1.实验教学方法

一、历史学虚拟仿真实验教学方法及其使用目的

实验教学方法在传统的历史教学中的应用较少，因为一般认为文本是历史学研究和教学的中心，但虚拟仿真实验的出现为历史学进行实验教学提供了重要的平台和机遇。历史学虚拟仿真实验能够让历史教学从抽象变得具体，从远距离想象学习转变为具有“临场感”(Presence)，能够在历史场景中“沉浸”(Immersion)，甚至“具身”(Embodiment)其中的“情境式学习”(Situated Learning)。

敦煌石窟历史实践教学虚拟仿真实验教学主要分为两种形式：（1）具有沉浸式(immersive)、临场感(presentative)、具身化(embodied)特点的历史场景的体验式学习；（2）构建历史学虚拟仿真实验资源的实践学习。前者在本实验项目中主要体现在3D复原石窟的参观学习以及石窟周围环境的全景体验；后者主要体现在石窟复原实验与虚拟建窟。这些实验教学方法的主要目的包括：

1.革新历史学习与考核方式

敦煌石窟历史实践教学虚拟仿真实验为历史教学提供一种优于传统的学习和教学效果考核方法，使之不再局限于文本形式的考核方式，而是让学生借助历史学虚拟仿真实验能够将他们从历史学习中获得的数据等信息以一种虚拟现实的、形象的方式呈现出来；

2.提高历史专业素养

本实验锻炼历史学专业学生利用新的信息技术手段为专业学习和研究服务的目的，因为他们不仅仅是知识的消费者，而且在实验过程中能够充分利用史料，借助基本的信息技术手段构建历史学虚拟仿真实验教学资源；

3.提高历史虚拟仿真资源的历史准确性和学术价值

历史专业师生参与校企合作的历史学虚拟仿真资源的建设，能够提升此类资源的历史准确性，这有助于改善当今虽然此类资源很多，但缺少学术价值的弱点；

4.提高学生进行专业研究的能力

敦煌壁画中保留着很多唐长安城的历史影像，非常珍贵，学生通过敦煌石窟的课程学习，能够借助虚拟仿真实验平台，对唐长安城的相关历史进行研究。

本项目的实验教学方法的理念可以概括为：既要充分利用现有虚拟现实技术和资源，又要挖掘历史学专业师生的信息技术潜能，开发历史学专业的虚拟现实资源，提高历史学专业学习、研究以及创新实践的水平。

 

二、实施过程 

本虚拟仿真实验采取从宏观到细节，从间接知识学习到直观体验再到实际操作的实验过程。宏观实验指的是学生能够对敦煌石窟的周边环境进行深入的体验，这部分主要使用敦煌专业实习考察过程中师生拍摄的全景视频与全景照片，以虚拟现实的方式呈现出来提供给虚拟仿真实验教学使用；细节实验指的是学生通过石窟虚拟复原实验平台能够对课程要求的石窟知识点进行直观且有深度的学习，并对学习效果进行考核；实际操作实验指的是学生将课程学习中获得的敦煌石窟知识通过自己虚拟的挖掘石窟来得到综合体现。这三个层次的实验能够让学生对敦煌石窟的学习逐步深入，提高学习效果。敦煌石窟历史实践教学虚拟仿真实验的实施过程主要包括以下三部分：

1.敦煌石窟内部外部沉浸式虚拟现实体验。

2.虚拟复原敦煌石窟的深度学习与交互式练习及考核。

3.Minecraft中虚拟地挖掘建设敦煌石窟。

 

三、实施效果

1.虚拟仿真实验将课程学习和专业考察相结合提高了学生学习兴趣和学习效果

通过上述基于虚拟现实的复原方法，以敦煌石窟为切入点，学生能够强化对不同时期石窟历史知识的认知，面貌的还原，并能够获得新的体验，从而更加直观的认识世界文化遗产敦煌的价值和意义。

2018年本实验平台在历史文化学院的《佛教石窟与艺术考古》课程以及2016级本科生敦煌专业实习考察的过程中进行了实际应用。2016级学生在赴敦煌进行专业考察之前，除了为学生开展传统的敦煌知识讲座之外，我们对一部分学生应用了本实验的教学方法。他们在选修了本课程以及听了敦煌的专业讲座之后，使用丝绸之路历史文化虚拟仿真实验教学中心的虚拟现实设备对八个主要石窟进行了虚拟考察和体验学习。一方面，这种新颖的实验学习方式让学生学习的兴趣非常浓厚；另一方面，这种虚拟现实的体验“现场感”非常强，与传统的讲座、读书、看图片以及视频相比，学生可以非常直观地仔细观察石窟的各种细节，如图26，27，28所示。

图26 虚拟敦煌石窟体验

   

图27 敦煌石窟虚拟讲解

   

图28 虚拟敦煌石窟体验

学生进行虚拟敦煌石窟考察与体验式学习的体会部分摘录如下：

吴同学：“…以前只是听闻VR体验很棒但未切身地感受过，这次很荣幸亲身体验了一把，确实开了眼界。我们观看了莫高窟的几个洞窟的展示，戴上VR眼镜，仿若进入了另一个“真实存在”的洞窟世界，一切都显得那么真实，里面的景象也很宏伟壮观，尤其添加的几个特效特别惊艳，富有神秘的观感。”

兰同学：“…戴上VR设备看到洞窟里面非常真实的壁画，吓得我叫出了声音，因为以前去敦煌看石窟的时候，因为害怕那些佛像，所以几乎没进去仔细看过，所以当这些佛像以3D的形式近距离出现在我眼前时，着实吓了我一大跳。对这次体验总结起来就一句话：真实到让我害怕。”

罗同学：“…整个画面做的很精致，特别是在洞窟里能够主动触发和被动触发各种技能。比如热点，可以触发翱翔的凤凰或者华盖莲花等。也可以被动的整个画面都变成金色。真的很震撼和酷炫。”

进行了敦煌石窟的虚拟考察之后的学生带着更多的问题，进行敦煌专业实习实地考察，带队教师从他们考察之后提交的考察报告来看，普遍感觉他们的报告更有深度，研究也更为深入。2016级文物与博物馆专业学生刘思宇的研究报告《虚拟仿真技术在我国文化遗产展示中的应用研究——以敦煌石窟为例》参加挑战杯比赛进入校级决赛。

图29 2018年敦煌实习考察全景导览

图30 2018年敦煌实习考察全景导览

学院学生自发成立了历史文化虚拟仿真社团，在实习考察中使用360全景摄像机将整个敦煌考察所有的重要节点进行了全景拍摄，完整记录了整个行程，并在专业教师的指导下使用WebVR将内容通过网页的形式呈现出来，如图29，30所示。本项目负责人沙武田教授于2019年3月联合敦煌研究院举行了“丝路华章”陕西师范大学敦煌壁画巡展，并将课堂搬到了展厅为学生现场授课，学生也用全景拍摄的方法将此展览以及沙老师的讲解进行了记录，如图31，32，33所示。学生以本实验项目为基础举行Minecraft古建筑搭建比赛活动等，特别是与课程学到的敦煌壁画中反映唐长安城的图像，再结合其他史料进行了有较高历史准确度的唐代长安城古建筑复原，如图34，35所示，这种练习让学生将丝绸之路起点“长安”和丝路上东西文明交流的重要节点“敦煌”关联起来，体现了丝绸之路历史文化虚拟仿真实验教学中心“依托敦煌，立足长安”的宗旨。

通过本项目在历史教学中的具体实施，我们发现虚拟仿真实验能够大大提升历史专业学生利用信息技术进行深入的专业学习和实践的能力。

图31 2019年敦煌壁画艺术精品高校公益巡展开幕式

图32 沙武田教授在敦煌巡展现场授课

图33 2019年敦煌壁画展全景导览

图34 学生根据敦煌壁画进行唐长安城建筑复原

图35 学生根据敦煌壁画复原唐长安城的明德门

2.本项目为历史实验教学研究提供了重要平台

本实验教学进行敦煌石窟的虚拟体验和学习，结合敦煌石窟历史实践教学虚拟仿真实验系统，以及互动的、协作式虚拟地挖掘石窟等三种类型的实验，让学生在敦煌石窟的艺术以及历史上石窟的建设与管理的学习中能够获得比传统教学更好的效果。

学生利用课堂上学到的专业知识对敦煌石窟VR资源进行鉴赏，从而能够实现理论和实践的结合，以小组形式进行敦煌石窟地虚拟讲解巩固学习成果；学生在石窟虚拟复原平台中对主要石窟进行详细的复原，这种虚拟仿真实验教学能够将部分历史学习和考核从传统的抽象的方式转变为形象且直观的方式；学生动手进行石窟的虚拟建设，将已经不复存在的“洞窟的营建和管理过程”进行模拟。这有可能为历史专业教学和研究提供一种革命性的方法和思路。项目团队对基于虚拟仿真的历史教学方法进行了较为深入的研究，论文Virtual Simulation for History Education（基于虚拟仿真的历史教育）在IEEE VR 2019国际会议（中国计算机学会认定的A类国际会议）发表，如图36所示，而且当时会议特邀专家佐治亚理工学院教授 Blair Mac Intyre的报告中专门提到我们的学生根据敦煌壁画中唐长安城的形象复原的唐长安城典型建筑，他认为这是虚拟仿真技术在历史教学中的一种重要的应用，如图37所示。

图36 Virtual Simulation for History Education（基于虚拟仿真的历史教育）

图37 IEEE VR 2019国际会议佐治亚理工学院教授 Blair Mac Intyre评价学生作品

3.本项目为历史教学的国际化提供了重要支持

本实验项目在历史文化学院的国际化教学和研究中也发挥着重要作用，历史文化学院开设的世界文化交流洲际网络课程（Global Understanding）中虚拟的敦煌石窟为国外合作大学的学生提供了一个了解中国传统文化的重要窗口，而且凭借虚拟仿真技术的优势，他们能够在我们学生的带领下“真实”地体验敦煌石窟文化，感受一千多年前的中国历史。课程教师和学生以此为基础进行了深入的研究，2019年国际人机交互会议（HCII2019）上项目团队的一篇论文Virtual Simulation Based Intercultural Learning被接收并收入EI索引，如图38所示。本实验项目的开展不仅带动了已有的国际合作课程，而且陕西师范大学历史文化学院与乌兹别克斯坦撒马尔罕大学的合作办学（如图2所示）也将会充分利用我们已经建成的历史学虚拟仿真实验教学项目。乌兹别克斯坦是丝绸之路上的重要国家，我们会充分发挥与他们的合作办学优势，进一步挖掘一带一路国家历史文化的相关资源，充实敦煌石窟历史实践教学虚拟仿真实验。在一带一路新时代背景下利用本实验所提供的敦煌石窟虚拟而真实的历史体验式教育让外国的学生能够在他们本地感受认知丝绸之路的历史文化，通过国际合作教学让传统中国文化更好地“走出去”。这体现了丝绸之路历史文化虚拟仿真实验教学中心“面向全国，辐射丝路沿线国家”的宗旨。

图38 基于虚拟仿真的跨文化学习