6.4 初识虚拟现实与增强现实（第二课时）（教案）2025-2026学年高教版中职信息技术基础模块（下册）

6.4 初识虚拟现实与增强现实（第二课时）（教案） 课 题 6.4 初识虚拟现实与增强现实（第二课时） 课型 新授课 主备人 集体备课时间 课时安排 教授人 授课班级 授课时间 教学目标 1. 知识与技能 · 了解增强现实的基本概念，能用自己的话解说AR与VR的本质区别 · 掌握增强现实的三大核心特征（虚实结合、实时交互、三维注册），能举例说明每种特征在真实AR应用中的体现 · 了解增强现实的核心技术原理（光学透视与视频透视、SLAM空间定位与地图构建、手势与语音多模态交互、光波导显示技术）和硬件设备类型 2. 过程与方法 · 通过“AR初体验”桌面端小程序体验和“AR vs VR特征连连看”配对活动，将AR三大特征从概念转化为可辨析、可操作的具象认知 · 通过“AR应用场景连连看”配对活动，建立行业领域与AR技术功能之间的对应判断力 · 通过“三维注册”生活化类比教学，将对AR底层核心技术的直觉认知转化为可辨别的技术类型理解 · 通过小组合作探究和创意设计，培养团队协作和应用创新思维 3. 情感态度与价值观 · 感受增强现实技术对人类社会生产生活方式的深刻变革，激发对信息技术领域持续探索的兴趣 · 了解我国在AR领域的最新创新成果（XREAL自研空间计算芯片X1、VITURE全球最大FOV AR眼镜、中国厂商占全球45%市场份额等），增强民族自豪感和科技自信 · 了解AR技术在工业巡检、远程医疗等国家战略领域的重要应用，初步建立科技维护安全的意识 · 正确认识虚拟与现实的关系——AR技术让虚拟内容服务于现实世界，拓展了人类感知和认知的边界 教学重点 · AR的三大核心特征（虚实结合、实时交互、三维注册）及其含义 · AR与VR的核心区别——“封闭沉浸、完全虚拟” vs “虚实融合、叠加显示” · AR在商业零售、教育、医疗、工业等领域的典型应用 教学难点 · “三维注册”概念的理解——虚拟物体怎样被“锚定”在真实空间中？“三维注册”中的“注册”与日常生活语境中的“登记”含义不同，在这里指的是一套空间坐标对齐的技术过程 · AR与VR在显示技术路径上的本质差异——光学透视（OST）与视频透视（VST）两种方案各自的适用场景和技术特征 · 从VR到AR的概念迁移——在6.4.1基础上将“沉浸感”理解深化为“在真实物理环境中获得与虚拟数字内容的自然融合感” 学习策略 情境教学法、体验式教学法、对比辨析法、任务驱动法、游戏化教学法、小组合作探究法 设计理念与创新点 1. 以“未来校园AR导览系统设计师”情境任务为核心主线贯穿全课——学生在解谜式情境中依次解锁AR概念、特征、技术、应用四个认知模块，与6.4.1“未来校园VR展馆设计师”形成姐妹情境主线，两课时间构成完整的“VR体验+AR导览”校园智慧化方案 2. 采用“辨—知—探—望”四阶递进教学链：辨AR（与VR进行多维度对比辨析，建立AR独特性的认知框架）→知AR（学习三大核心特征与技术原理，建立系统认知）→探AR（了解行业应用，完成场景分类）→望AR（了解AR+AI融合前沿，建立视野认知），让教学过程从辨析到认知到探究到展望层层递进 3. 通过“AR vs VR连连看”特征对比活动，将6.4.1的VR三大特征与6.4.2的AR三大特征逐项对比，帮助学生在已熟悉的VR认知起点上建构对AR的系统理解，突破概念混淆的认知难点 4. 通过生活化类比导入“三维注册”这一抽象概念——以“GPS是怎样把地图上的代表你的位置的蓝色小圆点‘锚定’在手机屏幕里那条正确的道路线路和水系方位上”引出空间锚定逻辑，将技术原理转化为可感知的直觉认知 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 情境唤醒与主线衔接 展示这次继续解锁的主线任务：“上节课我们为学校的‘未来校园VR展馆’项目了解了VR技术——戴上眼镜可以完全沉浸在一个全新的虚拟世界里。现在学校项目组又提出一个新需求——‘能不能让新生进入校园后，用手机对准教学楼就能看到它的历史介绍悬浮在楼旁边、对准图书馆大门就能看到一条虚拟箭头引导他们到借阅台？’——这些功能不需要把用户封闭进一个全虚拟的世界，而是在他们看到的真实校园画面上叠加相应的信息。这个新技术的专业名字叫‘增强现实’——AR。” 回顾上节课的VR任务，听到这次的新任务后很快回忆起6.4.1结尾曾提到的“封闭沉浸=VR、叠加显示=AR”对比口诀，对两种技术的切换形成初步场景对照 与6.4.1“未来校园VR展馆”形成姐妹情境主线，两课时间构成完整“VR体验+AR导览”校园智慧化方案，项目式学习主线贯穿全单元，增强学生对两项技术关联与差异的整体认知 明确任务 分发任务书：“今天我们继续以‘未来校园设计师’的身份，解锁AR认知的三步关卡——①辨析AR和VR到底哪里不一样，建立一个清晰的对照清单；②理解AR的三大核心特征和其背后的核心工作流程；③了解AR在商业、教育、医疗、工业和导航等领域的广泛应用和最新的AI融合动态。”展示学习目标。点明本课思政立意——“真实世界是AR的根，虚拟信息是AR的叶，根深才能叶茂” 查看任务书，明确任务目标 以闯关机制衔接6.4.1主线任务，保持单元学习连续性 AR是什么——“一张虚拟标签怎样稳稳地贴在真实的物体上” AR的定义 讲解AR的基本定义 AR的三大核心特征 逐一讲解AR的三大核心特征，每个特征先给出本课的核心定义、再与对应VR特征做对照——①虚实结合（Virtual-Real Integration）：②实时交互（Real-Time Interaction）③三维注册（3D Registration）随后点出三大特征逻辑关系：“虚实结合——AR‘怎么看’，实时交互——AR‘怎么动’，三维注册——AR‘怎么稳’。三层递进——先能看（融合）、才能动（交互）、才能稳（锚定）——三者缺一则AR将不再是AR。” 记录AR三大特征及与VR的对照关系，在对照表的AR和VR两侧分别填入虚实结合/沉浸感、实时交互/交互性、三维注册/想象性三组平行关键词，对比两技术体系各自的特征结构 AR与VR特征连连看 发放任务书上的“AR与VR特征连连看”配对卡，布置快速配对任务：“请各小组将左侧的6个体验描述分别归类到‘VR体验’或‘AR体验’两个区域——①戴上眼镜后完全看不到教室里的桌椅和同学→VR；②用手机对准校门看到一块悬浮的‘欢迎新生’标识→AR；③用手柄在虚拟世界中搭建一座虚拟城堡→VR；④通过AR眼镜的虚拟箭头引导走向图书馆并看到箭头在地面上随着路线的弯曲而延伸→AR；⑤在虚拟空间中伸手抓起一块浮石并旋转观察→VR（与6.4.1脑内VR体验呼应）；⑥打开美妆App摄像头对准自己看到自己嘴唇上叠加了一套最新的口红色号→AR。限时90秒。”巡视各组配对情况 小组快速讨论配对，在卡片上连线标注；全部配对完成后对照白板上的标准答案进行快速自检；易混淆项（④、⑥与VR特征项之间的区分）由同桌快速互查 将6.4.1的VR特征认知直接迁移为AR辨析的参照工具，帮助学生在已有的VR知识框架上快速建立对AR特征的精准理解 VR发展三阶段 讲解VR技术发展三阶段及其关键技术突破点——①萌芽期（1968年，Ivan Sutherland制造世界第一台头盔式VR显示器“达摩克里斯之剑”，受硬件限制体积庞大图像简陋但首次将脑中对VR的想象验证为真实世界中的原型机）；②成长期（1990年代—2010年代初，1995年任天堂Virtual Boy首次将VR推向消费市场但受技术限制未能被普通消费者广泛接纳，2012年Oculus Rift横空出世以高分辨率低延迟头显重新点燃VR产业）；③爆发期（2020年代—至今，消费级VR设备如Meta Quest、PICO、HTC VIVE等达到数千万级用户规模，2023年发布2024年发售的Apple Vision Pro以空间计算概念重新定义VR/AR融合体验。2026年全球元宇宙市场规模达1501亿美元，XR硬件出货量预计反弹87%）。用类比帮助学生记住三阶段的跨度 记录VR技术演进时间轴的关键节点，与屏幕上方展开的三阶段里程碑长图逐项对照，按世纪年代标记出自己最感兴趣的一个技术节点 将约60年的VR演进史以“创始突破→消费初探→生态爆发”三阶段为用户提供时间参照系——帮助学生快速建立对VR技术演变过程整体推进节奏的认知框架 两种显示技术方案对比 讲解AR的两种核心显示技术路径及其区别——①光学透视（OST, Optical See-Through）：用户的视线直接穿过透明镜片看到真实世界（镜片本身的透光率决定了能看到多少真实的自然场景），同时微型投影仪或光波导将虚拟图像投射到镜片的内表面，将光线反射或衍射进入视网膜——最终在眼睛中形成真实世界画面上叠加虚拟图层的融合效果。优点：自然视场、低延迟、符合人的自然视觉习惯；局限：受环境光线影响较大，户外强光下虚拟内容亮度可能不足导致难以辨读，且视场角相对受限。②视频透视（VST, Video See-Through）：摄像头先拍下真实世界的实时视频流输入处理器，在处理器内部将虚拟内容渲染叠加到这帧视频画面上，再将已经融合好的整体画面显示在用户眼前的显示屏上——用户看到的不是直接透进来的真实光线，而是经处理后再呈现的画面。优点：不受环境光线影响，虚拟内容可以完全遮挡真实物体，融合效果更可控且视场角更宽；局限：画面存在毫秒级处理延迟，断电即失明（完全依赖电子系统）。 在自己的任务书设备印象卡上为每类硬件标注核心功能关键词——OST型眼镜写“镜片透明+投射虚拟光”→VST型头显写“摄像头拍现实+处理器融合”→AR手机写“屏幕看融合画面” 建立“硬件类型=底层技术路径+产品形态+适用场景”三位一体认知 任务一：AR与VR多维度对比——“比一比” 对比任务发布 发放任务书上的“AR vs VR多维度对比表”，布置深度对比任务：“请各小组从核心定义、核心技术差异、显示方式、代表产品、使用场景五个维度完成AR与VR的系统对比。”巡视各组填写情况 对比结果核对 公布对比表的标准填写版本并逐项对照讲解——对各维度中学生混淆率高的一项（“显示方式”一栏中个别组将VST头显的透视功能错误归入OST类别或反之）进行专项辨析 对照标准版本修正自己的对比表 建立系统化的AR-VR区分认知框架 任务二：AR初体验——“看一看” AR体验发布 指导各小组打开教师准备好的AR体验小程序或App——扫描桌面后出现一个虚拟3D物体叠放在桌面上，可尝试移动手机改变观看角度观察虚拟物体的透视变化、用手指缩放和旋转虚拟物体、观察当摄像头快速移动或画面中有手遮挡时虚拟物体的锚定位置是否会暂时丢失。巡视各组体验情况 小组交互体验AR，特别关注手机 从不同角度观看虚拟花瓶是否“粘”在桌上不动 任务三：AR+AI融合前沿展望——“想一想” 发布短时头脑风暴任务：“如果让你把AI和AR融合在一起，为学校的图书馆、食堂或实训室设计一个‘智能AR助手系统’，你有什么创意应用设想？提示——你可以让AI认出图书馆每一本书的封面、在查阅端直接推荐同主题书架上位置相邻的其他参考书并在AR画面中标注与你的专业相关的参考章节；或者让AI在你端着餐盘扫描每个窗口时自动显示每道菜的营养成分和制作工艺。你还能想到哪些功能？”随机抽查2组口头发表创意 小组围绕校园真实场景讨论可能的AI+AR应用改进，用草稿简要记录功能示意图并配一句话功能定位说明 将概念知识立即转化为生活化的表达输出，检验学以致用的掌握程度 成果展示 选取2个小组代表上台投屏展示——①“AR vs VR多维度对比表”完整版本；②“AR应用场景连连看”配对结果及对教育/医疗场景中AR三维注册应用的个人理解；③未来校园AI+AR创意设计方案的构思草图和功能说明；④AR与VR对比思维导图的最终版本 小组代表展示并讲解，其他小组在评价表上打分 小组代表展示并讲解，其他小组认真倾听并在评价表中记录关键对比数据 锻炼表达与展示能力，促进组间经验交流和知识互补 多元评价 组织自评、互评，教师点评总结。表扬连连看配对全对、AR创意有新意且思维导图结构完整的小组。统计各小组情境任务闯关卡星级积分并逐一颁奖 进行自我评价和小组互评，填写评价记录 构建多维评价体系 板书设计 板书设计：6.4.2 了解增强现实技术 一、AR是什么——在真实世界上叠加虚拟信息的数字技术 · 定义： · 核心区别： 二、AR的三大核心特征 · 虚实结合：真实世界可见 + 虚拟信息锚定层 ——真实背景上叠加数字层（对应VR“沉浸感”） · 实时交互：手势/语音/位移 → 系统实时反馈 ——所有操作都在真实背景前以实时同步的方式返回叠加图像（对应VR“交互性”） · 三维注册：虚拟物体坐标与真实空间结构持续对齐绑定，不漂移——这即是AR和所有其他屏幕叠加技术之间最根本的分水岭（对应VR“想象性”） · 三特征逻辑关系：虚实结合→“怎么看”；实时交互→“怎么动”；三维注册→“怎么稳” 三、AR核心技术链 · 采（摄像头+IMU+深度传感器）→ 算（SLAM空间定位与地图构建）→ 配（三维注册·虚拟坐标系与真实场景坐标系持续对齐）→ 显（光学透视OST / 视频透视VST） · 两种显示技术方案：OST·光学透视（镜片透明+投射虚拟光）/ VST·视频透视（摄像头拍真实+处理器融合后统一显示） 四、AR的行业应用 商业零售 / 教育 / 医疗 / 工业与制造 / 导航 / 文旅与文化遗产保护 五、AR安全与伦理 隐私边界·数据采集权限 · 虚拟与现实双重通道信息平衡 教学反思 （课后填写） · 教学目标达成度分析 · 学生对信息技术发展历程的理解情况 · 小组讨论环节的参与度和效果 · 课程思政融入的自然度 · 改进措施与建议 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $