VR一體機輔助下的小學數(shù)學課程資源開發(fā)模式研究

摘要：本研究旨在利用VR一體機輔助開展小學數(shù)學課程的資源開發(fā)模式。通過實踐研究，設計一套“數(shù)學VR探險”課程，將虛擬現(xiàn)實技術與數(shù)學知識相結合，給予學生身臨其境的學習體驗。研究結果表明，利用VR一體機輔助教學能提高學生的學習興趣，創(chuàng)新了資源開發(fā)模式，為小學數(shù)學課程創(chuàng)新提供一種新的思路。

關鍵詞：VR一體機；數(shù)學課程；資源開發(fā)模式；合作開發(fā)；學習體驗

一、引言

隨著科技不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，簡稱VR）技術已經逐漸走進人們的日常生活，VR技術以其身臨其境的沉浸式體驗，為各領域帶來革命性的變化。尤其在教育領域，VR技術被廣泛應用于教學過程中，為學生提供更直觀的學習方式。數(shù)學作為一門重要的學科，其抽象性和理論性往往給學生帶來各種困擾，傳統(tǒng)教學方法無法激發(fā)學生學習興趣，導致學生對數(shù)學產生抵觸情緒。而VR技術的出現(xiàn)為解決該問題提供新的可能性，通過虛擬現(xiàn)實技術，學生能身臨其境地參與到數(shù)學問題的解決過程中，提高日常學習效果。基于此，本研究旨在探索一種基于VR一體機輔助下的小學“數(shù)學VR探險”課程資源開發(fā)模式，并對該模式進行實踐研究，通過構建虛擬的數(shù)學學習環(huán)境，將學生帶到數(shù)學的世界中，利用探險方式進行學習，有效提高其問題解決能力。

二、基于VR一體機輔助下的課程開發(fā)模式

近年來，虛擬現(xiàn)實（VR）技術在教育領域中的應用也越來越受到關注，特別是在小學數(shù)學教學中，VR一體機輔助下的課程開發(fā)模式具有巨大潛力。本文將基于Allen提出的SAM模型（Successive Approximation Model，逐漸逼近模型），構建以VR一體機輔助為基礎的課程開發(fā)模式，包括準備、迭代設計、迭代開發(fā)三個階段。

準備階段：在該階段，教師應深入了解目標學生群體的實際特點和需求，明確課程開發(fā)的目標，以及未來達到的期望效果，掌握VR一體機的基本操作技巧，與技術團隊進行溝通，確保所需的硬件和軟件設備能順利運行。

迭代設計階段：在該階段教師要根據(jù)準備階段的調研結果，制定詳細的課程設計方案，確定每節(jié)課的主題和教學目標，結合VR技術特點，設計出具有互動性和體驗性的學習活動。例如：在教學幾何圖形時，設計讓學生通過VR一體機觀察三維立體圖形，并進行交互式的體驗，選擇適合的VR資源和軟件工具，以支持課程的順利實施，制定合理的評估方案，以便及時了解學生的學習情況。

迭代開發(fā)階段：教師將根據(jù)設計方案開始開發(fā)課程內容和學習資源，與技術團隊合作，利用專業(yè)的軟件工具進行內容制作，構件良好的虛擬環(huán)境，不斷與學生進行互動和反饋，根據(jù)學生的實際需求和反饋意見進行相應調整。該過程是一個循環(huán)迭代的過程，直到最終的課程內容滿足教學要求為止[1]。

三、基于VR一體機輔助的小學數(shù)學課程資源開發(fā)模式的優(yōu)勢

首先，提供身臨其境的學習體驗。傳統(tǒng)數(shù)學教學往往只限于書本和黑板之間的交流，學生們難以真正感受到數(shù)學知識的實際運用場景。而通過VR一體機輔助，學生們能身臨其境地進入到數(shù)學的虛擬世界中，親身參與到教學環(huán)節(jié)其中，體驗到數(shù)學知識的應用意義。如在學習幾何圖形過程中，學生通過VR一體機輔助觀察和操作各種圖形，直觀感受到形狀的變化，從而更深入地理解幾何學概念。其次，激發(fā)學生的學習興趣。相比傳統(tǒng)教學方式，VR一體機輔助的“數(shù)學VR探險”課程資源更加生動有趣，學生利用VR設備與虛擬角色互動解決教學中存在的問題，積極參與到游戲化的學習環(huán)境中。這種互動性和趣味性不僅能吸引學生的注意力，還能激發(fā)其主動探索的欲望，培養(yǎng)學生的合作意識和團隊精神。通過與同學共同完成任務，學生能感受到團隊合作的力量，增強互助、分享、交流的能力。最后，提供個性化的學習體驗。每個學生的學習風格和節(jié)奏都不盡相同，傳統(tǒng)教學往往無法滿足個性化的需求。而VR一體機輔助則根據(jù)學生的實際情況進行個性化設置，通過記錄學生的學習數(shù)據(jù)，系統(tǒng)根據(jù)學生掌握程度和學習進度，自動調整難度，為每個學生提供最適合他們的學習資源，引導學生主動地參與學習，進一步提高其學習效果[2]。

四、“數(shù)學VR探險”教學拓展課程設計

（一）“數(shù)學VR探險”課程結構

“數(shù)學VR探險”課程是一種新型的教學模式，通過引入VR一體機，將數(shù)學知識與虛擬現(xiàn)實技術相結合，為小學5～6年級學生提供一種全新的學習方式。下面將詳細介紹“數(shù)學VR探險”課程的結構和每個模塊的內容。

1.探險準備

在該模塊中，教師將向學生介紹本次數(shù)學VR探險的主題和目標，并對VR一體機使用進行簡單說明。同時，教師還會介紹本次探險所需要的數(shù)學知識和相關概念，讓學生對即將進行的探險有一定的了解。

2.探險啟程

在該模塊中學生將開始進入虛擬現(xiàn)實環(huán)境，開始其數(shù)學VR探險之旅，教師會指導學生穿戴好VR一體機，并對其使用方法進行再次強調。學生將會被帶入一個虛擬的數(shù)學世界中，通過親身體驗，探索數(shù)學知識和解決數(shù)學問題。

3.探險開始

學生將開始進行真正的數(shù)學VR探險活動，教師會根據(jù)課程的設計，引導學生進行各種與數(shù)學相關的活動，如解決數(shù)學題目、進行數(shù)學實驗、觀察數(shù)學模型等。學生通過VR一體機的虛擬現(xiàn)實技術，身臨其境地感受到數(shù)學的樂趣。

4.探險總結

教師將對本次數(shù)學VR探險進行總結，向學生提問，讓他們回憶本次探險中所學到的數(shù)學知識，以及解決問題的方法。同時，教師要給學生布置相關作業(yè)，鞏固他們在探險中所學到的數(shù)學知識[3]。整個課程開展16周，每周1課時，為期16周課程能夠充分利用VR一體機的優(yōu)勢，讓學生在不同的數(shù)學主題和領域中進行探險學習。授課教師可根據(jù)實際情況安排具體的教學課時，如一周進行兩次數(shù)學VR探險課程，或者將課程時間延長至1小時30分鐘等（如表1所示）。

（二）恐龍建房屋教學活動設計

1.熱身環(huán)節(jié)

熱身環(huán)節(jié)目標是通過在zSpace上展示各種發(fā)明成果，引導學生思考這些發(fā)明成果解決了什么問題，并且了解工程師解決問題的一般流程。以下是一個關于“給恐龍建房屋”教學活動設計的實踐模式。教師向學生介紹VR一體機，簡單解釋其基本原理和應用領域，并展示在zSpace上的各類發(fā)明成果，如飛機、電視、手機等，提醒學生思考這些發(fā)明成果都解決了什么問題。教師引導學生進行小組討論，讓他們分享自己的觀察和思考，學生可以互相交流并提出不同的觀點，教師鼓勵學生提出更多的問題，以激發(fā)他們對工程設計實踐的興趣。同時，教師在zSpace上展示工程設計流程圖，并簡要介紹每個步驟的含義，解釋工程設計實踐中需要考慮的因素，如需求分析、設計方案、原型制作、測試、改進等。還要提供實際的例子，讓學生更好地理解工程設計流程的應用。教師為學生提供一篇關于工程設計實踐的相關知識文章，讓他們在zSpace上閱讀，文章介紹相關工程設計案例、成功經驗、有趣的科技新聞，讓學生在閱讀過程中進一步了解工程設計實踐的應用場景。通過以上活動設計，學生通過觀察發(fā)明成果，了解工程設計的目的和流程。同時，學生也能夠培養(yǎng)對問題的發(fā)現(xiàn)和解決的能力，并且加深對工程設計實踐興趣，激發(fā)學生的學習熱情，增強他們創(chuàng)新和解決問題的能力[5]。

2.設計環(huán)節(jié)

“給恐龍建房屋”教學活動設計的目標是通過VR一體機輔助下的數(shù)學VR探險課程，幫助小學生提高數(shù)學解決問題的能力。在設計環(huán)節(jié)中，要確定需解決的問題，如何給恐龍建造一間合適的房子。要求學生能應用數(shù)學知識解決實際問題，合理規(guī)劃和設計房屋，并能解釋自己的設計思路和過程。接下來，教師要收集信息，確定最佳解決方案，借助VR一體機的功能，讓學生進入虛擬現(xiàn)實世界中，觀察不同種類的恐龍的生活環(huán)境，并了解它們的需求，如體型大小、特點和喜好。在繪制設計草圖階段，教師引導學生使用zSpace等設備，通過虛擬現(xiàn)實技術在屏幕上進行繪畫設計，學生根據(jù)自己對恐龍的了解和數(shù)學知識，繪制出適合恐龍居住的房屋平面圖。

但值得注意的是，在設計過程中，學生需要考慮不同種類的恐龍有不同的體型，房屋設計應考慮到其實際需求，如提供足夠的空間和舒適環(huán)境。同時，學生需要選擇合適的結構和材料來建造房屋，如使用木材或石材，設計穩(wěn)固的結構以適應恐龍的活動。學生根據(jù)恐龍的喜好，設計出不同的功能區(qū)域，如休息區(qū)、食物存放區(qū)、游戲區(qū)等。

通過該設計活動，學生將能運用數(shù)學知識解決實際問題，培養(yǎng)邏輯思維能力，并通過VR一體機的輔助，直觀理解所學知識。教師通過觀察學生的設計草圖和聽取他們的解釋，評價他們對數(shù)學概念的理解能力，并鼓勵學生分享自己的設計思路，促進學生之間的交流[6]。

3.原型創(chuàng)建

原型創(chuàng)建是將學生對設計方案進行操作和測試的模型的具體實例，可以是物理、計算機、數(shù)學或概念的實體化表現(xiàn)。在這一階段，學生將根據(jù)設計方案，在zSPACE系統(tǒng)中利用模型（例如木塊）來構建房屋原型，并對提出的解決方案進行合理驗證。教師將引導學生完成原型的建造和驗證過程，同時運用數(shù)學知識[7]。

4.評價反思階段

在教學活動中，評價反思階段是非常重要的，有助于學生對自己的學習進行評估。在該階段，學生可回顧他們在活動中所做的工作，并將所學的知識運用到實踐中，通過思考和討論，學生能更深入地理解數(shù)學概念，并將其應用到不同的情境中，不僅能鞏固學生的數(shù)學能力，還能培養(yǎng)他們的邏輯思維能力。同時，在活動過程中，學生可能會遇到各種困難，評價反思階段能幫助他們認識到自己的問題所在，并尋找解決方法。通過與廣大師生的進行交流，學生可以從其他人的經驗中獲取啟發(fā)，并找到自己的不足之處，激發(fā)學生的學習動力，促使他們更好地克服困難，提高自己的數(shù)學水平。在該教學活動中，學生要與同學一起合作完成任務，并與老師進行交流，評價反思階段能提供一個讓學生對團隊合作和溝通進行評估的機會，并從中獲取改進的建議。通過這種評價反思，學生能認識到團隊合作和溝通在解決問題中的重要性，從而更好地培養(yǎng)這些能力[8]。

五、結束語

綜上所述，基于VR一體機輔助下的小學“數(shù)學VR探險”課程資源開發(fā)模式是一種有效的教學模式，能提供沉浸式的學習體驗，創(chuàng)造多樣化的教學資源，促進學生的合作學習，且得到學生的積極反饋。然而需要注意的是，由于技術設備的限制，目前“數(shù)學VR探險”課程資源還存在各種局限性，需要進一步完善和發(fā)展。

參考文獻

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[3]白銀軍.基于深度學習的小學數(shù)學課程資源開發(fā)策略研究[J].新課程，2022（18）：54-55.

[4]陳衛(wèi)軍.線上線下融合的高中數(shù)學在線拓展課程資源開發(fā)及實施研究——以大足中學為例[J].科普童話·新課堂（下），2022（12）：63-65.

[5]曹曉慧.新課標視域下小學數(shù)學教師課程執(zhí)行力研究——以寧夏Y市9所小學為例[D].寧夏：寧夏大學，2023.

[6]劉云. STEAM教育理念下小學數(shù)學“綜合與實踐”教學設計研究[D].江蘇：揚州大學，2023.

[7]馮莉.核心素養(yǎng)視域下的中國、美國和新加坡小學數(shù)學教材比較研究[D].四川：四川師范大學，2023.

[8]葛安娜.小學數(shù)學中年級“混合運算”教學生活化的調查研究[D].江蘇：揚州大學，2023.