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基于虚拟现实技术的线上教学平台交互设计.pdf
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1、科技传播123信息科技基金项目:广州华商学院 2022 年青年学术科研项目“基于元宇宙线上教学的沉浸式用户体验设计研究”(2022HSXS019)。作者简介:张艺欣,助教,广州华商学院,研究方向为交互设计。0 引言在智能化、信息化的现代社会,现代教育模式也在技术加持下发展变革,尤其是新冠疫情的暴发,促使线上教学发展突飞猛进,但线上教学所暴露的问题也更加明显。在大量的在线教学实践中,需要综合利用技术手段、资源内容整合和新型的人机交互方式,解决线上教学中存在的种种问题。各行各业都在大数据、云计算、虚拟现实、增强现实等技术的推动中更新迭代。利用虚拟现实技术和可穿戴设备,学生能够在线上教学的虚拟空间进
2、行沉浸式人机交互,在轻松愉悦的情绪下完成学习任务。线上教学平台利用虚拟现实技术能够为用户提供沉浸式、游戏化的学习体验,通过更自然、友好的人机交互方式为学生营造学习情境。1 线上教学与虚拟现实技术1.1 线上教学发展现状线上教学是互联网普及和教育教学改革的必然产物,受新冠疫情影响,线上教学方式几乎在全国范围内展开。新冠疫情期间,教育部提出“停课不停学”的举措,在线教学依托互联网和广播电视等技术,主要有网络在线课程、网络直播教学、学生自主学习、电视空中课堂等典型模式,其中网络在线课程以高等教育为主,网络直播教学作为补充措施可应用到各个阶段,师生交互水平较强但稳定性较差1。在高校的在线教学实践中,有
3、研究调查表明大学生的自主学习能力总体不强,高校教师的线上教学能力有待提升,教学平台功能不完善和网络拥堵问题较为突出,线上教学效果与满意度不理想且存在城乡差异等问题,需要加强教学平台和网络建设,补齐线上教学“农村短板”2。线上教学是传统线下教学的功能延伸,混合式教学即将成为常态化,除了对线上教学的课程体系进行科学规划,也应充分利用现代的技术手段对线上教学平台进行设计与建设。1.2 虚拟现实技术在科技引领创新发展的环境下,虚拟现实(Virtual Reality,简称 VR)的技术发展成为创新设计的新路径,军事、医疗、工业、教育等社会各个领域都在借助虚拟现实的创新技术进行开发与应用。虚拟现实的关键
4、技术包含三维建模技术、三维显示技术、三维音频技术和体感交互技术,虚拟现实系统利用不同的硬件设备和软件环境,可以为用户提供非沉浸式虚拟现实系统、半沉浸式虚拟现实系统、沉浸式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统的不同体验3。对于虚拟现实的理论研究,国内外学者进行了大量跨专业学科的探索提出了诸多新理论。在实践应用方面,依托虚拟现实技术深度的人机交互体验,这项技术已经逐渐覆盖社会各行各业,除了沉浸式体验的影视、游戏等满足用户的娱乐需求,虚拟现实技术的重要现实意义也体现在教育培训领域,尤其自新冠疫情暴发后,虚拟现实技术能够为在线教育提供新的学习方式、新理念和新环境。基于虚拟现实技术的线上教学平台交互设计张艺
5、欣摘 要 通过分析线上教学的发展现状与问题,结合虚拟现实技术梳理线上教学平台的设计思路,并进行 VR 教学平台的交互设计实践。阐述了 VR 教学平台的功能、交互方式和视觉界面的设计思路,提出了在教学平台利用虚拟现实技术进行设计创新的要点。关键词 虚拟现实;线上教学;交互设计;沉浸式用户体验中图分类号 G2 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2023)337-0123-0520238(下)科技传播124信息科技1.3 虚拟现实线上教学应用随着在线教学的发展,虚拟现实技术通过三维模型创建虚拟空间,用户可以通过穿戴硬件设备进行人机交互,在教学平台构建的特殊情境中获得沉浸式学习体验。在美国
6、,职业教育领域的虚拟现实技术在教师培训、人工智能和生物医学领域都有所应用,为我国职业教育的发展提供了先进经验4。有国内学者认为借助虚拟现实技术的优势,能够提升艺术设计类课程教学各个环节的教学质量,如知识演示环节内容呈现更直观,实验教学环节仿真实验室丰富学习方法,训练环节可以进行模块化训练,实习考察环节教师远程辅导等5。依托虚拟现实技术的线上教学,不仅应用于创新实验室和智慧校园的构建,更能带来教学理念和教学方式的改革与创新。2 VR 教学平台的功能设计在基于虚拟现实技术的教学平台设计实践中,根据现实中学习的多种需求进行功能设计,包括沉浸式体验的教学模块、自学模块和游戏化设计的互动模块、休闲模块,
7、具体功能设计如图 1 所示。图1 VR教学平台功能设计2.1 沉浸式学习体验2.1.1 多样化教学方式在 VR 教学平台可进行直播教学,并建立系统的在线课程库。在直播教学中,根据班级课程安排由教师建立自主课程,根据不同的专业内容也可以开设公共分享课直播。利用虚拟现实技术,教师可以通过肢体动作与学生互动。教师可通过不同的手势和动作操作虚拟屏幕,进行板书设计和操作演示。在系统的在线课程中,根据课程内容设置音视频展示方式,在不同领域、不同专业、不同课程中科学分类,学生可以根据自己的需求搜索在线课程完成学习任务。2.1.2 虚拟现实仿真实验利用虚拟现实技术构建的仿真实验室,可以有效综合视觉、听觉、触觉
8、等感觉进行沉浸式考察实训和仿真实验。虚拟仿真实验室能够节省高精尖仪器和大型设备的预算,并打破这些设备仪器的物理空间限制,为实操教学打下扎实基础。虚拟仿真实验室能够有效覆盖多领域,如医学专业进行模拟手术,职业技术教育进行设备实操,设计专业进行三维构建等。对于需要进行实地考察的专业,通过虚拟仿真实验室可以进行在线教学,如导游专业可以在虚拟空间进行讲解实践,设计专业可以进行在线考察,而不受时间和空间的限制。根据不同专业的教学需求,建立不同的虚拟现实仿真实验室能够有效为用户提供沉浸式学习体验。2.1.3 沉浸式自主学习现实世界的自学主要场景之一就是图书馆,VR教学平台中的图书馆成为现实世界的孪生空间,
9、具备电子图书资料、影音资料和具有互动性的操作资料。在自习室中,利用虚拟空间设计可以屏蔽其他干扰因素进行沉浸式学习,并根据用户不同的情况自主建立学习档案,将学习情况储存在数据库中,使用户清楚学习进度,并根据知识掌握情况智能化推荐相关资料,实现沉浸式自主学习。2.2 游戏化设计2.2.1 互动会议与工作坊在所有教学的环节中离不开人与人的互动,师生间的教学互动,学生间的交流都需要有效的沟通。在VR 教学平台,互动环节不仅存在于教学过程中,还包括开设不同的会议和工作坊。如举办学术论坛时的一对多大型直播会议和多人对话的圆桌会议,还有小组协作的讨论会。针对各种会议方式的不同,设置不同会议室的功能。一对多的
10、大型直播会议除了展示直播者的音视频,还包括在虚拟屏幕进行绘制和操作,收看直播的用户可以通过文字、表情、手势和肢体动作进行反馈互动。在工作坊活动中,同一小组成员可共享任务和进度,通过协同文档分配工作并实时查看小组进度。VR 教学平台的互动方式不仅包括传统的文字、音视频,更应该利用不同的感官和肢体动作,通过游戏化的方式完成学习任务。2.2.2 虚拟空间场景漫游VR 教学平台作为真实教学环境的孪生,在设计时将学校的教学楼、实验楼、图书馆、行政楼等具有不同功能的建筑空间,利用三维技术搭建出完整的校园环境。在虚拟的教学空间中,不仅包括教学所需的建筑空间,还应具有丰富的环境设计使之具有一定的休闲属性。虚拟
11、世界的环境构建脱离了现实世界的束缚,在三维空间设计时借鉴游戏场景的思路,使学习空间具有趣味性和娱乐性。用户可以在丰富的三维虚拟空间中进行漫游探索,发现新的空间和事物,同时在界面中加入空间导览,用户可以一键到达想去的学习空间。这种游戏化的空间设计方式,让用户在学习的同时能够进行休闲放松。2.2.3 独立个人空间传统的互联网服务平台一般都具有个人设置模科技传播125信息科技块,VR 教学平台中的个人空间就是这种模块的三维化。在个人空间中,用户可以根据自己的喜好装扮房间,并摆放相关的功能入口,进行个性化设置。用户可以自己设计物品、学习资料和装扮,并在用户之间进行自主交易。在虚拟学习空间利用游戏化的设
12、计方式,有利于让用户在简单枯燥的学习中体验趣味性,进而轻松愉悦地学习。3 VR 教学平台的交互方式设计3.1 人、物、空间的交互在 VR 教学平台中包含了人、物、空间三种元素的交互,用户之间的交互、用户与空间、用户与物品,甚至物品在空间中的交互,如图 2 所示。图2 人、物、空间交互方式3.1.1 人与人交互用户之间的互动是 VR 教学平台中最重要的交互,决定了 VR 教学平台是否“可用”,用户之间的交互是否流畅决定了教学任务能否顺利完成。老师在向学生发布任务、教学讲解与演示、接收学生反馈等环节,不仅利用文字、图像和语音,还利用虚拟现实和增强现实的方式对学生的作业进行指导,让学生能够更直观接收
13、信息。除了师生间的互动,人与人的交互还包括学生之间的沟通,如在进行小组协作时,学生能通过讨论会议、文件共享等方式完成交互。只有人与人的交互需求充分实现,才能保证 VR 教学平台的有效性。3.1.2 人与物交互人与物交互是对用户的操作进行合理反馈,是决定 VR 教学平台是否“好用”的重要因素。这种“好用”体现在用户进行了某种操作后,通过设计让用户明确这种操作是否成功,并且能够简单、高效地完成学习任务。用户在执行了某种命令后,应及时出现界面跳转、提示信息、元素动态等,如果操作出错,也应进行反馈并告知用户如何改正错误。人与物的交互还体现在功能流程的设计上,用户完成一项功能的步骤应尽量简化且明确,才能
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