面向高校教學場景的多元化全息教學資源構建

中圖分類號：G434文獻標識碼：A論文編號：1674—2117（2025）17—0100—04

引言

隨著信息技術的快速發展，教育數字化已成為我國開辟教育發展新賽道和塑造教育發展新優勢的重要突破口，我國已進入教育數字化轉型新階段。2021年發布的《5G應用“揚帆”行動計劃（2021——2023年）》及2022年發布的《虛擬現實與行業應用融合發展行動計劃（2022—2026年）》[2]，強調了全息技術在教育領域的應用潛力，為全息技術在高校課堂教學應用提供了政策支持和發展方向。2024年印發的《關于用好超長期特別國債加強教師教育基礎設施建設的通知》，首次將全息教學與虛擬仿真、沉浸式教學等并列為核心支持方向，明確提出要“以技術創新驅動教學場景重構”，為全息教室的普及按下了加速鍵。全息技術作為一種新興的教育技術，通過創建三維立體的虛擬圖像，可以讓學生與虛擬教師進行互動，觀察和操作三維模型，甚至在虛擬環境中進行實踐操作。這種教學方式不僅可以激發學生的學習興趣，提高學習效率，還可以突破時間和空間的限制，實現個性化教學和沉浸式學習。[3]

筆者所在學校積極適應教育教學發展規律，于2023年建設了全息教學應用場景，但在教學應用過程中，存在全息資源匱乏且學校現有三維資源利用率低，輕量化三維資源生產工具缺失，全息課件與教學內容精準匹配困難、應用效能低，終端交互渠道單一等現實問題，影響了教室使用率和教師授課體驗。教師的主要職責是研究課程，而技術人員的職責是實現功能，因此，如何將二者擬合，在關注課程構建的同時，建立多樣性、針對性的教學配套全息課件資源，助力全息技術教學應用，便成為教育技術領域所面對的新課題。

高校全息教學資源現狀及問題

1.全息資源匱乏且現有三維資源利用率低

當前，全息教學依賴專業團隊定制化開發，單個3D模型開發周期長，如醫學解剖模型需2～3個月，即使一個細胞模型也需要2～3周。資源費用高，有些視頻資源按秒計費，導致資源總量少更新滯后，難以滿足學科多樣化需求。

部分學校前期雖然已購置VR頭盔等硬件，并積累部分VR教學資源，如虛擬發動機拆解、黨史展館題材，但因技術壁壘，VR與全息系統數據格式、交互協議不兼容以及跨品牌授權問題，無法直接在全息服務器中提取并進行演示，導致資源重復建設、無法跨平臺復用。

2.輕量化三維資源生產工具缺失

傳統小型物體建模依賴專業級掃描設備，如工業級三維掃描儀，其價格昂貴且操作復雜。教師自主采集實物教具，如文物演示、機械零件等，缺乏低成本的工具，導致“最后一公里”資源建設卡點。同時，資源創作門檻高，教師若自制三維模型，需掌握Blender建模+Substance Painter貼圖繪制+Unity引擎部署，學習成本過高。

3.全息課件與教學內容精準匹配困難

全息課件與教學內容的精準匹配是一個復雜的過程，需要綜合考慮課程標準、教學目標、學生特點等多方面因素。由于缺乏有效的匹配機制和工具，教師在選擇和使用全息課件時，往往難以找到完全符合教學需求的資源。加之高校課程種類繁多，教學內容豐富多樣，不同學科、不同課程的教學重點、難點各不相同。同時，現有的三維資源多由技術公司代工，缺乏對具體教學內容的深人分析與個性化訂制，很難嵌入教學邏輯，缺乏分步驟的知識拆解動畫，更無法做到體系化的整套課程資源匹配，基本為散點課件展示，這就導致全息課件與教學內容之間存在脫節現象，影響了全息技術與教學過程的深度融合，因此教學場景也多停留在公開課等展示層面。

4.終端交互渠道單一

現有全息教室運行主要通過全息教學主機服務器，需要將教學PPT以及搭配的全息素材如視頻、圖片以文件形式進行上傳和編輯，最終形成.vedu格式的專有文件。此外，出于知識產權考慮，教師原創課件因在公共教室的公共設備上運行，缺乏設備級加密，影響了教師創作和分享優質教學資源的積極性。

多元化全息教學資源構建策略

1.盤活存量

構建一個多元化、多來源的全息教學課件資源庫，整合學校現有VR資源、公開資源、三維建模資源以及全景沉浸式場景資源等，實現不同類型教室間資源的高效復用。

2.智造增量

整合適配高校教學場景的沉浸式資源快速生成工具集，實現利用360高清全景攝像頭、輕量化移動終端及相關軟件進行場景空間和小型物體三維建模，以及人工智能輔助建模，降低全息教學課件制作的門檻。通過系統培訓使教師具備通過輕量化工具自主創建和編輯全息教學模型的能力。

3.泛在交互

打破應用效能低、應用僅停留在展示層面的困境，通過對全息系統進行終端多樣性改造，打造“泛在化+安全性”的交互生態，搭建支持筆記本、平板、手機等多終端投屏交互及相關操作的全息交互系統，動態資源適配與多終端接入機制，實現“跨平臺無縫切換+知識產權保護”的安全化教學應用。

全息教學資源構建實踐

1.存量資源復用

重點關注VR資源如何能在全息智慧教室中投屏應用。具體可以通過不斷測試調優，利用電腦控制軟件或第三方通信平臺的屏幕共享，實現畫面抓取功能，再進一步利用VPIXEL幻影投屏工具，將電腦畫面投屏至全息投影幕上，由此，可解決投屏過程中可能出現的兼容性問題、畫面質量下降及VR眼鏡頭盔操作不便捷等問題，進而實現VR資源在全息教學場景中的流暢展示與互動。

2.輕量化自建資源

在高校教學場景中，Insta3608K全景相機憑借其超高清畫質、智能防抖及輕量化特性，成為校史館、紅色場館、實驗空間等場景數字化采集的核心工具。這些孿生場景素材為學生提供了身臨其境的學習環境，使他們能夠在課堂上領略到豐富、真實的歷史文化，感受紅色精神的洗禮，深人了解實驗過程以及熟悉教學場所的布局。

LiDAR傳感器與RealityComposerApp的結合，為輕量化三維建模提供了移動端解決方案，尤其適合高校教學場景中快速構建小型物體全息模型，如文物、雕塑、擺件等進行掃描和建模。通過激光雷達掃描，可實時獲取物體表面的幾何輪廓與紋理細節，尤其在博物館等弱光環境下進行文物掃描仍能保持高可靠性。其優點在于輕量化、便攜，30分鐘即可完成單個小型物體的三維模型制作，且精度可達毫米級，而成本較之專業掃描儀大幅降低。

探索利用人工智能技術輔助全息3D立體教學課件的生成，TripoAI支持通過文本描述或上傳單張/多張圖片快速生成3D模型。經過輸入關鍵詞或上傳圖像后，系統基于數十億參數的通用3D大模型，可在10秒左右生成帶紋理的3D網格模型，并允許進行動畫綁定、結構調整等二次編輯和優化，經過5分鐘優化后，模型質量接近手工制作水平。而且，師生無需復雜的建模技能，也能通過簡單操作實現教學資源的個性化創作。

另外，為了規范資源生產流程，制訂了基于360攝像頭、建模軟件、人工智能生成軟件的輕量化資源生產流程與規范。這些流程與規范詳細介紹從素材獲取到最終課件生成的各個環節，為教師提供了清晰的操作指南。同時，適時開展教師培訓，通過舉辦專題講座、實踐操作培訓、在線課程等多種形式，幫助教師熟練掌握工具的使用方法，提升他們自主創建沉浸式場景及小型物體全息模型的能力。

3.多渠道獲取資源融合

在獲取了多渠道的全息素材后，就可以著手整合這些資源，建立一個系統化、標準化的全息教學課件資源庫，方便教師查詢、調用和管理。

① 探索包含視頻、3D模型、VR虛擬場景、360全景視頻等在內的多形態全息教學資源與傳統課件的融合方式，提升教學內容的豐富度與表現力。

② 提出“1+X”融合模式：必選PPT放映，可選全息視頻、360全景視頻、全景圖片、VR、3D模型等投屏資源。例如，在講解歷史事件時，教師可以將3D歷史場景模型結合到全息課件中，通過簡單的操作展示，讓學生仿佛置身于歷史事件發生的現場，極大地增強了教學的吸引力和感染力。另外，為了進一步提升教師的教學創作能力，筆者所在學校優化了多模態融合的全息教學課件編輯工具（如下圖）。該工具具有簡潔直觀的操作界面和強大的功能模塊，支持拖拽文件即可整合多種教學素材，實現教學內容的個性化搭配。教師可以根據教學目標和學生的實際情況，靈活地選擇和組合不同格式、形式的全息資源，打造獨具特色的教學課件，滿足多樣化教學需求，進一步解決全息課件與教學內容精準匹配困難的問題。

4.全息系統終端多樣性改造

為了實現多終端的無縫連接與流暢投屏，筆者所在學校對全息系統進行了全面的技術升級和改造。

① 通過引入先進的投屏設備和優化系統架構，探索筆記本、平板、手機等多終端與全息系統的投屏交互技術。

全息教學系統編輯平臺

② 在全息核心主機上增加無線投屏接收模塊，教師的筆記本電腦接入無線投屏發送模塊與全息核心主機建立無線連接，教師的智能平板與智能手機等移動終端則可以通過其自帶的無線投屏功能連接到全息核心主機上的無線投屏接收模塊，從而與全息核心主機建立無線高速連接。通過這種低延遲的無線投屏技術，可將教師的筆記本電腦、智能平板、智能手機等終端的內容實時傳輸至全息核心主機，并利用全息影像轉化和融合技術，與授課教師的全息影像進行實時疊加顯示，且可在任意全息教室立體呈現。這就構建了“泛在化+安全化”交互生態，極大豐富了課件素材，保證了素材的熱度和鮮度，同時也有效保障教師的知識產權及教學資源的安全。

結語

本研究針對全息教學系統在高校教學場景中存在的資源供給不足、工具門檻高、交互渠道單一等核心問題，提出了“盤活存量/智造增量/泛在交互\"的資源建設策略，以及“資源復用+輕量化自建+多模態融合”的解決模式，并注重多終端泛在化交互系統的技術突破。該模式不僅注重對所在學校現有資源的深度挖掘和復用，還利用輕量化生產工具，使教師能夠自主創建和編輯三維教學課件，解決了資源建設工具缺失及建設難度大的問題，實現了資源的可持續增建和個性化定制，為全息教學提供了豐富多樣且貼合實際教學需求的素材。

當然，全息教學作為一個快速發展的新興技術，其在教學資源獲取和應用方面仍有改進和亟待完善之處，如需要建立長效的資源更新機制，確保全息教學資源的時效性和準確性。同時，要進一步拓展資源獲取渠道，與更多文化機構、科研單位合作，獲取更豐富的場景和物體素材，以滿足不同學科、不同課程的教學需求。此外，要加強對教師在全息教學資源的理解和應用方面的能力培訓，鼓勵教師在更多課程和教學環節中嘗試使用全息教學，探索和創新教學模式、方法。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.十部門關于印發《5G應用“揚帆”行動計劃（2021—2023年）》的通知[EB/OL].ttp：//www.moe.gov.cn/jyb_xxgk/m0e_1777/m0e_1779/202108/t20210830_555906.html.

[2]中華人民共和國工業和信息化部.工業和信息化部教育部文化和旅游部國家廣播電視總局國家體育總局關于印發《虛擬現實與行業應用融合發展行動計劃（2022—2026年）》的通知[EB/OL]J.htps：//www.mit.gov.cn/jgsi/dzs/wjfb/art/2022/art_3ebd54d32dd04668abe4066182578032.html.

[3]趙瑞斌，楊現民，張燕玲，等． ∵G+Al ”技術場域中的教學形態創新及關鍵問題分析[J].遠程教育雜志，2021（02）：44-52.e

作者簡介：史萌，管理學碩士，工程師；鄒林茜，哲學碩士，助理研究員；郭帥，工學碩士，助理研究員。

基金項目：教育部2023年產學合作協同育人項目“基于數字資源的5G全息技術教學實踐研究”（編號：23070530921008）；卓越本科教育教學管理服務創新研究與實踐項目“基于數智化教學環境的教學模式適配度研究”（編號：ZYGL-202550）。