由天津师范大学教育学部刘潇的研究团队撰写的论文《生成式设计驱动下数字教材的3D建模研究—以“认知减负”为导向的框架构建与效果验证》在期刊《现代教育技术》2026年第7期发表。

研究指出，尽管生成式设计借助Neural4D等工具能显著提升3D建模的设计开发效率，但现有技术实践普遍存在“重浅层技术提速、轻深层认知提效”的偏向，导致AI生成的模型因缺乏对教育需求的深度理解而充满冗余细节，反而加重了学习者的外在认知负荷。为此，研究基于系统科学、多媒体画面语言学、原型理论、认知负荷理论与分布式认知五大理论依据，提炼出层次性、关联性、典型性、必要性与人智共设五项设计原则，构建了包含“原型定义—演进生成—评估遴选—迭代优化”四个环节的动态闭环框架。为检验框架的有效性，研究采用拉丁方设计开展眼动实验，借助描述性统计和多变量方差分析，比较了3D模型的人智共设+简约化、人智共设+仿真化、人工建构+简约化、人工建构+仿真化四种设计方式在认知负荷、学习成绩方面的差异。结果显示，基于生成式设计框架的“人智共设+简约化”组在认知减负指标上整体占优，简约化设计在材料设计感知、眨眼率等方面显著优于仿真化设计，表明聚焦核心知识、剔除冗余细节是实现数字教材3D模型认知减负的有效路径。研究同时发现，人智共设与人工建构的减负效能尚无显著差异：一方面，AI生成的模型在视觉与信息组织上更契合学习者认知习惯；另一方面，当前AI大模型在3D生成上仍存在数据训练不足、生成结果与描述匹配度不高等技术瓶颈。研究从教育本质出发重构生成式设计的底层逻辑，推动数字教材建设理念由 “技术应用导向”转向“认知适配导向”。未来随着AI技术的持续迭代，兼具高效率与低成本优势的人智共设模式必将成为认知减负的优越策略。