AR技術(shù)在職業(yè)教育沉浸式數(shù)字資源開發(fā)中的應(yīng)用探究

一、引言

隨著教育理念的持續(xù)革新，職業(yè)教育對(duì)數(shù)字化教學(xué)資源的需求持續(xù)上揚(yáng)，尤其是在專業(yè)技能人才培養(yǎng)方面，對(duì)實(shí)訓(xùn)環(huán)境的真實(shí)度和交互性提出了更高的要求。然而，傳統(tǒng)職業(yè)教育普遍依賴實(shí)物設(shè)備與視頻教學(xué)，不僅投入成本高、場(chǎng)地受限，還存在操作風(fēng)險(xiǎn)與資源更新滯后的問(wèn)題。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為融合現(xiàn)實(shí)與虛擬的信息交互手段，具備空間疊加、實(shí)時(shí)互動(dòng)、多模態(tài)呈現(xiàn)等特點(diǎn)，為解決上述困境提供了全新路徑[]。在這一背景下，本文聚焦基于AR技術(shù)的職業(yè)教育沉浸式數(shù)字資源開發(fā)，系統(tǒng)探討其開發(fā)目標(biāo)與關(guān)鍵原則，提出了崗位任務(wù)導(dǎo)向的內(nèi)容構(gòu)建路徑、三維仿真與交互邏輯的融合設(shè)計(jì)、引擎選型與資源輕量化的技術(shù)方案，以及基于測(cè)試反饋的功能迭代機(jī)制，構(gòu)建起一套完整可行的資源開發(fā)模型。期望為職業(yè)教育在數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的資源建設(shè)提供理論支撐與實(shí)踐參考，推動(dòng)AR技術(shù)在教學(xué)場(chǎng)景中的深度融合與落地應(yīng)用。

二、AR技術(shù)在職業(yè)教育中的適配性分析

（一）AR技術(shù)原理及特征

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AugmentedReality，AR），是一種虛擬影像和現(xiàn)實(shí)影像的融合技術(shù)，旨在通過(guò)輸出設(shè)備把虛擬世界投射到現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)。典型的AR技術(shù)架構(gòu)如圖1所示，由真實(shí)場(chǎng)景、虛擬場(chǎng)景生成單元、虛擬場(chǎng)景渲染以及輸入輸出交互設(shè)備構(gòu)成。AR技術(shù)依托計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像識(shí)別、三維建模和傳感器等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的感知與增強(qiáng)。其通過(guò)在用戶所處的真實(shí)環(huán)境中疊加虛擬信息，從而構(gòu)建沉浸式的互動(dòng)體驗(yàn)。其核心特征包括虛實(shí)融合性、實(shí)時(shí)交互性和場(chǎng)景感知性。虛實(shí)融合性能夠確保數(shù)字內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)空間的無(wú)縫嵌合；

實(shí)時(shí)交互性使學(xué)習(xí)者能夠即時(shí)反饋與操作；而場(chǎng)景感知性則基于空間定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)習(xí)者位置、動(dòng)作與環(huán)境的動(dòng)態(tài)響應(yīng)[2]。

圖1AR技術(shù)架構(gòu)圖

（二）職業(yè)教育的現(xiàn)實(shí)需求分析

當(dāng)前，職業(yè)教育以培養(yǎng)技術(shù)技能型人才為核心，在教學(xué)實(shí)踐中面臨高成本資源受限、教學(xué)方式單一和技能呈現(xiàn)手段不足等多重挑戰(zhàn)。許多專業(yè)對(duì)實(shí)訓(xùn)設(shè)備依賴度高，但設(shè)備采購(gòu)與維護(hù)成本高昂，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模配備；涉及高危操作的專業(yè)在教學(xué)中存在安全隱患，現(xiàn)實(shí)中往往只能通過(guò)講解或視頻替代實(shí)踐，影響了對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。在教學(xué)組織方面，學(xué)生的基礎(chǔ)差異顯著，傳統(tǒng)的教學(xué)方式難以滿足不同層次學(xué)習(xí)者的節(jié)奏調(diào)控與能力發(fā)展需求，缺乏支持自主訓(xùn)練與動(dòng)態(tài)反饋的機(jī)制。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作精細(xì)的技能訓(xùn)練，如電路檢測(cè)、發(fā)動(dòng)機(jī)拆裝等，現(xiàn)有教材與資源難以完整地呈現(xiàn)其空間結(jié)構(gòu)與流程邏輯，致使學(xué)生對(duì)關(guān)鍵知識(shí)的理解與掌握不足。這些現(xiàn)實(shí)困境對(duì)教學(xué)資源的交互性、沉浸感與可重復(fù)性提出了更高要求，也為AR技術(shù)的引入奠定了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

（三）AR技術(shù)在職業(yè)教育中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

AR技術(shù)借助其虛實(shí)混合、實(shí)時(shí)互動(dòng)、空間感知等屬性，在職業(yè)教育中展現(xiàn)了顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。首先，AR能創(chuàng)建高度再現(xiàn)的虛擬實(shí)訓(xùn)空間，模擬復(fù)雜又危險(xiǎn)的操作情形，使學(xué)生在零風(fēng)險(xiǎn)的狀況下開展反復(fù)訓(xùn)練，從而切實(shí)解決了高成本設(shè)備依賴與安全隱患問(wèn)題。其次，采用交互式操作和過(guò)程引導(dǎo)功能，數(shù)字資源可以支持學(xué)習(xí)者按照自身的節(jié)奏進(jìn)行技能練習(xí)，強(qiáng)化了個(gè)性化的學(xué)習(xí)效果3。依靠AR技術(shù)強(qiáng)大的可視化功能，還可以把復(fù)雜設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、操作流程、故障機(jī)制等以三維動(dòng)態(tài)的樣式呈現(xiàn)出來(lái)，切實(shí)提高學(xué)生對(duì)抽象知識(shí)的理解與操作記憶水平。此外，由AR技術(shù)支持的資源系統(tǒng)可以記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)與實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)，為教師開展教學(xué)調(diào)整提供詳細(xì)的憑據(jù)。這些優(yōu)勢(shì)不但有助于提高職業(yè)教育教學(xué)效率和資源利用率，也為構(gòu)建以能力塑造為核心的數(shù)字化教學(xué)新生態(tài)提供了堅(jiān)實(shí)支撐。

三、基于AR技術(shù)的職業(yè)教育沉浸式數(shù)字資源開發(fā)策略

（一）開發(fā)目標(biāo)與原則設(shè)定

基于AR技術(shù)開發(fā)職業(yè)教育沉浸式數(shù)字資源，其核心目標(biāo)在于創(chuàng)建一個(gè)集真實(shí)感、交互性，以及可評(píng)估性于一體的虛擬實(shí)訓(xùn)環(huán)境。沉浸式數(shù)字資源的開發(fā)與建設(shè)，應(yīng)當(dāng)貼合特定職業(yè)崗位的技能規(guī)范，同時(shí)能夠協(xié)助學(xué)生在仿真場(chǎng)景中開展以任務(wù)為指引的學(xué)習(xí)活動(dòng)，助力職業(yè)教育達(dá)成從知識(shí)傳輸?shù)侥芰?gòu)的轉(zhuǎn)變。通過(guò)引入AR技術(shù)，數(shù)字化資源能夠解決傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)中無(wú)法重復(fù)訓(xùn)練、缺少可視化引導(dǎo)、反饋機(jī)制乏力等核心痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)低風(fēng)險(xiǎn)、高效果、個(gè)性化的智能教學(xué)體驗(yàn)。在數(shù)字化資源的開發(fā)過(guò)程中，應(yīng)堅(jiān)持“以學(xué)生為中心、以應(yīng)用為導(dǎo)向”的基本原則。教學(xué)資源內(nèi)容應(yīng)緊扣典型的工作任務(wù)，突出實(shí)用性與情境性；交互設(shè)計(jì)要充分考慮學(xué)生學(xué)習(xí)路徑的自主調(diào)控，確保技術(shù)服務(wù)于教學(xué)目標(biāo)，而不能喧賓奪主。資源的開發(fā)目標(biāo)與原則設(shè)定有助于規(guī)范開發(fā)流程、統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)資源開發(fā)流程的構(gòu)建錨定方向。

（二）開發(fā)流程的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為確保沉浸式數(shù)字資源在職業(yè)教育中的實(shí)用性及教學(xué)適配性，應(yīng)當(dāng)構(gòu)建一套系統(tǒng)完善、階段明確的資源開發(fā)流程。此流程覆蓋了前期需求調(diào)研至后期優(yōu)化迭代的完整階段，能讓數(shù)字化資源在內(nèi)容、技術(shù)與教學(xué)邏輯上實(shí)現(xiàn)高度的協(xié)同配合，最終形成“自標(biāo)導(dǎo)向一設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一反饋優(yōu)化”的循環(huán)閉合體系。

1.需求分析階段：職業(yè)崗位技能拆解與資源需求調(diào)研

在基于AR技術(shù)的沉浸式數(shù)字資源開發(fā)過(guò)程中，需求分析階段是整個(gè)開發(fā)流程的起點(diǎn)與基礎(chǔ)，直接決定后續(xù)內(nèi)容設(shè)計(jì)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)的針對(duì)性與有效性。該階段的核心任務(wù)是明確教學(xué)服務(wù)對(duì)象所對(duì)應(yīng)的職業(yè)崗位，系統(tǒng)拆解其核心技能結(jié)構(gòu)，并結(jié)合教學(xué)環(huán)境與學(xué)習(xí)者特征，確定AR資源建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容與功能需求。

數(shù)字資源的開發(fā)應(yīng)依據(jù)國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范和企業(yè)崗位說(shuō)明書等權(quán)威資料，對(duì)目標(biāo)崗位的工作任務(wù)進(jìn)行細(xì)致分析，歸納出典型工作情境與關(guān)鍵技能點(diǎn)。采用任務(wù)導(dǎo)向分析法，將崗位要求轉(zhuǎn)變?yōu)榭山虒W(xué)的任務(wù)單元，以便進(jìn)一步確定技能形成所需要的理論知識(shí)、操作流程，以及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。這一過(guò)程不僅有助于確定資源開發(fā)的方向，也為后續(xù)的場(chǎng)景構(gòu)建和交互邏輯奠定了基礎(chǔ)。隨后，開發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)結(jié)合一線教師、企業(yè)專家與學(xué)生等多方受眾的調(diào)研，全面收集現(xiàn)有教學(xué)中存在的資源短板與實(shí)際痛點(diǎn)。例如，哪些操作環(huán)節(jié)因設(shè)備限制而無(wú)法真實(shí)開展？哪些知識(shí)點(diǎn)學(xué)生普遍理解困難？哪些技能在傳統(tǒng)課堂中缺乏有效訓(xùn)練手段？識(shí)別此類問(wèn)題可以明確AR數(shù)字化資源的關(guān)鍵介入環(huán)節(jié)，提升其應(yīng)用的針對(duì)性與實(shí)效性。在明確崗位需求與教學(xué)痛點(diǎn)后，評(píng)估受眾的技術(shù)接受程度和學(xué)習(xí)特征同樣關(guān)鍵。職業(yè)院校學(xué)生在技術(shù)認(rèn)知、空間想象力、學(xué)習(xí)自主性等方面存在明顯差異，這就要求開發(fā)團(tuán)隊(duì)充分考慮學(xué)習(xí)者的使用習(xí)慣與接受能力，既要保證資源的技術(shù)先進(jìn)性以滿足教學(xué)需求，又要通過(guò)簡(jiǎn)化操作流程、優(yōu)化交互設(shè)計(jì)等方式提升其可用性與易操作性，讓不同基礎(chǔ)的學(xué)生都能快速適應(yīng)并有效利用資源[4]。

2.內(nèi)容設(shè)計(jì)階段：虛擬場(chǎng)景構(gòu)建與交互邏輯設(shè)計(jì)

內(nèi)容設(shè)計(jì)階段是職業(yè)教育沉浸式數(shù)字資源開發(fā)的核心環(huán)節(jié)，它決定了教學(xué)場(chǎng)景的真實(shí)性與學(xué)習(xí)體驗(yàn)的沉浸感。該階段需以崗位任務(wù)為主線，圍繞典型工作流程構(gòu)建具有代表性的虛擬操作環(huán)境，并同步設(shè)計(jì)合理的交互機(jī)制與信息呈現(xiàn)方式，確保學(xué)習(xí)者能夠在虛擬情境中高效開展技能訓(xùn)練。虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建應(yīng)貼近真實(shí)工作場(chǎng)所的空間布局與操作流程，力求在視覺(jué)與操作層面實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)環(huán)境的高度還原。借助三維建模技術(shù)，可將各類設(shè)備、工具、工位及其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精細(xì)重建，使學(xué)生在進(jìn)入場(chǎng)景的瞬間即獲得清晰的空間定位與任務(wù)認(rèn)知。對(duì)于涉及高風(fēng)險(xiǎn)或操作難度大的作業(yè)環(huán)節(jié)，還需特別加強(qiáng)場(chǎng)景細(xì)節(jié)表現(xiàn)與動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，幫助學(xué)生在無(wú)實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)的條件下熟悉流程、掌握要點(diǎn)。在交互邏輯設(shè)計(jì)層面，則要體現(xiàn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)、反饋支持，以及過(guò)程可控的教學(xué)思路。每一項(xiàng)技能訓(xùn)練任務(wù)都應(yīng)設(shè)置清晰的目標(biāo)與操作路徑，系統(tǒng)通過(guò)過(guò)程跟蹤與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)判斷，對(duì)學(xué)習(xí)者的操作行為進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別和動(dòng)態(tài)提示，及時(shí)糾偏，輔助學(xué)生掌握規(guī)范動(dòng)作。為適應(yīng)學(xué)生差異化的理解能力與操作節(jié)奏，資源應(yīng)設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)難度或分層級(jí)的結(jié)構(gòu)，如加入分步教學(xué)、語(yǔ)音講解、關(guān)鍵步驟動(dòng)畫等多種支持形式，提升交互的靈活性與適應(yīng)性。信息呈現(xiàn)作為交互體驗(yàn)的重要組成部分，同樣需要與場(chǎng)景構(gòu)建與任務(wù)流程深度融合[5。通過(guò)視覺(jué)感知與動(dòng)手實(shí)踐的融合，增強(qiáng)“看得懂”與“做得對(duì)”之間的內(nèi)在聯(lián)系。

3.技術(shù)實(shí)現(xiàn)階段：AR引擎選型與資源輕量化處理

在職業(yè)教育的資源應(yīng)用場(chǎng)景中，設(shè)備條件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和使用者的技術(shù)基礎(chǔ)往往參差不齊。因此，技術(shù)實(shí)現(xiàn)階段不僅要保障資源功能的完整性，還需兼顧多平臺(tái)的適配能力與系統(tǒng)運(yùn)行的高效性。作為將教學(xué)內(nèi)容和交互設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為AR教學(xué)資源的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該階段直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、兼容性與整體使用體驗(yàn)。當(dāng)前，主流的AR開發(fā)平臺(tái)，如Unity、Unreal Engine、ARKit等各具優(yōu)勢(shì)。相關(guān)人員在進(jìn)行教育資源開發(fā)時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景，綜合考慮目標(biāo)平臺(tái)、功能需求與內(nèi)容復(fù)雜度等因素進(jìn)行選擇。如果教學(xué)資源面向移動(dòng)端使用，則優(yōu)先選擇具備跨平臺(tái)支持、插件生態(tài)完善、社區(qū)活躍的開發(fā)引擎，以提升開發(fā)效率并簡(jiǎn)化后期的維護(hù)程序。完成AR平臺(tái)選型后，資源的輕量化處理成為提升性能的關(guān)鍵。三維模型、高清紋理與復(fù)雜動(dòng)畫雖能增強(qiáng)沉浸感，但也會(huì)顯著增加系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，影響加載速度與交互流暢性。因此，需要通過(guò)精簡(jiǎn)模型結(jié)構(gòu)、壓縮貼圖文件，以及優(yōu)化動(dòng)畫幀數(shù)等技術(shù)手段，在保證視覺(jué)體驗(yàn)的前提下控制資源體積。為保障數(shù)字資源系統(tǒng)的可維護(hù)與持續(xù)更新，資源開發(fā)時(shí)還應(yīng)建立模塊化的技術(shù)架構(gòu)，將交互邏輯、內(nèi)容數(shù)據(jù)與呈現(xiàn)界面進(jìn)行功能分離。這種結(jié)構(gòu)不僅有助于快速迭代與功能升級(jí)，也便于多版本同步開發(fā)及后期教學(xué)場(chǎng)景的靈活拓展。此外，開發(fā)過(guò)程中需要重視資源內(nèi)容的本地化適配，以及與學(xué)校網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)調(diào)用之間的平衡，確保資源在多種教學(xué)環(huán)境下都能實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。

4.測(cè)試優(yōu)化階段：用戶體驗(yàn)反饋與功能迭代完善

測(cè)試優(yōu)化階段是資源開發(fā)流程中的收尾環(huán)節(jié)，也是數(shù)字資源實(shí)現(xiàn)從“可用”向“好用”轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵步驟。

在職業(yè)教育實(shí)踐中，AR沉浸式數(shù)字資源的使用對(duì)象大多為學(xué)生與一線教師，其技術(shù)能力和使用習(xí)慣存在較大差異。因此，測(cè)試不僅要檢驗(yàn)系統(tǒng)的技術(shù)性能，還需深入?yún)⑴c教學(xué)實(shí)際，聚焦使用者的行為反應(yīng)和操作體驗(yàn)。

具體而言，測(cè)試工作應(yīng)當(dāng)覆蓋多層次驗(yàn)證，既要通過(guò)功能測(cè)試，檢驗(yàn)系統(tǒng)在不同終端和操作系統(tǒng)中的適配性，確保交互流暢與內(nèi)容呈現(xiàn)完整；也要組織試用課程，觀察學(xué)生在任務(wù)引導(dǎo)、信息接收、交互操作中的行為表現(xiàn)，捕捉其潛在的使用障礙與認(rèn)知偏差。通過(guò)操作日志、任務(wù)完成率等客觀數(shù)據(jù)判斷資源效率，結(jié)合問(wèn)卷調(diào)查、訪談收集師生對(duì)場(chǎng)景真實(shí)感、操作便捷性等的主觀感受，可以歸納出關(guān)鍵步驟提示滯后、引導(dǎo)邏輯混亂、加載耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)等可能出現(xiàn)的典型問(wèn)題。這些用戶體驗(yàn)反饋是資源優(yōu)化迭代的核心依據(jù)。在針對(duì)測(cè)試反饋的問(wèn)題點(diǎn)進(jìn)行版本迭代時(shí)，應(yīng)將系統(tǒng)拆分為若干個(gè)功能模塊后，再進(jìn)行微調(diào)和重構(gòu)，以避免大規(guī)模修改帶來(lái)的連鎖影響。在每輪優(yōu)化后，需再次進(jìn)行小范圍驗(yàn)證，以確保改進(jìn)有效且沒(méi)有產(chǎn)生新的問(wèn)題。對(duì)于部分教學(xué)需求不明確或教學(xué)效果差異較大的功能設(shè)計(jì)，也可以設(shè)置開放式模塊和可調(diào)整參數(shù)，由教師在教學(xué)中進(jìn)行靈活調(diào)整，以增強(qiáng)數(shù)字資源的可擴(kuò)展性。只有通過(guò)精準(zhǔn)的用戶反饋機(jī)制與持續(xù)的迭代完善，依托AR技術(shù)的職業(yè)教育沉浸式數(shù)字資源，才能持續(xù)助力職業(yè)教育在教學(xué)效率與能力培養(yǎng)上實(shí)現(xiàn)整體提升。

四、結(jié)束語(yǔ)

AR技術(shù)為職業(yè)教育資源建設(shè)帶來(lái)了前所未有的活力，其沉浸式、交互式特性契合職業(yè)技能培養(yǎng)對(duì)實(shí)踐性和直觀性的核心需求。本文從適配性分析出發(fā)，系統(tǒng)梳理了AR在職業(yè)教育中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并圍繞資源開發(fā)自標(biāo)、流程設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)與優(yōu)化機(jī)制，構(gòu)建了一條具有實(shí)踐指導(dǎo)意義的開發(fā)路徑。展望未來(lái)，廣大教育工作者需要持續(xù)推動(dòng)產(chǎn)教融合、健全資源建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)數(shù)字資源在職業(yè)教育中的深度嵌入與可持續(xù)發(fā)展。

作者單位：杜秋霞 山東理工職業(yè)學(xué)院

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