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78　　　计算机应用基础教学参考书（Windows 7+Office 2010）（第2版）书
第6章 数字媒体技术应用 教案
任务4 初识虚拟现实与增强现实技术 教案
1．教学设计方案
教学单元名称 任务4 初识虚拟现实与增强现实技术 课 时 2学时
所属章节 数字媒体技术应用 任务4 初识虚拟现实与增强现实技术
任务描述 以 “故宫端门数字馆” 虚拟体验和 “神奇 AR” 创作活动为载体，请学生以小组为单位完成三项任务： ①通过“故宫博物院” 小程序体验 “V 故宫”项目，感受虚拟现实（VR）技术的沉浸感； ②使用 “神奇 AR” 软件制作 “春天来了” 主题 AR 视频，理解增强现实（AR）技术的虚实融合特性； ③对比分析两种技术的差异并撰写体验报告。 通过实践，掌握 VR/AR 技术的核心概念、操作方法及应用场景，体会科技与文化的融合价值。
任务分析 ①认知技术核心概念（认知） 行为描述：学生能说出 VR/AR 技术的定义（VR 是计算机生成三维虚拟环境，AR 是虚拟信息叠加真实场景）；列举 VR 系统的 4 个组成部分（计算机系统、交互设备、工具软件、数据库）；描述 AR 与 VR 的 4 个关键区别（沉浸感要求、图像呈现方式等）。 条件：提供教材中 “V 故宫” 和 AR 手术导航的案例视频。 标准：概念表述准确率≥90%，能准确区分两种技术的核心特征。 ②操作技术体验项目（操作） 行为描述：学生能独立完成：VR 体验：通过微信小程序进入 “V 故宫”，切换全景模式 / VR 模式浏览养心殿，记录交互方式； AR 创作：使用 “神奇 AR” 软件完成场景设置（雪山背景）、模型添加（绿叶飘落）、3D 文字输入（“冬天来了，春天还会远吗？”）及配乐添加（《欢乐中国年》）。 条件：提供智能手机、VR 眼镜、软件操作流程图。 标准：操作步骤正确率≥90%，能成功生成 VR 浏览记录和 AR 视频文件。 ③分析技术应用价值（应用） 行为描述：学生能结合案例分析 VR在 6个领域（军事、教育等）、AR 在 5 个领域（医疗、游戏等）的应用价值；举例说明技术对生活的具体改变（如 VR 虚拟旅游、AR 导航）。 条件：提供教材中 “VR 军事训练”“AR手术导航”等案例素材。 标准：能匹配技术特点与应用场景，举例贴合生活实际。 ④协作完成体验报告（应用） 行为描述：小组合作撰写报告，包含 “技术体验过程”“VR 与 AR 差异分析”“文化 / 生活应用设想” 三部分，附操作截图和创新建议。 条件：提供报告模板（含结构框架和评分标准）。 标准：报告结构完整，技术分析准确，应用设想具有可行性。
教学目标 知识目标 ①说出虚拟现实（VR）技术的定义：利用计算机生成逼真三维虚拟环境，支持用户沉浸与交互； ②描述 VR 技术的 3 个核心特点：沉浸性（感官完全投入）、交互性（自然方式互动）、想象性（引导主动探索）； ③列举 VR 系统的 4 个组成部分：计算机系统（核心）、交互设备（VR 眼镜等）、工具软件（建模工具）、数据库（场景模型）； ④说出增强现实（AR）技术的定义：将虚拟信息叠加到真实场景，增强现实感知； ⑤对比 AR 与 VR 的 4 个区别：沉浸感要求（VR 完全虚拟 / AR 虚实融合）、图像呈现（VR 依赖虚拟空间 / AR 依赖现实叠加）、系统要求（VR 计算量更高）、应用侧重（VR 侧重仿真 / AR 侧重增强）； ⑥列举 VR 的 6 个应用领域：军事训练、航空航天、教育、医疗、工业设计、影视娱乐； ⑦列举 AR 的 5 个应用领域：医疗手术导航、教育情景学习、军事侦察、电视转播、游戏。 考 核 方 式 过程考核：学习知识掌握技能情况（20%）；小组协作搜索信息、积极参与讨论与分享任务成果（50%） 终结考核：自我总结评价（30%）
能力目标 ①能操作 “故宫博物院” 小程序进入 “V 故宫” 项目，切换全景模式（360° 漫游）和 VR 模式（佩戴设备沉浸式体验）； ②会使用 “神奇 AR” 软件完成 AR 视频制作：更换场景（雪山）、添加动态模型（绿叶飘落）、输入 3D 文字并设置样式（绿色字体、动画效果）、添加背景音乐（《欢乐中国年》）； ③能对比 VR/AR 操作过程，总结交互方式差异（VR 依赖设备沉浸 / AR 依赖虚实叠加）； ④能根据体验记录，绘制 VR 与 AR 技术对比表格（含特点、操作、应用场景）； ⑤会使用 WPS 整理体验报告，插入操作截图并标注关键步骤。
素养目标 ①通过操作 VR/AR 设备，发展对新兴技术的感知与动手能力； ②在小组分工（设备操作、记录、报告撰写）中，提升团队协作与沟通能力； ③通过分析技术应用案例，培养联想思维与创新意识（如设想 AR 在课堂教学中的应用）； ④在撰写报告时，增强信息整合与逻辑表达能力； ⑤通过技术体验，形成对数字技术发展的关注，养成主动学习新技术的习惯。
思政目标 ①在“V 故宫”体验中，感受传统文化与现代科技的融合（如虚拟复原古建筑），增强文化自信； ②通过了解我国 VR/AR 技术的应用成果（如 “V 故宫”“小诤” 数字人），激发科技报国的责任感； ③在讨论技术伦理（如隐私保护、信息安全）时，树立正确的科技价值观； ④在小组合作中，体会集体智慧的力量，形成团队互助精神； ⑤通过思考技术对生活的影响（如 VR 远程医疗惠及偏远地区），增强社会服务意识。
教学环境 为每位学生的计算机配置如下 软件环境—Microsoft Windows 10、移动终端、VR眼镜
2．教学设计实施
教学 内容 教 师 行 动 学 生 行 动 组织 方式 教学 方法 设计 意图 时间 /min
任务 提出 ①播放 “故宫端门数字馆” 体验视频， 提问：“视频中游客‘走进’未开放区域，是通过什么技术实现的？它与我们平时看的纪录片有何不同？” ②展示 AR 技术案例：医生通过 AR 导航手术（虚拟影像叠加患者身体）、Pokemon Go 游戏（虚拟角色出现在真实街道）， 追问：“这些场景中，虚拟与现实是如何结合的？” ③提出任务： “今天我们将分组体验 VR 和 AR 技术，完成‘V 故宫’漫游、AR 视频制作，并对比分析两种技术，最后用报告分享发现。” ①观看视频，思考技术特点，自由发言（如 “像身临其境，比纪录片更真实”）； ②对比 VR/AR 案例，小组讨论：“虚拟信息是否完全脱离现实？”（VR 完全虚拟 / AR 依赖现实）； ③明确小组分工：1 人负责设备操作，1 人记录体验细节，1 人整理分析结果。角色轮换 集中 情境创设、问题驱动 ①用真实案例激发兴趣，建立技术与生活的关联； ②通过对比提问引导学生主动思考技术差异，发展观察能力； ③提前分工让学生明确角色，为高效协作奠定基础。 10
知识讲授与操作演示 虚拟现实（VR）技术讲解与演示 ①结合教材图 6-57 思维导图，讲解 VR 定义：“通过计算机生成三维虚拟环境，让用户沉浸其中并自然交互。” ②演示 VR 系统组成： 计算机系统：打开虚拟场景建模软件（如 Unity），展示如何生成养心殿 3D 模型； 交互设备：实物展示 VR 眼镜（输入头部动作）、数据手套（输入手势）； 工具软件与数据库：展示 “V 故宫” 场景素材库（建筑纹理、文物模型）。 ③演示 “V 故宫” 体验步骤（教材图 6-58 至 6-62）： 步骤 1：微信搜索 “故宫博物院”→点击 “V 故宫”→选择 “养心殿”； 步骤 2：点击 “开始”→切换 “全景模式”：拖动屏幕 360° 观察殿内细节； 步骤 3：切换 “VR 模式”：将手机放入 VR 眼镜，佩戴后转动头部查看不同角度； 步骤 4：记录体验： “注意是否能清晰分辨虚拟与现实？是否能与场景互动？” 增强现实技术讲解与演示 ①展示增强现实技术概念卡片：“增强现实技术是将虚拟信息叠加到真实场景，增强对现实的感知。” 对比 “V 故宫”，强调 “虚实融合” 特征。 ②演示与虚拟现实技术的 4 个区别： 用表格对比 “沉浸感要求、图像呈现方式” 等，结合 “神奇 AR” 和 “V 故宫” 操作过程说明。 ③操作演示 “神奇 AR” 制作 “春天来了” AR 视频步骤： 步骤 1：下载并打开 “神奇 AR”→点击 “剧场模式”→“更换场景” 选择 “雪山” 步骤2：点击 “模型”→下载 “绿叶飘落”→调整模型显示位置 步骤3：点击 “3D 文字”→输入 “冬天来了，春天还会远吗？”→设置绿色字体和动画 步骤 4：点击 “视频” 按钮录制，添加《欢乐中国年》配乐→保存视频3. 布置探究任务：“分组体验两种技术，记录操作差异和感官体验，填写对比表格。” ①记录虚拟现实技术概念与特点，在笔记本上画出 “V 故宫” 操作流程图 ②观察 VR 眼镜和建模软件，理解系统组成，提问（如 “虚拟场景的数据存在哪里？”） ③跟随教师演示，在自己手机上同步操作 “V 故宫”，切换两种模式，记录浏览感受（如 “VR 模式更有沉浸感”） ④对比两种技术的概念，在表格中填写区别（如 “VR 完全虚拟，AR 虚实结合”） ⑤模仿教师步骤操作“神奇 AR”，尝试添加不同模型和文字，观察虚拟元素与真实背景的叠加效果 ⑥小组内轮流操作，互相纠正步骤错误（如 “3D 文字要拖动到合适位置才清晰”） 分组 协作 集中 展示 引导 启发 讲授 ①用概念卡片和实物展示，使抽象技术具体化，帮助学生准确理解核心知识 ②分步演示操作流程，让学生边学边做，在实践中掌握技能，增强学习自信 ③通过对比表格和操作体验，引导学生自主发现两种技术的差异，提升分析能力 ④小组互助纠正操作，促进知识共享，提升协作与沟通能力 ⑤明确探究任务，让学生带着目标体验，提高观察的针对性和有效性。 20
学生 讨论 与练习 ①发放教材中 VR/AR 应用案例卡（军事训练、AR 手术等），布置讨论任务： 分类：“哪些案例属于 VR？ 哪些属于 AR？依据是什么？” 拓展：“校园场景中，VR/AR 可用于哪些活动？”（如 VR 虚拟实验室、AR 导航校园）。 ②巡视指导，抛出问题： “VR 在教育中如何应用？”（如虚拟解剖课，解决实体标本不足问题，可结合教师所教专业，针对性举例）； “AR 在购物中能有什么创新？”（如虚拟试衣，叠加衣服到用户身上）。 ③组织分享： 每组推选 1 个创新设想，说明技术选择理由（如 “AR 校园导航，因需要结合真实校园场景”）。 ①小组合作分析案例卡，按 “是否依赖真实场景” 分类（VR：军事虚拟战场；AR：手术导航）； ② 头脑风暴 校园应用： 如旅游专业，“VR 历史课，‘走进’古代战场； AR 生物课，观察虚拟细胞与真实显微镜图像叠加”； ③ 派代表分享设想，其他组补充（如 “VR 还可用于模拟火灾逃生，安全且重复使用”）。 分组 协作 合作探究、头脑风暴 ①通过案例分类，巩固技术差异的理解，提升知识应用能力； ②结合校园场景拓展，让学生体会技术的实用性，激发创新思维； ③分享环节培养表达能力，同时拓宽视野，学习其他组的创意。 ④与专业课结合，引发学生讨论VR在本专业中的应用，激发学生对所学专业的热爱，树立正确的价值观。用好技术改变生活。 15
完成工作任务 ①发放体验报告模板，明确结构： 技术体验：分 VR/AR 记录操作步骤、关键截图（如 “V 故宫” VR 模式界面、AR 视频成品等，学生任选，或都选）； 差异分析：从“沉浸感”“交互对象”“设备需求” 三方面对比； 应用设想：结合文化或教育领域，提出 1 个具体方案（如 “AR 文物讲解：扫描实物文物，叠加虚拟历史场景”）。 ②巡视指导，对报告撰写困难的小组提示：“截图需标注关键操作按钮（如 VR 模式切换键）”“差异分析可引用教材 6.4.3 的对比表”。 ③ 提醒时间节点：“20 分钟后提交报告，准备小组展示。” ①小组汇总体验记录，按模板撰写报告： 操作步骤部分：附 “V 故宫” 全景模式截图或AR 视频编辑界面截图； 差异分析部分：参考教材表格，补充体验感受（如 “VR 眩晕感更强，AR 更自然”）； 应用设想部分：讨论 “AR 非遗传承” 方案（扫描剪纸，叠加虚拟制作步骤）。 ② 互相检查报告： “截图是否清晰？ 分析是否准确？” ③ 推选代表，准备 2 分钟报告展示（重点说应用设想）。 集中 引导 启发 ①结构化模板引导学生规范整理信息，提升报告撰写能力； ② 强调截图标注，养成细节关注能力，一丝不苟的工作作风； ③ 分工合作中，每位学生承担具体任务，增强责任意识； ④ 提前准备展示，锻炼总结与表达能力。 25
总结 评价 ①组织报告展示：每组代表上台展示，限时 2 分钟，重点说明 “应用设想与技术匹配性”。 ②引导互评：从 “技术准确性”“创意性”“可行性” 三方面打分，每组选 1 个最佳报告。 ③教师点评： 肯定优点（如 “某组‘AR 非遗讲解’结合传统文化，符合思政目标”“差异分析引用教材表格，准确规范”）； 指出不足（如 “VR/AR 设备需求分析不完整，需补充‘VR 眼镜成本较高’”）。 ④ 拓展讨论： “技术发展可能带来哪些问题？”（如 VR 沉迷、AR 隐私泄露）“如何应对？”（合理控制使用时间、规范数据采集）。 ⑤ 表彰奖励：为 “最佳报告组”“最佳创意组” 颁发电子证书，优秀报告上传至校园网。 ①聆听其他组报告，按评分标准打分，记录亮点（如 “某组设想结合环保，用 AR 识别垃圾分类”）； ② 结合教师点评，反思本组报告：“应用设想是否忽略了技术局限性（如 AR 识别精度）？”； ③ 参与技术伦理讨论，发言（如 “使用 VR/AR 时，应同意隐私协议，不泄露位置信息”）； ④ 记录改进建议，完善个人笔记（如 “差异分析需加入设备成本对比”）。 独立 展评法、反思提升 ①展示环节为学生提供成果展示平台，增强成就感； ② 互评促进客观看待他人优点，发展批判性思维； ③ 点评结合教材知识点，帮助学生查漏补缺，巩固学习内容； ④ 伦理讨论引导树立正确科技观，落实思政目标； ⑤ 表彰激励学生追求卓越，同时扩大优秀成果的影响力。 20
3．教学实施过程
任 务 提 出（10min）
教师播放 “故宫端门数字馆” 体验视频，展示游客通过 VR 技术 “试穿” 明清服饰、漫游未开放区域的场景，提问：“视频中实现‘身临其境’的技术是什么？它与普通视频的区别在哪里？” 学生观察后回答（如 “虚拟现实技术，能互动且更真实”）。接着播放 AR 手术导航和 Pokemon Go 游戏视频，追问：“这些场景中的虚拟信息与现实是什么关系？” 引导学生发现 “AR 依赖现实，VR 完全虚拟”。 最后明确任务：分组体验 VR/AR 技术，完成 “V 故宫” 漫游和 AR 视频制作，撰写报告分析技术差异。学生小组讨论分工，确定设备操作员、记录员和报告整理员。
知识讲授与操作演示（20min）
了解虚拟现实技术的概念 教师结合教材图 6-57，讲解 VR 定义：“计算机生成三维虚拟环境，支持用户沉浸与交互。” 演示 VR 系统组成：用 Unity 软件展示养心殿 3D 模型（计算机系统），实物展示 VR 眼镜和数据手套（交互设备），打开 “V 故宫” 素材库（工具软件与数据库）。 分步演示 “V 故宫” 操作：帮助学生理解下面概念。 ① 微信搜索 “故宫博物院”→进入 “V 故宫”→选择 “养心殿”； ② 切换 “全景模式”，拖动屏幕 360° 观察细节，学生同步操作并记录 “能否看清殿内匾额文字”； ③ 切换 “VR 模式”，指导学生将手机放入 VR 眼镜，佩戴后转动头部，感受 “是否能看到殿内不同角落”。 1．了解虚拟现实技术的概念 虚拟现实技术（Virtual Reality，VR），是一种可以使人以沉浸方式进入和体验人为创造的虚拟世界的计算机仿真技术。它利用计算机生成的模拟环境，使用户沉浸在该环境中。与传统的虚拟仿真技术相比，虚拟现实技术的主要特征是：用户能够进入一个由计算机系统模拟的交互式三维虚拟环境中，用现实方式与虚拟环境进行交互操作，从而有效地扩展认知手段和应用领域。 2．了解虚拟现实系统的组成 一般的虚拟现实系统主要由计算机系统、虚拟现实交互设备、虚拟现实工具软件、数据库等组成。 （1）计算机系统 （2）虚拟现实交互设备 （3）虚拟现实工具软件及数据库 3．了解虚拟现实技术的特点 从本质上说，虚拟现实技术就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户提供听觉、视觉、触觉等各种直观而又自然的实时感知交互，最大限度地方便用户的操作，减轻用户的负担。虚拟现实技术的3个特征分别是沉浸性、交互性、想象性。 4．了解虚拟现实技术的应用 虚拟现实技术在各个领域都有着很好的发展前景，许多国家都在大力研究、开发和应用这一技术，积极探索其在各个领域中的应用。 （1）军事与航空航天 （2）教育和培训 （3）电子商务 （4）医学 （5）工业 （6）影视娱乐业 二、了解增强现实技术 教师讲解 AR 定义：“虚拟信息叠加到真实场景，增强感知。” 用表格对比 VR/AR（教材 6.4.3 内容），强调 “AR 保留现实，VR 完全虚拟”。 分步演示 “神奇 AR” 制作： ① 下载软件→“剧场模式”→“更换场景” 为 “雪山”； ② 添加 “绿叶飘落” 模型，调整大小，学生操作时观察 “绿叶是否与雪山背景自然融合”； ③ 输入 3D 文字 “冬天来了，春天还会远吗？”，设置绿色和 “波浪弹入” 动画； ④ 添加《欢乐中国年》配乐，录制视频，学生对比 “虚拟元素与真实背景的同步性”。 1．了解增强现实技术的概念 增强现实（Augmented Reality，AR），是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术，它是将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，实现“增强”效果。增强现实技术是强化真实世界信息和虚拟世界信息内容之间融合能力的新技术。 2．了解增强现实技术与虚拟现实技术的差别 增强现实技术是随着虚拟现实技术的发展而产生的，其基本软硬件构成与虚拟现实技术十分相似。因此，两者之间存在着不可分割的联系，同时也有着显著区别。 一是增强现实技术与虚拟现实技术的沉浸感要求不同。虚拟现实技术侧重用户在虚拟环境中的视觉、听觉、触觉等感官的完全浸入，强调将用户的感官与现实世界绝缘而沉浸在一个完全由计算机控制的信息空间之中。而增强现实技术致力于计算机产生的虚拟环境与真实环境融为一体，强调用户在现实世界的存在性，并且努力维持其感官效果的不变性，增强用户对真实环境的理解。 二是虚拟现实需要通过对虚拟空间的设置实现虚拟图像的呈现，而增强现实技术则是用现实空间与图像信息重叠，使视网膜成像出现一定的视距差，并以此形成图像处理循环，为呈现三维图像提供有效空间。 三是增强现实技术可缓解虚拟现实技术建立逼真虚拟环境时，对系统计算能力的苛刻要求，在一定程度上降低人与环境自然交互的要求。 四是增强现实技术与虚拟现实技术的应用领域侧重点不同。虚拟现实技术主要应用在军事仿真、工程设计等方面。而增强现实技术的应用侧重于辅助教学与培训、军事侦察及作战指挥等领域。 3．了解增强现实技术的应用现状 随着计算机及移动设备性能不断提升，增强现实系统的各项核心技术也在不断优化，增强现实技术逐渐成功地应用于多个领域。 在医疗领域，增强现实技术应用于手术与培训，在患者进行手术时，医生可以看到病人身上实时MRI和CT图像，降低手术风险，提升手术成功率；在医疗教育中，增强现实技术可应用于手术模拟、人体器官学习等，极大地提升了教学效果。 在教育领域，增强现实技术能够真正实现“情景式学习”，加深学习者对学习内容的理解，给学习者提供动手操作的机会，提升实践动手能力，提高学习者的参与度。 在军事领域，军队可以利用增强现实技术，进行方位识别，可实时获得所在地点的地理数据等重要军事数据，提升军事活动的成功率。 在电视转播领域，通过增强现实技术可以在转播体育比赛的时候，实时将辅助信息叠加到画面中，让观众得到更多的信息。 在游戏领域，谷歌公司开发的Ingress、任天堂公司开发的Pokemon Go，将增强现实技术应用于游戏，使全球不同地点的玩家，进入一个共同的场景，极大提升了游戏的趣味性与真实性。 虚拟现实技术和增强现实技术都是科技发展的产物。随着设备性能的提升与核心技术的优化，它们终将会影响人们生活的方方面面，为人们的生活带来无限可能。 三、布置探究任务：填写 VR/AR 对比表，重点分析 “交互方式” 和 “场景依赖” 差异。
学生讨论与练习（15min）
教师发放教材中的 VR/AR 应用案例卡（军事训练、AR 手术等），小组讨论： ① 分类案例：按 “是否依赖真实场景” 将案例分为 VR（如虚拟战场）和 AR（如手术导航）； ② 拓展校园应用： 头脑风暴“VR 虚拟实验室（化学实验模拟）”“AR 社团招新（扫描海报，播放虚拟活动视频）”； ③ 分享环节：某组提出 “AR 结合专业，或历史课：扫描课本插图，叠加古代场景动画”，说明选择 AR 的理由 “需要结合真实课本，增强学习体验”。
完成工作任务（25min）
小组合作撰写报告： ① 技术体验部分：附 “V 故宫” VR 模式截图（标注 “头部追踪键”）和 AR 视频编辑界面截图（标注 “模型添加按钮”）； ② 差异分析部分：参考教材 6.4.3 的对比表，补充体验感受 “VR 需要闭眼适应虚拟环境，AR 可直接观察真实场景”； ③ 应用设想部分：设计 “AR 故宫导览” 方案 —— 游客扫描实物宫殿，叠加虚拟导游讲解和历史场景动画，理由 “结合真实场景，增强游览体验”。 教师巡视指导，提醒 “截图需清晰，分析要引用教材知识点”。
总结评价与提高（20min）
【总结评价】 ① 报告展示：每组代表上台讲解 “AR 故宫导览” 方案，说明技术选择依据（AR 适合虚实融合场景）； ② 互评打分：学生从 “技术准确性”“创意性” 打分，评选出 “最佳创意组”（其方案结合文化传承，符合思政目标）； ③ 教师点评：肯定 “某组引用教材 VR/AR 对比表，分析严谨”，指出 “需补充设备成本：AR 依赖手机，更易推广”； ④ 伦理讨论：学生发言 “VR 游戏应限制时长，避免沉迷；AR 需征得同意再采集位置信息”； ⑤ 表彰奖励：颁发电子证书，优秀报告上传至校园网，鼓励学生继续探索技术应用。 最后教师给出本次课的学习成绩。评分依据—过程考核：学习知识掌握技能情况（20%），分组协作讨论并展示情况（50%）；终结考核：自我总结评价（30%）
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