虚拟情境下摄像技术课程学习平台的情感化设计.doc

虚拟情境下摄像技术课程学习平台的情感化设计*基金项目：本文受河南理工大学教育教学改革研究项目,重点资助项目基金（编号：2009JG035）资助研究成果。
作者简介：王娜（1983-），女，汉族，河南商水，助教，硕士研究生，研究领域：虚拟现实技术

王娜 张治斌 刘付民 刘志怀
（河南理工大学 现代教育技术中心，河南 焦作 454003）
【摘要】学习过程是认知与情感的有机统一过程。目前，虚拟学习平台的学习环境交互设计不太完善，忽略了情感因素在学习者认知发展中的重要作用。为使学习者在学习中达到认知与情感和谐发展，运用3ds Max、Cult 3D等多种三维虚拟现实技术，在情感化交互设计理论的指导下，设计具有典型“情感交互”特征的网络三维虚拟学习平台，以期深化教学交互的本质，为解决学习中情感缺失的问题提供理论依据与实践途径。
【关键词】虚拟情境；摄像技术；情感化交互设计；学习平台
【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【论文编号】
The Emotional Learning Platform Design of Virtual Situation Camera Technology
WANG Na ZHANG Zhi-bin LIU Fu-min
(Modern Educational Technology Center, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000,China )
Abstract：Learning process is the organic unity of cognitive and emotional processes. At present, the virtual learning environment for interactive learning platform design is not perfect, ignoring the emotional factors of an important role in cognitive development in the learner. To enable learners to achieve a harmonious development of cognition and emotion, using 3ds Max, Cult 3D and other 3D virtual reality technology, under the interactive emotional design theory, designing a typical "emotional interaction" characteristics of three-dimensional virtual network learning platform，In order to deepen the nature of the interaction of teaching, learning and resolving the emotional issue of missing theoretical basis and practical approaches.
Keywords：Virtual Situation; Camera Technology; Emotional Enteraction Design; Learning Platform
一、前言
目前，DV已经普及到大众生活之中，经常会有DV设计大赛、电视台的DV一线新闻报道等，尤其是随着3G网络时代的来临，视频通讯成为主流，DV在人们的生活中将发挥更大作用。要想拍摄出好的DV作品，就要学习专业摄像机的使用方法和拍摄技巧，而目前，专业摄像机的价位相对于家用DV是比较昂贵的，在实际教学中，要达到学习者人人手里都有一台专业摄像机，来进行实际操作，是非常困难的。虚拟情境学习平台是一种特殊的解决问题和学习知识的环境，虚拟现实平台解决了现实实验中场地和时间的限制，利用虚拟现实技术在计算机中创建逼真的虚拟环境，学习者通过友好的人机交互界面进行虚拟化的操作，能够获得与真实世界中相同的体验。
目前三维虚拟学习平台的设计中，更多的关注页面的美观设计和必要的教学操作设计，充分呈现了教学内容，但虚拟学习平台的学习环境交互设计方面还不太完善，对物理场景和心理情景设计不足，很难满足学习者的积极参与、归属、主动探索等心理需求，无法真正做到虚实相结合、情景交融，忽略了学习者的主体感受，不能充分体现学习者的中心地位，不利于学习者在这种环境中进行知识技能学习的保持、迁移与增长，影响了学习者的创造性思维能力的培养。总的来说，情感缺失，是目前虚拟学习情境中比较普遍的现象，同时更是当前虚拟学习情境构建中的核心问题。虚拟现实技术真正服务于教学的重要前提是保证虚拟学习情境创设的有效性，而在虚拟学习情景中学习者进行的是自主学习，为了提高虚拟学习环境创设的有效性的重要内容，就要注重从多方面进行情景交互设计、学习者在其中的情感体验、学习者对学习情境的积极主动建构和通过角色扮演等设计活动来增强学习者的积极性、参与性和归属感等问题。因此，需要加强对虚拟学习情境中的情感交互的关注，通过充分的网络三维交互设计来解决目前虚拟学习情境中存在的情感缺失问题，以使虚拟情境的学习达到富有情趣的顺畅交流。
摄像技术课程学习平台，对虚拟学习环境各交互要素进行了情感化设计，关注学习者进行自主学习时的交互层次与情感体验对促进学习效果的重要作用。
二、摄像技术虚拟学习平台的教学设计分析
在理论方面主要从学习内容分析、学习者特征分析、教学策略的选择、情感化交互设计等几个方面来进行摄像技术虚拟学习平台的教学设计分析。
1 分析摄像技术课程，明确学习内容
根据教学目的和要求，确定虚拟学习平台所要覆盖的领域知识。
摄像技术课程的实践性和综合性比较强，知识覆盖面广。通过本课程的学习使学生学会摄像的基本技法；掌握摄像的基本理论；了解摄像机的内部结构和工作原理，并学会各种操作功能的使用方法和整机的日常维护。同时，随着数码设备的广泛应用，本课程重点讲述数码影像的处理流程，让学生掌握各种数码影像设备和影像处理软件的操作方法及使用技巧。根据摄像技术课程内容的教学设计分析，摄像技术课程学习平台的内容主要包括两大部分：摄像机使用说明、摄像机的拍摄及处理。摄像机的使用说明主要包括：检查提供的物品、安装随机提供的麦克风和带镜头盖的镜头遮光罩、对电池组充电等内容。摄像机的拍摄及处理主要包括：摄像技术的拍摄方法与技巧、主体摄像、摄像机的维护和视频的后期处理四个部分。
2 学习者特征分析
根据学习该课程的学习者的认知特点和自我控制能力，确定提供一个接近于真实的学习操作环境。
学习者是学习活动的主体，学习者特征分析一般包括学习者的初始能力分析、学习风格、心理特征等分析。新课程标准中强调发挥学习者的探究意识，发挥学习者的积极性、主动性，要想在教学活动中真正体现和发展学习者的主体地位，在进行摄像技术课程学习平台的教学设计时，必须重视对学习者特征进行分析。
摄像技术课程学习平台，是在网络环境下进行的，要考虑到学习者在利用计算机进行学习时，应该具备的信息素养。摄像技术课程学习平台对信息技术有强烈的依赖性，而摄像技术学习平台构建的主要目的并不在于提升学习者的信息素养，而是在于实现摄像技术课程的教学目标。教学目标是否实现，可以通过学习者的学习活动和学习效果来体现。学习者作为学习活动的主体，在学习过程中常常是和自己的学习特点联系在一起。学习者特征分析主要是了解学习者的学习准备情况，为学习目标的阐明、学习内容的选择和组织、教学策略的制定与媒体选择等提供依据。了解学习者的基本特征，以此来确定教学内容的教学起点，是摄像技术课程学习平台的教学设计的依据。
3 教学策略设计
以学习者为中心，提供给学习者自由选择的空间，必要时给予提示帮助。
(1)内容信息的呈现策略
内容信息的呈现是关注内容信息以何种形式呈现使人容易接受，摄像机技术内容具有各自不同的特点，需要不同的内容信息表现策略，只有当内容信息的表现策略与内容的特点相符时才能达到最佳的传递结果。根据内容信息的不同，可以用文本、动画、视频等不同方式来呈现。
(2) 导航策略
导航在网络教学中是一个关键的因素，它能使使用者方便地浏览交互性教学课件的内容，有效地避免由于结构复杂繁多而且信息量大的超媒体所产生的迷航现象，使学习者可以高效并且有序的学习。在虚拟情境下摄像技术学习平台的设计一般采用模块导航、导航图导航、路径导航等导航策略。模块导航是一种在网络教学课程中最常用的导航方式。它是由一些功能性的词语作为超级链接，点击任意词语便能进入该词语链接的模块中。它通常用于整个网络教学课程的各个页面中，便于实现模块间的相互跳转链接。学习者在各个模块中学习时都可以很方便地进入其它模块。
4学习行为自动监控系统
学习行为的自动监控系统是虚拟学习情境设计的重中之重，包括实现登陆检测、讨论情况跟踪、在线测试、作业提交、自我总结评价、个人学习档案、自动警告、建议和表扬等功能。
学习者可以从自动监控系统中充分了解自己，并能从自我总结评价结果中获得信息并去努力改善，以更大程度地发挥学习者的潜能，教师也可以从中了解到学生的学习情况，并适时地通过评价系统给学习者给予必要的帮助与指导。在虚拟学习情境创设中，要使学习行为的监控系统中得以充分而科学的实现，在其系统设计的思想和应用技术上都需要进行全面的综合考虑。
5 虚拟情境的情感化交互设计
虚拟情境是指基于桌面虚拟现实技术所创设的物理情景和学习者心理情景的统一，在此环境中，学习者可以在不同层次的交互活动中积极主动的探索，丰富情感体验，以较好地完成知识的构建和学习经验的增长。情感交互，是指学习过程中主客体之间情感的互动，注重个体的主观情感体验。虚拟情境中的情感交互，主要表现在学习者与教学媒体、教学资源、学习共同体等主客体之间的交流互动。“情感交互”概念的提出使虚拟学习情景向多元性、开放性、服务性的行业进程中更进了一步，从而为教育信息化的发展带来生机。
情感化交互设计有三个不同的层次：本能水平的设计、行为水平的设计、反思水平的设计[1]。其中本能水平的设计重视的是设计物品的外表、质地和手感等，主要是设计物品的外形；行为水平的设计关注的是设计物品的功能、性能、可用性，主要是用户使用产品的经验；反思水平的设计注重设计物品的印象和形象，设计产品给用户的感觉，包括感情、意识、情绪和认知等[2]。
虚拟情境下摄像技术课程学习平台的情感化交互设计，对各个层次的交互进行有意识地情感化设计，尽量为学习者提供接近于真实的操作交互，将情感元素传递并内化为学习者个性化情感发展的构成成分，促进学习者智力与情感的全面协调发展。首先，三维模型一定要建的形象逼真，与真实的摄像机仪器相符，这样才能激发学习者的学习兴趣。其次，要提供形象及时的视觉反馈，当学习者操作某一个部件功能的时候，三维模型部件能够及时产生相应的响应，以此来激发学习者的好奇心和探究意识。同时虚拟学习平台也提供了适当的文字信息，便于学习者进行下一步的学习。
6 教学模式设计
在分布式学习理论的指导下，采用个别指导模式和协作学习模式。分布式学习理论，允许指导者、学生和学习内容分布于不同的非中心的位置，使教和学独立于时空而发生[3]。分布式学习的最显著特征是学习资源的泛中心化，它体现了师生的真正平等化[4] 。学习者以自己为中心，充分利用周围一切可以利用的资源来进行主体性学习；教师成为学生学习活动的设计者、指导者、参与者。分布式学习模式可以与传统课堂学习模式相结合使用，更好地促进学习者学习。
学习者可以在虚拟学习平台环境中直接学习。协作学习模式中提供学习伙伴，伙伴模式使学习者在学习的过程中不孤独，系统提供的在线聊天的方式，使在线的学习伙伴可以互相交流合作，直至问题解决。
7 学习情景设计
武法提认为，网络学习环境的基本要素包括：基于网络的智能教学系统、基于网络的资源库系统、基于网络的交流与协作系统、基于网络的辅助工具系统、基于网络的学习评价系统[5]。利用3ds Max建模制作的学习平台，整体模拟操作学习摄像机的真实情况，给学习者以身临其境的真实感受，使学习者获得了与真实实验相同的感受。
三、虚拟情境下摄像技术虚拟学习平台实现
1 摄像技术虚拟学习平台技术的选择
在“以学习者为本”的情感交互设计理念指导下，从众多的虚拟现实技术中，选用3ds Max和Cult3D技术，结合FLASH等开发软件，这一组合可以极大地提高虚拟学习环境的交互性和沉浸度，具有其它VR技术所无法比拟的独特优势，适合在普通高校实验教学中推广与应用。Cult 3D技术可以将模型简便的导入，又可轻易地实现人物与场景间的交互，因此可以为三维虚拟学习平台的构建提供有效的设计方案。进行设计与开发出的三维虚拟学习平台，具有真实性、交互性、简易性等特点，更形象地模拟出摄像装置的结构与原理，学习者通过在全三维的虚拟学习场景中自由探索，反复操作，从而加强对摄像知识的理解和掌握，增强学习者的学习兴趣和情感体验，可在一定程度地缩短开发时程并能使其达到较好的感官效果和教学交互效果。
2摄像技术虚拟学习平台的技术的开发流程
在虚拟情境下摄像技术课程学习平台构建之前，结合以上对摄像技术虚拟学习平台的教学设计分析、学习环境情感交互设计理念以及对技术解决方案的分析，需要对虚拟情境下摄像技术平台开发流程进行具体分析。在平台的三维场景与教学设备器材等模型的建模以及其它设计资源的准备过程中，首先要考虑各种影响学习者学习的视觉、听觉等因素，一定要选取符合学习者心理特征的视听觉资料，从感官方面吸引学习者的注意力。其次，根据摄像课程的学习目标和学习任务，可以设计多元化的虚拟角色与交互动画，可以将游戏元素运用到设计中，使虚拟平台的教学交互的操作更加多样和富有情趣。再次，可以整合实时聊天和异步留言工具，在虚拟学习平台中构建人性化交流环境，增强平台的教学性与社会性活动的效果。
根据以上分析，将虚拟学习平台的开发流程具体分为以下部分，
1 利用3ds Max创建三维摄像机模型以及虚拟学习场景模型
虚拟情境下摄像技术课程学习平台的构建首先是创建模型，包括摄像机装置模型、场景和其他辅助工具等模型。

图1摄像技术课程学习平台场景模型
虚拟情境下摄像技术课程学习平台场景设计如图1摄像技术课程学习平台场景模型所示，在设计场景时需考察真实环境布局、物品摆放位置、光线等各个方面，将实际场景的设计元素融入到虚拟场景设计之中，使学习者进入学习环境中有身临其境之感，有利于吸引学习者注意力并保持其对课程探索学习的兴趣。

图2摄像机装置模型
虚拟情境下摄像技术课程学习平台摄像机装置模型的设计必不可少，如图2摄像机装置模型所示，将摄像机设备制作得逼真而富有质感，增强学习者的学习兴趣。
2 从3ds Max中输出模型与动画效果
Cult3D提供了3ds Max、Maya等文件输出格式转换插件Cult 3D Exporter，通过Cult 3D Exporter将三维模型转换成Cult 3D可以识别的文件格式（*.c3d）。导出三维动画时候，要注意输出动画帧的设置，默认情况下输出的是一帧。
3 将模型导入cult3D进行交互模块设计
在cult3D软件中新建一个文件，将制作的C3D文件存入文件中。为模型添加动作控制脚本。为虚拟学习平台制作漫游系统，使学习者可以在虚拟学习空间中进行漫游。
为了增强摄像技术课程学习平台过程中的交流和评价，可以通过二维实时聊天或论坛等工具与三维学习场景的整合应用，当学习者进入到实验场景时，学习者之间通过这种交流工具可以积极地讨论学习中遇到的问题，交流学习经验，进行协作学习，教师在此也可以实时地对学习者的学习给予指导和反馈。
4 虚拟学习平台的发布与后期处理
摄像技术课程学习平台制作完毕后，将其发布为网页格式，即可上传至网络服务器为虚拟教学系统所用。注意将学习平台制作源文件分类保存，供日后充实学习平台内容和修改交互脚本之用。
还可进一步对学习平台进行包装和美化，如制作学习平台的登陆界面，操作使用说明、背景音乐切换、帮助等功能按钮和背景界面的美观设计，来完善系统功能和增强平台的艺术效果。
四、总结
通过对摄像技术学习环境要素的全面构建，将情感化设计理念有效地融入到设计与开发流程之中，创建了情感化的学习环境，虚实结合，具有很好的沉浸感、交互性以及思维构想性，提升虚拟情境下摄像技术学习环境中学习者的情感体验，使“分布式学习”理论与虚拟现实技术得到切实有效的、创造性的发挥和运用，从虚拟学习环境的情感交互设计与实现上探讨一种易于实现、适合推广、可持续发展的虚拟教学平台交互模式，希望能够使学习者在虚拟学习环境不同层次的交互学习活动中更好地完成知识的构建。开发出的三维虚拟学习平台，保证学习者自主学习的有效性，促进学生知识迁移，提高学生认知水平、激发学生学习动机等，既可以作为教师课堂辅助教学，又可以放到校园网上进行远程自主学习。
参考文献：
[1] Donald A Norman． Emotional Design[M]．付秋芳等译．北京：电子工业出版社， 2005：20-50．
[2] 王娜，杨雪，邹正宇．网络环境下中学化学实验的教学设计与开发[J]．中国教育信息化，2008，(4)．
[3] Steven Saltzberg and Susan Polyson . Distributed Learning ontheWorldWideWeb.
http://hagar.up.ac.za/catts/Learner/nuwe/project.htm,2005-12-201
[4] 张银，曾锐．基于网络的分布式学习模式[J]．开放教育研究，2002，（2）．
[5] 武法提．网络教育应用[M]．北京：高等教育出版社，2003：12-24．