小學(xué)數(shù)學(xué)圖形與幾何教學(xué)中AR/VR 的有效運(yùn)用

☉王忠琴

AR/VR 技術(shù)可以使抽象概念在課堂上更具立體感和直觀性，能夠有效應(yīng)對(duì)抽象思維、數(shù)學(xué)教學(xué)資源缺乏和課堂興趣淡薄等問(wèn)題，優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，幫助學(xué)生更好地吸收和鞏固與圖形幾何相關(guān)的知識(shí)。

一、AR/VR 技術(shù)在小學(xué)數(shù)學(xué)“圖形幾何”教學(xué)中的應(yīng)用原理

在小學(xué)課堂教學(xué)中，為克服“圖形幾何”教學(xué)的困難，教師應(yīng)注重采用AR/VR 技術(shù)輔助教學(xué)。在使用AR/VR 技術(shù)的過(guò)程中，教師必須遵循以下兩個(gè)基本原則。

知識(shí)深度原則。教師在運(yùn)用AR/VR 技術(shù)進(jìn)行圖形幾何教學(xué)時(shí)，由于AR/VR 技術(shù)的直觀性可以在一定程度上降低知識(shí)的難度。因此，在運(yùn)用AR/VR 技術(shù)進(jìn)行教學(xué)的過(guò)程中，教師必須適當(dāng)?shù)丶訌?qiáng)課堂的深度，使學(xué)生在有限的課堂中獲得更多的數(shù)學(xué)知識(shí)。教師在講授“圖形與幾何”時(shí)，不僅要運(yùn)用符號(hào)和知識(shí)，還要加強(qiáng)教學(xué)的深度［1］。在小學(xué)階段，學(xué)生不應(yīng)機(jī)械地記憶數(shù)學(xué)定義和公式，而應(yīng)建構(gòu)數(shù)學(xué)邏輯思維。AR/VR 技術(shù)在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用應(yīng)遵循知識(shí)深度原則。

要堅(jiān)持學(xué)生主體原則和教師主體導(dǎo)向原則。在運(yùn)用AR/VR 技術(shù)進(jìn)行教學(xué)的過(guò)程中，教師必須根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，開(kāi)展良好的師生互動(dòng)，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的空間思維和數(shù)學(xué)思維。在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)改變傳統(tǒng)的“灌輸”教學(xué)法，堅(jiān)持以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的原則，體現(xiàn)良好的師生關(guān)系，體現(xiàn)“教學(xué)是互利的”的師生關(guān)系。隨著AR/VR 技術(shù)在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的普及，教師可以利用AR/VR 技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。同時(shí)，在課堂上通過(guò)實(shí)踐鞏固知識(shí)比單純地聽(tīng)老師講課要好。

教育多樣性原則。教師應(yīng)認(rèn)識(shí)到學(xué)生之間的差異，根據(jù)小學(xué)生現(xiàn)有的信息和AR/VR 技術(shù)能力和水平，制定不同的教學(xué)計(jì)劃和不同的教學(xué)評(píng)估，充分培養(yǎng)學(xué)生的理論素養(yǎng)，充分利用各種AR/VR 技術(shù)和各種教學(xué)平臺(tái)。例如在教學(xué)“圖形與幾何”當(dāng)中“圓的認(rèn)識(shí)”內(nèi)容，通過(guò)VR 演示，借助VR 的互動(dòng)動(dòng)態(tài)演示，即確定一個(gè)點(diǎn)為順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)形成一個(gè)圓，幫助學(xué)生更直觀、生動(dòng)地感受。

二、小學(xué)數(shù)學(xué)課堂使用AR/VR 技術(shù)的要求

（一）改善教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施

運(yùn)用AR/VR 技術(shù)可以給學(xué)生帶來(lái)生動(dòng)活潑的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生以濃厚的興趣主動(dòng)接受新知識(shí)。例如，小學(xué)數(shù)學(xué)“圖形和幾何”部分的教學(xué)要求學(xué)校擁有高度可配置的計(jì)算機(jī)、交互式白板、投影儀和電子繪圖板。這樣，教師就可以通過(guò)電子設(shè)備更直觀地向?qū)W生展示幾何圖形的抽象，有效地彌補(bǔ)傳統(tǒng)圖形教學(xué)和教材圖形教學(xué)的不足。借助電子白板的功能，可以有效地提高課堂實(shí)踐的效率。

（二）教師和學(xué)生的信息素養(yǎng)

AR/VR 技術(shù)要在課堂教學(xué)中充分發(fā)揮作用，就必須與小學(xué)數(shù)學(xué)緊密結(jié)合。什么是信息素養(yǎng)？國(guó)際21 世紀(jì)教育委員會(huì)報(bào)告指出，信息素養(yǎng)是吸收、處理、創(chuàng)造和組織資源的使用和規(guī)劃的能力和質(zhì)量。換言之，信息社會(huì)中的每一個(gè)人，無(wú)論是教師還是學(xué)生，都必須具備一定程度的信息素養(yǎng)，能夠從浩瀚的信息海洋中獲取有用的信息，并通過(guò)適當(dāng)?shù)姆治龊吞幚恚箯闹蝎@得的信息在學(xué)習(xí)和生活中發(fā)揮重要作用。

三、AR/VR 在小學(xué)數(shù)學(xué)圖形與幾何教學(xué)中的運(yùn)用研究

（一）AR/VR 技術(shù)優(yōu)化學(xué)習(xí)體驗(yàn)

許多小學(xué)生在學(xué)習(xí)中都有一些問(wèn)題，如缺乏理解和對(duì)學(xué)習(xí)的興趣。如果沒(méi)有老師的指導(dǎo)，他們很難全身心地投入到探索新知識(shí)和獲得愉快的學(xué)習(xí)經(jīng)歷中去。AR/VR 技術(shù)利用音頻、動(dòng)畫(huà)、圖片等媒介克服傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足，能夠幫助學(xué)生感受圖形和幾何學(xué)的有趣知識(shí)。一方面，教師可以使用AR/VR 技術(shù)來(lái)引入場(chǎng)景。情境導(dǎo)入可以幫助學(xué)生探索新知識(shí)，而AR/VR 技術(shù)則可以使情境導(dǎo)入更生動(dòng)，讓學(xué)生沉浸在與圖形和幾何學(xué)相關(guān)知識(shí)的探索過(guò)程中。另一方面，教師可以利用AR/VR 技術(shù)創(chuàng)造一種學(xué)習(xí)氛圍。AR 輔助教學(xué)作為一種新的教學(xué)方法，具有許多有趣的特點(diǎn)。所有學(xué)生都能沉浸在新知識(shí)探索的過(guò)程中，從而形成良好的數(shù)學(xué)課堂氣氛，提高學(xué)習(xí)效果，優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

（二）利用AR/VR 技術(shù)探索新知識(shí)

AR/VR 技術(shù)能使教材中的知識(shí)更加生動(dòng)，并能幫助學(xué)生在虛擬環(huán)境中根據(jù)自己的想法動(dòng)手操作，減少探索新知識(shí)的難度，有效解決圖形和幾何學(xué)知識(shí)在實(shí)際練習(xí)中的難點(diǎn)［2］。在傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生觀察長(zhǎng)方體和長(zhǎng)方體的頂點(diǎn)、邊緣和面，并根據(jù)教材的要求，用木條和膠棒引導(dǎo)學(xué)生制作矩形框架。然而，小學(xué)生手的操作能力有限，單靠自己的力量很難完成長(zhǎng)方體框架。利用AR/VR 技術(shù)，教師不僅可以幫助學(xué)生快速完成教科書(shū)中的長(zhǎng)方體框架的制作，還可以通過(guò)AR 軟件來(lái)指導(dǎo)學(xué)生制作不同大小和形狀的木塊，讓學(xué)生通過(guò)電子屏了解三維物體，并在操作過(guò)程中通過(guò)一些角度來(lái)看清積木的形狀，進(jìn)而充分進(jìn)入數(shù)學(xué)課堂。為了完成教師布置的任務(wù)，學(xué)生需深入觀察積木，初步識(shí)別長(zhǎng)方體和立方體的特殊點(diǎn)，并對(duì)二維和三維圖形的轉(zhuǎn)換進(jìn)行訓(xùn)練。在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)過(guò)程中，每項(xiàng)活動(dòng)都有相應(yīng)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，如何化解這些重點(diǎn)和難點(diǎn)，已成為教學(xué)過(guò)程中的重要內(nèi)容。信息化教學(xué)模式為教學(xué)提供了良好的條件，它能把符號(hào)和文字更抽象地轉(zhuǎn)化為具體的、具象的事物，使教科書(shū)中的知識(shí)與客觀事物密切相關(guān)。

例如，在小學(xué)數(shù)學(xué)《圓的面積》一課中，其教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)教學(xué)更好地幫助學(xué)生對(duì)圓周率概念的推進(jìn)建立，充分理解圓面積公式的推導(dǎo)過(guò)程。在圓周面積計(jì)算公式的分析中，不斷地訓(xùn)練學(xué)生抽象、概括、分析和應(yīng)用變換思想來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。此外，學(xué)生還能充分體驗(yàn)數(shù)學(xué)的樂(lè)趣，獲得數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的積極情感。圓的面積使學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)圓的基本特征，充分理解圓周長(zhǎng)的計(jì)算方法和直邊平面圖面積的計(jì)算方法。在教學(xué)中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生建立數(shù)學(xué)模型，完成新知識(shí)點(diǎn)的建設(shè)，訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用變換后的眼睛光線解決實(shí)際問(wèn)題。在AR/VR技術(shù)導(dǎo)入階段，小學(xué)數(shù)學(xué)教師可以使用AR/VR 技術(shù)來(lái)演示圓面積和正方形四邊形面積計(jì)算公式的推導(dǎo)。求平面四邊形面積的關(guān)鍵是用切割的方法將平行四邊形轉(zhuǎn)化為矩形。三角形面積的計(jì)算公式推導(dǎo)過(guò)程主要利用兩個(gè)同余三角形構(gòu)成一個(gè)平行四邊形。通過(guò)AR/VR 技術(shù)的引入，學(xué)生可以更多地關(guān)注知識(shí)發(fā)現(xiàn)和探索的過(guò)程，使學(xué)生能夠感受到數(shù)學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變。

（三）使用AR/VR 技術(shù)進(jìn)行智能總結(jié)

總結(jié)鏈接可以幫助學(xué)生系統(tǒng)地梳理新知識(shí)，幫助他們更好地理解本課程的知識(shí)。在圖形幾何的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生不能看到和接觸到教具，不能跟隨老師的思路。而AR/VR 技術(shù)可以有效地解決這一難題，使歸納總結(jié)鏈接變得更加簡(jiǎn)單、生動(dòng)、高效。教師可以利用AR/VR 技術(shù)在學(xué)生面前再次展示新的圖形和幾何知識(shí)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹v解，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)整個(gè)教學(xué)活動(dòng)過(guò)程，進(jìn)而加深對(duì)新知識(shí)的記憶，提高歸納和總結(jié)的速度。此外，教師還可以指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行ART 技術(shù)投影的操作，總結(jié)本課程的知識(shí)。在此過(guò)程中，學(xué)生可根據(jù)教師所展示的相關(guān)內(nèi)容，積極復(fù)習(xí)本課知識(shí)，并進(jìn)行歸納總結(jié)，以提高歸納總結(jié)的效果。

（四）利用AR/VR 技術(shù)輔助練習(xí)

完成新知識(shí)學(xué)習(xí)后，教師可以組織學(xué)生參加實(shí)踐生活，對(duì)新知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)和鞏固。大多數(shù)小學(xué)生不喜歡參加運(yùn)動(dòng)活動(dòng)，在這種情況下，老師可以設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的AR 游戲，邀請(qǐng)學(xué)生練習(xí)一個(gè)游戲。為了幫助學(xué)生加深對(duì)新知識(shí)的理解，教師可以設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的AR 游戲作為練習(xí)，這不但可以激發(fā)學(xué)生參與練習(xí)活動(dòng)的熱情，而且可以幫助他們實(shí)現(xiàn)練習(xí)功課的目標(biāo)。

例如，教師可以設(shè)計(jì)AR 游戲來(lái)橫向移動(dòng)相同的形狀，或者設(shè)計(jì)一個(gè)游戲來(lái)發(fā)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)軸。讓學(xué)生根據(jù)對(duì)稱(chēng)軸對(duì)折軸對(duì)稱(chēng)圖形，設(shè)計(jì)與該圖形的運(yùn)動(dòng)有關(guān)的游戲，如“尋找旋轉(zhuǎn)物體”。通過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)單的AR 游戲，可以使練習(xí)活動(dòng)更有效率。

（五）利用AR/VR 技術(shù)推行新課程教學(xué)

一般來(lái)說(shuō)，老師在開(kāi)始新課前應(yīng)復(fù)習(xí)上一課的內(nèi)容。在這個(gè)基礎(chǔ)上，老師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入新課。在新課程導(dǎo)入教學(xué)中，教師運(yùn)用問(wèn)答的方法讓學(xué)生把舊的知識(shí)點(diǎn)連接起來(lái)，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)新的知識(shí)。然而，在實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)中，新課程的導(dǎo)入方式較為傳統(tǒng)，教學(xué)效果并不理想。在AR/VR 技術(shù)的支持下，教師在開(kāi)設(shè)新課程的過(guò)程中，可以充分利用現(xiàn)代AR/VR 技術(shù)，使用生動(dòng)的圖像、視頻等，吸引學(xué)生的注意力，最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生投身于學(xué)習(xí)新課程。

例如，在《圓形認(rèn)識(shí)》這一課，教師可以使用AR/VR 技術(shù)向?qū)W生展示圓形物體和學(xué)生生活中常見(jiàn)的圓形物體。在學(xué)生觀察的過(guò)程中，教師可以提問(wèn)：為什么井蓋是圓形的，而不是其他形狀，如三角形、長(zhǎng)方形和正方形？老師通過(guò)視頻廣播，顯示出當(dāng)井蓋變成三角形、長(zhǎng)方形、正方形時(shí)，極易掉落，有較大的安全隱患。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生思考為什么圓形井蓋不會(huì)輕易掉進(jìn)去？通過(guò)這一過(guò)程，學(xué)生的好奇心油然而生，從而使他能夠投入到新課程學(xué)習(xí)中去。

（六）熟練地運(yùn)用現(xiàn)代AR/VR 技術(shù)突破《圖形幾何》教學(xué)中的重難點(diǎn)

在小學(xué)教學(xué)中，《圖形幾何》一直是小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)和具體教學(xué)活動(dòng)中的難點(diǎn)。針對(duì)小學(xué)生的思維特點(diǎn)，傳統(tǒng)教學(xué)模式下的教學(xué)效果并不理想，而通過(guò)現(xiàn)代AR/VR 技術(shù)的應(yīng)用，教師可以用生動(dòng)的圖片和視頻向?qū)W生展示教學(xué)中的難點(diǎn)，從而明確教學(xué)中的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。同時(shí)，AR/VR 技術(shù)與教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生從感性向理性的轉(zhuǎn)變，積極調(diào)動(dòng)和協(xié)調(diào)各種感覺(jué)、三維知識(shí)、動(dòng)態(tài)靜態(tài)知識(shí)，從而降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

例如，教師可以充分利用多媒體技術(shù)在教學(xué)中進(jìn)行“平移”內(nèi)容的動(dòng)態(tài)操作，使學(xué)生在視頻中清晰地理解“平移幾個(gè)格”的含義，并清晰地區(qū)別“平移幾個(gè)格”，幫助學(xué)生更好地理解相關(guān)內(nèi)容，減少學(xué)習(xí)困難。

（七）利用AR/VR 技術(shù)創(chuàng)造環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂上，學(xué)生注意力較難集中，且缺乏對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。如果教師的教學(xué)方法過(guò)于單調(diào)，學(xué)生就會(huì)逐漸失去學(xué)習(xí)的興趣，注意力自然無(wú)法集中。在數(shù)學(xué)課上引入生動(dòng)有趣的故事，會(huì)使教學(xué)情境形象化、生動(dòng)活潑，這不僅能極大地提高學(xué)生的注意力，而且能幫助學(xué)生更好地掌握數(shù)學(xué)知識(shí)。AR/VR 技術(shù)在小學(xué)數(shù)學(xué)課中的應(yīng)用可以取得較好的教學(xué)效果。

例如，在小學(xué)數(shù)學(xué)《觀察物體》中，主要目標(biāo)是讓學(xué)生了解如何從不同的角度、位置和方向看形狀，在這一部分的課程中可以使用AR/VR 技術(shù)。

教師通過(guò)使用AR/VR 技術(shù)設(shè)計(jì)的短片，從一開(kāi)始就營(yíng)造課堂氣氛，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到激發(fā)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的欲望，同時(shí)學(xué)生對(duì)課堂的關(guān)注和重視程度也大大提高。在觀察對(duì)象教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生經(jīng)歷了發(fā)現(xiàn)、提問(wèn)、分析和解決問(wèn)題的全過(guò)程。在這一過(guò)程中，AR/VR 技術(shù)發(fā)揮了主導(dǎo)作用，極大地吸引了學(xué)生的注意力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的直觀和空間概念的，也實(shí)現(xiàn)了教學(xué)的終極目標(biāo)。

一般來(lái)說(shuō)，在小學(xué)圖形幾何教學(xué)過(guò)程中，為了幫助學(xué)生有效地理解新知識(shí)，加深對(duì)圖形幾何相關(guān)內(nèi)容的理解，教師可以充分挖掘AR/VR 技術(shù)的特點(diǎn)，并在講解新知識(shí)的過(guò)程中合理地應(yīng)用它，激發(fā)學(xué)生探索和優(yōu)化學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的興趣，使他們能夠積極參與新知識(shí)的探索、歸納和實(shí)踐過(guò)程，進(jìn)而提高抽象思維的能力。因此，這就要求教師必須重視進(jìn)行AR/VR 技術(shù)的研究，從而有效提高AR/VR 技術(shù)的使用效果，使學(xué)生們可以更加快速清晰地了解到圖形和幾何知識(shí)，從而進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)效果。