修改方案，反復(fù)練習(xí)。

1.2.2 小組實驗?zāi)Ｊ?/p>

實驗要求學(xué)生以3～5人一組的方式，分別擔(dān)任攝像、智能機器人操作和導(dǎo)播等不同角色，完成“在線協(xié)作”實驗，從而再次熟悉白平衡調(diào)節(jié)、光圈調(diào)節(jié)、快門速度調(diào)節(jié)等攝像機的基本操作，掌握智能機器人的操作，提升電視現(xiàn)場制作的導(dǎo)播相關(guān)技能，強化蒙太奇思維和意識的培養(yǎng)。

2 基于虛擬仿真實驗的影視藝術(shù)類課程自主學(xué)習(xí)實踐

2.1 對象

該虛擬仿真實驗項目自2018年12月建成以來，一直應(yīng)用于南京郵電大學(xué)數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)二年級學(xué)生數(shù)字視頻設(shè)計與制作技術(shù)等課程的實驗教學(xué)。

在進(jìn)行這一實驗之前，學(xué)生已經(jīng)具備以下基本知識和能力：一是掌握視聽語言的基本原理，包括掌握不同景別、角度、方向、焦距、構(gòu)圖、運動方式的鏡頭的特點與作用；二是掌握攝像機的操作要領(lǐng)，包括白平衡調(diào)節(jié)的原理與方法、調(diào)焦的方法、調(diào)節(jié)光圈的方法等；三是掌握電視現(xiàn)場制作的基本步驟與技巧。

2.2 實踐

本實驗共有4學(xué)時。其中，“了解轉(zhuǎn)播車內(nèi)部結(jié)構(gòu)”0.5學(xué)時，“CCU系統(tǒng)和切換臺操作”1學(xué)時，“冬奧會短道速滑場地與比賽規(guī)則”0.5學(xué)時，“智能攝像機器人操作”1學(xué)時，“冬奧會短道速滑比賽現(xiàn)場轉(zhuǎn)播”1學(xué)時。

在近幾年的教學(xué)實踐中，研究主要探討了虛擬仿真實驗對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、元認(rèn)知能力的影響。

2.3 效果

2.3.1 虛擬仿真實驗教學(xué)對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的影響

為了解基于虛擬仿真實驗的影視藝術(shù)類課程自主學(xué)習(xí)效果，本研究以南京郵電大學(xué)2018級數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的66名學(xué)生為對象，著重調(diào)查對本科生問題解決能力的影響。調(diào)查通過測量學(xué)生基于虛擬仿真實驗的影視藝術(shù)類課程自主學(xué)習(xí)前后分析問題的能力、選擇解決策略的能力、執(zhí)行策略的能力、評價反思的能力，了解虛擬仿真實驗教學(xué)對學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的影響。如表1所示，問卷整體信度系數(shù)值為0.971，整體KMO值為0.881。

學(xué)生自主學(xué)習(xí)前后問題解決能力的差異如表2所示。從總體上看，學(xué)生的問題解決能力前后測具有一定的差異，后測水平高于前測水平，說明虛擬仿真實驗對學(xué)生的問題解決能力產(chǎn)生了正向影響。同時，從問題解決能力的子維度來看，虛擬仿真實驗對學(xué)生“分析問題的能力”“選擇解決策略的能力”“執(zhí)行策略的能力”“評價反思的能力”均產(chǎn)生了一定的影響，學(xué)生的后測水平高于前測水平。其中，學(xué)生在“分析問題的能力”方面前后測水平差異最大，說明虛擬仿真實驗對學(xué)生“分析問題的能力”影響最為顯著。

2.3.2 虛擬仿真實驗教學(xué)對學(xué)生元認(rèn)知能力的影響

為了解虛擬仿真實驗教學(xué)對學(xué)生元認(rèn)知能力的影響，本研究以南京郵電大學(xué)2019級數(shù)字媒體技術(shù)、教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的136名學(xué)生為對象，著重探討虛擬仿真實驗的感官沉浸性、感知交互性及意識構(gòu)想性對學(xué)生的元認(rèn)知計劃、元認(rèn)知監(jiān)控、元認(rèn)知調(diào)節(jié)及元認(rèn)知評價等能力的影響。問卷整體信度系數(shù)值為0.933，大于0.9，說明研究數(shù)據(jù)信度較高；整體KMO值為0.881，大于0.8，說明研究效度較好。

3 基于虛擬仿真實驗的影視藝術(shù)類課程自主學(xué)習(xí)總結(jié)與展望

通過基于虛擬仿真實驗的影視制作課程自主學(xué)習(xí)實踐，可以進(jìn)一步深入思考在影視制作課程中利用虛擬仿真實驗實施自主學(xué)習(xí)的方法、技巧與發(fā)展趨勢。

3.1 延伸了實驗的深度、廣度與實驗空間

本項目利用三維仿真技術(shù)，為學(xué)生提供了高度仿真的虛擬實驗環(huán)境，一定程度上解決了冬奧會比賽場地建設(shè)成本高、冬奧會轉(zhuǎn)播人才需求、電視轉(zhuǎn)播實驗難以重復(fù)、教師跟蹤指導(dǎo)難等問題，將傳統(tǒng)的實驗室延伸為泛在化的“虛擬實驗室”，將固定的實驗時間延伸為全天24小時。

3.2 拓展了個性化的自主探索式實驗方法

學(xué)生在進(jìn)行本實驗時，可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)能力和時間，自主選擇實驗場地和實驗時間，自己把握實驗進(jìn)度。學(xué)生可自行設(shè)定轉(zhuǎn)播方案，設(shè)定智能攝像機器人的數(shù)量和機位，完成轉(zhuǎn)播并完整輸出視頻。學(xué)生可反復(fù)研究輸出的視頻，反思、總結(jié)、修改轉(zhuǎn)播方案，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行重復(fù)練習(xí)，不斷提升轉(zhuǎn)播技能。此外，學(xué)生還可選擇在線協(xié)作模式，根據(jù)個人的專業(yè)興趣，選擇導(dǎo)播、攝像機器人操作等不同崗位進(jìn)行實驗技能訓(xùn)練。

3.3 可以充分運用學(xué)科的前沿研究成果

多年來，實驗室建設(shè)經(jīng)費不足、實驗設(shè)備陳舊成為影響高校實驗教學(xué)效果的重要因素之一。在影視制作領(lǐng)域，隨著視頻技術(shù)的快速發(fā)展，攝像機器人應(yīng)運而生并在歐美等地的運動會轉(zhuǎn)播、演播室等場合得到廣泛使用。將智能攝像機器人運用到電視轉(zhuǎn)播中，拓展了冬奧會的電視轉(zhuǎn)播方法［6］。由于在冬奧會短道速滑等比賽中選手滑行速度極快，因此傳統(tǒng)由人工操作攝像機的方法難以跟蹤個別選手，尤難表現(xiàn)比賽細(xì)節(jié)。運用智能攝像機器人進(jìn)行運動會轉(zhuǎn)播，不僅可以增加電視轉(zhuǎn)播的智能化元素，形成一種新的電視轉(zhuǎn)播方案，還可以推動影視類課程教學(xué)的前瞻性發(fā)展。

3.4 積極探索校企聯(lián)合開發(fā)的創(chuàng)新模式

當(dāng)前，教育部對五類“金課”建設(shè)的推動，極大地激發(fā)了廣大高校教師課程建設(shè)的熱情。但是，與線上、線下、線上線下混合、社會實踐等四類“金課”相比，虛擬仿真實驗項目的開發(fā)難度最大、開發(fā)時間最長、對教師媒體技術(shù)水平的要求最高。因此，各大高校均采用了學(xué)校教務(wù)處牽頭、教師教學(xué)設(shè)計、企業(yè)進(jìn)行實現(xiàn)的模式。但多年的信息化資源建設(shè)經(jīng)驗表明，推動虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)的良性發(fā)展，既要充分發(fā)揮“集中力量辦大事”的制度優(yōu)勢，將部分有特色、較重要的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源由國家相關(guān)部門統(tǒng)一部署、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)，將高校智力資源的策劃和引領(lǐng)功能注入項目開發(fā)的全過程，又要充分發(fā)揮市場在信息化資源建設(shè)中的基礎(chǔ)性作用，盡快出臺清晰的教育信息化產(chǎn)品招標(biāo)需求，營造公開透明、公平競爭的市場環(huán)境，打造健康的虛擬仿真實驗項目開發(fā)產(chǎn)業(yè)，進(jìn)而探索校企聯(lián)合開發(fā)的創(chuàng)新模式。

3.5 高度重視實驗條件的均衡化發(fā)展

與一般學(xué)科的實驗相比，影視制作等藝術(shù)類實驗對體驗感、顯示質(zhì)量的要求更高，其虛擬仿真實驗自然對計算機硬件、網(wǎng)絡(luò)條件的配置提出了更高的要求。盡管前期的項目開發(fā)已考慮到不同地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)條件差異，但在2021年新冠肺炎疫情防控期間的教學(xué)實踐中，仍然有不少學(xué)生因?qū)嶒灱虞d時間過長而對實驗失去興趣。地處華東地區(qū)的高校尚且如此，西部偏遠(yuǎn)地區(qū)學(xué)生面臨的情況可想而知。雖然我國5G的商用步伐加快，但是教育主管部門仍然需要深入了解高校的硬件現(xiàn)狀，并采取有效措施促使高校網(wǎng)絡(luò)條件達(dá)到相對均衡，以免在推進(jìn)學(xué)校內(nèi)涵發(fā)展、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、推進(jìn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的進(jìn)程中擴大“信息鴻溝”和“應(yīng)用鴻溝”。

4 結(jié)語

面對5G、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能技術(shù)發(fā)展的浪潮，虛擬仿真實驗必將為影視制作課程實驗教學(xué)的改革帶來強大動力和重要機遇。藝術(shù)學(xué)科教師要搶抓技術(shù)革新帶來的機遇，積極參與虛擬仿真實驗教學(xué)項目的建設(shè)，同時深入開展虛擬仿真實驗運用于藝術(shù)教學(xué)的實踐，探索其教學(xué)規(guī)律。這也必將成為下一階段藝術(shù)學(xué)科促進(jìn)課程建設(shè)、推動實驗教學(xué)模式發(fā)展和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要任務(wù)之一，還是未來智慧型藝術(shù)教學(xué)的重點和關(guān)鍵所在。

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