新技術對兒童直觀想象素養(yǎng)影響的教學對比分析
——以《觀察物體》一課為例

謝晨晨

（江蘇省南京市瑞金路小學，江蘇 南京 210000）

一、數(shù)學核心素養(yǎng)觀念下新技術融入的數(shù)學教學現(xiàn)狀

（一）數(shù)學核心素養(yǎng)內涵界定和解讀

1.核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)是學生在接受相應學段的教育過程中，逐步形成的適應個人終生發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格與關鍵能力。它是關于學生知識、技能、情感、態(tài)度、價值觀等多方面要求的結合體；它指向過程，關注學生在其培養(yǎng)過程中的體悟，而非結果導向；同時，核心素養(yǎng)兼具穩(wěn)定性與開放性、發(fā)展性，是一個伴隨終生可持續(xù)發(fā)展、與時俱進的動態(tài)優(yōu)化過程，是個體能夠適應未來社會、促進終生學習、實現(xiàn)全面發(fā)展的基本保障。

2.數(shù)學核心素養(yǎng)

數(shù)學核心素養(yǎng)可以理解為學生學習數(shù)學應當達成的有特定意義的綜合性能力，它既不是指具體的知識與技能，也不是一般意義上的數(shù)學能力。數(shù)學核心素養(yǎng)基于數(shù)學知識技能，又高于具體的數(shù)學知識技能，它反映了數(shù)學本質與數(shù)學思想，是在數(shù)學學習過程中形成的，具有綜合性、整體性和持久性。數(shù)學核心素養(yǎng)與數(shù)學課程的目標和內容直接相關，對于理解數(shù)學學科本質，設計數(shù)學教學，以及開展數(shù)學評價等有著重要的意義和價值。

（二）小學數(shù)學課堂的教學現(xiàn)狀

一直以來，人們熟知的教育場景都是老師提前安排好教學進度。上課時站在講臺上用書寫黑板的方式為學生傳授知識，學生的教科書和作業(yè)等都是紙質的。雖然這種靜態(tài)的教學方式長期被人們習慣和接受，但隨著科技的進步，人們教育的創(chuàng)新提出了更高的要求，因此研究人員和教育界學者希望可以通過科技改機教師的教學環(huán)境和學生的學習過程，使學習更加高效。

VR作為新技術的一個代表已經(jīng)走進中小學數(shù)學課堂，VR（“Virtual Reality”），即“虛擬現(xiàn)實”，VR技術通過模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官的功能，使人能夠沉浸在計算機所生成的虛擬世界里面，并且能夠通過語言、手勢，感官等自然方式與計算機進行實時交互，創(chuàng)造了一種以人為主的虛擬空間。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破時間和空間以及其他客觀的限制，感受到真實世界中無法親身體驗到的經(jīng)歷。VR技術可以廣泛用于學習情景的創(chuàng)設，增加學習內容的形象性和趣味性，進而實現(xiàn)模擬訓練。通過VR 進行學習和教育，不光可以減少現(xiàn)實空間中某些訓練操作的困難和危險，更可以使訓練造價得到大幅度降低。因此，我們說，VR技術將是繼多媒體、計算機網(wǎng)絡之后，在教育領域內最具有應用前景的一項技術。

二、新技術對兒童直觀想象素養(yǎng)的影響

VR技術能夠為學生提供生動、逼真的學習環(huán)境，在各種學科領域提供無限的虛擬體驗，從而加速和鞏固學生學習知識的過程。親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象的說教更具說服力，主動地去交互與被動的灌輸，有本質的差別。

（一）現(xiàn)實教學需求分析

1.課程標準分析

《義務教育數(shù)學課程標準（2011 年版）》指出：“根據(jù)物體特征抽象出幾何圖形；根據(jù)幾何圖形想象出所描述的實際物體。”比如看到一臺冰箱、一臺洗衣機、一個長方體盒子，這些一個個具體的物體能夠去掉非本質的東西，抽象出幾何圖形，同時又能根據(jù)幾何圖形想象出我們所描述的長方體可能是冰箱、可能是文具盒、可能是一間教室。有研究表明，三維圖形與二維圖形的相互轉換是培養(yǎng)學生空間觀念的主要途徑。“根據(jù)物體特征抽象出幾何圖形；根據(jù)幾何圖形想象出所描述的實際物體”的過程，是三維圖形與二維圖形的相互轉換的基本表現(xiàn)形式。

直觀想象是指借助空間想象感知事物的形態(tài)與變化，利用幾何圖形理解和解決數(shù)學問題。主要包括利用圖形描述數(shù)學問題，建立形與數(shù)的聯(lián)系，構建數(shù)學問題的直觀模型，探索解決問題的思路。例如學習認數(shù)的知識我們一般通過利用數(shù)軸來培養(yǎng)學生的數(shù)感和直觀想象。因為數(shù)有很多，不可能羅列出所有的數(shù)來進行分析比較，而借助數(shù)軸，讓兒童建立數(shù)與形的聯(lián)系就是在培養(yǎng)兒童的直觀想象素養(yǎng)。學生能養(yǎng)成運用圖形和空間想象思考問題的習慣，提升數(shù)形結合的能力，建立良好的數(shù)學直覺，理解事物的本質和發(fā)展規(guī)律。我們也可將“直觀想象”這一數(shù)學核心素養(yǎng)視為“幾何直觀”“空間想象”觀念的發(fā)展和融合。

從數(shù)學學科角度，對直觀想象提出的要求就是直觀想象的載體是“圖形”，數(shù)和形是數(shù)學研究和學習的基本對象，形直觀，數(shù)抽象。因此在課堂教學中，教師應該考慮現(xiàn)代新技術手段的介入，特別是一些強大功能的新技術，將原先難以做到的變?yōu)橹庇^，為學生的想象提供了更高的平臺和起點。

2.教學內容分析

《觀察物體》這一教學內容是學生對前后左右等不同位置觀察物體認識后的延伸，也是后面學習認識長方體、正方體以及平移旋轉等后續(xù)知識的鋪墊，在知識的鏈條結構中起著承前啟后的重要作用。

3.教學對象分析

在知識方面，學生們已經(jīng)初步直觀認識了長方體和正方體，也在二上的時候已經(jīng)學習了從前后左右等不同位置觀察物體，初步掌握了觀察物體的方法，有了一定的知識儲備；在能力和情感態(tài)度方面，他們具備一定的分析推理能力，具有一定的直觀想象能力，有著強烈的探索求知欲望，但缺乏用平面視圖描述物體結構的方法策略。另外由于兒童的天性，他們擅長也樂于嘗試新的學習方式，樂于接受新技術環(huán)境下的學習。

（二）直觀想象素養(yǎng)的教學設計與分析

1.具體與抽象的轉換

這節(jié)課要求學生在具體的觀察活動中體驗觀察方法，能有從實物圖中抽象出視圖的感受。如果不使用新技術的話，我們的設計就會是出現(xiàn)一個洗衣機或者電冰箱的圖片和三個角度觀察的視圖，讓學生用連線的方式做練習來鞏固學生的所學知識。但是實踐告訴我們僅僅用連線的方式并不能提升學生直觀想象的素養(yǎng)，學生在連線過程中會追求“連線是否正確”的應試思維里，而不是如何利用直觀想象的能力來建構數(shù)學模型。但是利用了新技術的教學設計就會讓具體和抽象之間的轉換變得流暢，比如在《觀察物體》一課中讓學生戴著VR機器匹配的眼鏡來觀察具體的洗衣機和電冰箱，學生在VR技術的沉浸式體驗中感受到二維圖形和三維圖形的相互轉換，當看到書本上的圖畫像真實畫面呈現(xiàn)在眼前時，學生們們才真正理解到栩栩如生的意味。通過自己調整觀察角度，學生經(jīng)歷一個長方形或者正方形從洗衣機或電冰箱中抽離出來的過程完成了具體到抽象的轉換。這是僅在作業(yè)中做一個連線題所達不到的素養(yǎng)提升效果。

2.視角轉換

在《觀察物體》一課的要求學生知道物體的前面、右面和側面以及知道從一個角度觀察物體最多只能看到三個面，不使用新技術的數(shù)學課堂教師往往通過講解以及ppt的展示告知學生從一個角度最多只能看到物體的三個面，但其實學生心中是有疑惑的，只能能看到三個面嗎？能不能看到四個面甚至更多？其實在課堂上的老師是很害怕學生的這種疑惑的，因為不使用信息技術的幫助可能無法讓學生切實感受“只能看到三個面”，而利用新技術的課堂教學可以彌補這樣的不足，比如說在這一課當中讓小組內的學生戴著VR眼鏡觀察正方體和長方體，學生嘗試多次變換觀察角度從只看到一個面到可以看到兩個面過渡到只能看到三個面，實現(xiàn)了三維空間感的直觀建構，在變換角度觀察中逐步糾正自己的認識，這樣的教學方式肯定是比不用新技術的課堂要有說服力的，也是高效的。

3.課堂評價的有效性

本課采用小組合作的方式進行，老師講，學生跟，根本不能夠發(fā)揮學生的個人特色和創(chuàng)新能力，而且老師也不能及時對學生的學習結果做出評價，因此這是一種被動的教育模式。而在使用了新技術的課堂里教師可以及時掌握學生的學習狀態(tài)做出實時評價，或褒揚或糾正，例如觀察物體一課中學生戴著VR眼鏡觀察物體后都有一個用平板拍下所看到的這一學習環(huán)節(jié)，平板拍照的及時成像功能讓老師在第一時間了解學生是否只觀察了物體的前面、右面或上面，還是確實一次只能觀察了物體的三個面，不使用新技術的課堂是無法實現(xiàn)這一點的。再例如在本課的練習環(huán)節(jié)，要求學生用若干個大小一樣的正方形拼一拼觀察到的組合物體的某一個面的視圖，如果僅僅只是拼對了那對學生的直觀想象素養(yǎng)并沒有起到提升作用，而使用新技術的課堂在學生完成練習后再次沉浸到虛擬世界中進行觀察，讓想象和現(xiàn)實有了紐帶的聯(lián)結。

三、對利用VR虛擬與現(xiàn)實技術教學的反思與展望

（一）新技術的適應性反思

VR虛擬與現(xiàn)實技術這種教學新技術在世界范圍內都如火如荼、轟轟烈烈，但是不是每一個學科、每一節(jié)課都需要“VR”一下呢？究竟什么樣的課型、什么樣的內容適合呢？功能依然不夠完善，用戶體驗需要加強目前VR 教育系統(tǒng)的研究仍舊處于初級階段，它所包含的功能不夠完善，我們看到目前國內的VR 教育系統(tǒng)都是提供一些簡單的三維場景，用來還原課程內容場景，讓學生更好地融入到事件發(fā)生情境中，更好的理解一些公式及其原理。

（二）新技術使用的意識

學校和教師應積極轉變思維，緊跟VR相關技術，尤其是“VR+教育”的發(fā)展步伐，主動學習VR教育內容制作方法，結合自身教學實際制作與身邊學生群體相契合的優(yōu)質VR課件，借助VR優(yōu)勢進一步發(fā)展、完善、豐富傳統(tǒng)的教育課堂。

（三）新技術使用的理性思考

當前的課堂利用新技術進行教學只是讓我們獲取舊知識更方便，教育目標重構并未實現(xiàn)，除非我們弄清楚“教育是為了什么”。技術并不是最重要的，它是一種催化劑，催化學生學習什么的思考與實踐。

總之，新技術不是如我們想象中那么簡單，并不是簡單的創(chuàng)造了一種新的教學形態(tài)，它應該是強化了我們的傳統(tǒng)的教學方式。面對更廣闊的未來，我們仍然需要再次發(fā)揮想象構想未來學習的場景，無論如何，新技術支持下的未來學習課堂正在走向常態(tài)化。