虛擬現實技術在幾何教學中的應用

〔摘" "要〕" “圖形與幾何”是小學數學教材收錄的一大知識點，其一方面要求學生正確理解三角形、正方形、長方形、圓形等常見平面圖形的特點和性質，掌握常見平面圖形的周長計算和面積計算公式；另一方面要求學生在學習平面圖形知識的基礎上，活用空間想象力，掌握長方體、正方體、圓柱、圓錐等立體幾何圖形的表面積、體積（容積）計算公式。考慮幾何知識學習難度大，數學教師要活用信息技術設備，在虛擬現實技術支持下帶給學生立體的、形象的、創新的學習體驗。

〔關鍵詞〕" 小學數學；虛擬現實技術；幾何教學

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）15" " 0121-03

小學是學生系統學習的起始階段，數學作為一門強工具價值、強實用價值的基礎性課程，在小學階段科學培養學生邏輯推理、空間想象、數學運算、數據分析等能力，為學生長遠發展打下堅實基礎。立體幾何是面向小學六年級學生的復雜知識，對學生數學抽象、直觀想象、數學運算素養提出了極高要求。隨著信息技術的飛速發展，目前我國小學教育已邁入數字化、信息化時代。對此，教師要善用虛擬現實技術，在信息技術力量支持下降低幾何教學難度、提升幾何教學趣味性，以此促進學生快樂學習、快樂成長。

一、虛擬現實技術概述

虛擬現實技術（簡稱VR技術）是信息技術發展帶來的科技產物，可簡單概括為一種通過計算機模擬構建完整3D虛擬世界的，滿足使用者聽覺、視覺、觸覺等不同感知體驗的，能讓使用者產生身臨其境感覺的專業技術。

VR技術的應用離不開專業設備支持。就使用媒介而言，VR技術有桌面式VR、頭戴式VR和洞穴式VR三大類型：桌面式VR的使用媒介是智能手機、智能平板及便攜式電腦，這類設備造價最低廉，在中小學教學中占有重要地位；頭戴式VR要求使用者佩戴專門的眼鏡、頭盔等器械以滿足模擬需求，這類設備造價高，但虛擬體驗更真實立體，更多應用在電影觀影、游戲娛樂、手術模擬等領域；洞穴式VR是桌面式VR的升級版，指運用3塊以上屏幕打造洞穴場景，帶給使用者環繞式立體體驗，其造價最高，應用領域最專業。

二、虛擬現實技術在小學數學幾何教學中應用的意義

（一）必要性

在小學幾何教學中應用VR技術，一方面順應了數字化教育需求，讓信息技術和數學教學有機融合為一體，通過構建科學化、高效化、創新化課堂方式帶給學生最佳學習體驗；另一方面加快了學校的智慧化建設進程，為教師的“教”和學生的“學”提供了優越的物理環境，既提高了數學教學質量，也提高了數學教學效率。

（二）重要性

幾何圖形是小學數學教材中的一大知識點，其中的幾何即立體幾何，是小學六年級開設的專項課程，對學生的邏輯推理、空間想象、數學運算能力有著極高要求。因此，在小學幾何教學中應用VR技術，一方面能在保障幾何教學專業性、理論性的前提下提升教學趣味性，通過構建、拆解立體幾何圖形等方式加深學生對幾何圖形表面積、體積的理解程度，幫助學生了解平面圖形和立體圖形間的關系，為學生所學知識奠定基礎；另一方面在VR技術的支持下，學生能在數學課堂上得到充分的獨立思考、合作探究機會，通過系統實踐增長見識、積累經驗，在學習新知識的同時回顧舊知識，自覺構建完整的、發展的、連貫的數學知識學習框架。

三、虛擬現實技術在小學數學幾何教學中的應用策略

（一）解讀技術，明確幾何教學目標

幾何知識是小學六年級數學教材中特有的知識，六年級上冊“長方體和正方體”單元意在引導學生認識長方體和正方體的概念、性質，掌握長方體和正方體的表面積、體積計算公式；六年級下冊“圓柱和圓錐”單元意在引導學生認識圓柱和圓錐概念、性質，掌握圓柱和圓錐的表面積、體積計算公式。因此，針對幾何教學，教師要設置如下目標：認識常見立體幾何圖形，了解其概念和性質，強化學生數學抽象素養；回顧長方形、正方形和圓形的面積計算公式，在此基礎上推導長方體、正方體、圓柱、圓錐的表面積和體積計算公式，強化學生直觀想象素養；活用幾何知識解決對應題目，強化學生數學運算素養。

正如上文所述，VR技術是信息技術發展所帶來的新興產物，因此理解VR技術概念、了解VR技術特點，成為教師在幾何教學中活用該技術的前提條件。概括而言，VR技術具有如下特點。

沉浸性。“沉浸體驗”是VR技術引人注目的主要“賣點”，傳統多媒體設備只能呈現平面圖片，學生難以用360°視角進行全方位觀測。在VR技術的支持下，學生可親身踏入數學世界，在特定情境熏陶下學習知識、活用知識。

以圖1為例，學生在學習“表面涂色的正方體”知識時，教師可利用VR技術構建魔方模型，讓學生從3D視角觀察魔方的六個面，從而在沉浸式學習中獲得學習體驗感。

交互性。交互性意味著學生能在虛擬世界中與身邊物品建立互動關系，以此提升學習參與度、體驗感。例如，容積和體積知識是幾何教學的一大要點，教師可先構建長方體、正方體幾何模式，然后指導學生導出幾何體內液體計算液體重量，由此加深學生對“物體所占空間大小叫作物體的體積”和“容器能容納物體的體積叫作容器的容積”知識的理解程度，為后續圓柱和圓錐表面積公式和體積公式推導做好準備。

（二）以生為本，遵循幾何教學原則

幾何教學難度大、知識面廣，學生在學習過程中難免產生“不想學”“聽不懂”的消極情緒。因此，教師要從學生視角出發，攻克“教什么”“如何教”“為何教”難關，通過優化教學原則提升幾何教學質量和效率。

理論性和趣味性相結合原則。理論性原則強調數學知識是深奧的、復雜的，每一條數學公式都是無數數學家、教育家的心血結晶，因此教師不應為了追求教學形式的多元創新而降低數學教學的專業度。然而，數學學習本質上是一個枯燥的、艱難的、漫長的實踐過程，因此趣味性原則能在保障教學專業度的基礎上盡可能讓數學學習變得生動有趣，以此持續激發學生自主學習意愿。

以“長方體和正方體”的教學為例，教師在指導學生推導長方體表面積公式時，首先要帶領學生回憶長方形面積公式S=a×b（其中S表示面積，a表示長方形的長，b表示長方形的寬）。隨后運用VR技術建立長方體模型，將其拆解成上下、前后、左右3組長方形，讓學生通過觀察得出上（下）面面積=長×寬，前（后）面面積=長×高，左（右）面面積=寬×高，最終將3組6個面面積組合在一起后，學生能知曉“長方體表面積=2ab+2bc+2ca=2×（ab+bc+ca）（其中a，b，c分別表示長方體的長、寬、高）”公式，帶動學生舉一反三得出正方體表面積公式S=6a2（其中S表示正方體，a表示正方體的棱長）。

適應性和實踐性相結合原則。之所以要在數學課堂上應用VR技術，是為了帶給學生高質量、高效率的學習體驗。為此，適應性原則要求教師科學把控教學難度，遵循由淺入深、循序漸進邏輯逐步提升教學難度，帶動學生學習。實踐性原則則要求教師在數學課堂上給予學生充足的獨立思考、合作探究機會，確保學生能在實踐后有所收獲、有所成長。

以“圓柱和圓錐”為例，教師可邀請學生親手制作如圖3所示的模型，用虛擬模型輔助學生認識什么是圓柱、什么是圓錐，準確掌握這兩種立體圖形的概念和性質。通過親身實踐，學生才能知曉長方體、圓柱和圓錐間的邏輯關系，為推導圓柱、圓錐表面積公式、體積公式提供便利。

（三）以學為主，創新幾何教學方法

一方面，教師要在數學課堂上模擬還原生活情境，讓學生在情境體驗中設身處地思考數學知識的具體應用。以“圓柱和圓錐”為例，學生觀察生活不難發現，蓄水桶多是圓柱體而非棱角鮮明的長方體。結合該生活情境，教師可構建長方體和圓柱體模型，帶動學生推導其表面積、體積計算公式，引導學生通過實踐思考：“這兩類幾何模型容積一樣嗎？”“這兩類幾何模型表面積一樣嗎？”這樣，學生才能建立深刻的學習印象，感受數學學習的樂趣（見圖4）。

另一方面，學生畢竟年齡尚小，其在獨立學習過程中難免遭遇挫折和阻礙。因此，教師要在善用提問技巧之余，允許學生以小組為單位共同實踐、合作學習，從中收獲“1+1＞2”的教學效果。仍以“圓柱和圓錐”教學為例，教師要在學生學習圓柱知識后，繼續啟發其學習圓錐知識。為推導圓錐體積公式，學生既可參照“烏鴉喝水”故事，向高度相同、底面積相同、內部液體相等的圓柱模型、圓錐模型中投擲同等重量、同等大小的石子，通過觀測液面變化思考圓柱和圓錐的關系。學生也可先在圓錐模型內塞滿沙子，后將沙子倒入高度相同、底面積相同的圓柱模型中，這樣就能掌握圓錐的體積公式V=[13]Sh（V表示圓錐體積，S表示圓錐底面積，h表示圓錐的高）。

綜上所述，在小學5～6年段開設的幾何教學課程，對學生公式推導、空間想象、單位換算、邏輯推理等能力有嚴苛要求，在抽象復雜的圖形幾何知識面前，學生難免感到不知所措、無從下手。而VR技術讓書面知識變得形象立體，既讓平面幾何向立體幾何知識過渡更自然，又加強了平面幾何和立體幾何間的邏輯銜接，更易讓學生產生深刻的學習印象。數學教師要順應時代變化，自覺提升個人教學素養、信息素養，盡己所能助力學生快樂學習、健康成長。

參考文獻

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