摘 要：AR教材面臨著實(shí)際效用與教育潛力不相匹配的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，大大制約了其在教育教學(xué)領(lǐng)域的大規(guī)模普及。該問(wèn)題根源在于畫(huà)面設(shè)計(jì)不規(guī)范。本研究將AR教材畫(huà)面視為一種“畫(huà)面系統(tǒng)”，從“老三論”與“新三論”的系統(tǒng)方法特征出發(fā)，探討了整體性、層次性、動(dòng)態(tài)性、最優(yōu)化、開(kāi)放性、協(xié)同性、非線(xiàn)性、漲落性對(duì)AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)的啟示，指出具體的設(shè)計(jì)實(shí)踐應(yīng)遵循“畫(huà)面語(yǔ)義融合設(shè)計(jì)→畫(huà)面語(yǔ)用融合設(shè)計(jì)→畫(huà)面語(yǔ)構(gòu)融合設(shè)計(jì)”的路徑，并將“設(shè)計(jì)規(guī)則的提煉”作為下一階段的研究任務(wù)。

關(guān)鍵詞：AR教材；多媒體畫(huà)面；系統(tǒng)方法；設(shè)計(jì)路徑

中圖分類(lèi)號(hào)：G43 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-0069（2024）01-0071-07

近年來(lái)，伴隨著新興技術(shù)的介入與驅(qū)動(dòng)，教材的形態(tài)和內(nèi)容表現(xiàn)形式不斷發(fā)生嬗變，各類(lèi)數(shù)字教材噴薄而出。然而，人們發(fā)現(xiàn)，數(shù)字時(shí)代的紙質(zhì)教材依然是主角，數(shù)字信息技術(shù)對(duì)于教材的影響并未極度彰顯 [1]。因此，如何處理好數(shù)字教材與紙質(zhì)教材的關(guān)系，成為教材建設(shè)過(guò)程中不可回避的重要問(wèn)題。

在若干形態(tài)的教材中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)AR）教材是通過(guò)向紙質(zhì)教材的書(shū)頁(yè)或?qū)W習(xí)者的閱讀環(huán)境疊加一層虛擬信息（文字、圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻、音頻、3D模型等），并允許學(xué)習(xí)者與之互動(dòng)，以增強(qiáng)學(xué)習(xí)者對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容感知和理解的新型教材。其具有“虛實(shí)融合”的特征，能將紙質(zhì)教材與數(shù)字教材的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)[2]。

諸多研究表明AR教材頗具教育潛力，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)其在推廣過(guò)程中仍存在諸多障礙。其中，“畫(huà)面設(shè)計(jì)與應(yīng)用脫節(jié)”是導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)AR教材稀缺的關(guān)鍵 [3]。如何優(yōu)化設(shè)計(jì)AR教材畫(huà)面，以使其更好地適應(yīng)教學(xué)實(shí)際需求，是本研究著力解決的問(wèn)題。

一、AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)

AR教材畫(huà)面是基于紙質(zhì)教材而形成的AR畫(huà)面，是一種以數(shù)字化屏幕呈現(xiàn)的，利用圖、文、聲、像等多種視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)媒體要素綜合表現(xiàn)的，將虛擬畫(huà)面與現(xiàn)實(shí)世界畫(huà)面按一定約束關(guān)系疊加而成的新型媒體畫(huà)面。其中，起“增強(qiáng)”作用的虛擬畫(huà)面可稱(chēng)為“增強(qiáng)畫(huà)面”，即“A 畫(huà)面”；通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的攝取而得到的畫(huà)面可稱(chēng)為“現(xiàn)實(shí)畫(huà)面”，即“R 畫(huà)面” [4]。當(dāng)前，AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)通常面臨如下挑戰(zhàn)。

（一）對(duì)教學(xué)內(nèi)容缺乏關(guān)注導(dǎo)致AR教材畫(huà)面表征錯(cuò)位

現(xiàn)有的AR教材畫(huà)面普遍存在“形式大于內(nèi)容”的問(wèn)題，無(wú)論是設(shè)計(jì)者還是使用者，都傾向于將AR教材視為一種“娛樂(lè)”工具，而非“學(xué)習(xí)”工具。具體表現(xiàn)為：過(guò)度強(qiáng)調(diào)AR教材“3D立體效果、有聲動(dòng)畫(huà)、真人發(fā)音”等特征，忽視AR教材在提升學(xué)習(xí)效果方面的實(shí)際效用。

這一問(wèn)題產(chǎn)生的原因在于設(shè)計(jì)者對(duì)教學(xué)內(nèi)容缺乏足夠的關(guān)注。畫(huà)面具有“以形表義”的優(yōu)勢(shì) [5]，畫(huà)面的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)能準(zhǔn)確反映教學(xué)內(nèi)容并確保學(xué)習(xí)者不會(huì)產(chǎn)生歧義。然而，當(dāng)前并未有成熟的研究說(shuō)明什么類(lèi)型的知識(shí)更適合用AR教材畫(huà)面來(lái)表達(dá)，設(shè)計(jì)者也往往更重視3D模型的直觀(guān)性特點(diǎn)，輕視了畫(huà)面與知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)，致使學(xué)習(xí)者只記“形”不記“義”，AR教材畫(huà)面呈現(xiàn)出“形義分離”的狀態(tài)。

（二）對(duì)教學(xué)環(huán)境缺乏考量導(dǎo)致AR教材畫(huà)面信息傳遞受阻

研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)者在利用AR教材學(xué)習(xí)時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)認(rèn)知超載、注意力隧道等認(rèn)知負(fù)荷方面的問(wèn)題 [6]，這與學(xué)習(xí)者的認(rèn)知水平和畫(huà)面設(shè)計(jì)有關(guān)。但是，即使是認(rèn)知水平相當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)者，在觀(guān)看由不同設(shè)備呈現(xiàn)的相同畫(huà)面時(shí)產(chǎn)生的認(rèn)知負(fù)荷也往往存在差異 [7]。

這一問(wèn)題產(chǎn)生的原因在于設(shè)計(jì)者對(duì)教學(xué)環(huán)境缺乏全面的考量。學(xué)習(xí)者認(rèn)知水平的提高離不開(kāi)教育系統(tǒng)各要素的協(xié)同發(fā)展，AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)也與教學(xué)環(huán)境（教學(xué)者、學(xué)習(xí)者、媒介）息息相關(guān)。對(duì)教學(xué)環(huán)境中的影響因素考慮不足，會(huì)使得設(shè)計(jì)出的AR教材畫(huà)面帶給學(xué)習(xí)者大量無(wú)效的認(rèn)知負(fù)荷，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)者無(wú)法對(duì)學(xué)習(xí)材料進(jìn)行深層加工，AR教材所傳遞的信息無(wú)法準(zhǔn)確、順利地進(jìn)入學(xué)習(xí)者大腦。

（三）對(duì)教材形態(tài)缺乏認(rèn)知導(dǎo)致AR教材畫(huà)面融合失范

AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)AR技術(shù)的“虛實(shí)融合”“實(shí)時(shí)交互”“三維配準(zhǔn)”三大特征，其中“虛實(shí)融合”最為重要。然而，現(xiàn)階段某些AR教材在設(shè)計(jì)時(shí)耗費(fèi)了大量精力和財(cái)力，卻只做到了“虛實(shí)結(jié)合”，3D模型呈現(xiàn)出固定于屏幕而非融合于現(xiàn)實(shí)的效果。顯然，這與普通的三維界面差別不大。

這一問(wèn)題產(chǎn)生的原因在于設(shè)計(jì)者對(duì)教材形態(tài)缺乏科學(xué)的認(rèn)識(shí)。AR教材畫(huà)面是由虛擬畫(huà)面與現(xiàn)實(shí)畫(huà)面疊加而成的，二者應(yīng)在時(shí)間、空間、內(nèi)容、動(dòng)態(tài)等方面充分關(guān)聯(lián)，僅關(guān)注一個(gè)方面或某幾個(gè)方面的片面匹配會(huì)使得AR教材所營(yíng)造的情境缺乏逼真度，AR教材“虛實(shí)融合”的優(yōu)勢(shì)難以得到充分發(fā)揮，不利于學(xué)習(xí)者的認(rèn)知建構(gòu)。

二、系統(tǒng)科學(xué)對(duì)AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)的啟示

當(dāng)前AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)存在問(wèn)題的根源在于，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)畫(huà)面時(shí)缺乏系統(tǒng)的觀(guān)點(diǎn)。何克抗先生立足于教學(xué)設(shè)計(jì)的理論和應(yīng)用領(lǐng)域，提出可以利用系統(tǒng)科學(xué)的整體性、層次性、動(dòng)態(tài)性、最優(yōu)化、開(kāi)放性、非線(xiàn)性、協(xié)同性和漲落性等方法特征來(lái)指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì) [8]。AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)可視為教學(xué)設(shè)計(jì)中資源設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，因此，從系統(tǒng)科學(xué)角度去探討AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)是有意義的。

從系統(tǒng)的內(nèi)部規(guī)定性來(lái)看，系統(tǒng)是由元素集和關(guān)系集共同決定的 [9]。AR教材畫(huà)面由A畫(huà)面和R畫(huà)面疊加而成，其畫(huà)面元素包括A畫(huà)面的圖、文、聲、像、交，R畫(huà)面的景、場(chǎng)、交，以及A畫(huà)面與R畫(huà)面的關(guān)聯(lián)元素。A、R畫(huà)面的各元素不能彼此孤立，而應(yīng)在時(shí)間、空間、內(nèi)容和動(dòng)態(tài)等方面進(jìn)行全方位深入關(guān)聯(lián) 。從這個(gè)意義上講，可將AR教材畫(huà)面視為一種“畫(huà)面系統(tǒng)”。圍繞此基點(diǎn)，以下將從系統(tǒng)科學(xué)的若干方法特征來(lái)對(duì)AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)展開(kāi)分析。

（一）AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)應(yīng)以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化為終極目標(biāo)

最優(yōu)化是系統(tǒng)方法始終追求的目標(biāo)。判斷一個(gè)系統(tǒng)是否已達(dá)到最優(yōu)，需要同時(shí)從空間維度和時(shí)間維度進(jìn)行考量。理想的狀態(tài)是在空間上“部分優(yōu)、整體優(yōu)”，在時(shí)間上“目前優(yōu)、長(zhǎng)遠(yuǎn)優(yōu)”。這種理想狀態(tài)的達(dá)成，依賴(lài)于合理的投入與產(chǎn)出，即以最小的投入（比如時(shí)間投入、教學(xué)設(shè)備投入）換取最大的收獲（一定條件下教學(xué)效果的最大化） [10]，將學(xué)習(xí)者所處的始源情境高效轉(zhuǎn)化為有利于學(xué)習(xí)者獲取知識(shí)、技能和態(tài)度的目標(biāo)情境。

通常來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)單性原則是自然界的經(jīng)濟(jì)法則，而簡(jiǎn)約設(shè)計(jì)是面向復(fù)雜性世界處理生存問(wèn)題的重要實(shí)踐方案 [11]，也是獲取“高性?xún)r(jià)比”的重要途徑。AR教材畫(huà)面的簡(jiǎn)約設(shè)計(jì)需要從主觀(guān)和客觀(guān)兩方面加以考慮。主觀(guān)上，設(shè)計(jì)需同認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)與人體工學(xué)相聯(lián)系，不僅關(guān)注畫(huà)面本身的簡(jiǎn)化程度，還應(yīng)關(guān)注畫(huà)面設(shè)計(jì)是否符合人的經(jīng)驗(yàn)圖式，以及畫(huà)面能否實(shí)現(xiàn)與學(xué)習(xí)者的“具身融合”?？陀^(guān)上，設(shè)計(jì)應(yīng)以主體所獲得的時(shí)空自由程度來(lái)權(quán)衡，不斷地優(yōu)化功能、簡(jiǎn)化操作，提升時(shí)間與空間的利用效率。

（二）AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)應(yīng)處理好“畫(huà)面”與“元素”之間的關(guān)系

整體性是系統(tǒng)方法的核心。系統(tǒng)之所以成為系統(tǒng)，首先要具備整體性，即整體性原理所強(qiáng)調(diào)的“整體大于部分之和”。實(shí)際上，整體與部分的關(guān)系取決于部分之間是否具有協(xié)同作用，通常包括三種情況：①存在協(xié)同的相互作用：整體大于部分之和；②不存在相互作用：整體等于部分之和；③存在非協(xié)同的相互作用：整體小于部分之和。

AR教材畫(huà)面是由A畫(huà)面、R畫(huà)面以及二者的關(guān)聯(lián)元素構(gòu)成的，相比一般的數(shù)字資源畫(huà)面更為復(fù)雜。這里存在兩類(lèi)“整體”與“部分”的關(guān)系：一是將AR教材畫(huà)面視為“整體”，將A畫(huà)面與R畫(huà)面視為“部分”；二是將A、R畫(huà)面各視為一個(gè)“整體”，其畫(huà)面元素為各畫(huà)面的“部分”。AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)需要處理好這兩類(lèi)關(guān)系，既要考慮各畫(huà)面元素自身的屬性，又要關(guān)注畫(huà)面元素之間的合理搭配，使得AR教材畫(huà)面形成“整體性”效應(yīng)，真正具備促進(jìn)學(xué)習(xí)者知識(shí)建構(gòu)的功能。

（三）AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)應(yīng)處理好“畫(huà)面”與“教學(xué)”之間的關(guān)系

層次性是系統(tǒng)方法的基本內(nèi)容。系統(tǒng)是萬(wàn)物存在的基本形式，系統(tǒng)內(nèi)部的要素是系統(tǒng)，系統(tǒng)外部的環(huán)境也是系統(tǒng)。在層次性原理看來(lái)，一切系統(tǒng)內(nèi)部普遍具有從大到小、從包含到被包含的等級(jí)秩序性。組成系統(tǒng)的要素自身也是小的系統(tǒng)，同時(shí)系統(tǒng)自身又是構(gòu)成更大整體的要素。

AR教材畫(huà)面作為一個(gè)系統(tǒng)，也具有層次性特征。第一，AR教材畫(huà)面中的每一個(gè)畫(huà)面元素都可作為一個(gè)獨(dú)立的小系統(tǒng)，畫(huà)面元素所具有的屬性是該系統(tǒng)的要素。第二，AR教材畫(huà)面同樣可以作為更大系統(tǒng)的一個(gè)要素。在設(shè)計(jì)AR教材畫(huà)面時(shí)，不應(yīng)該將其孤立出來(lái)，而是要在更大的教學(xué)系統(tǒng)范圍內(nèi)，研究AR教材畫(huà)面與其他要素之間的關(guān)聯(lián)。依據(jù)系統(tǒng)論的觀(guān)點(diǎn)，教學(xué)系統(tǒng)包含教師、學(xué)生、教材和教學(xué)媒體四大要素 [12]，AR教材畫(huà)面作為呈現(xiàn)類(lèi)教學(xué)媒體，應(yīng)與紙質(zhì)教材中的教學(xué)內(nèi)容、教師、學(xué)生與媒介共同組成相互聯(lián)系、相互作用的有機(jī)整體。

（四）AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)應(yīng)處理好內(nèi)外系統(tǒng)間的互動(dòng)關(guān)系

動(dòng)態(tài)性是系統(tǒng)方法的另一項(xiàng)重要內(nèi)容。任何系統(tǒng)都是處于不停運(yùn)動(dòng)變化之中的，因此，系統(tǒng)都具有動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)。由于加入了時(shí)間軸，系統(tǒng)的整體性和層次性不再那么涇渭分明，而是呈現(xiàn)出更加復(fù)雜的圖景。一個(gè)系統(tǒng)可以存在整體上的運(yùn)動(dòng)，也可以存在要素的運(yùn)動(dòng)，還可以因要素運(yùn)動(dòng)積累的量變而最終產(chǎn)生整體上的質(zhì)變。因此，應(yīng)該以聯(lián)系和發(fā)展（而非孤立和靜止）的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看待系統(tǒng)。

AR教材畫(huà)面內(nèi)外部要素間始終存在著物質(zhì)、信息和能量的交換，其設(shè)計(jì)應(yīng)該追求畫(huà)面穩(wěn)定性和發(fā)展性的統(tǒng)一。如前所述，AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)應(yīng)處理好畫(huà)面與元素、畫(huà)面與教學(xué)之間的關(guān)系，三者互相滲透、互相制約。在信息流動(dòng)方面，教學(xué)系統(tǒng)對(duì)AR教材畫(huà)面的設(shè)計(jì)內(nèi)容、表達(dá)方式有著制約的作用，AR教材畫(huà)面限制著A畫(huà)面元素、R畫(huà)面元素以及二者關(guān)聯(lián)元素的數(shù)量和質(zhì)量；在能量流動(dòng)方面，則是以信息流動(dòng)的反方向進(jìn)行制約。因此，需重視畫(huà)面與元素、畫(huà)面與教學(xué)之間的信息反饋，及時(shí)調(diào)整出現(xiàn)負(fù)反饋的部分，以確保AR教材畫(huà)面的穩(wěn)定性和發(fā)展性。

（五）AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)應(yīng)提煉外部環(huán)境的核心影響因素

開(kāi)放性要求系統(tǒng)面向環(huán)境開(kāi)放，系統(tǒng)與外部環(huán)境之間不斷進(jìn)行物質(zhì)、能量及信息的交換，以便從外界獲取有序信息，抵抗自身走向熱平衡崩解的趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)“以開(kāi)放求穩(wěn)定”的目標(biāo)。同時(shí)，系統(tǒng)的開(kāi)放也要注意把握好開(kāi)放程度的問(wèn)題，完全封閉的系統(tǒng)缺乏發(fā)展的活力，完全開(kāi)放的系統(tǒng)也會(huì)因缺乏自身相對(duì)于環(huán)境的邊界而不復(fù)存在。我們所追求的開(kāi)放，應(yīng)當(dāng)是在確保系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展基礎(chǔ)上的適度開(kāi)放。

AR教材畫(huà)面與其所處的外部環(huán)境（主要是外部教學(xué)系統(tǒng)）也存在千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，我們應(yīng)重視AR教材畫(huà)面的開(kāi)放性，充分汲取環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)來(lái)指導(dǎo)其設(shè)計(jì)。當(dāng)然，這里也涉及“度”的問(wèn)題。教材內(nèi)容、教師、學(xué)生、媒介的類(lèi)型與特征豐富而多樣（如學(xué)生特征包括年齡、認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)風(fēng)格等），其對(duì)AR畫(huà)面設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生或輕或重的影響。設(shè)計(jì)者必須結(jié)合特定需求，分清主要矛盾和次要矛盾，搞清楚究竟是哪些因素對(duì)AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生重要影響，而非不加選擇、不加過(guò)濾地讓AR教材畫(huà)面完全面向環(huán)境開(kāi)放。

（六）AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)應(yīng)遵循科學(xué)的設(shè)計(jì)規(guī)則

非線(xiàn)性、協(xié)同性和漲落性可以使系統(tǒng)從無(wú)序走向有序，逐漸趨于穩(wěn)定。系統(tǒng)內(nèi)部各組成要素（即各個(gè)子系統(tǒng)）之間的相互聯(lián)系、相互作用呈現(xiàn)非線(xiàn)性關(guān)系，這種非線(xiàn)性關(guān)系使得系統(tǒng)處于一種無(wú)序狀態(tài)。在協(xié)同學(xué)的支配原理作用下，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生相干效應(yīng)，某種內(nèi)部或外部原因引起的微小擾動(dòng)或漲落會(huì)被不斷放大，從而使系統(tǒng)從無(wú)序走向有序，最終達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)定有序狀態(tài)，形成耗散結(jié)構(gòu)。

AR教材畫(huà)面內(nèi)外部要素之間因相互聯(lián)系、相互作用而形成的非線(xiàn)性關(guān)系多種多樣，包括AR教材畫(huà)面與學(xué)生、教師、媒介、教學(xué)內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)，以及A畫(huà)面各元素與R畫(huà)面各元素之間的兩兩關(guān)聯(lián)等。諸多的非線(xiàn)性關(guān)系導(dǎo)致AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)處于一種“無(wú)章可循”的無(wú)序狀態(tài)，遵循一定的AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)規(guī)則，實(shí)際上就是讓AR教材畫(huà)面從“無(wú)序”走向“有序”的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程不是一蹴而就的，而是在大量實(shí)證研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)“漲落”和“協(xié)同”的作用，從個(gè)性中尋找共性，使得AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)規(guī)則穩(wěn)定、高效地用于指導(dǎo)具體實(shí)踐。

綜上所述，設(shè)計(jì)AR教材畫(huà)面時(shí)，應(yīng)全方位考慮畫(huà)面內(nèi)外部系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)，合理運(yùn)用設(shè)計(jì)規(guī)則對(duì)畫(huà)面進(jìn)行簡(jiǎn)約化設(shè)計(jì)，從而促使學(xué)習(xí)者在觀(guān)看AR教材畫(huà)面后，學(xué)習(xí)效果達(dá)到最優(yōu)。

三、AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)踐路徑

根據(jù)前文分析，從系統(tǒng)科學(xué)觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)不是孤立的過(guò)程，而是應(yīng)該在全面、科學(xué)分析教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境等相關(guān)影響因素的基礎(chǔ)上，在尊重各畫(huà)面元素特性的前提下，有選擇地、有針對(duì)性地加以完成，最終形成的AR教材畫(huà)面應(yīng)該符合“經(jīng)濟(jì)”原則，即以最小的投入換取最優(yōu)的教學(xué)效果。同時(shí)，能從大量的實(shí)踐中提煉出AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)規(guī)則，而這些規(guī)則又能指導(dǎo)、反哺后續(xù)的設(shè)計(jì)實(shí)踐，使得AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)始終保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。其中，設(shè)計(jì)實(shí)踐部分應(yīng)包含如圖1所示的過(guò)程。

（一）畫(huà)面語(yǔ)義融合設(shè)計(jì)

畫(huà)面語(yǔ)義融合設(shè)計(jì)，即考慮A、R畫(huà)面中各元素之間的語(yǔ)義邏輯關(guān)系，關(guān)注各元素與教學(xué)內(nèi)容之間的匹配關(guān)系，從而形成AR教材畫(huà)面的“信息架構(gòu)”。

一直以來(lái)，信息技術(shù)都被視為撬動(dòng)知識(shí)教學(xué)變革的最佳支點(diǎn)。但同時(shí)，信息技術(shù)又是一把雙刃劍，一旦在知識(shí)教學(xué)中被過(guò)度應(yīng)用，就會(huì)面臨知識(shí)被異化的風(fēng)險(xiǎn) [13]。AR教材作為AR技術(shù)的特定應(yīng)用，只對(duì)現(xiàn)實(shí)世界起補(bǔ)充作用，其畫(huà)面設(shè)計(jì)更是要處理好技術(shù)與知識(shí)之間的關(guān)系。

第一，教材知識(shí)歸類(lèi)。結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)的基本要求，認(rèn)真梳理教材中的核心知識(shí)點(diǎn)（特別是重難點(diǎn)），依據(jù)一定的知識(shí)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，將核心知識(shí)點(diǎn)歸屬于某種特定的知識(shí)類(lèi)別。關(guān)于知識(shí)分類(lèi)，教育學(xué)界通常依據(jù)知識(shí)屬性將知識(shí)分為事實(shí)性知識(shí)、概念性知識(shí)、程序性知識(shí)和元認(rèn)知知識(shí)四類(lèi)。L.W.安德森（L.W.Anderson）等在對(duì)本杰明·布盧姆（Benjamin Bloom）的認(rèn)知教育目標(biāo)分類(lèi)學(xué)進(jìn)行修訂時(shí)，認(rèn)為上述四類(lèi)知識(shí)可構(gòu)成教學(xué)目標(biāo)的“知識(shí)維度”，并將每一類(lèi)知識(shí)細(xì)分為若干亞類(lèi) [14]。

第二，匹配知識(shí)類(lèi)型。認(rèn)真分析各類(lèi)知識(shí)（特別是各亞類(lèi)知識(shí)）的本質(zhì)特征，將其與布盧姆認(rèn)知教育目標(biāo)分類(lèi)學(xué)認(rèn)知過(guò)程維度提到的“知識(shí)、領(lǐng)會(huì)、運(yùn)用、分析、評(píng)價(jià)”相關(guān)聯(lián)，探索不同知識(shí)維度、不同認(rèn)知過(guò)程的信息表達(dá)需求。結(jié)合AR教材畫(huà)面的三大特征（“空間視角”“深層交互”“具身形態(tài)”），努力回答“哪些知識(shí)點(diǎn)需要用AR教材畫(huà)面來(lái)表達(dá)”及“表達(dá)到何種程度”等問(wèn)題。

（二）畫(huà)面語(yǔ)用融合設(shè)計(jì)

畫(huà)面語(yǔ)用融合設(shè)計(jì)，即考慮使學(xué)生通過(guò)AR教材畫(huà)面建立知識(shí)與自身的關(guān)聯(lián)，關(guān)注各畫(huà)面元素與教學(xué)環(huán)境（學(xué)生、教師、媒介）之間的匹配關(guān)系，從而形成AR教材畫(huà)面的“功能架構(gòu)”。

學(xué)生是學(xué)習(xí)活動(dòng)的主體。AR教材能幫助學(xué)生在已知和未知之間架設(shè)橋梁，充分考慮學(xué)生的興趣和需要，使其參與到學(xué)習(xí)活動(dòng)中，體現(xiàn)其主體地位。AR教材的應(yīng)用離不開(kāi)教師因素和媒介因素的參與，而這兩類(lèi)因素又能起到反哺AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)的作用。因此，有必要分析AR技術(shù)條件下的教師因素與媒介因素，并根據(jù)知識(shí)表達(dá)的實(shí)際需要來(lái)設(shè)計(jì)AR教材畫(huà)面。

第一，學(xué)生因素分析。影響AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)的學(xué)生因素包括：學(xué)生的AR使用經(jīng)驗(yàn)、空間能力、年齡、知識(shí)水平、學(xué)習(xí)風(fēng)格等。AR教材畫(huà)面具有“空間視角”的重要特征，即畫(huà)框可以由學(xué)習(xí)者操縱并與外部世界產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，畫(huà)面內(nèi)容不再受畫(huà)框比例的限制，現(xiàn)實(shí)世界與虛擬畫(huà)面彼此融合。因此，可將空間認(rèn)知能力視作影響AR學(xué)習(xí)效果的核心因素，包括空間觀(guān)察能力、空間記憶能力、空間想象能力和空間思維能力等維度。個(gè)體的空間認(rèn)知風(fēng)格和空間能力之間存在一定的關(guān)系，不同的空間認(rèn)知風(fēng)格（界標(biāo)型、路線(xiàn)型、整體型）會(huì)對(duì)空間視覺(jué)化能力和空間定向能力產(chǎn)生差異化影響 [15]。因此，學(xué)習(xí)者的空間認(rèn)知風(fēng)格可作為AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮的因素。

第二，教師因素分析。影響AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)的教師因素包括：教師的AR使用態(tài)度、AR操作技能、教學(xué)方法等。AR教材畫(huà)面致力于營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，通過(guò)對(duì)已有案例的分析，AR技術(shù)條件下的主流教學(xué)方法包括基于游戲的學(xué)習(xí)、基于空間位置的學(xué)習(xí)和基于問(wèn)題的學(xué)習(xí) 。針對(duì)不同的教學(xué)方法，AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)應(yīng)有不同的側(cè)重點(diǎn)。在實(shí)踐中，可以將AR教材與上述三種教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合，思考如何設(shè)計(jì)AR教材畫(huà)面以適應(yīng)不同的教學(xué)方法，從而優(yōu)化AR教材的應(yīng)用效果。

第三，媒介因素選擇。影響AR學(xué)習(xí)效果的媒介因素通常包括呈現(xiàn)設(shè)備類(lèi)型、呈現(xiàn)設(shè)備屏幕尺寸、呈現(xiàn)設(shè)備可移動(dòng)性、呈現(xiàn)設(shè)備可交互性等。其中，用于呈現(xiàn)AR效果的設(shè)備類(lèi)型包括近眼式顯示設(shè)備（如頭盔顯示器）、手持式顯示設(shè)備（如智能手機(jī)、平板電腦）、固定式顯示設(shè)備（如桌面顯示器+網(wǎng)絡(luò)攝像頭）、投影式顯示設(shè)備（如CAVE系統(tǒng)）；呈現(xiàn)設(shè)備所支持的交互包括設(shè)備交互、肢體交互、手勢(shì)交互、語(yǔ)音交互和眼動(dòng)交互。在實(shí)踐中，應(yīng)思考不同媒介環(huán)境下AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)的異同，結(jié)合實(shí)際條件，選取最有益于提升AR學(xué)習(xí)效果的媒介環(huán)境。

（三）畫(huà)面語(yǔ)構(gòu)融合設(shè)計(jì)

畫(huà)面語(yǔ)構(gòu)融合設(shè)計(jì)，即考慮在A、R畫(huà)面疊加之后，能使學(xué)生獲得良好的知覺(jué)體驗(yàn)，關(guān)注A、R畫(huà)面中各元素之間的匹配關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)AR教材畫(huà)面的“知覺(jué)表達(dá)”。

前期研究發(fā)現(xiàn)，“注釋設(shè)計(jì)”和“交互設(shè)計(jì)”是AR教材設(shè)計(jì)常用的類(lèi)型，即強(qiáng)調(diào)對(duì)“A畫(huà)面內(nèi)容”及“A、R畫(huà)面交互”的設(shè)計(jì)。A畫(huà)面包括圖、文、聲、像等元素，每一類(lèi)元素都可視為一種符號(hào)。系統(tǒng)觀(guān)認(rèn)為，符號(hào)是信息與意義共同的載體和物質(zhì)外殼，人類(lèi)通過(guò)符號(hào)表達(dá)意義，物質(zhì)與能量則通過(guò)符號(hào)實(shí)現(xiàn)信息的傳遞與反饋。信息對(duì)應(yīng)于客觀(guān)事件，是符號(hào)的科學(xué)范式表達(dá)；意義則對(duì)應(yīng)于主觀(guān)對(duì)象，是符號(hào)的人文范式表達(dá) [16]。設(shè)計(jì)AR教材畫(huà)面時(shí)，既要關(guān)注所表達(dá)知識(shí)蘊(yùn)含的信息，又要考慮學(xué)生從畫(huà)面元素所獲得的知覺(jué)體驗(yàn)。

第一，畫(huà)面關(guān)聯(lián)匹配。AR教材畫(huà)面是由A畫(huà)面和R畫(huà)面疊加而成的一種“合成畫(huà)面”。A、R畫(huà)面在學(xué)習(xí)者的大腦中可作為兩個(gè)不同的輸入空間，當(dāng)二者中的元素能產(chǎn)生穩(wěn)固聯(lián)系時(shí)，就能向合成空間映射大量的有效元素，促進(jìn)AR教材畫(huà)面中“新創(chuàng)”結(jié)構(gòu)的形成。因此，應(yīng)關(guān)注A、R畫(huà)面之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，包括時(shí)間關(guān)聯(lián)、空間關(guān)聯(lián)、內(nèi)容關(guān)聯(lián)以及動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)。

第二，畫(huà)面元素選擇。AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)需選擇合適的元素來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)匹配的目的，其中A畫(huà)面元素的選擇是重點(diǎn)。在A畫(huà)面中，通?？梢猿尸F(xiàn)文字、圖形、聲音、視頻、動(dòng)畫(huà)等媒體信息，在此環(huán)節(jié)需結(jié)合R畫(huà)面的內(nèi)容來(lái)選擇A畫(huà)面的元素，既可選擇單元素，也可選擇多種元素的組合。

第三，元素屬性設(shè)置。屬性是元素的靜態(tài)特征，用于對(duì)元素進(jìn)行描述。比如，“聲”的屬性包括音色、語(yǔ)調(diào)、速度、節(jié)奏、韻律、力度、長(zhǎng)短等。AR教材畫(huà)面中，3D模型是一類(lèi)特殊的元素，其靜態(tài)部分屬于“圖”的范疇，其動(dòng)態(tài)部分又可歸屬至“像”的類(lèi)別。3D模型通常是以一定的原型（即客觀(guān)存在的對(duì)象客體）為依據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)的，需要對(duì)觀(guān)念因素（點(diǎn)、線(xiàn)、面、體）、視覺(jué)因素（形狀、色彩、肌理、大?。┘皸l件因素（數(shù)量、方位、動(dòng)靜、光線(xiàn)）的屬性進(jìn)行全方位設(shè)置，以保證3D模型盡可能還原客觀(guān)事物，對(duì)教材知識(shí)準(zhǔn)確表達(dá)。

第四，畫(huà)面組接形成。畫(huà)面的組接功能可以使有限的屏幕畫(huà)面條理化，給工作區(qū)留出較為寬裕的空間。AR教材畫(huà)面主要通過(guò)“交互”功能來(lái)實(shí)現(xiàn)畫(huà)面的組接，從而幫助學(xué)習(xí)者有效控制教學(xué)過(guò)程，最大程度地發(fā)揮其主觀(guān)能動(dòng)性。AR教材畫(huà)面中常見(jiàn)的交互方式包括：用于組接A畫(huà)面的導(dǎo)航、按鈕、超鏈接、自然交互（手勢(shì)等），以及用于組接R畫(huà)面的鏡頭操縱（推、拉、搖、移、升、降、跟等）。設(shè)計(jì)AR教材畫(huà)面時(shí)，需明確各交互方式的特征及適用領(lǐng)域，結(jié)合實(shí)際需求，確保畫(huà)面組接自然、流暢、合理。

四、結(jié)語(yǔ)

以系統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)來(lái)審視AR教材畫(huà)面的設(shè)計(jì)問(wèn)題，有助于解決AR教材當(dāng)前存在的諸多問(wèn)題，具有實(shí)踐意義。系統(tǒng)科學(xué)的方法特征（整體性、層次性、動(dòng)態(tài)性、最優(yōu)化、開(kāi)放性、非線(xiàn)性、協(xié)同性、漲落性）為AR教材畫(huà)面的設(shè)計(jì)路徑提供了啟示，即應(yīng)遵循“畫(huà)面語(yǔ)義融合設(shè)計(jì)→畫(huà)面語(yǔ)用融合設(shè)計(jì)→畫(huà)面語(yǔ)構(gòu)融合設(shè)計(jì)”的基本思路。然而，對(duì)于AR教材設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，需要了解的不僅僅是設(shè)計(jì)的步驟，更應(yīng)包括AR教材畫(huà)面設(shè)計(jì)所需遵循的規(guī)則。規(guī)則實(shí)際上反映了現(xiàn)象背后的本質(zhì)規(guī)律，規(guī)則需要在大量設(shè)計(jì)實(shí)踐的基礎(chǔ)上提煉得出，而這正是我們未來(lái)的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

參考文獻(xiàn)

[1] 王潤(rùn).數(shù)字教材與紙質(zhì)教材關(guān)系演進(jìn)：歷程、邏輯與展望[J].教育學(xué)報(bào)，2021，17（5）：111-122.

[2] 劉瀟，王志軍，曹曉靜.基于用戶(hù)體驗(yàn)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)教材設(shè)計(jì)研究[J].教學(xué)與管理，2019（33）：75-78.

[3]劉瀟.增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)資源畫(huà)面優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].天津：天津師范大學(xué)，2019.

[4]王志軍，劉瀟.促進(jìn)學(xué)習(xí)情境轉(zhuǎn)化的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)資源設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)電化教育，2019（6）：114-122.

[5]王志軍，王雪.多媒體畫(huà)面語(yǔ)言學(xué)理論體系的構(gòu)建研究[J].中國(guó)電化教育，2015（7）：42-48.

[6]周森，尹邦滿(mǎn).增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展機(jī)遇[J].電化教育研究，2017，38（3）：86-93.

[7] 劉瀟，王志軍.空間鄰近效應(yīng)如何影響增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)認(rèn)知負(fù)荷[J].數(shù)字教育，2021，7（6）：39-45.

[8] 何克抗.運(yùn)用“新三論”的系統(tǒng)方法 促進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用的深入發(fā)展[J].中國(guó)電化教育，2010（1）：7-18.

[9] 閔家胤.系統(tǒng)和系統(tǒng)科學(xué)[J].系統(tǒng)科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，19（4）：4-7.

[10] 廖凌燕.教學(xué)過(guò)程最優(yōu)化理論視域下的課堂管理研究[J].中國(guó)成人教育，2015（16）：127-129.

[11] 栗壯志.平衡復(fù)雜：簡(jiǎn)約設(shè)計(jì)的四維審度[J].系統(tǒng)科學(xué)學(xué)報(bào)，2021，29（4）：12-15.

[12] 何克抗.教學(xué)結(jié)構(gòu)理論與教學(xué)深化改革（上）[J].電化教育研究，2007（7）：5-10.

[13] 羅祖兵，韓雪童.信息技術(shù)對(duì)知識(shí)教學(xué)的僭越之思與破解之道[J].中國(guó)電化教育，2022（2）：60-68.

[14] 黃鶯，彭麗輝，楊心德.知識(shí)分類(lèi)在教學(xué)設(shè)計(jì)中的作用：論對(duì)布盧姆教育目標(biāo)分類(lèi)學(xué)的修訂[J].教育評(píng)論，2008（5）：165-168.

[15] 左婷婷，胡清芬.空間認(rèn)知風(fēng)格及其與空間能力的關(guān)系[J].心理科學(xué)進(jìn)展，2015，23（6）：959-966.

[16] 崔岐恩，張曉霞.符號(hào)：作為信息與意義的雙重載體[J].系統(tǒng)科學(xué)學(xué)報(bào)，2020，28（4）：12-17.

（責(zé)任編輯 李強(qiáng)）

Research on the Screen Design of AR Teaching Materials in the Perspective of System Theory

Liu Xiao， Wang Zhijun

（Faculty of Education， Tianjin Normal University， Tianjin， China 300387）

Abstract： AR teaching materials are facing the problem of mismatch between practical utility and educational potential， which greatly restricts their large-scale popularity in the field of education and teaching， and this problem is rooted in the irregular screen design. Based on the characteristics of the system approach of the “old three theories” and the “new three theories”， this study regards the AR textbook screen as a kind of “screen system”， and discusses the inspirations of eight factors， namely， the integrality， hierarchy， variability， optimization， openness， cooperativity， nonlinearity and fluctuation， on the screen design of AR teaching materials. It is pointed out that the specific design practice should follow the path of “screen semantic fusion design→screen semantic fusion design→screen semantic fusion design”， and take the “refinement of design rules” as the next stage of the design process.

Key words： AR textbook; Multimedia screen; Systematic approach; Design path