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摘要：随着信息技术的快速发展， AR技术在教育领域的应用越来越广泛深入。AR技术通过计算机将虚拟信息应用到真实信息中，二者有机叠加产生新的三维信息，增强人们对真实世界的感知与认知。在教育领域，AR技术提供了丰富、互动的学习体验，尤其适用于三维设计类课程。本文通过设计并研究基于AR技术的三维设计类课程辅助教学软件“神笔知道AR”，探索AR沉浸式场景化在提升学生学习体验提升、提高课堂转化率方面的独到优势，为AR技术在高校教育教学领域研究提供新思路。

关键词：AR技术 三维设计类课程 辅助教学 教育

1 研究背景

增强现实（Augmented Reality，简称AR）是借助近眼显示、感知交互、渲染处理、网络传输和内容制作等新一代信息通信技术，构建身临其境与虚实融合沉浸体验所涉及的产品和服务[1]。随着AR技术的不断进步，其在教育领域的优势也越发突出。AR技术可以将复杂抽象的概念可视化，帮助学生更好理解课堂上所学的内容，不仅提高了教学效率，还节约了获取实物物料的教育成本。此外，AR技术还能够打破地域限制，让不同地区的老师、学生聚集在一个虚拟课堂中上课，并且达到真实、实时的互动[2]，可见AR技术在教育领域的应用前景十分广阔。

三维设计类课程是高等教育课程体系的重要组成部分之一，主要开设于设计类和计算机类专业。该类课程需要学生使用三维设计软件制作三维模型、场景或动画，强调学生的实践操作能力，因此课堂教学方式通常由“教师讲解——教师演示——学生上机实操”等组成[3]。在三维设计类课程中学习并掌握三维设计的基本理论与技能对于学生而言至关重要，这不仅仅要求他们能够深入理解三维设计的基本原理和方法，而且还需要熟练掌握三维设计软件的基本操作，这其中涵盖了从三维模型的创建、编辑到动画设计及渲染等流程。

在三维设计类课程中上机操作部分一般是以图片或视频作为案例素材载体。对于没有相关学习基础或空间想象力较为薄弱的学生而言，仅仅依靠图片或视频素材较难在短时间内构建出清晰的三维模型设计思路，导致课堂进度迟缓，学习效率低下。此外，对于一门重视实操的课程而言，学生需要在课后通过大量的练习来提高操作能力，并且设计类的课程往往需要学生根据不同的情境提出具有针对性的设计方案，学生在巩固消化课堂所学的基础之上，需要对所学知识融会贯通，举一反三。因此，如果没有一种有效的自学途径，将大大影响知识点的转化率，导致事倍功半。

2 应用价值

2.1 在理论学习中的应用价值

AR技术能将抽象、晦涩难懂的物理模型以生动、直观、全面、交互的方式呈现在学生面前，特别是将这些模型融合在学生所在课室环境中，能够给学生带来一种沉浸式体验[4]。在三维设计类课程里引入AR辅助教学可以降低知识点的理解难度，沉浸式的学习体验可以增强学习的互动性和参与感，激发学生对于理论知识的学习兴趣。此外，AR技术结合大数据分析可以为学生提供个性化的学习路径和评估方法，这种定制化的教学有助于学生更好地理解和掌握知识，实现个性化的成长与发展。

2.2 在案例分析中的应用价值

在三维设计类课程的案例分析中，AR技术能够将经典设计案例的场景和细节逼真还原。学生仿佛置身于设计作品的实际环境中，可以近距离观察设计的细节和工艺，感受设计的氛围及其效果。这有助于学生能够更加深入理解设计背后的理念、方法和流程，培养设计鉴赏力和批判性思维。同时，AR技术还可以实现案例作品的交互式解读和对比分析，帮助学生更好的吸收和借鉴他人的设计经验。

2.3 在实验操作中的应用价值

在三维设计类课程的软件的实践教学中，AR技术为学生创造了一个虚拟的设计实验环境。对于复杂的设计流程或难以在现实中模拟的操作，学生可以先在AR虚拟环境中进行模拟设计。

以产品设计为例，学生不再仅仅依赖于二维图纸和平面渲染图来理解产品的形态和结构，通过AR技术，学生可以清晰看到三维产品模型，从不同角度观察产品的细节设计，进行交互式的旋转、缩放和拆解等操作，从而熟悉设计流程、掌握软件工具的正确使用方法，并预先评估设计的可行性和效果。这不仅仅能够提高学生的设计技能和实践效率，还可以降低实际操作中的错误成本，提升教学效果。

3 AR辅助教学App设计研究

3.1 设计意图

基于AR技术开发一款服务于三维设计类课程的教学辅助App“神笔知道AR”，教师可以使用该App设计教学案例，学生可以使用该App进行自学练习，相较于传统的图片或视频资源，AR技术可以更加直观清晰的展现案例素材的三维立体结构，从而降低理解难度，提高学习效率。通过在App上对建模步骤进行分解演示，为学生提供解决问题的具体方案，帮助学生构建建模思路，提高知识转化率。

3.2 应用功能

“神笔知道AR”涵盖三维设计类课程所涉及的多种素材类别，如游戏设计类、工业设计类、建筑设计类等，学生可根据实际课程需要选择合适的素材类别查看具体素材目录。并且为每个素材配备以下功能模块：

（1）AR效果展示

用户选中素材后，点击界面上的“效果展示”按钮，可在现实空间中观察到该素材的三维模型立体结构，用户可从任意角度观察模型细节，从而降低素材学习难度，提高学习效率。

（2）步骤分解演示

点击“步骤分解”按钮，可以将一个完整的素材模型按颜色划分为不同的子模块，且每个子模块将按照建模顺序进行编号；选中某一子模块后，屏幕左侧将播放该子模块的建模过程动画，从而分步骤展示素材模型制作过程，为用户提供具体的建模解决方案，拓宽设计思路。

3.3 应用开发流程

首先制作项目所需模型、动画及UI素材资源，然后将其导入Unity引擎搭建虚拟环境；再基于图像识别技术制作AR识别图用于图像识别；将制作好的素材资源导出成SDK开发工具包；最后利用制作好的UI素材资源进行App界面设计，再利用SDK工具包制作交互功能并编写代码；开发完成后便参与功能测试，开发成员再根据反馈结果调整参数模型，确保App的产品质量，最终打包进行产品发布。技术路线如图1所示。

3.4 应用效果分析

“神笔知道 AR”通过提供多类别素材的AR效果展示和步骤分解演示功能，拓宽教学的时间空间，丰富教学资源建设。通过AR效果展示功能，直观清晰的展现素材模型的三维立体结构，学生可从任意角度观察模型细节，降低学习难度，提高学习效率；通过步骤分解演示功能，提供具体的建模解决方案，帮助学生构建建模思路，提高知识转化率。

对于教师而言，将其作为一种新型的素材资源应用于课堂案例教学，可以降低案例素材理解难度，提高课堂教学质量；对于学生而言，可以将其作为一种更有效的自学途径，不仅有助于巩固消化课堂所学，还可以拓宽建模思路，提高知识转化率。

4 结语

将AR技术引入三维设计类课程教学，有助于降低学习难度，激发学生学习兴趣和参与度，提高空间想象力和创新力，同时将AR技术引入高校教育教学，有助于研究多样化的教学方法和评估方式，为优化教育教学改革，提高教学质量提供新途径。

参考文献

[1]孟亚楠. 虚拟现实下的隐私权研究[D]. 天津：天津大学，2020.

[2]叶玮芳，施晓晨. 智慧教育背景下小学红色德育策略创新研究——以浙西南革命老区为例[J]. 软件导刊（教育技术），2019，18（04）：23-25.

[3] 郝凤涛，翟红英，马思佳. AR识字辅助教学系统的开发与应用[J]. 科技资讯，2021，19（14）：36-39.

[4] 郑誉煌，卜国富，肖俐华. 基于增强现实的电磁学教学研究[J]. 科技资讯，2020，18（26）：16-18.

基金项目：广州工商学院大学生创新创业训练计划项目“‘神笔知道AR’——一款服务于三维设计类课程的宝藏App”（项目编号：XJ202313714369）

作者简介：（通信作者）王奕文（1993—），女，讲师，硕士研究生，主要研究方向为数字媒体技术、三维造型设计；吴超超（1995—），男，助教，硕士研究生，主要研究方向为软件开发、虚拟现实技术。