融入AR 技術的數學課堂
——讓學生和圖形動起來

張麗娜 李雪金

（唐山市第十二中學，河北 唐山 063000）

智能時代即將在未來來臨，教育的發展得到了科技的進步的推動，在教育教學中有越來越多的新興技術被引入，教學中的難點被解決了，還有多種的學習方式被提供給學生。一些快速發展中的新興技術如AR 技術人工智能，對醫療、軍事、工業的發展具有很大的作用，由于它的優勢很獨特，也在教學中多有應用。當前社會上出現了AR 技術熱潮，使用多種方式與AR 聯系起來，與教育教學發展相融合，把各類各級教學方案設計出來，為文化教育增添力量。那么會有什么樣的火花通過教育與AR 技術的融合爆發出來呢？

一、有什么樣的狀況會在傳統數學教學中出現

在客觀層面，數學課程具有豐富的理論性和抽象性，基礎知識是它所強調的，很難吸引一部分中學生，假如學生沒有較強的基礎知識，就很難理解新的知識，教師授課的節奏也很難跟上，而師生互動環節如提出疑問、回答問題等是很難出現在課堂上的，時間長了，不斷循環，學生的成績會受到嚴重影響。

在主觀層面，一些中學生學習數學的主動性和興趣不高，他們沒有明確的學習目標，沒有較高的學習動機，他們大多數都在被動學習，沒有適合的學習方法，學習上也沒有形成良好的習慣，也沒有很好的開展課后復習以及課前預習。學生中還普遍存在著學習焦慮現象，沒有迎難而上的斗志和學習方面的興趣。

二、學生存在的問題

（一）在思維上學生沒有創造性，固化

教師的教學模式受到其資歷的影響，新教師教學的重點經常落在知識點的教學上，他們不重視教學的過程，所以他們采用的教學方法通常是“填鴨式”的，在教學中沒有把足夠的時間和空間交給學生，讓他們去發散和思考，造成學生在思考上的惰性，創造力嚴重缺乏。盡管“寓教于樂”是當前教育上一直提倡的，可是并沒有付諸到一線課堂上，致使“行而不實”的不足在一定程度上出現。

（二）由于學生具有較大的兩極分化，很難安排教學

有較大的兩極分化現象出現在班級內部，在教學中教師的思路能夠由接受能力較好的學生跟隨，教師講授的技能與知識可以在短時間內被很快的掌握并理解。而一些學生的接受能力普通，他們需要在課后消化鞏固教師教授的內容，把有關知識掌握。在知識掌握上存在一些具有較大問題的后進生，所以，有很多挑戰會出現在教師的課堂教學中，其中迫在眉睫的是，后進生學習困難的問題怎樣解決？

（三）沒有學習積極性以及學習動機

在情感體驗方面，教師的關注是大部分學生感到缺乏的，進而造成他們很難集中注意力。在傳統的課堂教學中，教材與教參是教師設計教學的依據，學生生活實際以及學習沒有考慮到。教學過程沒有新意，知識內容也很無味枯燥，致使不斷降低學生興趣，也明顯降低了學生參與度。通過研究發現，假如教師對教科書有較高的使用率，在課堂上就會有較高的學生參與度，在數學課堂上，學生就越具有積極的情感，學生也能夠較強的理解新知的關系性。同時，“一對多”的教學模式經常會出現在傳統課堂上，很多學生的課堂情感體驗無法讓教師兼顧，教師的關注就會讓學生感到缺乏，致使學生無法集中注意力。

（四）無法解決一些復雜問題

大部分學生都能較好地掌握一般的數學知識，可是很難消化一些較為抽象和需要較強的空間觀念的知識。比如《數軸》的授課中，通過線段圖、數形結合等多維度求解，才能解決數軸類問題，其中的意義與內涵才能更好地理解。可是如今有較大的局限性出現在數學教師的教學手段和方法上，學生的學習需要很難滿足，假如教學手段更具體、直觀，這一問題會在一定程度上得到改善。

經過調查學生需求發現，學生參與程度在當前的中學數學的學習中是很低的，沒有充分體現學生的主體性，數學學習的重難點也很難讓學生掌握，導致無法理解抽象概念的現象出現，這種情況對學生學習數學的愛好和實際效果有很大的危害。教師在教學中要面臨的首要問題是，怎樣把學生的興趣引發出來。學生的全面發展需要得到中學數學的推動，這樣學生的數學素質就能得到增強。

學生數學素養的塑造需要從初中數學學習開始，初中生的思維正由具象轉變為抽象。對抽象的數學知識，學生很難理解，并且在學習的過程中不能把具體的現象與抽象的知識聯系起來。立足于學生的生活經驗，把實際問題抽象成數學模型并進行應用與理解的過程要讓學生親身經歷，這是義務教育階段的數學課程所強調的。

三、減輕負擔，突圍窘境

作為應用到教育領域的一項新技術，AR 技術可以增強初中學生數學學習，把其中存在的窘境改善，也能把一種全新的教學方式提供給傳統教學。多感知、交互性、沉浸式等是虛擬現實技術的特點，能夠把實驗室構建到虛擬空間，在實驗中就能夠讓學生親自動手操作，他們的個人的感知將會得到豐富，會有更多的專業的知識儲備讓學生獲得。

通過紙張的2D 形式可以展現數學很多圖形題，可是要想更直觀地通過3D 觀察，可以利用VR，如圖形題，骰子題。為了把學生數學學習中的認知負荷降低，極強的交互性和真實感會通過AR 教學體現出來，會促使知識模型在學生大腦中構建，學生的抽象思維能力就會提高，而且會聯系數學與真實情景，數學的基本思想就會得到深刻體現。結合AR 的技術與數學教材，會得到更加生動與豐富的課堂教學，而高科技的展示方式和探究式的教學理念會幫助學生把視野聚集，把學生對知識的渴望引發出來。這樣教師工作負擔就會減輕，使教師形成自己的教學風格，也會得到較好的教育成果。此外，信息技術對教學的促進作用在國家政策下也受到了推動，保證了在教學中使用新技術。人們的生活，以及數學教育正在被技術改變，在初中數學教學中試著使用新技術，這是改革課堂教學的關鍵一步，而在數學課堂上使用AR技術，希望可以使數學課堂得到更大的進步。

雖然有更加個性化學習條件通過AR 技術提供給了學生，同時也有機會積極監控、組織、計劃課程活動，可是也有更強的挑戰向課堂和教師的綜合素質提了出來。AR 教學對學生主體性要求較高，教師能夠較強的應對課堂中的生成性問題和突發事件，同時對課堂的進度也要掌握好。比如以自我管理能力上，小學生普遍不強，他們的注意力容易轉移，造成在數學學習上學生很難把注意力集中，可是教師的課堂教學卻受到AR 技術提供的直觀模型的影響。因此，把AR 技術作為課堂教學的輔助工具是大多數教師的傾向，在正常教學不受影響的基礎上，讓學生的樂學、會學受到推動。

四、在課堂上如何讓圖形和學生動起來

在教授《直線、射線和線段》時，首先問題的提出要基于趣味性十足且與學生的生活貼近的課堂情景，這么做的出發點是學生的生活實際，這樣就能夠把學生興趣引發出來，而直線、射線和線段的特征也能夠讓學生直觀地感受到。其次，本節課的重點是對直線的性質進行探索，為了把這個重點突出出來，把難點突破，教師可以先讓學生思考兩個問題，再讓他們動手畫圖，有什么結論可以得出？接著為了讓學生更加直觀的理解，可以通過幾何畫板、課件演示出來。然后，通過模擬駕駛的情景，學生們能夠感受到生活與直線、射線、線段是不可分割的，他們運用科學知識解決實際問題的能力也能得到提高。小客車的盲區在行駛過程中會發生變化，對這處變化規律進行利用，就可以把直線、射線、線段的關系總結出來；駕駛員主視角通過AR 來體驗，就能夠把駕駛盲區理解和體會，也可以把學生探究問題的興趣進一步引發出來，他們的安全意識也能夠得到塑造。情境化課堂教學采用AR 技術，學生的求知欲很容易被激發出來，在這樣的學習狀態下，學生思維活躍，想象力也被充分的調動出來。通過預先分析、體驗AR 場景、論證、總結的整個研究過程，發現了位置、方向和視覺盲區和阻礙點的關系。進行感知和論證是了解客觀事物的主要途徑，學生在這一過程中形成了實事求是、勇于質疑的研究態度。所以，提高學習數學的實際效果，有必要應用增強現實技術輔助數學學習。

五、多元化的教育由AR 技術來推動

延伸和拓展虛擬現實(VR)技術就得到了增強現實(AR)。基于全息成像技術的互動交流，可以給老師們帶來不一樣的教學體驗，同時，AR 技術也為學生提供了更加逼真的學習情境，更加貼近學生們的實際生活。AR 技術有四個關鍵特征：（1）抽象的學習內容越來越詳細，數據形象化、具體化；（2）提高學生的認識和辨別能力；(3)是互動的；(4)對傳統課堂教學的缺陷做出了彌補。在數學課堂中的應用AR 技術，涵蓋了課堂教與學以及課后的作業練習，部分領域已經廣為實踐。此外，增強現實技術在文化教育中的應用也存在挑戰和改進。AR 技術更常用于文化教育。數學教學基于AR 技術開展，有利于完善教師的教學策略，提高學生的學習效率，對教育科研改革和自主創新具有重要意義。AR 技術可以在實際教學環境中進行改進，充分增強學生對學習環境的把握和感知。數學教育環境與增強現實技術相融合，可以讓我們獲得數據可視化和沉浸式的自學體驗，擺脫傳統教育的堡壘，為教育教學帶來新的發展機遇。筆者收集整理近十年來世界范圍內增強現實技術在數學教育中的應用科學研究，以便掌握增強現實技術對于數學教學發展的促進作用，并討論其在“統計與概率”、“圖形與幾何”、”數與代數”三大板塊中的實際應用效果，并以此為依據進行相關的效果評判。