一、新工科与3D化教学技术：在传统工科教育基础上的继承与突破

在全球新一轮科技革命和产业变革的浪潮下，以人工智能、大数据、物联网、新能源、新材料为代表的新兴技术正以前所未有的速度重塑产业格局。传统工科人才培养模式与产业需求之间的脱节日益凸显，企业对具备跨学科视野、实践创新能力和技术整合素养的工程人才需求迫切。在此背景下，我国教育部于 2017 年正式提出 “新工科” 建设倡议，旨在推动高等工程教育改革，培养适应未来产业发展的高素质工程科技人才。

新工科建设并非对传统工科的简单否定，而是在继承工科教育核心价值的基础上实现突破。其核心诉求包括三个维度：一是学科交叉融合，打破机械、电气、计算机等传统专业壁垒，形成应对复杂工程问题的复合型知识体系；二是实践能力升级，从单一技能训练转向复杂系统操作与创新设计，强化工程实践的真实性与挑战性；三是技术响应速度，教育内容与手段需紧跟技术迭代节奏，使学生在校期间即可接触产业前沿技术。这一背景要求高校必须突破传统教学模式的桎梏，在教学技术与方法上实现革命性创新。

新工科建设对教学技术的革新提出了系统性要求，而 3D 化教学技术的价值恰在于其对传统知识传递范式的深层重构，这种重构与新工科的教育理念形成了理论层面的内在契合。3D化教学技术的价值不仅在于技术形态的革新，更在于其重构了知识表征、学习互动与认知发展的底层逻辑，这种重构恰好回应了新工科对复杂知识传递、工程思维培养与跨学科整合的核心诉求，成为支撑新工科教育范式转型的重要理论与技术支点。

二、云视图研全息教室与传统3D解决方案的显著差异

在教育技术演进过程中，3D 技术已历经多次形态革新，从早期的立体电影、3D 建模软件到 VR 虚拟现实、AR 增强现实等，均试图通过视觉革新提升教学效果。但云视图研全息教室系统与这些技术存在本质区别，其核心差异至少体现在两个层面：

交互维度的突破是首要差异。最直观的区别即体现在是否依赖头戴显示。传统 3D 技术多为单向信息输出（少数有多人协作场景），如VR 设备的优势在于营造沉浸环境，但用户视角受限眼镜的包裹，难以与外界进行交互和协同；AR 技术虽可叠加虚拟信息于现实场景，但当前应用的交互深度仅停留在简单标记层面。而云视图研全息教室，由于是基于裸眼显示的技术路线，能够在教室内实现所有学生同时观看，所能显示的3D立体画面是常规3D终端的50-80倍，同时依托实时渲染与虚拟空间定位技术，师生能直接用手势或者笔触来操控三维模型，例如在铁路驼峰调车教学中，学生可徒手 “抓取” 虚拟列车进行溜放路径调整，多名学生还能同时在同一全息场景中协作完成调车方案设计，实现了从 “观看” 到 “操作” 再到 “协同” 的交互升级。

教学资源的生成模式差异显著。传统 3D 教学资源需专业团队耗时数月开发，且更新维护成本高昂，交付难度大，上手门槛高，行业厂商和一线教师们同样都饱受困扰。在云视图研的方案中，全息教室配备的课件编辑平台允许教师零代码自主创建课程内容，老师将传统PPT授课模式提升为全息互动授课模式，仅需要一小时左右的备课时间而已，而且云视图研也支持与第三放的虚拟仿真平台进行接入，并能根据教学反馈随时调整场景细节，这种 “教师主导的资源生成” 模式大幅提升了技术应用的灵活性与针对性。

在交互方式和资源生成模式上的不同，也决定了全息教室可以走进绝大多数专业的课堂教学中之中，既能实现视觉效果震撼的互动教学场景，也适配绝大多数老师对新式教学装备的把握能力，引用一线教师的话，即“既要效果酷炫，也要用的起来”。

三、兰州交大全息教学实践的创新点及其新工科特质

兰州交通大学交通运输学院以铁路运输专业为核心，在铁路交通领域具有深厚的历史积淀和卓越的学术声誉。学院的铁路运输专业不仅是学校历史最悠久的学科之一，而且在教学质量和学术水平方面处于国内领先地位，学院在铁路驼峰调车作业、高铁电气化系统等课程的教学与研究上成果丰硕，拥有一批高水平的师资队伍和先进的教学科研设施。兰州交通大学将云视图研全息教室系统应用于交通运输学院核心课程教学，其创新实践精准呼应了新工科建设的核心要求。

以核心章节火车驼峰调车作业为例，传统的铁路驼峰调车作业课程教学主要依赖于教材、平面图纸和简单的模型，学生难以直观理解复杂的调车作业流程和设备运行机制。云视图研全息教学系统的引入改变了这一局面。通过该系统，学生可以在全息教室中观看到裸眼 3D 的铁路驼峰调车作业场景，包括车辆的溜放、道岔的转换、调速设备的运作等。全息影像将调车作业的动态过程栩栩如生地展现出来，学生仿佛置身于真实的铁路驼峰场，能够清晰地观察到每个环节的细节，极大地提升了学习的直观性和趣味性。在立体化展示的基础上，还可以接入数据引擎，全息系统可以模拟不同速度、不同车型的车辆在驼峰上的溜放过程，展示车辆之间的间隔变化情况，帮助学生更好地理解间隔控制的原理和方法。

与此同时，对于高铁电气化系统这样涉及复杂电气设备和系统架构的课程，全息教学系统同样发挥了重要作用。教师可以利用全息课件编辑平台，将高铁电气化系统的各个组成部分，如牵引变电所、接触网、电力机车等，以三维立体的形式呈现，并进行动态拆解与讲解。学生能够逐层观察系统内部的结构和布线，了解电气设备的工作原理和相互之间的连接关系。以接触网课程为例，全息系统可以展示接触网在不同工况下的受力情况、弓网关系的动态变化等，使学生对接触网的设计、安装和维护有更深入的理解。同时，学生还可以借助云视图研的平台自行设计和仿真不同的高铁电气化场景，进行虚拟实验和探索，培养创新思维和实践能力。

四、云视图研全息教学技术在其他工科方向的应用借鉴

兰州交大的实践为其他工科院校提供了可借鉴的应用范式，结合不同工科专业的特点，全息教室可形成多样化的融合路径，篇幅所限在此仅列举少数几个专业方向。

首先在工业设计专业，云视图研全息教室能完美的实现 “全流程设计可视化教学”。工业设计涉及产品形态、结构、人机交互等多维度要素，传统教学中二维图纸和静态模型难以展现设计方案的动态效果。全息教室系统可构建产品设计全流程场景，学生设计智能手环时，能实时生成三维模型，旋转观察不同角度的形态美学效果，还能模拟用户佩戴时的手部动作与屏幕交互逻辑，甚至可拆解内部结构查看电池与传感器的布局是否合理。教师可通过全息场景对比不同设计方案的优劣，引导学生平衡美学设计与工程实现，这种 “立体设计评审” 模式让抽象的设计原则转化为可感知的视觉体验。

再比如在车辆设计专业上，全息教室的 “系统集成式” 和“跨学科”教学效果十分显著。车辆设计是典型的结构化知识密集领域，涵盖车身造型、底盘结构、动力系统等多个子系统。全息系统能将整车三维模型分解为各个模块，学生调整发动机参数时，系统会同步显示动力传递路径的受力变化、油耗曲线及排放数据；修改车身流线型设计时，可即时呈现风阻系数变化对续航里程的影响。在新能源汽车课程中，还能立体展示电池组布局与车身配重的关系，帮助学生理解 “空间利用率” 与 “行驶稳定性” 的工程权衡，这种 “动态关联展示” 解决了传统教学中系统知识碎片化的问题。

在船舶与海洋工程专业，云视图研全息教室非常适合开展 “复杂结构与航行性能” 教学。船舶设计涉及船体结构强度、流体动力性能、舱室布局等结构化知识，传统教学中船舶模型笨重且难以展示内部细节。全息系统可构建万吨级货轮的全息模型，学生能逐层查看双层底结构的防沉设计，模拟不同装载量下的船舶吃水线变化；在海洋平台课程中，能动态演示波浪载荷对平台桩腿的冲击过程，观察结构应力分布情况。通过交互操作，学生可调整船体线型参数，实时观察其对航速与稳定性的影响，通过这种 “沉浸式结构分析” 让复杂的船舶工程知识变得直观易懂。

在比如在非常考验抽象思维的航空航天器设计专业，全息教室可构建 “多维集成设计与性能验证” 教学场景。该专业涉及气动布局、结构强度、动力系统、航电控制等高度结构化的复杂知识体系，传统教学中二维图纸和缩比模型难以呈现各系统间的耦合关系。全息系统能生成全尺寸航天器三维模型，学生设计卫星姿态控制系统时，可实时观察推进器喷射角度对卫星自旋稳定的影响，同步查看星载计算机的控制算法响应曲线；优化飞机机翼剖面形状时，系统会即时生成流场云图，展示不同攻角下的升力系数与阻力分布。在空间动力学课程中，通过交互操作调整火箭发动机推力参数，学生可直观理解多级分离时序与入轨精度的关联，这种 “全系统动态验证” 模式让抽象的航空航天工程原理转化为可量化、可调控的具象场景，有效解决了传统教学中 “系统集成认知难” 的核心痛点。

这些应用路径的共同特征在于：将工科教学中 “看不见、摸不着、难再现” 的核心知识点转化为可交互、可分析、可设计的全息场景，使学生在虚拟与现实的融合学习中培养新工科所需的核心素养。正如兰州交大的实践所证明的，全息技术不仅是教学工具的革新，更是推动工科教育范式转型的关键支点，其价值不在于技术本身，而在于能否通过技术重构，让工程教育更贴近产业真实需求，最终实现新工科建设 “培养未来工程师” 的核心目标。