虛擬現實技術在高中立體幾何教學中的應用展望

摘 要：在虛擬現實技術作為當今信息技術研究熱潮的背景下，本文提出將虛擬現實技術應用于高中立體幾何，解決學生學習立體幾何難點的困惑；分析了虛擬現實技術面臨的挑戰，并對未來虛擬現實技術的應用趨勢進行了展望。

關鍵詞：虛擬現實；立體幾何；教育

一、引言

在科技不斷進步、教育不斷改革的21世紀，傳統的教學方式已無法滿足學生的需求。尤其在高中立體幾何知識的學習中，傳統教學方式無法讓學生很好地理解多維空間。因此，虛擬技術與教育的結合將是教學方式改革的方向。本文研究了虛擬技術在高中立體幾何中的應用，展望了虛擬教育在數學教育中的應用。

二、高中立體幾何教學存在的問題

1.識圖、作圖難

高中生對二維空間已經很清楚，但對三維空間的無限及復雜性的認識還遠遠不夠。通過觀察直觀圖，想象其幾何形狀，或者是知道某物體的形狀及特征而不會用直觀圖描述出來，這些對高中生來說是學習立體幾何的一個難點，也就是空間想象能力差。

2.尋找立體幾何解題思路難

高中生學習立體幾何的難點主要是不會證明線線、線面、面面之間的關系。存在這種現象的主要原因歸根結底還是因為學生對立體幾何不熟悉。教學中雖然有一些教具，但是學生遇到的題型多種多樣，在解題時有的教具并不適用，而且通過這些教具講解立體幾何知識效率很低。

三、虛擬現實技術

虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）是仿真技術的一個重要方向，是仿真技術與計算機圖形學、人機接口技術、多媒體技術、傳感技術、網絡技術等多種技術的集合，是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科。

目前，國內高中教育虛擬現實技術應用還很少，但正在逐步引入。清華附屬中學與清華同方公司合作開發了面向中學物理、化學和生物的網絡虛擬實驗室；蘭州四中建立了地理數字教室，將地球變化的虛擬現實和基于地球儀的虛擬增強技術應用到地理教學，在球幕投影系統上通過聲光電增強學習效果。

四、虛擬技術應用于立體幾何

1.VR構建幾何模型

為了解決高中生立體幾何空間想象力差的問題，我們可以首先根據虛擬技術構建幾何模型，使枯燥的立體幾何課堂變得生動有趣。為此，北京師范大學“VR/AR+教育”實驗室研究了將AR技術應用于三視圖教學。例如：有兩種卡片，一種上面寫著繪制三視圖；另一種上面寫著幾何體的名稱。當學生正確組合這兩種卡片時，便可以在電腦上看到幾何體，還可以調整攝像頭的位置從不同角度進行觀察。北京育英學校七年級學生試用了該技術，結果顯示，將虛擬現實技術應用于三視圖教學后，學生做題的準確率和效率都有了明顯的提高，并且非常喜歡這種教學方式。不同于傳統教學方式，學生不僅可以觀察到從簡單到復雜不同的幾何體，還能提高空間想象力，從而提升教學效率及質量。

2.VR解決點、線、面之間的關系

在立體幾何解題中，點、線、面之間位置關系的判定是立體幾何學習的一個重點和難點。在學習這個難點時，如果在課堂上引入VR技術，問題便會變得相對簡單了。例如：學生有時候很難看出異面直線，或者很難求出異面直線的夾角。這時如果通過VR技術拖拽、平移直線，便很容易、很直觀地看出異面直線的夾角。再比如判斷線面關系時，我們可能很難看出其位置關系。通過VR技術我們可以從不同的角度觀察，這樣便可以在合適的角度下看出線面的位置關系，還可以為學生證明這類問題提供解題思路。

五、總結與展望

虛擬現實技術在數學中的應用，不僅改變了傳統的教學方式，更重要的是突出了學生主動探究、主動學習的地位，學生在與現實生活相似的情境下建構屬于自己的知識結構。除了建構主義理論，有效教學理論、情境認知理論也是虛擬現實應用于教育的理論基礎。就立體幾何來說，引入虛擬現實技術將會使學生的空間想象力大幅度提高，對空間幾何的學習興趣越來越濃。

VR技術可以給高中立體幾何教學帶來很多方便之處。但是由于目前對VR技術的研究還不夠成熟，相應的軟件還有待于研發，所以將VR技術應用于教育是教育改革的發展趨勢。虛擬現實技術輔助教師的教學當然也有不足之處。使用VR頭顯時間長了，會產生眩暈感，并且對視力有損傷。這些問題都將成為VR應用于教育的研究方向。希望隨著虛擬現實技術水平的提升，教學所面臨的問題能夠逐步得到解決。

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作者簡介：徐玉（1995— ），女，研究方向：應用數學（師范）。