张苗苗，贺军亮，2，韦 锐，田建文，宋保平
（1.石家庄学院 资源与环境科学学院，河北 石家庄 050035；
2.河北师范大学 资源与环境科学学院，河北 石家庄 050024）
当前我国高校思政工作状况总体良好、成果显著，但由于受多元文化价值观影响，在当代大学生观念中也存在拜金主义、享乐主义和极端个人主义等不良思潮[1]，这些问题严重影响着大学生的成长.2016年12月，习近平总书记发表讲话指出新形势下高校意识形态的传播引导不能只依赖于思想政治理论课来完成，其他专业教育课程也应承担部分德育责任[2].“课程思政”正是对上述要求的直接回应，目前课程思政教学改革已成为全国高校的共识，越来越多的探索实践在各个学科及各个专业中如火如荼地进行着.
地理信息是国家重要的战略性资源，关系到国家主权、安全和发展利益[3].地理信息科学是研究地理信息数据采集、分析、存储、显示、管理、传播与应用的一门科学，被广泛应用于国土、交通、水利、规划等重要国民经济领域，作为地理信息科学专业的学生肩负重要责任，其培养目标不仅要有过硬的专业技能，更要具备优良思想品德.因此加强对地理信息科学专业学生的思想政治教育，提高他们的政治站位、家国情怀、国土安全意识等变得十分必要和迫切.目前国内地理信息科学专业思想政治研究成果几乎空白，有张书亮等[4]、张飞[5]等少数学者讨论课程思政教学对策和汪宙峰[6]的课程思政教师应对策略.
虚拟现实课程是高校地理信息科学、数字媒体技术、计算机科学与技术等专业的核心课程，它通过对真实环境的模拟，使用户具有身临其境的感觉，具有沉浸性、交互性、多感知性等特点，在进行思想政治教育及创新教学模式中具有先天优势[7，8]，但现有虚拟现实实验教学过程中大多采用传统的教师为主导的课堂教学方法，加上理工类课程缺乏人文气息，知识晦涩难懂，学生的学习兴趣不高，课堂上“低头族”现象普遍，教学效果不理想.在课程思政教学改革大背景下，结合学科特点开展思政主题的虚拟现实实验教学设计研究，对于提高教书育人工作的实效性具有重要意义.
2020年5 月，教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》[9]，明确要求将中华优秀传统文化教育作为课程思政建设重点内容之一，井冈山、遵义、延安、西柏坡等红色故地、革命先烈故居，承载着老一辈革命家的革命情怀与优良作风，具有鲜明的政治引导、文化育人的功能[10]，是进行虚拟现实课程思政教育的优质教学资源[11].本设计以石家庄学院地理信息科学专业虚拟现实课程为例，分析西柏坡精神的当代教育价值，提出西柏坡中共中央旧址虚拟现实实验方案，并设计出实施课程思政的教育教学思路，为高校地理信息科学、数字媒体技术、计算机科学与技术等专业开展课程思政教学工作提供参考.
20世纪40年代末，党中央、毛主席相继进驻西柏坡，居住和办公场所条件大都非常朴素简陋，多是借用当地居民的土坯房.尽管环境艰苦，党中央、毛主席还是在此开展了全国土地会议，组织指挥了辽沈、淮海、平津三大战役，召开了七届二中全会[12].西柏坡作为中国共产党历史上标志性的革命圣地，见证了中国共产党带领中国人民为赢得解放战争最后的胜利而进行的奋勇斗争和丰功伟绩，是典型的红色资源.
西柏坡精神是指以毛泽东为首的党中央在驻西柏坡期间，所体现和创立的一系列革命精神[13]，作为石家庄市属高校，地域上最靠近西柏坡精神的诞生地，具有鲜明的地方特色，学生从空间距离上可触可达，从情感体验上可感可知[14].在专业课程中融入西柏坡精神，弘扬西柏坡精神，对当代大学生理想信念、艰苦奋斗、团结协作、科学创新、遵纪守法教育具有重要的意义.西柏坡精神对当代大学生具有重要的现实教育价值，西柏坡精神所蕴含的品德和人格培养等功能是一种不竭的教育资源和文化血脉，成为影响大学生形成正确世界观、人生观和价值观的有效载体，起着不可替代的作用[15].因此要充分利用这一红色资源，加强对大学生的革命传统教育，使当代大学生着眼于自身的全面发展，从西柏坡精神中汲取有益于自身健康成长的内容精髓和力量源泉，全面提高综合素质，敢于承担历史重任.
西柏坡红色资源包括中共中央旧址、中央宣传部旧址、中央部委旧址、中央组织部旧址等系列革命遗址，实验选取最具代表性的革命遗址——中共中央旧址（以下简称旧址）为研究对象，通过搜集相关材料，利用虚拟现实技术、三维GIS可视化技术，借助ArcGIS、Skyline、3ds MAX软件平台，构建旧址三维虚拟场景，结合GIS空间分析成果，深刻学习领会革命先辈的艰苦奋斗精神，实验技术路线如图1所示.
图1 虚拟现实实验技术路线
2.1 数据收集与预处理
为创建真实的地表和地物三维虚拟模型，需要借助文献查阅、现场调研、实地踏勘、网络搜索等途径，收集研究区域内的地表高程数据、遥感影像图、地物平面布局图及关键构件测量数据、地物相片、地物属性等数据，对于已收集的原始数据做以下处理：
1）地理空间数据处理
数字高程模型和遥感影像是构成三维地表模型的基础数据，需要利用ArcGIS软件将地表高程数据生成数字高程模型，并对遥感影像数据进行校正、裁剪，使影像与数字高程模型匹配.
2）纹理库建设
丰富的纹理能够让三维场景模拟更为逼真自然，是模型真实表达的重要因素，模型纹理数据主要是通过Photoshop软件对地物相片进行裁剪、旋转、扭曲、调整图片色彩等处理获取完整和真实的纹理数据.
3）属性库建设
属性库用于支撑属性查询，需要将收集的旧址地物属性信息，按照编码、名称、简介等进行分类整理，建设旧址地物属性库.
2.2 虚拟场景三维建模
根据对现场的实地考察、现场拍照情况、资料的收集和建模方法，可以将旧址的虚拟场景三维模型分为地表模型、房屋建筑及其附属设施模型、自然景观模型三大类.地表模型用于模拟旧址周边区域的地形地貌；
房屋建筑及其附属设施模型主要包括老一辈革命家住所、重要会议场所以及旧址大门、围墙、路面等附属设施，是构成虚拟场景的主体部分；
自然景观主要包括旧址周边的树木、花池、草坪等自然景观，用于美化丰富场景，使场景表达更加逼真.
1）三维地表模型建模
通过Skyline的TerraBuilder模块实现地表模型的快速建模.新建工程时，需要根据数据所属坐标系统选择地理坐标系或平面坐标系创建工程，然后利用.mpt工具将遥感影像数据与数字高程模型进行快速融合，生成其特有的三维地形数据集文件.
2）三维实体模型建模
目前ArcGIS、Skyline、SuperMap等主流GIS软件都提供了简单几何体三维建模的功能，但模型表达较为粗糙.为高度还原现实场景，实验采用广泛应用于城市设计、古建筑复原、辅助教学等领域的三维建模软件3ds MAX，创建旧址建筑物及其附属设施三维模型.
建筑物及其附属设施采用多边形建模方法，依照“主体建模→特征表达”顺序进行建模.建模过程中，参照旧址平面分布图和建筑物测量高度信息，利用挤出操作创建模型大致的主体轮廓；
细节部分通过对基本模型的切割、挤压等方式进行表达.对物体进行切割时，为减少点线数据冗余，只对涉及的面片进行切割操作，并删除多余面片、节点.模型贴图时，基于已有模型纹理库素材和标准材质球，通过UVW方法为模型附着材质，为便于后期数据维护，模型材质球命名需要与模型保持一致.
3）景观模型建模
真实环境中的花草、树木等物体，外形杂乱具有较多的分支结构，通过实体建模会产生大量的多边形，给系统运行造成很大压力[16]，在不同软件数据转换过程中3ds MAX创建的透明贴图模型材质容易丢失，因此可直接从Skyline软件平台三维模型库选取合适的模型替代景观三维建模.
2.3 虚拟三维场景创建
1）三维模型整合
实验通过Skyline的TerraExplorerPro模块进行不同类型的三维模型整合.三维实体模型导入TerraExplorerPro时需要进行格式转换，通常采用3ds MAX内置插件将模型转换为.x格式文件，再利用TerraExplorerPro中MakeXpl工具转换为其特有的.xpl2文件格式在三维场景中加载，但转换过程中经常会出现材质丢失的情况，导致模型无法正常显示.针对该问题可将3ds MAX模型导出.FBX格式，再利用SimLab Composer软件转换为主流的三维格式.dae格式，再导入到三维场景中，以解决数据转换中贴图丢失问题.
2）地物属性设置
根据地物属性库中存储的信息，在TerraExplorerPro三维场景分别为每一个模型添加属性标签，完善模型编码、名称、简介等信息，当鼠标点击某一标签时能打开属性框，显示其属性信息.
3）三维虚拟场景渲染
TerraExplorerPro提供了多种特效画面，如粒子效果、骨骼动画、动态水面、环境特效等，为达到极富现实感的可视化效果，在三维场景中对系统光照、阴影、云层、雨雪雾天气效果等进行设置，增加三维对象的真实感，旧址三维虚拟场景如图2所示.
图2 旧址三维虚拟场景
2.4 多专题空间分析
基于已创建的旧址三维虚拟场景，结合地理信息科学专业特点，开展多专题空间分析，使学生对于旧址空间分布、西柏坡时期的历史、西柏坡精神内涵等有更加直观、深刻的认知和体会.
1）虚拟场景漫游
通过演示工具创建三维场景自主漫游路径，全方位、自动化提供旧址导览服务，精准便捷地展示旧址历史风貌，使学生具有身临其境的感觉.
2）空间查询定位
通过属性查询定位实现对各类地物进行快速检索与定位，通过展示旧址故居简介、图片、历史事件等信息，让学生充分了解中国共产党在西柏坡时期的珍贵历史.
3）空间量测
借助空间测量工具在三维空间内量测旧址地物的距离、坡度、面积等空间分布特征，通过低矮、拥挤的住宅群感受革命先辈艰苦朴素的生活.
4）动态视域可视分析
通过视域分析工具快速获取三维沿线各点的可视范围，直观分析旧址各个观察点在空间中视觉上的通达性，效果如图3所示（图中绿色为可视范围，红色为不可视范围）.
图3 动态视域可视分析
3.1 实验准备
课程思政实施的前提是学生对课程感兴趣，能够建立学术志趣，但往往理工科开设的课程专业性较强，内容相对乏味、枯燥，学生学习压力较大，成就获得感低，因此教学题材的选取、内容设计等显得尤为重要.实验以西柏坡红色资源为研究对象，相较于抽象的物体，题材故事性较强且更加鲜活有吸引力，学生更容易感受课程魅力.同时以成果为导向，在实验开展前，教师提前将实验素材发放给学生，结合与实验素材相关的人物故事、红色历史事件等讲述实验背景、目的、内容等，以小组形式布置实验任务，让学生在具体任务推动下，将分散的知识点串联起来，以此持续激发学生学习热情.学生在实验开始前需要对实验素材进行整理分析，并根据实验要求进行相关材料的补充完善，如收集西柏坡时期的红色故事完善属性库、整理收集原始相片补充纹理库等，学生通过前期准备工作重温西柏坡时期的革命历史，在思想上初步认知西柏坡精神.
3.2 实验教学
在实验教学过程中，由于在移动互联网时代的背景下，学生的知识获取变得碎片化、价值取向趋于多元化、信息来源更加丰富化，学生的学习习惯、态度、方式等都在不断发生着变化，教师的教学模式也随之改变.西柏坡虚拟现实实验教学采取线上线下混合式教学方式开展，教师根据教学内容提前将碎片化的知识录制成微课发布至线上教学平台，学生可以通过移动端自由选择时间观看学习.学生在自主学习过程中可以通过弹幕形式匿名发送问题，既解决了个别学生羞于提问的难题，又让老师及时掌握了学生学习动态，排除学生与教师之间的沟通障碍.教师在课上将重点集中解答学生在学习过程中遇到的问题，增加课程的互动性，提升学习成效.在课上实验过程中，通过组内合作、组间竞争的方式，增加学生紧张感与危机感，激发学生创新思维，提高学生解决问题的能力及团队协作能力，同时通过对实验素材的处理及虚拟场景的创建，学生从历史背景、空间位置、地理布局等方面全面、直观了解西柏坡红色资源，重温中国共产党在西柏坡时期的光辉革命历史，加强对于西柏坡时期历史人物事件及内涵精神的情感体验.
3.3 实验总结
实验完成后，结合虚拟现实实验、思政课外实践活动、自我学习认知等，开展以学生为主体的师生之间、小组之间的专业技能、思想收获的总结分享活动.各小组将其涉及的人物故事、精神内涵、思想收获以及通过实验所掌握的专业技能等信息进行分享交流，提升学生思想政治教育及专业技能实效.分享交流环节以学生作为信息输出主体，改变学生被动灌输的教学方式，调动学生主观能动性，让课堂真正的“活起来”，使学生拥有强烈的参与感，增强实验教学效果；
教师对学生分享讨论内容进行答疑解惑，并联系生活实际以历史人物故事感召学生，潜移默化地引导学生把崇高的理想信念认知内化为坚定的个人信仰，实现立德树人的教学目标.
课程教学思路如图4所示，整个实验过程引入混合式教学模式、成果导向教学理念、视频弹幕提问、小组合作、组间竞争等元素丰富实验教学体系，在课程价值引领、能力培养、知识传授过程中凸显青年属性，提升课程教育的吸引力、亲和力和针对性.同时根据实验前、中、后三阶段不同任务特点、学习特点，在遵循实验教学的基本原则下，在不同教学阶段渗透思政教育内容，进行“润物细无声”的思想教育，同时基于思政事例故事性特点增强专业课程教育的感染力[17]，以此实现专业教学与思政教育的深度融合与协同发展.
图4 虚拟现实课程思政教学思路
实验以高校理工类地理科学类专业核心课程为例，结合学科特点，挖掘专业课程蕴含的思想政治教育元素，将西柏坡精神融入到实验教学过程中，形成与专业相结合的特色教学素材.通过直观展示革命遗址历史风貌使红色教育资源变得鲜活，又继承思政实践课外活动教学内容，增强学生对于革命精神的领悟.相对于传统虚拟现实实验，融入思政教学元素使实验故事性更强，加深学生对虚拟现实技术的抽象理解，提升实验教学效果.通过该教学实验的实施，既完成了专业技能教学目标，又实现了学生思想政治素养的培养，专业课程融入思政元素，增强专业教学的育人功能，有力支撑大学生健全人格的塑造培养，值得在高校虚拟现实类课程思政教学案例中推广应用.
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