虛擬認知驅動下的建筑設計課程改革

李蘇旻 嚴鈞

[摘 要] 課題引入虛擬現實技術和視覺注意技術來輔助建筑設計教學，針對不同年級的教學特點，制定了相應的教學策略，并嘗試組織了一套由低年級到高年級的虛擬認知建筑設計教學體系，希望這些方面的探索與嘗試能更近一步推進建筑設計教學。

[關鍵詞] 虛擬現實;視覺注意;建筑教育

[基金項目] 2017年度湖南省省教研教改課題“虛擬認知驅動下的建筑設計課程改革與實踐”（JG1719）

[作者簡介] 李蘇旻（1983—），女，湖南邵陽人，工學碩士，講師，研究方向為建筑基礎;嚴 鈞（1971—），男，安徽安慶人，建筑學碩士，教授，碩士生導師，研究方向為建筑歷史與理論。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）35-0172-02? ? [收稿日期] 2019-12-23

一、引言

在21世紀，全球經濟一體化的今天，面對信息社會的到來和知識經濟的興起，國內外大學都在進行教育改革，而教育信息化的發展趨勢是走向虛擬化和智能化[1]。新的技術與設備給我們的教育帶了了前所未有的沖擊與發展機會。VR（虛擬現實）、視覺注意機制等能為建筑學教育提供了一種新的手段，一種新的技術方法。

現在傳統建筑教學課程有著它的一些局限性，例如，建筑空間感知局限性、建筑設計的不可驗證性、視角有限性等[2]，而這些局限在虛擬認知的教學模式下可以得到改進[3]。

這幾年我們教研組根據建筑學專業的特色進行了理論調研，VR軟件測試，VR輔助教學系統及課件制作等，做了一系列改革和實踐，嘗試建立一套虛擬認知教學體系來深化建筑專業的教學。我們希望改革能從基礎理論的傳達，到低年級的虛擬空間體驗和虛擬建筑漫游，再到高年級的虛擬設計和自我探究，實現一個從空間認知到設計創造的全面提升（圖1）。

二、不同年級的教學策略

（一）低年級虛擬空間體驗

在傳統建筑設計低年級教學中，我們花大量的時間對學生的空間感知，尺度的感知做培養，也會要求學生制作實體模型，這種方式的確可以在一定程度上提高學生的空間認知能力，但是卻建筑模型是縮小比例的，設計者不可以進入感知空間，同時我們會要求學生進行實地調研，但調研時間和現場老師的指導總是有限的。

在虛擬認知教學體系里，針對低年級教學特色，我們制作了限定空間教學系統（圖2），讓學生體驗8大類不同的限定空間，體會不同限定空間給我們帶來的不同感受，學生不僅可以在與虛擬現實空間進行交互的過程體會到不同的空間情緒，還可以在練習區利用設置好的構件進行沉浸式空間設計（圖3）。

同時在低年級的教學體系里導入課題組知識版權的經典建筑虛擬漫游系統，讓學生沉浸式體驗虛擬建筑，在與虛擬現實空間進行交互的過程中充分體會到建筑的空間。這樣學生不僅提高了對建筑空間的認識，而且更加能夠體會到建筑師們意圖想法。

（二）中高年級虛擬設計

VR技術是一種可以創造和體現虛擬世界的計算機系統，把VR技術放在設計建筑的過程中，使其設計的過程變得可視化，使建筑學學生仿佛置身于待建的場地中，充分感受建筑物內部功能布局和外部環境設計優缺點，幫助學生自主學習，更好地驗證設計的正確性和可行性。

鼓勵學生們進行虛擬設計，讓自己設計作業在設計的過程中利用虛擬現實技術同步實現虛擬現實場景（圖6）。利用VR技術學生們可以把自己的設計制作成精美的虛擬建筑場景，在場景中行走查看，從中體會可以自己的建筑設計是否完善，清楚地體會到有哪些缺陷。這樣學生在這一過程中直觀的體會了建筑空間和人之間的關系，并且提高了其計算機輔助建筑設計的水平。

（三）高年級自主探究

心理學研究表明：學生的探究愿望一經激發，就會對所學的知識內容感興趣，并以積極主動地態度參與到教學活動中，進行有效的學習[4]。那么如何提高年紀學的動力就是重點。我們近期嘗試利用VR和視覺注意技術為學生創設必要的自主探究，而這種自主探究是一種情境學習，學生的好奇心、求知欲得到極大的滿足，產生進一步探究新知識的愿望和要求。

學生分組進行視覺注意的測試，對已建成的室內空間，室外環景等進行測試，也可結合虛擬漫游，甚至可以對自己設計的方案進行測試。

在近期的一次四年級學生主持的創新性試驗項目中，學生利用視覺注意技術分析空間的導向性（圖7）。隨機抽取了的40人作為實驗對象，分成三組進行實驗。測試者佩戴上圖便攜式眼動儀注視圖片，儀器收集眼球信息，再根據試驗數據對相關場景進行分析。

學生在實驗中不僅了解了什么建筑結構或者什么樣的建筑空間對建筑的導向性有著什么影響，同時也可指導了學生的設計，能讓學生在設計中有更深入的理論指導。

三、結語

把虛擬認知驅動融入教學中是基于近幾年對學科調研以及社會大環境的趨勢，其中的思考與嘗試也經過多次打磨推敲，我們希望通過這些嘗試能更近一步的推進建筑設計的教學。這些改革和實踐還有許多不成熟的地方及不足之處，相關嘗試也發現一些想法因為客觀原因也難以落實在真正的教學當中，期待在后續的工作中慢慢改進完善。

參考文獻

[1]湯躍明.虛擬現實技術在教育中的應用[M].北京：科學出版社，2007.

[2]李蘇旻，嚴鈞，梁智堯.虛擬現實技術在建筑學教育中的應用研究[J].高等建筑教育，2009（6）142-145.

[3]Burdea G C，Coiffet P.Virtual Reality Technology[M].北京：電子工業出版社，2005.

[4]陳美齡.虛擬現實技術在環境藝術設計教學中的應用研究[D].溫州大學，2019.