1.实验原理

一、实验原理

实验教学是培养学生理论联系实际、提高创新精神和实践能力的重要手段，它在一个受控的环境中为学生提供一种可操作、可交互的情境化知识学习方式，能够有效提高学生学习的积极性和学习效果，但长久以来历史教学中实验的方法很少，甚至历史学实验教学的概念都鲜见提及，这是由历史学科本身的特点决定的：传统历史研究和教学中最为重视的是文本。历史学习往往被误认为需要的仅仅是记忆大量的史实，因此很多学生对历史学习的兴趣不高。历史教学虽不断进行改革，但现在仍然面临严峻挑战，如果本科历史教学不充分利用新的技术手段在教学方法上进行创新，历史学专业对学生的吸引力将会进一步下降。情境学习(Situated Learning)是提升学生学习兴趣和历史教学效果的有效手段，而虚拟仿真实验技术为创设历史情境提供了天然适合的工具，让历史学实验教学成为可能[]，我们认为虚拟仿真实验和历史教学的关系如图3所示，情境教学作为纽带将虚拟仿真实验和历史教学连接起来。与传统的多媒体教学手段不同，历史学虚拟仿真实验教学能够为学生提供一种可视化的，交互的，高度沉浸感的，协作式学习环境，培养学生主动学习的能力[,]；而且对历史进行科学的模拟有利于更好地理解当下，这能够反映历史学习和研究的实际意义[]。因此，我们认为历史学虚拟仿真实验必将在历史教学和研究中产生革命性的影响，而且能够使历史教学和研究更具现实意义。

图3 历史学虚拟仿真实验教学理念

虚拟现实(Virtual Reality, VR)技术让学生在历史的学习过程中不再仅仅是盯着屏幕、课本上的二维图像，而是完全的身临其境，VR设备能够让学生身处教室也能够完成野外考察以及不可重现的历史遗迹虚拟考察。VR与历史最相关的功能在于其能够实现“时间旅行”，能够重建过去并进行探索，也能够跨越距离让我们真实地感觉身处遗迹的现场[]。VR能够让用户沉浸在一个交互的虚拟世界中，我们看到的图像和物体地大小与真实世界中的一样是3D的，而且呈现的图片与用户的头部运动是同步的，让用户感觉实在一个虚拟的空间中移动，这就是VR的现场感(Presence)。

本实验借助虚拟现实、全景摄影和3D建模等技术，将敦煌石窟历史的学习在传统的文献阅读、图片鉴赏以及实地考察等学习方法的基础上增加从沉浸式观察体验，到直观的基于石窟复原平台的学习效果考核再到亲自动手挖掘与搭建石窟的完整的石窟学习与实验的过程，将敦煌石窟历史的学习变成了一个情境式学习的环境，如图4所示。

图4 敦煌石窟历史实践教学虚拟仿真实验结构

学生通过课堂上教师对敦煌石窟历史的讲解以及课下敦煌石窟历史的学习，能够在本实验的支持下，深入了解和掌握石窟营建的各个步骤：如崖面选择（如图5所示）、窟形选择、动工开凿、制作地仗、起稿、上色、彩塑制作、安放等过程，对敦煌石窟的营建过程、绘画、建筑形式、彩塑等有一个较为深刻的认识。

图5 敦煌莫高窟崖面外景图

    敦煌石窟历史的教学内容、教学过程以及教学实践等关键环节在本实验的支持下得到了极大的改进：

1. 虚拟仿真实验让历史学习能够跨越空间和时间

本实验实现了不用实地去敦煌学生即可进入石窟考察和学习，甚至能够获得比在石窟现场学习更好的效果。学生在学习和掌握了石窟的基础知识之后，虚拟现实设备营造的“真实”石窟能够让学生在其中进行沉浸式体验，让他们深入了解敦煌石窟的各个方面包括历史背景、石窟形制、壁画内容等。学生在实验室戴上VR头盔，进入课程提供的八个VR敦煌洞窟进行沉浸式的学习和体验，赏析佛教壁画艺术，分析洞窟形制，并能够找出这些VR资源的设计和还原中所存在的历史事实方面的错误。众所周知，现在看到的敦煌石窟已经遭到了大量的破坏，其中的一些塑像都已经不存在，有些壁画也褪色，而虚拟的敦煌石窟能够根据历史学家、考古学家的研究为学生呈现出原来的面貌，这就让历史学习跨越了时间的限制。

2. 虚拟仿真实验让历史学习和考核直观化、形象化

与抽象的文本和教师的讲述相比较，直观的、形象化学习能够有效的提高学生的学习兴趣和学习效果。学生在虚拟仿真实验平台上能够完成主要的五个石窟的复原，每个实验步骤中系统会给出一定提示，如图片所对应经变故事的名称，实验中可以返回前一步进行修改，实验结束学生将实验结果提交后，系统能够根据学生复原过程中的选择，为其呈现一个由其亲手复原的石窟，并根据复原结果给出分数（每个步骤都有相应的分数，得分点主要包括：石窟的形制、石窟的建设朝代、窟顶壁画、窟顶四壁的壁画、石窟四壁的壁画、塑像的选择和摆放位置等，实验过程允许学生出错，而且每个步骤都会有干扰项以检验学生知识掌握的程度）。

3. 虚拟仿真实验锻炼学生从知识获取到动手实践的能力

传统上历史学专业的学生的实践能力体现在利用史料的能力，以及写作的能力，历史学虚拟仿真实验为历史学专业的学生提供了一种将学习和研究所获得的知识在虚拟仿真环境中进行综合展示的可能。本实验在虚拟复原石窟体验和实验平台复原石窟的基础上，学生在实验平台的Minecraft游戏引擎提供的虚拟敦煌环境中亲手挖掘、建设石窟，主要完成以下实验内容：丝绸之路佛教石窟场景再现、莫高窟虚拟再现、洞窟营建虚拟还原和藏经洞发现与文物流散过程再现等实验。Minecraft作为一种游戏平台在虚拟和现实之间搭建起桥梁，学生在虚拟世界中通过操作学习到的知识能够在现实世界中得到体现 []。这种互动、协作式挖掘/搭建石窟的实验能够检验学生对敦煌洞窟的艺术以及历史上的建设与管理等知识的学习成果，让学生体会建窟人的艰辛，培养历史学专业学生的“工匠”精神。

知识点：共 17 个

《佛教石窟与艺术考古》课程体系结构如图6所示，分为课堂教学、虚拟仿真实验教学与现场教学三部分。

图6 佛教石窟与艺术考古课程体系结构

其中虚拟仿真实验教学部分选择敦煌石窟不同时期的代表窟，相应的洞窟壁画包含丰富而重要的历史信息，且与我校历史学传统、优势和特色学科隋唐史、长安学、丝绸之路的教学能够充分结合。主要考核内容：（一）洞窟所在时代，（二）洞窟建筑形制特点，（三）洞窟壁画组合关系，（四）单幅经变画中的有重要历史信息的画面。

莫高窟西魏第285窟

莫高窟第285窟是敦煌石窟早期代表窟，也是敦煌石窟保存有最早纪年题记的洞窟，又是壁画内容题材最复杂、艺术风格变化最大、历史信息量最丰富、与丝路文化交流高度关联、辨识度最难的洞窟之一，因此有重要的研究和教学价值。

第285窟具体是西魏大统三年、大统五年营建完成的洞窟（539年左右），学术界认为是由当时的瓜州刺史东阳王作为主要功德主的早期大窟。洞窟中同时保存了四种不同艺术来源、不同文化传承的壁画图像：

第一，有希腊、印度风格特色的西壁日天月天和早期杂密图像。

第二，有中原汉晋风格特色的窟顶神仙图像。

第三，有中原南朝“秀骨清像”“褒衣博带”风格的北壁八佛和东壁说法图图像。

第四，有敦煌本地传统特色的南壁故事画图像。

以上这些内容在同时期的中国艺术史中绝无仅有，完全是敦煌独特的地理位置的产物，具有浓厚的丝路文化交融交汇的特点。因此，通过虚拟仿真实验教学手段，对该窟的洞窟营建、壁画内容选择与复原、辨识特色画面、认识丝路文化交融的艺术表现等都有重要的意义，是虚拟仿真教学不可多得的艺术图像资源。

主要用于虚拟仿真实验教学具体的知识点：

（1）有希腊、印度风格特色的西壁日天月天和早期杂密图像。

主要内容包括：西壁日天及其眷属形象；月天及其眷属；三面的梵天、三眼的帝释天、婆薮仙；三头六臂的摩醯首罗天、骑孔雀的鸠摩罗天、象鼻人身的毗那夜迦神。这些内容属于全新的丝路传播新图像在洞窟的记载，是同时期中国传统绘画艺术中所没有的内容，因此图像内容辨识有难度，但意义重大。

图7 莫高窟西魏第285窟主室西壁

[图7所示区域对应知识点：1.日天及其眷属形象。2.月天及其眷属。3.三面的梵天、三眼的帝释天、婆薮仙。4.三头六臂的摩醯首罗天、骑孔雀的鸠摩罗天、象鼻人身的毗那夜迦神。]

（2）有敦煌本传统特色的故事画图像。

具体内容包括：南壁上段伎乐飞天十二身；中段五百强盗成佛因缘故事画；龛楣之间自东至西穿插宾头卢度跋提长者姊、度恶牛缘、沙弥守戒自杀品和施身闻偈等四个因缘故事画。这些故事画的内容是佛教绘画和图像艺术中常见的题材，也是佛教艺术最基本的宣传画，有明确的经典依据。画面内容的故事顺序性强，是早期佛教艺术最基本的艺术表达方式与方法。

图8 莫高窟西魏第285窟主室南壁

[图8所示区域对应知识点：1.伎乐飞天十二身，2.五百强盗成佛因缘故事，3.宾头卢度跋提长者姊，4.度恶牛缘，5.沙弥守戒自杀品，6.婆罗门施身闻偈。]

（3）有中原南朝“秀骨清像”“褒衣博带”风格的北壁八佛和东壁说法图图像。主要内容包括北壁上段通壁绘有七铺说法图。

图9 莫高窟西魏第285窟主室北壁

[图9所示区域对应知识点：1.北壁上部通壁绘有七铺说法图。2.每铺说法图下

供养人行列和发愿文题榜。]

东壁门上方绘有三身坐佛，门南、北侧大型佛说法图。此类图像最核心的

意义是理解远在丝路西端的敦煌如何受到来自南朝的两种典型艺术风格的深刻影响，敦煌人是如何认识这些南朝风格浓厚的作品的。

图10 莫高窟西魏第285窟主室东壁

[图10所示区域对应知识点：1.门北绘无量寿佛一铺。2.门南绘无量寿佛一铺，

下有榜题。]

（4）有中原汉晋风格特色的窟顶神仙图像。具体内容包括：窟顶东披画伏羲，女娲、飞廉、飞天、十三首的瑞兽等，下画山居禅僧八身。

图11 莫高窟西魏第285窟顶四披与藻井

[图11所示区域对应知识点：1.窟顶中心方井画华盖式藻井。2.东披画伏羲，女娲、飞廉、飞天、十三首的瑞兽等，下画山居禅僧八身。3.西披画大莲华、飞天、雷神、飞廉、化生、猕猴等，下龛楣两侧画山居禅僧六身。4.北披画飞天、 朱雀、十一首的瑞兽、飞廉、乌获等，下画山居禅僧十身。5.南披画莲花摩尼宝珠、飞天、九首的瑞兽、朱雀、飞廉、羽人等，下画山居禅僧十一身。]

西披画大莲华、飞天、雷神、飞廉、化生、猕猴等，下龛楣两侧画山居禅僧六身。北披画飞天、朱雀、十一首的瑞兽、飞廉、乌获等，下画山居禅僧十身。南披画莲花摩尼宝珠、飞天、九首的瑞兽、 朱雀 、飞廉、羽人等，下画山居禅僧十一身。这些具有浓厚中原汉晋传统艺术风格题材壁画内容的图像，同时也是道教最常见的艺术图像，是中原的汉晋墓葬绘画中的常见题材，但是在敦煌却出现在佛教洞窟壁画中，是佛教中国化、佛道融合的较早事例，有特殊的意义。

 

2. 莫高窟初唐第220窟

莫高窟第220窟是唐代敦煌石窟的代表窟，据洞窟墨书题记可知，具体是由敦煌的中亚粟特人后裔翟氏家族在贞观十六年（642年）前后营建完成的一所洞窟，当时俗称“翟家窟”，是敦煌石窟的里程碑式洞窟，因为该窟的艺术风格变化较大，属于前无古人后无来者。洞窟具体的艺术题材和艺术风格是来自于同时期唐帝国政治经济文化中心的长安城，是中国艺术史上的著名的吴道子“吴家样”之前的作品，属于“前吴家样”作品，洞窟壁画有“吴带当风”“满壁风动”的特色，其在敦煌石窟首次出现的满壁一铺的大型七佛药师经变、无量寿经变、维摩诘经变，均属“贞观新样”一派。因为其是长安最新的艺术样式，因此有宝贵而厚重的历史映像之意义，可以一定程度上复原唐长安城艺术的一个侧面。其中的胡旋舞、燃灯、音乐组合、帝王图、维摩诘画像等均是这一时期盛世艺术的时代写貌，也是丝绸之路上敦煌与长安交流的最形象记忆。总体上看，此洞窟现存唐贞观年间的作品，有几个方面的历史虚拟仿真实验的意义和目标，是为从以下几个方面复原对辉煌唐代艺术宝贵记忆：

第一，唐代初年的一个家窟艺术。

第二，贞观年间前吴家样的作品。

第三，丝绸之路来自中亚的胡旋舞场景。

第四，丝绸之路上敦煌与长安在这一时期的艺术交流。

第五，唐长安城上元灯会的盛世场景。

主要用于虚拟仿真实验教学具体的知识点：

（1）洞窟主室南北壁唐贞观年间的大型经变画艺术，前吴家样的代表作，贞观新样的形象案例，唐长安城大型灯会记忆，有唐一代在丝绸之路胡风大盛时期的代表胡舞胡旋舞场景。

图12 莫高窟初唐第220窟主室北壁

[图12所示区域对应知识点：1.北壁药师经变东侧乐队，筝、箫、竖笛、方响、筚篥、阮咸、横笛、腰鼓、都昙鼓、拍板、毛圆鼓等乐器。2.巨大灯轮、灯楼。唐时僧俗上元节燃灯活动、乐舞图、胡旋舞。]

（2）南壁通篇巨制西方净土变、经变中心部位西方三圣

图13 莫高窟初唐第220窟主室南壁

[图13所示区域对应知识点：1.经变的中心部位、主尊阿弥陀佛和二胁侍菩萨、经幢凌云，梵宫高耸；两身菩萨着透体罗衣，锦绣披巾；七宝池、八功德水。]

（3）东壁大型维摩诘经变，其中代表人物维摩诘的画像，帝王图，这些画面是当时长安城最流行的艺术图像。

图14 莫高窟初唐第220窟主室南壁

[图14所示区域对应知识点：1.窟门南维摩诘、窟门北侧文殊师利。2.方便品、不思议品、观众生品、香积佛品等部。3.维摩诘手握羽扇，在帐内抚膝而坐，为传神佳作。4.帐下听法的各国王子实是唐代以前前所未有的各族人物图。5.窟门北侧下部随文殊前来听法的帝国群臣，与初唐画家阎立本的名作《历代帝王图》相比毫无逊色。]

 

3. 莫高窟盛唐第45窟

莫高窟第45窟是敦煌石窟中的经典窟，具体营建的时代是盛唐时期开凿营建，但因为唐蕃战争的影响没有完工，大约在786年之前停止营建，786年之后吐蕃占领时期，有功德主进行了补绘工作。因此目前保存下来的是敦煌陷蕃前后两个时期的作品，有重要的历史研究价值。

本窟最具历史教学虚拟仿真实验的内容有三个方面：

保存完整的彩塑造像一铺七身，有浓厚的唐风彩塑艺术风格，也是敦煌石窟保存不多的完整的唐代彩塑一铺。

北壁观无量寿经变画中的建筑画面，两侧条幅画中的唐代贵妇人画像，及身边的侍从男女二童子画像，均是唐长安粉本画稿在敦煌的反映。

南壁大铺的观音经变，其中观音化现与观音救难的场景，均是记载唐人生活的真实场景，并且有反映陆上丝绸之路和海上丝绸之路的重要图像，其中人物服饰画面历史感极强。

主要用于虚拟仿真实验教学具体的知识点：

（1）洞窟完整的唐代彩塑一铺七身：主尊释迦牟尼佛，二侧二弟子、二

菩萨、二天王像。核心考察学生释读佛像、菩萨像、弟子像、天王像之间的区别及组合关系。

图15 莫高窟盛唐第45窟主室西壁龛内     

（2）南壁绘大型观音经变，其中每个小画面均有相应的经典依据上，均有故事，均有相应的历史信息，分别表现观音化现与观音救难的场面，其听代表画面有海船遇难、胡商遇盗、善男信女求子等。

图16 莫高窟盛唐第45窟主室南壁

[图16所示区域对应知识点：1．海船遇难，观音救度、唐代舟船、中西交通。2.胡商遇盗，观音救度、胡商、唐装、毛驴、丝路商业活动、中古时期丝路交通贸易。3.善男信女求子、中古时期男子及男童服饰。]

（3）北壁整壁的大型经变画观无量寿经变。该画面整体是唐长安城大型寺院建筑的平面立体式图示，有较强的透示效果。注意其中的建筑画面和人物画面，是唐长安城世俗风貌的反映和记载。

图17 莫高窟盛唐第45窟主室北壁

[图17所示区域对应知识点：1.主尊上方华盖、珠宝、璎珞、花纹。2.上首菩萨。身光、臂钏、项链、璎珞。3.迦陵频伽、鹦鹉、“昼夜六时出和雅音”。4.十六观、中古服饰。5。未生怨故事]

 

    4. 瓜州榆林窟中唐第25窟

瓜州榆林窟第25窟是吐蕃占领瓜州后、沙州陷蕃前由吐蕃主帅大相尚乞心儿在776－786年之间营建的一所洞窟，具体建窟的目的是为了通过佛教石窟营建的手段，在陷蕃区搭建唐蕃共同信仰的中心，也是处理唐蕃关系的重要纽带。因为在洞窟中出现了唐蕃艺术共存的现象，是唐蕃艺术在敦煌融合的重要案例。其中的吐蕃特色的八大菩萨曼荼罗，和弥勒经变中出现表现唐蕃联姻的婚嫁图，以及前室的吐蕃特色的北方毗沙门天王像，是敦煌石窟中保存下来的重要的吐蕃艺术图像，弥足珍贵。

主要用于虚拟仿真实验教学具体的知识点：

(1)吐蕃艺术特色的八大菩萨曼荼罗图像。主室东壁主尊卢舍那佛，虚空藏菩萨、弥勒菩萨、地藏菩萨、观音菩萨。此类图像在汉地艺术中非常少见。一窟中同时出现唐蕃艺术共存现象，实有重要的历史趣味在其中。

图18 瓜州榆林窟中唐第25窟东壁

[图18所示区域对应知识点：1.主尊卢舍那佛，禅定印，菩萨形。2.虚空藏菩萨，右手持剑，左手于左上方伸五指，身绿色。3.弥勒菩萨。4.地藏菩萨，轮王坐坐像，菩萨上身赤裸，身白色。5.观音菩萨。6.药师佛，侧身立于莲花上，身披田相纹袈裟，左手托绞胎药钵。]

(2)最为完整的弥勒经变故事画，其中的婚嫁图表现的是唐蕃联姻的场面，为仅有的图像遗存。

北壁弥勒经变：男女剃度、老人入墓、一种七收、嫁娶

图19 瓜州榆林窟中唐第25窟北壁

[图19 所示区域对应知识点：1.男女剃度。2.老人入墓。3.一种七收。4.嫁娶。]

(3)南壁大型观无量寿经变。其中的乐舞画面、建筑结构、建筑局部装饰、

建筑构件、菩萨人物画法、莲花池中的化生等均是同时期绘画中的代表作。

图20 瓜州榆林窟中唐第25窟南壁

[图20 所示区域对应知识点：南壁观无量寿经变：唐代最为流行的经变题材，刘宋畺良耶舎译《观无量寿经》作为主体部分的极乐世界，“未生怨”故事，宣扬“众生皆苦”的佛教思想。韦提希夫人决心皈依佛法，并采用十六种观想的方法，往生西方净土。]

(4)主室西壁门两侧的普贤变和文殊变。属于同时期敦煌石窟中同类经变画中的简约版，艺术价值高，画面清晰流畅，人物形神分明，用笔工整，用色协调。

图21 瓜州榆林窟中唐第25窟西壁文殊变、普贤变

[图21所示区域对应知识点：文殊乘青毛狮子、驭者昆仑奴，普贤菩萨出行时骑六牙白象，青狮、白象常为文殊、普贤画像的特征。]

 

 5. 莫高窟西夏第3窟

莫高窟第3窟是敦煌晚期石窟中的奇葩，是西夏艺术中的精品窟，与同时期莫高窟的其他众多的西夏洞窟区别很大，完全是另外一种艺术形式的呈现。本窟四壁完全是观音菩萨图像，南北两壁是二铺大型的千手千眼观音菩萨经变画，东西壁的人物是经变画相应的眷属人物。整窟是观音密法的一处道场，是西夏观音净土信仰流行的集中体现。绘画以线功为主，绘画艺术炉火纯青，是西夏时期的艺术精品和代表作。

主要用于虚拟仿真实验教学具体的知识点：

敦煌石窟中国画线描艺术的集大成者。

观音密法的一处道场空间。

独特的地仗层和用色技术。

感受西夏艺术的另一面。

(1)莫高窟第3窟观音密法空间复原

图22 瓜州榆林窟西夏第3窟北壁十一面千手千眼观音经变

(2)北壁十一面千手千眼观音经变及其眷属吉祥天、婆薮仙、护法金刚等  

图23 瓜州榆林窟西夏第3窟北壁十一面千手千眼观音经变

[图23所示区域对应知识点：1.吉祥天。2.婆薮仙。3.护法金刚：杵、轮、剑、铃、绢索等诸法器。]

(3)南壁十一面千手千眼观音经变中的飞天。其中线描用笔用色需要学生虚拟复原。