關于高中數學“沉浸式”智慧課堂構建的深入分析與探討

繆小燕

摘要：當前傳統高中數學課堂教學忽視了學生的主體地位，由教師掌控課堂，抑制了學生的積極性和創造性.而“沉浸式”智慧課堂可以借助VR、AR等技術讓學生直觀地看到數學的內涵.因此，本文采用了分析問題的方法對當前傳統數學課堂教學中存在的問題進行了分析，并提出了“沉浸式”智慧課堂構建的必要性和具體策略.“沉浸式”智慧課堂能讓學生主動參與到課堂教學中，能加深學生對數學知識的理解和認識度，最終提升高中數學課堂教學的效果.

關鍵詞：高中數學；沉浸式；智慧課堂；構建

當前高中數學的教學目標主要分為三大類.首先是培養學生處理數學問題的能力，當學生遇到數學問題，能夠抓住題目中的線索，深入分析整個題目的框架結構和所考查的數學內容，并結合相應的數學知識來解決該問題.第二是培養學生的核心素養，在當前社會發展過程中，數學已經融入社會的各個組成部分，是當前人際交往中不可或缺的重要工具，因此數學教育要培養學生運用數學來解決生活實際中的問題，讓學生積極探索數學知識背后的深層含義與重要價值.第三是培養學生的數學建模能力，通過解決日常生活中遇到的各種問題培養學生數學建模的素養，讓學生掌握各種數學方法，具備較強的創造性思維，并能形成良好的數學思維品質，最終提升學生的數學修養及綜合素質.

1當前高中數學課堂教學中存在的問題

1.1課堂過于單調，無法營造教學氛圍

簡單來說，高中數學是一個理論性相對較強的學科，數學知識的深層含義較豐富，因而要想保證學生能夠準確掌握數學知識背后的內涵和價值，需要學生進行持續的思考與探索，而這個過程是相對乏味的，學生無法集中注意力去探索數學知識.其中，一些學習能力較差的學生就會在課堂教學中無法集中注意力，不能充分參與課堂活動.這樣，既降低了教學效果，又不利于學生的發展.遺憾的是，目前許多教師在進行數學教學之前的準備工作并不充分，當學生遇到一個不懂的問題向老師提問的時候，老師會覺得突兀，也不知道怎么回答，這樣就會嚴重影響老師的教學進度.還有一些老師的授課內容太老套，他們的授課方式都是一成不變的，僅僅是根據自己已有的經驗來進行教學，沒有任何創新，這會讓學生失去學習的動力，對他們的學習造成很大的阻礙.

1.2手段方式不合理，影響學生理解新知識

相較于小學、初中的數學，高中的數學知識更傾向于抽象和繁瑣.因此，高中數學教師必須尋求一條從抽象到直觀、從復雜到簡化的教學途徑，并對班級學生的學習能力進行總體分析，進而制定出最佳的教學手段，激發起學生學習數學的積極性，讓學生能夠主動參與課堂活動，在遇到數學難題或者無法理解的數學知識時，能與老師、同學進行溝通與交流.然而，在現實生活中，認識到這一問題的教育者寥寥無幾，很多老師僅僅對特定的數學知識進行簡單的理論闡述，并不能針對高中生實際的認知特征而采用相對直觀的教學手段，這就造成了學生對數學知識的理解困難，導致高中數學的教學質量很難提高.

1.3過度追求教學的情境化，存在“去數學化”的傾向

教學情境是一種特定的教育環境，是指教師按照教學目標和教學內容，為實現學生自主發展而創造出來的一種教學環境.創造教學情境，既有利于學生對數學知識的認識和把握，又有利于他們體會數學的應用價值，把枯燥、抽象的數學知識變成了生動、形象的數學情境，便于學生理解數學知識背后的深層含義和應用價值.但是在實際教學過程中，一些老師過分強調了“情境”，為了情境而情境，認為情境與“知識”的聯系度較弱，從而無法正確地從教學情境中提取出“數學問題”，忽視了教學情境背后所應凸顯的數學本質，存在著“去數學化”的傾向.許多教師“冥思苦想”地創造教學情境，但教學效果并不理想，過度的教學情境分散了學生的注意力，使得學生常常被老師創造的情境所吸引，而久久不能進入學習狀態，無法從情境中學到相應的數學知識.

1.4與學生的生活實際相脫節，讓學生覺得數學非常抽象

回顧目前高中數學教學的整個實踐過程，可以看出，有些數學教師沒有充分發掘出數學知識與現實世界之間的關聯，致使所教授的數學課程遠遠脫離學生的生活實際，拉開了二者之間的距離，讓很多學生覺得自己所掌握的數學知識沒有任何實用價值，導致學生無法將所學的數學知識應用于生活實際.因此，在當前高中數學的教學過程中，學生對數學知識的興趣逐步下降，學生難以深刻理解所學的數學知識，這正是當前高中數學教學所面臨的一個重要問題.

1.5課堂提問具有隨意性，缺乏層次性、針對性與科學性

為了營造良好的教學氛圍，教師經常會為同學們提供很多容易回答的問題，并以此來提升課堂教學氛圍.有的老師在課前也會認真地做好功課，提前設計出一些課堂中需要提出的問題，但教師對學生的關注度太低，沒有根據不同層次的學生來設計不同層次的提問，因而提問就缺乏層次性與針對性.有時，教師剛提問完，就會立即叫學生回答問題，留給學生思考的時間太少.由于教師的提問實在太多，學生們甚至沒有時間進行師生、生生互動，而事實上，學生對這些問題的記憶并不深刻.這樣下去，不僅使學生無法進行問題的反思和解答，還會使他們對問題的反應變得遲鈍，不能精準理解教師提出的問題，使他們對問題變得麻木不仁，最終對老師的固定提問方式產生依賴，形成固定回答問題的模式.

2“沉浸式”智慧課堂的簡要概述

AR“沉浸式”智慧課堂是基于本體認知理論、沉浸學習理論、情景學習理論，將AR技術、體感技術與教學樂趣等進行高度融合，形成一種以學生為主體的新型情境式、“沉浸式”、探究式的教學模式.AR智能課堂的教學方式，突破了傳統教學中教師對知識的全面傳授，而學生僅接受并及時記錄知識點，缺少一種內在的雙向交互方式.而AR技術的“沉浸式”智慧課堂可以將現實和虛擬的環境相互疊加，將學生的真實影像和虛擬畫面結合起來，讓學生在一個逼真的3D場景中進行互動交流，創造出一種身臨其境的學習感覺.利用3D相機對人體的骨骼和三維立體進行分析，讓使用者能夠在空中自由地控制自己的身體，在現實世界中與現實中的虛擬形象進行實時交流，從而達到視覺、聽覺和身體素質的雙重效果，充分發揮學生在課堂中的主體地位，讓學生以直觀、立體、互動的方式參與課堂，從而激發學生的學習熱情，進一步培養學生的探索思維和探索能力.

3“沉浸式”智慧課堂的優點

3.1促進學生之間的深度交流

在高中數學教學過程中，構建“沉浸式”智慧課堂，最為重要的優點是可以促進學生之間的深度交流，并借助AR、VR技術將各種學習方法進行高度融合，滿足學生的各種個性化需求，從而方便學生之間的交流，使得學生能夠與同學、老師及時互動交流.比如，可以借助“親身沉浸”幫助學生及時分享各自對某一數學問題的看法和見解，從而能夠將這些想法進行融合，提煉出最終的觀點，可以最大程度地激發起學生的積極性，能夠通過實時分享思想觀點來提高學生的思辨能力和數學思維，使學生之間能夠互相學習、共同進步.

3.2充分提高學生的注意力

在高中數學教學過程中，構建“沉浸式”智慧課堂，可以充分提高學生的注意力，借助于VR、AR技術，教師可以用全新的教學方式來組織數學課堂教學，使得學生能夠身臨其境地看到數學知識的具體生成過程，進而增加學習數學的樂趣，使得學生可以精準參與到數學課堂中，不會受到外界環境的干擾，確保學生能夠創造性地學習，激起學生探求數學知識的好奇心.

3.3實現數學教育“可視化”

在高中數學教學過程中，將三維立體的動漫、錄像、圖畫等多種形式有效整合起來，極大地促進了學生之間的交流與互動，增強了學生的思維和認知能力，使他們能夠真實地體會到數學知識背后的深層含義，借助AR技術，可以將一些難以理解的數學知識生動形象地展示出來，讓學生能夠更加直觀地體會數學知識的內涵，能夠更好地了解和掌握數學知識的關鍵所在.

3.4打造“沉浸式”智慧課堂

在高中數學教學過程中，構建“沉浸式”智慧課堂，通過虛擬現實技術能夠讓學生更加真切地感受到數學知識的生成過程，能夠讓他們置身于數學環境中，切身體驗數學知識帶來的愉悅感，從而增強對所學知識的記憶，加深對所學知識的理解.

3.5彰顯學生的主體地位

在高中數學教學過程中，構建“沉浸式”智慧課堂，尊重學生的主體地位，充分考慮學生自身的發展，使學生在課堂上真正地參與到數學的教學活動中，通過直觀、立體、互動的方式來學習數學知識.

4在高中數學課堂中構建“沉浸式”智慧課堂的重要性

VR“沉浸式”智慧課堂，可以為學生打造一種高仿真、可交互的VR“沉浸式”教學環境，將VR技術融入教學場景，利用高質量的VR教學資源，將抽象的知識和概念情景化，給予教師輕松、便捷的智能化教學互動操作.構建VR“沉浸式”智慧課堂，是開展科學探索教學活動、傳統學科創新教研活動以及STEAM創客教學活動的最好途徑.VR技術的引進，使學生的學習變得直觀、生動、形象，從一定程度上彌補了許多在傳統課堂教學里難以表達的生硬的教學情景.相比于學生每天面對的常規授課方式，VR更能讓學生“身臨其境”地沉浸其中，更能幫助教師與學生互動，更能激發學生的積極性，從而大幅度提升教學效果.

5高中數學“沉浸式”智慧課堂的構建策略

5.1多方配合，積極構建“沉浸式”智慧教室

若要完成高中數學“沉浸式”智慧課堂的構建，則最重要的是積極構建起相應的智慧教室，而智慧教室的構建離不開教師、學校和社會的大力配合.智慧教室的構建需要學校積極購買一些VR、AR設備，以確保每個學生都有一個VR設備，便于開展“沉浸式”智慧課堂活動.另外，智慧教室的構建還需要教師及時將滬教版高中數學的各個教學資源、教學案例、教學視頻等上傳到相應平臺中，從而使得學生能夠借助該設備實現對數學知識的學習和探索.圖1是構建VR“沉浸式”智慧教室的基本硬件方案.

5.2講解故事，引領學生充滿興趣地感知數學知識

比如，滬教版高中數學必修第二冊教材包含了三角與三角函數知識點，教師在講解三角知識時，有些知識點非常不容易理解，此時教師就可以通過講解故事來激發學生的學習興趣，并借助于VR設備進行三角知識的講解.教師可以在相關軟件中上傳航海和天文的資源，然后利用這些資源講解有趣的航海故事，最后結合VR設備講解三角知識.例如，在航海過程中，為了保證數據信息的準確性以及運行安全，需要實時測量數據信息，此時可以將學生“帶入”到海船上，該輪船自西向東航行，在A處檢測到小島在輪船的東偏北21.3度方向上，繼續向西行駛50海里到達C處，并檢測出小島在輪船的東偏北63.5度方向上，如果輪船的航行速度已知，那么此時輪船還需要航行多久到達小島？在課上，學生們可以真實地體驗航海生活，模擬航海人員的工作，并由學生獨立思考與計算，最終對計算的結果進行集體交流.之后，進一步引導學生課后思考：在我們的現實生活中，還有哪些實際問題需要用三角知識來解決？圖2是“沉浸式”智慧課堂實景圖.

5.3積極教改，劃分數學知識的難易程度

在高中數學教學過程中，構建“沉浸式”智慧課堂，教師需要改進教學方法與內容，不能采用傳統的教學方法與內容，而是要甄選出能夠凸顯學生主體地位的教學方法與內容，要以激發學生的積極性和創造性為教學目標，將滬教版高中數學教材中的知識點按照難易程度進行劃分，梳理出難理解、學生不容易掌握的知識點，并將這些難理解、不易掌握的知識通過VR設備來講解，在講解這些數學知識時，需要將相關概念情境化，使得學生可以借助于生動形象的情境、真實的場景以及實際的操控來準確理解難點知識，并能了解到數學知識背后的深刻內涵，最終能將數學知識應用于生活實際.

5.4案例教學，引發學生深度思考與探索

在高中數學教學中，經常采用的方法是案例教學法.師生可以對一些典型的教學案例進行深入分析討論，從而讓學生準確了解該案例所蘊含的數學知識，并引發他們進行深入思考與探索，開拓他們的數學思維，將他們的數學學習能力進一步轉化為實踐應用能力.例如，滬教版高中數學必修第三冊教材中涉及到了概率與頻率的知識點，為了保證學生能夠充分掌握二者的概念與本質，教師在數學課堂中分析了一個重要的案例，并讓學生在課上進行溝通與交流，讓學生深刻理解了概率與頻率的概念，教學效果很顯著.圖3也是VR“沉浸式”智慧課堂實景圖.

具體案例如下：拋擲硬幣100次的伯努利試驗中，正面向上的概率是多少？反面向上的概率又是多少？此時由學生操控VR設備拋擲硬幣，對該問題展開研究，將全班同學分成6組，分別拋擲50、60、70、80、90、100次硬幣，由于頻率（也稱為經驗概率）可以作為概率的估計值來應用，因此每個小組可以對照頻率的計算公式算出各小組拋擲出正面的概率，通過拋擲硬幣的實踐得到概率的結果，這樣就能讓學生精準理解案例中概率的內涵與奧秘.并且根據伯努利大數定律，隨著拋擲次數的增加，出現正面的頻率接近1/2，也即出現正面與出現反面的概率都逐漸趨近于1/2，但并不意味著拋擲硬幣兩次，拋擲結果一定是一正一反，而是意味著在大量拋擲硬幣的試驗中，出現正面與出現反面的概率都會趨近于1/2.本案例利用VR設備幫助學生進行拋擲硬幣的試驗，記錄試驗的數據并根據公式計算出概率結果，這樣做激發了學生的好奇心，提升了學生分析問題的能力，讓學生在與同學、老師的交流討論中深刻理解概率的內涵.

5.5因材施教，面向全體學生

構建高中數學“沉浸式”智慧課堂，教師需合理設計教學內容，并充分應用VR設備，學生能進入特定情境中學習數學知識，可以通過手動操作對場景中的具體物件等進行操控.與此同時，教師要根據教學目標和學生之間的差異來設計有梯度的問題，問題要貼合不同學生的知識面和接受度，對于不同學生采取不同的方式進行分層教學，做到因材施教.教師應關注所有學生，針對每個學生的能力水平制定合理的教學方案，讓每個學生都得到不同程度的發展，這樣才能取得較好的教學效果，讓教育真正做到面向全體學生.

6結語

綜上所述，教師在高中數學教學中構建“沉浸式”智慧課堂，可以充分提高學生的積極性，發揮學生的主體作用，改變以往傳統教學對學生發展的限制.“沉浸式”智慧課堂可以讓學生進入特定的情境，進而更好地理解數學的重難點知識與數學的內涵.在“沉浸式”智慧課堂中，學生能與同學、老師進行深入交流與溝通，老師能夠精準了解學生學習中存在的問題，進而幫助學生更好地掌握數學知識，進一步培養學生的拓展性思維和創造性思維.

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