吴若晨 梁丽婷 王运武

摘 要：智慧学习时代对学习资源提出了更高要求，传统的数字化学习资源难以满足学习需要，随着3D技术不断发展，将3D教学微视频资源应用到智慧学习中，可满足学习者的高沉浸式、个性化学习需求。对3D教学微视频资源内涵及其智慧学习可供性进行了详细解读，并针对其具体开发工具、设计原则、创作方式以及创作流程进行说明，为3D教育微视频资源设计提供一定参考，以期支持学习者的智慧学习，促进学习者思维及能力培养。

关键词：智慧学习;3D教学微视频;资源设计

DOI：10. 11907/rjdk. 182575

中图分类号：G436

文献标识码：A文章编号：1672-7800（2019）006-0211-05

Abstract： The era of smart learning puts forward higher requirements for learning resources. Traditional digital learning resources are difficult to meet the needs of learning. With the continuous development of 3D technology， 3D teaching micro video resources were applied to smart learning， satisfying highly immersive， personalized learning needs. Therefore， the article interpreted the connotation of 3D teaching micro-video resources and its availability of smart learning. Meanwhile， it proposed the misunderstanding of 3D teaching micro video resource design， and explained its specific development tools， design principles， creative methods and creative process. The article provided some reference for 3D education micro video resource design in the hope of supporting the learners' wisdom learning and promoting the cultivation of learners' mind and abilities.

Key Words： smart learning; 3D teaching micro video; resource design

0 引言

隨着教育信息化不断发展，智慧学习时代到来，传统数字化教学资源在某些情境下已无法满足教学需要，教育教学资源需不断呈现出新的形态，不断贴合信息时代的教学需求。智慧学习时代呼唤新的教学资源以支持智慧教学活动，3D教学微视频资源因其能够带给受众立体逼真的感官冲击体验从而有效支持教学，逐渐引起教育领域关注。

杨晗之[1]构建科普3D微视频设计制作框架模型，并将科普3D微视频与纸质期刊融合传播;王红梅等[2]从数字化教育资源出发，探讨了3D视频内涵、成像原理、特征以及典型应用;闫春霞[3]面向课堂教学对3D教学资源进行研究，提出基于OSG平台的三维数据可视化方法。在教学实践方面，国内3D视频教学应用愈加受到关注，实验项目有“绿色班班通”3D教学项目[2]。兰州四中打造3D教室，提高教与学的参与度[4]。3D视频与基础课堂、医学教育、实训等相结合取得了很好的教学效果。在国外，3D视频编码压缩技术、3D视频网络传输技术、2D转3D技术等取得了一定进展。3M公司研发3D光学膜，实现无需佩戴3D眼镜即可在手持设备中显示真正的立体影像。德国弗劳恩霍夫研究所开发了一种新型多视角视频编码技术[5]。美国巨石谷学区和谢尔顿学校进行3D显示技术实践应用，教师使用3D仿真课件库的3D视频教学资源进行教学，实验对比发现学生成绩有所提高[6]。

区别于之前3D视频多从应用及技术视角进行研究，本文在3D相关技术基础上，重点结合智慧学习时代教育教学特征，从3D教学微视频资源设计视角，对3D教学微视频资源内涵及其智慧学习可供性进行详细解读，总结具体开发工具，提出设计原则，并针对创作方式以及创作流程进行说明。

3D技术是利用计算机运算达到视觉、听觉等方面立体效果的一种技术[7]。依托3D数字化技术的3D教学微视频被逐步应用到教学中。学习资源逐步由文本、图像、音频、视频等二维呈现方式过渡到三维呈现形式[8]。3D数字化教学资源进一步丰富了未来课堂中的开放教学资源，增强了资源的多样性和情境性，有助于启发学习者积极的学习心态，激发学习者的学习动机，促进智慧学习发生[9]。由于学习媒体技术、各类智能终端、5G网络技术的出现与发展，有线和无线网络带宽逐步扩宽，保证了网络传输速度，为未来3D教学微视频提供了极大的环境和技术支持，对学习者来说，各种超高画质以及3D学习资源可通过多种途径轻易获取。

1 3D教学微视频资源内涵及可供性分析

1.1 内涵

3D教学微视频是依托一定的3D制作技术，经过计算机数字化处理的具有三维立体效果的教学视频片段，通过教学信息立体显示以支持师生的教与学，主要包括3D影像微视频资源与三维动画微视频资源。传统的数字化教学资源以平面形式传达教学内容，在视觉空间感、震撼程度上呈现不佳。与其相比，3D教学微视频更加立体逼真，具有友好的交互性和空间感，有助于创建更加真实的学习情境，带给学习者更加刺激的感官体验，有效提升学习者学习兴趣。

1.2 可供性分析

智慧学习时代下学习资源具有个性化、泛在化、移动化、碎片化等特征。3D教学微视频作为新的学习资源类型，其可供性在很大程度上满足智慧时代下学习者学习方式的特点，见表1。

（1）高沉浸式学习体验。智慧时代需要提升智慧学习资源，而3D视频为学习者提供了逼真的3D内容，使之获得沉浸式学习体验，对提升教育教学质量大有裨益[2]。心理学家研究表明，调动多感官参与接收教学信息，可刺激大脑皮层并增强大脑皮层间的暂时联系，加强理解和记忆，从而提升信息传播的有效性。智慧学习环境更注重学习者个性化学习，注重学习情境的灵活性与感知性[10]。3D教学微视频是对教学事物或情景的三维视觉化模拟，是超越视觉的产物。人类生存的世界就是三维空间，学习者在3D教学视频创设的情境下会更好地进行自我代入。它能刺激和调动学习者多种感官参与，多维地呈现教学知识，营造出一种真实、高沉浸式学习氛围，通过加强感官体验的丰富程度，提高学习者的参与度和认知水平。

（2）深度教学信息。3D教学微视频使得教学设计以及画面设计的创意空间得以提升，3D教学微视频较之普通教学视频增加了一个维度，一个维度的增加意味着多了一条通道承载教学信息，在视觉语言上更加丰富。3D微视频所包含的教学信息具有更加深度和复杂的特征，可在同一单位时间内传递更多教学信息内容。创意化的教学信息传达方式，深度的教学信息内容，使学习者求知欲得以增强。同时，教学情境、教学内容呈现较之传统微视频教学信息传递更加真实，能有效提升知识呈现表层效果，强化学习者认知心理。

（3）有效建构知识。建构主义认为，学习必须有具体情境，包括学习时的情绪体验，如激愤、担忧、恐惧、快乐等，情境是知识寄居地、附着带、存储地和回忆/检索的有效提示[11]。3D影像构建的学习情境可更好地促进学生身心大脑深度参与学习过程，较好地实现个体知识建构与社会性交互[12]。智慧学习环境下，教学目的是培养学习者创新创造思维，3D教学微视频因其真实、高度沉浸感等特征为学习者创造可虚实结合的教学情境，学习者可更加全面观察，更易调出先前的知识经验进行意义建构，促使对教学内容的深层次理解，提升学习者的创新创造思维与能力。

（4）更高美学价值。3D视觉技术促使人们的审美方式发生转变，在视觉经验、情感体验、审美需求方面获得不同体验[13]。3D动画在影像和动作层面被赋予视觉真实感，消减了传统动画中的“抽象”性，增强了“移情”性，尤其是在数字技术制作的视听奇观面前，加上3D立体技术推波助澜，观众的浸入感无比真切，距离与清醒不复存在[14]。除了3D动画外，其它诸如3D影像等3D教学微视频形式的资源也是如此。智慧教育时代对教学资源的需求不仅仅停留在信息传递上，更重要的是同时考虑到教育性、技术性、艺术性等。3D微视频可以带给学习者直观的刺激，依托于3D技术的微视频在美学表达上具有更高美学价值，鲜明的立体与拟真之美，不仅唤醒了学习者的感官体验，而且也唤醒了他们的审美体验。3D教学微视频不仅呈现出极大的教育性，还展现出很强的艺术感染力，极大地延伸了3D教学微视频资源的功能。

2 3D教学微视频资源设计

2.1 开发工具

3D教学微视频资源的设计背景及需求不同，选择的制作工具各不相同，设计者可以依据媒体类型、设计需求和喜好选择适合的制作工具，主要包括素材生成工具和后期制作工具。具体制作工具见表2。

2.2 设计原则

2.2.1 教育性原则

3D教学微视频设计重心并不是二维变三维，媒介承载知识点的落脚点是学习者的学，3D技术应该为教学内容服务，与传统数字化教学资源一致的是，3D教学微视频设计也要遵循学习者认知规律与学习需求，需进行更加系统的教學设计，考虑教与学的各要素，对学习者和教学内容作出系统分析。

2.2.2 交互性原则

3D教学微视频创建有效的学习情境，学习者按照需求观察体验，探索认知，做主动学习者，满足智慧教育环境下强调的学习者个性化学习;3D教学微视频促使学习者多种感官被调动。上述两方面促使互动需求进一步增强，因此3D教学微视频互动性需能更加有效地支持学习者与学习媒介、学习资源以及学习内容发生交互。通过互动引导，增强其学习动机，增加学习者对3D教学微视频的认同感，保持对学习内容的关注度、兴趣度以及探索未知的好奇心，获得认知增强、情感收获及潜能开发。因此，在设计3D教学微视频过程中考虑增强互动的层次，选择适宜的互动手段，在互动设置与画面呈现上给学习者提供多种不同程度的互动体验。

2.2.3 技术性原则

（1）技术易用性。3D教学微视频作为一种认知工具，其易用性对教学至关重要。3D教学微视频操作控制设计过于复杂会为学习者带来外在认知负担，更多时间和精力被用在对资源的操作上，违背了3D教学微视频减轻认知负荷的初衷。另外，3D教学微视频相比普通教学微视频对内存、媒体硬件配置要求更高，会在一定程度上影响视频播放流畅性。3D教学微视频在设计时需考虑不同现实载体，不仅适应各种网络信息平台，还需能够满足多终端视频播放。

（2）技术最小代价。3D教学微视频只是媒介载体之一，教学内容呈现时，可根据教学内容、媒体本身特征和学习者需要，有针对性地选择不同的媒体呈现形式，即3D技术在被选择使用之前要充分考虑其功能性和适应性。理想状态是充分考虑经济成本和教学功能，使3D教学微视频开发投入和产出保持平衡状态，达到教学媒介和教学内容的最优化组合。

（3）开发规范化，技术标准化。3D数字化教学资源需要符合一定的开发规范和技术标准。世界范围内3D显示技术和标准并不统一，美国、韩国和欧洲都在制定3D传输、压缩与编码方面的标准，国内3D标准也不完善，如无法向后兼容现存的视频编码标准，无法支持不同的3D显示器等[15]。从使用角度看，3D教学微视频设计与开发没有统一的标准与规范，会为视频资源的使用、分享、组织和管理带来麻烦;从经济效益角度看，遵循统一开发规范和技术标准可杜绝资源重复建设。3D教学微视频设计过程要遵循基本制作标准和规范，以支持资源更好地流通共享。

2.2.4 艺术性原则

美国教授Kruz提出，环境越真实，记忆越深刻。3D教学微视频具有2D视频无法比拟的优势，这一点表现在艺术上，即在保证普通微视频艺术性基础上增加3D视频美学。3D教学微视频的美学价值更多地体现于真实环境呈现和学习者参与性，视频界面美观大方，各种元素搭配和谐，学习者视觉体验良好。同时，3D教学微视频的特效美保证了3D形象真实，在视觉上没有违和感，通过3D画面、声音刺激学习者感知，促进认知，并在该过程中带给学习者审美享受。

2.3 创作方式

3D教学微视频的创作途径主要有3种：一是转制3D，即2D转3D;二是原生3D，直接进行3D的拍摄;三是计算机生成，通过计算机进行建模、动画制作、后期剪辑、合成等操作。

（1）2D转3D。从经济效益出发，3D教学微视频拍摄耗时耗力，2D转3D是更为经济实用的方式。2D转3D视频技术的主要思想是，利用深度提取方法对视频图像进行深度图获取，滤波优化得到深度图像，利用基于深度图像的渲染技术虚拟合成最终立体图像，对立体图像进行质量改进，从而获取3D视频[16]。同时，需要进行后期抠图分层、计算景深、偏色等技术处理，模拟3D效果。2D视频向3D视频转换技术中最关键一步是如何将原始2D视频图像的深度信息提取出来，深度图的质量影响最终生成3D视频的质量[17]。目前有不少第三方工具可被用来完成视频的简单转换，如狸窝转换器、会声会影等。通过软件自带功能对视频设置3D效果，制作技术难度小、费用低，但画面呈现效果要弱很多。

（2）原生3D。两台摄像机分别模拟左眼和右眼，并排放置，就能拍摄出带有视差的影像，放映时使左眼看到左摄像机拍摄的影像，右眼看到右摄像机的影像，两支镜头的视角差形成观看物体时双眼的视差，大脑中会获得距离和空间感[18]。原理是人的左右眼之间距离不同、角度不同，会采集到不同画面信息，看到两幅不一样的画面，在大脑合成立体画面。大脑根据双眼分别形成的场景轮廓进行整合，对物体形成立体感知，并在场景中对该物体进行定位，从而产生深度立体空间信息[19]。因此，双摄像机3D拍摄前要同步摄像机设置，两台摄像机的白平衡、焦距、光圈、景深、视频存储格式等要完全相同[20]。在拍摄时，设置很多机位，控制景深以及调节机距、两台机器之间的夹角等生成3D效果。最后，将拍摄好的视频同步导入计算机进行3D教学微视频合成处理。

（3）计算机生成。根据3D教学微视频的脚本，在计算机软件中进行形象设计、三维建模、材质贴图、灯光、渲染等，完成视频场景以及动画制作，最后经过视频合成等操作，将之前的视频与声音、字幕、特效等进行视频编辑，最终生成3D教学微视频。

2.4 创作流程

3D教学微视频创作需统筹安排，其制作流程主要划分为4个阶段：分析阶段、设计阶段、制作阶段、评价阶段，如图1所示。

2.4.1 分析阶段

3D教学微视频设计阶段包括确定学习者、教学主题，分析教学内容及学习需求，明确教学目标。从学习者层面进行分析，需对学习者认知水平有充分认知;从学习内容层面进行分析，需要考虑学习内容、知识类型以及最终的认知深度，由此确定具体教学目标。前期分析对后期视频设计与制作起到引领作用，是画面呈现、3D效果设计、信息组织、整体视频风格设计的基础，是整个视频制作的方向。

2.4.2 设计阶段

设计阶段主要任务即脚本策划和编写。根据前面教学内容和学习者分析，对3D教学微视频整体呈现进行教学设计，考虑如何将教学内容结构合理地与画面结构结合，3D效果如何合理呈现，互动如何合理设置，设计与编写脚本同时进行，形成一目了然的脚本，以便后续视频制作。

2.4.3 制作阶段

根据前面的设计思路确定投入人员、采集3D素材、选择技术或设备对设计蓝图进行实现，选择适合的工具进行具体制作。

（1）素材采集。3D素材采集是关键一步，3D教学微视频主要包括3种类型视频素材来源：一是2D转3D素材;二是计算机中通过软件生成的素材;三是使用摄像机拍摄的素材。需要根据教学需求和教学内容选择最适宜的方式采集3D教学微视频所需素材。

（2）后期剪辑制作。剪辑制作以声音和内容为主，包括后期调色、3D特效合成、字幕制作合成、音频制作合成。

（3）成片输出。经过后期剪辑制作，对3D教学微视频成片进行最终测试，没有问题即可成片输出。

2.4.4 评价阶段

3D教学微视频评价需从技术性、教育性、艺术性、互动性等因素及智慧学习相关特征进行全面考量。技术性体现在具有一定易用性、播放流畅，体现出3D教学微视频与普通微视频技术上的区别;教育性体现在教学目标明确、教学设计合理、教学内容及组织形式等满足学习者需求，可启发和拓展学习者思维;艺术性指3D教学微视频的各要素，文字、声音、画面、3D特效等和谐共生，充分发挥3D视频的美学价值;互动性指互动语言、互动元素、互动环节的设置是否合理，教学内容、媒体与学习者之间互动体验是否良好。这一阶段可选取小部分3D教学微视频受众体验，对学习效果进行测试，留下体验者对视频的意见和建议，通过这些反馈对3D教学视频进行有针对性的修改，不断调整使其满足学习者需求。

2.5 设计策略

3D教学微视频是对某一知识点的展示，但是在设计过程中需要从视频整体和局部两个角度考虑。3D教学微视频资源设计策略模型如图2所示。

2.5.1 教学内容呈现策略

（1）教学内容模块化及关联进化。数字土著的学习方式有别于之前任何一代学生，他们喜欢碎片化的学习，喜欢短小精悍而不是长篇累牍的信息[21]。3D教学微视频虽具有普通微视频所不具备的某些特性，但是却在内容呈现设计上有共通之处。3D教学微视频的内在特征之一就是“微”，满足学习者智慧学习环境下个性化和碎片化学习需要，可快速获取知识。因此需要对知识点进行有效分解，使其符合学习者认知规律，从而提高学习者的认知体验。其一，在3D教学微视频设计时，注意在将教学内容按照类型或者关系进行碎片化、模块化划分和切割的基础上进行系统重构，保证3D教学微视频承载的是具体知识点，保证学习者可根据自身学习风格和需要精准地找到资源;其二，智慧学习下，学习者需要获得思维上的培养，因此除了注重每个知识点的独立性外，还要在保持知识点独立的基础上做到体系化，即保证資源呈现的知识点之间存在关联，使3D教学微视频群体之间具有内在逻辑性，从而保证资源之间进行生态关联进化，在一定程度上可促进学习者关联思维的培养。

（2）知识类型与认知目标结合。3D教学微视频设计的最终指向并不是信息传递，而是学习者知识建构。促进认知才是需要重点考虑的，在对教学内容进行模块化划分后，需要根据每一个知识点的具体类型以及认知目标进行具体分析，选择合适的内容组织形式、3D呈现形式、交互设计方式。

（3）非线性呈现形式。3D教学微视频的非线性呈现给学习者提供灵活的学习路径，在进行3D微视频资源设计时注意信息的非线性组织。其一，对3D教学微视频本身进行多路径设计，并通过导航和按钮方式让学习者灵活选择;其二，基于信息模块详细划分和组织，学习者可在不同信息模块间跳转，学习路径更自由，更具弹性。

2.5.2 视觉呈现策略

3D教学微视频在设计上需要最大程度体现3D视频的美学效果，在视觉呈现上满足学习者的视觉规律与认知规律。

（1）画面切换快慢适中。保证3D教学微视频画面切换适中。从3D技术本身来说，学习者感知立体效果需要一定时间，否则，3D教学微视频的立体效果不佳，学习者还会有眩晕的感觉;从学习者认知角度来说，学习者在信息接收以后需要一定思考时间才能更好地进行知识建构。

（2）注重3D设计细节展现。3D教学微视频要比教学普通微视频具有视觉艺术性，设计时注重3D细节方面的展现，保证画面精美，3D效果融合度高，无后期制作痕迹与破绽。

（3）3D效果适宜呈现。需要充分发挥3D教学微视频优势，展现画面力度，选取最适宜使用3D立体呈现的教学内容。3D教学微视频视觉呈现具有视效冲击力，技术容易喧宾夺主，应做到知识内容展现为主，主辅关系分明，以此保证3D效果不突兀。

（4）画面设计服务教学内容，符合学习者心理特征。画面整体风格要统一，画面中各个要素要为服务教学内容而设计，以满足学习者视觉审美和认知特征的方式组织与呈现教学信息，在符合学习者审美基础上将教学信息进行有效传递。在3D教学微资源的视觉元素组织、3D画面布局、3D特效设置、颜色搭配等方面要紧紧围绕学习者心理特点，符合学习者认知规律。

（5）高质量声音与画面融合。再高质量的3D画面也需要声音的烘托，声音对画面起着辅助功能，对画面氛围有极强的渲染作用，高品质声音使学习者获得情感上的共鸣。因此，声音素材的制作要保证声音清晰标准、音效真实、背景音适宜、解说简略得当，能够与3D面面内容高度融合，使学习者获得知识逻辑性和系统性以外音乐智力因素发展以及想象力拓展。

2.5.3 互动设计策略

3D教学微视频可以分为两种类型，一种是普通视频类，另外一种是交互式体验类，两种都要注重交互功能的设计。交互设计应以学生为中心，引导学生积极参与到环境中来，实现学生探索学习的过程[3]。因此要注重交互界面、交互方式的简洁以及交互功能的有效性，满足学习者交互需要。

（1）增加互动项。在进行3D教学微视频设计时，可以根据教学内容增加一些互动按钮，如环境明暗调节、光照设置等，以此激发学习者学习兴趣，增强学习动机。

（2）交互元件安排合理。交互元件排版设计科学合理，没有视觉障碍，辅助教学重点，符合学习者视觉心理。

（3）新型交互方式。3D教学微视频在教学知识点表现方面打破了空间维度局限，在对其进行设计与开发时需要注重交互方式的多样灵活，在教学过程中能够满足教师和学习者对教学信息的自由控制。传统学习者与媒体屏幕进行交互的方式是按钮控制和触摸，随着技术革新，出现了语音控制、手势控制、眼球控制甚至是脑电波控制、意念控制等，但是这些控制方式从空间维度上来说属于二维空间的操作控制，最新出现的立体空间“拖拽”3D交互方式提高了交互维度。所谓3D立体交互，是指一种真实的、通过物理方式实现的全新显示交互方式，将显示内容“拖拽”出显示屏，并且结合可变形屏幕，使用户在3D立体空间内与屏幕互动[22]。该交互方式将二维拓展到三维立体空间内，促使学习者获得与教学内容融为一体的临场感与参与感，提升认知过程的投入度，从而有效促进学习者与教学内容进行更加深度的交互，增强学习者学习效率。

3 结语

生动逼真的3D学习资源能有效减少学生的认知负荷，近年来对立体资源建设的呼声越来越高[4]。3D教学微视频为视觉教育开辟了新篇章，取奇、取巧、取小，具有普通微视频不可比拟的优势，在一定程度上满足了智慧教育时代对学习资源的新诉求，促进学习者更好地进行自主学习。3D教学微视频设计应当遵循学习内容和学习者认知心理，充分发挥3D立体显示优势，为学习者带来更加愉悦的学习过程和更有效的学习结果。数字技术的潜力和发展空间无限，未来还会出现4D动画、5D动画等升级版，新感性也将随之而无限拓展[14]。可以预见，3D并不是终点，未来教育资源会突破3D空间维度，朝着更加多维的方向迈进，为智慧学习时代的学习带来更多种可能。

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（责任编辑：何 丽）