例談虛擬現實（VR）技術在數學教學中的應用

關珍

【摘 要】信息技術的飛速發展，帶來了巨大的教育變革。虛擬現實（VR）設備能將數學實踐活動搬入課堂。教師在教學中充分運用先進的虛擬現實（VR）技術，不僅可以提高課堂教學效率，還可以為學生的自主學習提供技術保障。

【關鍵詞】虛擬現實（VR） 信息化 沉浸感 興趣 效率

一、虛擬現實（VR）設備創設有帶入感的教學情境

隨著課程改革的深入，數學的課堂教學也發生了很大的變化。首先，改變了就題說題、脫離實際的問題，所有版本的教材都采用情境教學法。在傳統的情境導入中，教師往往采用的方法就是圖片展示，在這種情況下，學生能有感受但不會融入這些情境中。如果應用虛擬現實（VR）設備則不同。比如，在“比例的意義和基本性質”的教學中，教材的情境是關于啤酒生產加工工藝的內容。對于這個工藝，學生沒有感知，產生不了共鳴。而應用虛擬現實（VR）設備能有效地解決這個問題。虛擬現實（VR）設備中有啤酒生產的立體視頻，還有不同的生產原料的介紹、數量等內容。借助虛擬現實（VR）設備的手柄，學生可以自主選擇不同數量的原料進行配比，比如選擇50克的啤酒花選配1000克的水。原本抽象而又遠離學生生活實際的情境變得生動、有趣。學生能夠參與、融入的情境才是有效的情境。學生通過設備進行2～3分鐘的參觀，就會對本課所學的研究方向有整體全面的了解。這樣既提高了情境的使用效率，又有效地節省了教師介紹、說明的時間，不僅能有效提高教學效率，還能提升學生自主學習的能力。

二、虛擬現實（VR）設備實現知識點真實、動態的展示

虛擬現實（VR）設備獨有的特點是立體、真實的呈現效果。數學教學的難點是培養學生的抽象思維能力。對小學生而言，抽象思維能力的培養是一個逐步提升的過程。在傳統教學中，教師也嘗試用數形結合的方法提升學生的抽象思維能力，但這種方法對部分抽象思維能力中等以及偏下的學生的改變效果不明顯。虛擬現實（VR）設備能有效地改善這個問題。比如，在教學“雞兔同籠”的問題時，傳統的教學方法就是課件或者畫圖。這兩種方式都是讓學生看教師的演示，但部分學生始終無法將圖片和實際減少的數量對應起來。虛擬現實（VR）設備中有一個停車場，停車場中存放著二輪電動車和四輪汽車兩種車輛。教師可以讓學生研究停車場車輪和數量的關系。戴上虛擬現實（VR）頭套后，學生就置身在停車場中，可以用手柄拖動汽車和電動車進行一一列舉。在列舉的過程中，學生可以有效地將汽車4個輪子、電動車2個輪子相對應，發現只要拿錯了一輛車，就會產生2個輪子的差異，從而發現計算出的輪子總數與已知輪子總數的差異于每一輛的輪子差異數的對應關系。

三、虛擬現實（VR）設備呈現立體空間

空間與圖形領域一直是學生數學學習的難點。年齡、生活經驗等的限制，導致學生數學素養形成的過程中空間想象能力發展得最慢。學習“立體圖形”時，有很多物體的實物圖，學生根本就沒有見過，比如經常考查的火柴盒問題。這個火柴盒既有內盒，又有外盒，這在計算表面積的時候會給學生造成很大的困擾。對于這些立體圖形的實物，學生要想全部找齊，也不是件容易的事。如果用虛擬現實（VR）設備來呈現，這些問題就會變得很簡單。學生通過設備能看到火柴盒打開、合并的全過程，就像是自己拿著實物在操作一樣。清晰、直觀的視頻，使每個學生都能學會。在教學“長方體的表面積”時，根據實際情況，學生往往并不需要計算所有的面。比如，在計算粉刷墻壁面積的問題中，有時要刷四面和房頂，有時只刷四面墻，并且墻上的黑板、門窗等都要去掉。在這種情況下，很多學生理解不了。這時，如果用虛擬現實（VR）設備來展示，我們就能非常完美地呈現出不同的情況。學生仿佛身處不同的教室中，通過觀察，解決不同問題。立體圖形的一個難點問題就是正方體的側面展開圖。由立體圖形變化為平面圖形時，圖形的形狀發生了變化，但由于打開方式的不同，得到的側面展開圖也就不同。學生靠單純的空間想象，基本無法把所有的展開圖對應地想明白。這時，虛擬現實（VR）設備可以把展開的過程，動態地呈現出來，畫面從某一條棱出發，沿著某一方向展開，展開后的圖像就展示得清清楚楚了。在圖形展開的過程中，學生可以隨時按鍵暫停，想象、繪制出展開圖。在這部分的教學中，教師讓學生看一看，比教師自己反復強調、反復講都有用。這也充分體現了現代信息技術對教學的輔助作用。

四、虛擬現實（VR）技術可以有效實現翻轉課堂

隨著課程改革的深入，學生自主學習能力的培養顯得尤為重要。由虛擬現實（VR）技術支持的翻轉課堂全面提升了課堂的互動性，具體表現在教師和學生之間以及學生與學生之間。教師采用“翻轉課堂”模式，讓學生在家通過虛擬現實（VR）設備先完成學習，使課堂變成教師和學生之間互動的場所，包括答疑解惑、完成作業等，從而達到更好的教育效果。由于新科技讓知識的傳授變得便捷和容易，教師可以改變教學模式，把教學重心和時間放到第二步，換言之，就是把“吸收內化”這一重要的過程放在課堂時間上。當教師更多地成為指導者而非內容的傳遞者時，我們也有機會觀察到學生與學生之間的互動。學生在數學的預習中遇到的最大障礙是對新接觸的概念理解不了，從而無法學習下去。

我們傳統的視頻、課件的預設，需要把所有的知識點都呈現給學生。這就存在兩個問題：一是對于學生能夠自己發現、自己解決的問題，輔助軟件都過早地呈現了出來，這樣，學生思考的深度就會受到制約;二是學生需要的知識呈現不出來。用虛擬現實（VR）設備做的程序，有很強的隱藏性。需要備注、說明的概念和知識點可以制作成觸碰就顯示講解、不需要出現時就會自動隱藏的程序。比如在航空母艦的情境中學習“三位數乘兩位數”的計算。如果虛擬現實（VR）程序展示一艘航空母艦，學生戴上設備后就會產生登上航母的沉浸式感受，真實感會極大提升學生自主學習的興趣。絕大多數學生登上航母后會到處去看看，他們可以走進機庫看戰斗機，也可以看艦島上的指揮系統。隨著參觀腳步的深入，學生學習的心態就會逐漸沉靜下來，學習也就成為自然而然的事情。當指針指在戰斗機上，程序就會彈出戰斗機的說明。在機庫看到排列整齊的戰斗機（每行有12架，擺放了18行）時，程序就會提出一共有多少臺戰斗機的問題。在自主探究豎式計算的過程中，學生可以借助戰斗機擺放圖，走進戰斗機陣數一數，找出計算方法：可以先算8行戰斗機有多少架，再算10行戰斗機有多少架，最后再將其相加。身臨其境地數一數、算一算有利于輔助學生理解。對于沒有思路、自主解決不了問題的學生，教師就可以讓學生點開說明進行學習。

五、虛擬現實（VR）設備將實踐活動搬入課堂

數學課程每學期都會有兩個實踐活動，這些實踐活動的設計初衷是讓學生把所學知識進行綜合應用。但是，這些活動往往都不能在學校完成，受地域限制，很多學生在沒有教師幫助下都無法完成。有了虛擬現實（VR）設備，教師就不再有這種苦惱。我們可以把超市、市場搬入教室，讓學生在虛擬現實（VR）中付款買自己想要買的東西;用虛擬現實（VR）設備制造出立體、動感的統計圖表。在“遨游太空”實踐活動中，太空給我們呈現的是一個神秘而陌生的世界，如何感受身體在太空中的感覺是很多人夢寐以求的事情。通過虛擬現實制作的虛擬空間，我們可以進入這個虛擬的空間去感受宇宙里的奧妙;可以體會人體在失重狀態下的感受;可以在月球上做石頭和羽毛同時著地的實驗來驗證伽利略的結論——在真空的條件下，重物的下降速度相等;也可以觀察太陽系中行星的面貌和運動情況。數學綜合實踐活動的目的是培養學生綜合運用知識的能力，在傳統教學中，受教學形式的限制，我們只能完成其中的數學任務，無法使學生達到科學、藝術、收集處理信息等能力的提升。比如綜合實踐活動“桿高和影長的比例關系”，這個實驗在實際生活中做，很難成功。學生的測量能力有限，對時間、天氣等因素的控制也很困難。在教學中，我們選擇了實驗和虛擬現實（VR）展示相結合的方法，在課堂上也讓學生動手操作，記錄下實驗數據。分析數據后，學生會發現桿高和影長是根本不成比例的。學生對這部分知識沒有經驗，他們只會相信自己測量的結論，從而形成錯誤認識。所以，在這部分教學中，教師很少讓學生做實驗。有了虛擬現實（VR）就不同了，我們可以先讓學生觀看虛擬現實（VR）里的實驗過程，在學生形成正確的觀點和認識后，再讓學生做實驗。發現實驗數據跟演示數據不同時，學生就會明白這是由實驗誤差所造成的。

對虛擬現實（VR）設備的使用，我們還在起步階段，特別是對虛擬現實（VR）配套教學軟件的開發，還達不到覆蓋每一個課例的程度，需要在今后的教學中不斷學習和提高。但是，只要我們去使用它，虛擬現實（VR）必將帶給我們驚喜。