AR技術應用于產品設計史論教學實踐研究

吳彥 李柯曄

摘? 要：隨著移動技術、人工智能等新興技術的快速發展，技術賦能教育前景廣闊。圍繞增強現實技術（Augmented Reality，AR）的技術特點，探索基于AR技術教學應用的特點，并試圖將其運用于產品設計史論教學實踐中。通過構建體驗式教學場景，設計探索式教學策略，建立基于互動的教學評價體系，以提高產品設計專業教學質量。研究證明，有效地使用AR技術在加強學生理論學習與知識提升方面具有較大的教學優勢。

關鍵詞：增強現實技術;產品設計史論;教學實踐

在“互聯網+教育”教學改革的號召下，通過探索各種教學輔助工具來豐富教學內容，強化和提高課程效果與課程質量，已成為教學改革的重要研究方向。研究者認為，AR技術使教學信息搜索更加便捷，人機交互更加自然，與移動學習相輔相成，集文本、圖文、視頻等多種界面交互優勢，能夠提高學習的有效性[1]，在提升教學效率方面可以發揮積極作用[2]。在產品設計專業教學領域中，AR技術在研究和實踐中多集中于產品造型與產品可視化。本文意圖將AR技術應用到產品設計專業理論教學實踐中，通過構建虛實融合的教學環境，將教學對象直觀呈現在學習者面前，增強真實感與體驗感，以提升學習者的認知深度，激發學生的學習熱情，提升學生的創新能力，從而達到預期的教學效果。

一、設計史論課程教學的內容與特點

產品設計史是產品設計初學者必學的專業課程和理論基礎[3]，其教學目標是讓學生了解現代設計變化與發展的背景，掌握產品設計的內在動機以及社會環境，從而為客觀的產品評價奠定理論基礎。但是在實際的教學中，模式比較單一的理論課程與多樣的實踐課程的課堂反饋中，明顯感覺到學生的積極性有差異。對設計史論課程的不重視或者以傳統的歷史理論學習方式都不利于學生對設計的理解。很多學生在實踐后期，甚至步入工作時才開始逐漸認識到了設計史論的重要性。周春花認為設計史課程最核心的意義在于，協助學生進行設計理論的歷史框架構建，培養學生的分析綜合能力，為其設計實踐提供豐富的養分，促進學生自我設計思想的形成[4]。龐莉從設計與社會的關系對設計理論課程改革進行分析，設計理論的學習還有助于培養學生的全局視野。對于每一位設計從業者來說，他們的設計活動不僅僅只是為了創造出商業價值，同時也參與了當代社會文明的構建，作為將來步入設計行業的設計學習者要擔負著關乎生活、藝術、環境、文化等多個層面的責任[5]。

設計史論課程針對的是本科一二年級的學生，剛剛開始接觸設計學科，還沒有對設計學科建立整體認識，同時，由于缺乏充分的設計實踐也無法對理論知識產生深刻的理解，這些均導致了教學質量不容樂觀。傳統的設計史教學方式基本以時間為線索來講解各種流派的發展，導致課程學習僅僅停留在對設計現象和設計作品的表面分析。處于被動接受理論教學的學生們，很難對這些文字表述的內容產生興趣。在設計史論教學實踐中，多數研究者從課程體系和課程內容角度入手，提出交互式教學、反思式教學、探究式教學等教學理念。

但是人工智能時代的到來使得技術與教育的結合成為必然趨勢。如何通過技術賦能，將先進的教學理念與技術進行融合，改善傳統的產品設計史論教學是本文探索的重點。基于增強現實的教學實踐已經在很多非正式學習環境中被廣泛運用，如博物館、美術館、科技館等非正式學習環境中利用AR技術講解史論知識，反饋其效果顯著。

二、基于AR技術教學應用的特點

AR技術是利用現實世界與計算機生成數據的交疊，計算機生成的數字對象與物理世界的實時視圖混合。與VR（虛擬現實）所不同的地方在于，VR技術借助設備使觀察者完全沉浸在人工模擬非真實世界之中，而AR技術允許使用者依然可以看到真實的世界，并可通過額外的信息與虛擬對象對其進行豐富，更加適合教學實踐。Azuma認為AR同時滿足虛擬現實融合、實時交互以及在3D空間中精準注冊的特性系統[6]。基于此三個特點總結出AR技術教學實踐具有以下特點：

（一）基于虛實結合視圖的可視化呈現

美國心理學家Spiro提出了認知靈活理論，其認為教學活動應與具體的情境相結合，將教學目標中需要講解的概念具體到實例之中，避免過于抽象的概念講解。AR技術強調虛實結合，強化真實而非完全以虛擬空間模擬環境。AR技術的虛擬成像技術可以呈現教學內容，學生可以在教室或者實驗室，甚至任何地方觀察教學的對象，通過真實地呈現，方便學生觀察物質規律，優化教學效果。AR技術構建具有“真實感”的教學環境，可讓學習者在設計好的教學環境中感知與真實物理世界相似或者相同的認知體驗。AR技術可輔助構建的情境式教學環境對激發學生的探索發現意識有獨特優勢。

（二）基于有形表面的實時交互

AR技術的互動性為教學方式提供了一個全新的視角。通過VR眼鏡或者移動手機等平臺，AR提供了可供使用者自然地與現實交互的用戶界面，使用者通過行為或者動作觸發增強現實視圖，可在有形表面或者空間中操作指令。情境認知理論中對于知識的闡述，認為知識是具有情境性的，包含在活動、背景以及文化產品之中，且在活動、背景以及文化之中被不斷地運用與發展。通過介入AR技術的教學過程中，學生可利用實時操作交互以及多感官的輸入信息等多種認知交互方式，以一種更為主動與全身心投入的方式來處理教學內容，從而促進教學效果的提升。

（三）基于用戶內容創作的協作能力培養

教學媒介的多元化發展有助于教學形式的多樣化與形象化，對AR技術來說，其通過物理在場教育的補充，打破了傳統的課堂教育模式。學習者可以在學習過程中提出或搭建自己感興趣的模型和物質，以及與他人互動場景，在各種感官實時交互的前提下，學生自主獲得真實的認知體驗。AR技術為教育者和學習者都提供了一個允許用戶之間進行協作和探索的平臺。研究證明，其在促進教育范式的多樣化中，學習者從被動的知識積累過渡到包含感知理解、探索、體驗、自我學習和培訓等的認知范疇之中[7]。

三、AR技術在產品設計理論教學中的實踐應用

（一）搭建體驗式教學場景

在建筑學專業教學實踐中，通過三維建模等方式將一些經典建筑實例導入AR平臺中，利用AR空間投影的方式將這些經典的建筑展示出來，讓學生在課堂上以更加直觀的方式觀察建筑內部的三維結構。這種“真實感”的體驗讓學生更易融入學習的氛圍，亦加深對學習對象的記憶，更好地獲取知識[8]。設計不是無本之源。產品設計史論教學需要讓學生了解到一些優秀的產品設計以及它們產生的原因。一個好產品的誕生，必定有其豐富的歷史文化傳承以及時代背景。產品設計風格與產品的使用空間或者社會風潮是密切相關的。利用AR技術構建具有“真實感”的場景回顧是整個教學過程中最重要的一步，通過這種場景再現彌補傳統產品史論教學環境的不足，直觀呈現教學內容，讓學生獲得感性認知。這種體驗式教學實踐方式可培養學生的知識遷移能力，學生對產品的思考不再局限于某種風格的討論之中，而是將其置于某一社會歷史情境之中去理解設計背后的動機，只有讓學生在體驗中真實地感受到理論的魅力和與現實的關聯，才能激發他們繼續探究的興趣，并可能將這種思考的過程遷移到將來的設計實踐和研究之中。

（二）設計探索式教學策略

教學策略是指為了達到某一教學目的而采用的不同教學手段。如學生可通過一款名為JigSpace的學習工具（如圖1），在空間中探索物體的虛擬3D模型，并將交互式3D模型投射在AR中，通過對教學內容的拆解與分析以了解物體的內部構造，使學生獲得最直觀的感受。同時，在一些工程操作中，AR技術的導入可解決一些書面信息和說明對工程操作帶來的困難，亦可提高相關領域培訓或學習效率[9]。在產品設計史論教學中，教師可提供一些實際的案例和思考題，運用探索式的教學方式指導學生理解一些概念與原理，也包含引導學生們通過閱讀、實驗、思考和討論等方式去自主探究議題。例如，在對一些優秀產品設計的形態設計進行分析講解之時，學習者不僅要了解產品的設計動機與外形之間的關系，對于內部結構、材料和制作工藝等方面也要深入了解，這就需要學生有很強的空間想象能力，在增強現實空間中，教師引導學生進入情境，學生可以在互動和刺激的環境中理解和應用概念，感知已有模型和人工制品或創建自己的模型。同時利用AR技術多用戶協作空間可以添加社交、競爭或合作組件。此外，AR顯示的視圖在現實和已創建的世界之間幾乎沒有察覺的界線這一特點，提供了一種不同于完全沉浸的真實感。這種基于AR技術的探索式教學方法可調動學生主觀能動性，從而完成對設計產品內部結構的知識構建。

（三）建立基于互動的教學質量評價

不同于傳統的平面化教學，AR技術不僅可以搭建體驗式教學場景和平臺，充分調動學生的積極性，將被動式學習轉化為自主探索式學習，如凱斯西儲大學醫學院的學生通過HoloLens在數字尸體上解剖虛擬組織輔助教學實踐（如圖2）。究其實質，AR技術介入教學活動之中改變了傳統教學活動中教與學之間的互動關系。學生由外部刺激的知識被動接受者轉變成知識的主動構建者，這種角色的轉換達到了創新性實驗教學所倡導的培養學生自主學習與創新能力，促進教學效果的最優化[2]。同時教師的角色在此過程中也從直接參與者轉變為組織者、引導者，主要表現為協助學習者進行體驗活動、引導學習者思考與交流、幫助學習者進行反思與總結。在此教學實踐中，不能再以傳統的教學質量、評價方式來評估教學質量。建立基于互動的教學質量評價，需要結合教學場景搭建體驗感，教學策略的設計，教與學在實踐中的互動程度以及學生的自我學習與探索的積極性都密切相關。

四、結語

研究表明，AR技術所表現出的特性在設計史論教學活動中具有很大的教學優勢。通過搭建體驗式教學場景，運用設計探索式教學策略以及建立可產生良好互動的教學質量評價來激發學生的學習動機，有助于培養學生的探索意識和自主學習能力。現有的技術為教學實踐提供了多種多樣的選擇，每種選擇都有不同的學習潛力和特定的教學設計標準，但這些依然只是教學輔助工具，一種教學形式與手段，它可以更加直白與形象地展示教學內容，但更深層次的探討與思考并不是技術能給予的。以此為基本原則再去思考教學改革，才能讓未來的理論教學改革發展得更有意義。

參考文獻：

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[3]張白露.“工業設計史”課程意義、現狀與教學方法[J].藝術研究，2019（3）：124-126.

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[8]Neumann U， Majoros A. Cognitive， performance， and systems issues for augmented reality applications in manufacturing and maintenance[C]//Proceedings. IEEE 1998 Virtual Reality Annual International Symposium （Cat. No. 98CB36180）. IEEE，1998： 4-11.

[9]Scaravetti D，Doroszewski D.Augmented Reality experiment in higher education， for complex system appropriation in mechanical design[J]. Procedia CIRP，2019（84）：197-202.

作者簡介：吳彥，華僑大學美術學院講師。研究方向：產品設計、服務設計、設計教育（課程設計、學習成效）。

李柯曄，華僑大學美術學院碩士研究生。研究方向：產品設計。