AR技術融入小學數(shù)學課堂應用價值研究

王楠 賀長雁 夏鈴飛 王靜婷 吳彬

【摘要】隨著虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）以其更加真實的感受越發(fā)受到人們的青睞，其與教育的結合已成為加強實踐教學、提高教學質量的重要手段，成為傳統(tǒng)教學的一種有效補充。作為一項前瞻性的教育技術，AR在“因材施教，寓學于樂”這一教育理念的實現(xiàn)上，有著巨大的優(yōu)勢。針對目前傳統(tǒng)課堂互動性、情境性、沉浸性不強等問題，從文獻研究和調查訪談入手，分析AR技術在小學數(shù)學課堂應用中的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)，并結合我國的教育現(xiàn)實，提出可實踐、可操作、可推廣的路徑和策略，從而有效提升課堂的吸引力、創(chuàng)造力和感染力。

【關鍵詞】AR小學數(shù)學課堂應用價值新時代要有新作為，教育工作必須要緊緊圍繞培養(yǎng)什么人、如何培養(yǎng)人和為誰培養(yǎng)人這個核心，樹立新的發(fā)展觀、質量觀和教學觀。具體來說，新時代教育發(fā)展觀就是建設教育強國，為實現(xiàn)中華民族偉大復興奠定堅實基礎;質量觀就是發(fā)展素質教育、落實立德樹人根本任務，促進人的全面發(fā)展，著力培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會主義建設者和接班人;教學觀就是要加強實踐育人，強化學生關鍵能力核心素質培養(yǎng)，重點培養(yǎng)認知能力、合作能力、創(chuàng)新能力和職業(yè)能力，著重培養(yǎng)適應社會需要的創(chuàng)新型、復合型、應用型人才。

AR技術作為未來2～3年解決深度學習矛盾的關鍵技術于2016年登入地平線報告高等教育版，這項技術在教育領域的應用將顛覆教學內容的學習方式，能夠讓學生在生活化的環(huán)境中學習知識和技能。在虛擬的環(huán)境中與教學內容進行互動，提高知識呈現(xiàn)的情境性和直觀性，同時為學生提供主動探索和互動交流的機會。將AR技術投入到小學數(shù)學課堂中是否有實用性，如何在實踐過程中減少其不利影響，成為我們關注的重點。

一、調研概況

（一）訪談概況

以技術為核心的新一代信息技術正在推動教育變革，鑒于此，本課題組針對傳統(tǒng)數(shù)學課堂的現(xiàn)狀、存在的問題以及學校和教師對教學發(fā)展的主導力和影響力等方面設計以下訪談框架，計劃對部分小學數(shù)學教師及學校領導開展訪談。本次訪談以半結構化訪談為主要方式，具體訪談內容見表1。??（二）問卷概況

素質教育要求以生為本，要從學生的角度出發(fā)組織、安排教學活動，因此，本課題組從小學生對目前數(shù)學課堂的真實感受、理想數(shù)學課堂創(chuàng)設的構想以及未來數(shù)學課堂新科技引入的看法這三方面著手，針對三到六年級學生通過問卷的形式進行了相關調查研究。本次問卷采用匿名方式，保障學生能夠真實作答。

本次調查研究主要通過分層隨機抽樣的方式，以三所小學不同年級段共380名小學生作為調查對象，實際收回有效問卷344份，有效率為88.7%。調研結果具體如下：

（1）58%的學生認為數(shù)學學習簡單，29%的學生認為數(shù)學學習難度一般，13%的學生表示在數(shù)學學習上存在一定的困難。這說明大部分學生都能較好地掌握數(shù)學知識點，但是仍然存在將近1/7的學生通過現(xiàn)有的數(shù)學課堂無法較好地完成小學階段的數(shù)學任務，不利于學生的繼續(xù)教育。

（2）對于數(shù)學課堂，80%的學生認為平淡一般，16%的學生認為活躍有趣，4%的學生認為沉悶無聊。如此可見，現(xiàn)有的數(shù)學課堂已經(jīng)讓學生產(chǎn)生無聊感，需要新鮮的事物刺激從而調動學生的積極性。

（3）46%的學生表示正在使用或過去使用過現(xiàn)代技術來輔助他們的數(shù)學學習并體驗較佳，18%的學生表示沒有相關經(jīng)歷但是很想實踐，36%的學生沒有相關經(jīng)歷且沒有體驗的渴望。由此可見，大部分學生對現(xiàn)代技術具有較大的興趣，并將其投入到數(shù)學活動，具備較好的操作能力。

（4）談及學生對理想數(shù)學課堂創(chuàng)設的構想，42%的學生提出要增加數(shù)學趣味性，20%的學生希望拓寬知識面，21%的學生希望體驗虛擬空間，13%的學生希望增設數(shù)學實驗，4%的學生希望在數(shù)學課堂在其他方面有所改進，從這些數(shù)據(jù)中可以很明顯地看出學生在快樂學習上有較大的需求。

（5）對于未來AR技術引入數(shù)學課堂能否提高學生的學習效率這一問題，有91%的學生持積極態(tài)度，9%的學生并不看好，很明顯學生對AR技術興趣很大，肯定了AR技術的實用性。

（6）問卷中設置了一題開放題：印象最深刻的一堂課。歸納同學的回答，主要為師生互動較多、氣氛活躍、新穎的一堂課。小學生所喜愛的課堂，是具備能夠引起其無意注意，并且能夠使氣氛活躍，增加師生互動的事物。

二、問題分析

（一）學生思維固著，缺乏創(chuàng)造性

在訪談過程中，老師提及，教師的資歷會影響其教學模式，對于新教師來說，將教學知識點落實才是他們教學的重點，對于過程是沒有較大的要求，因此一般采用的是“填鴨式”的教學方法，在課堂中沒有給學生足夠的時間和空間去思考、發(fā)散，造成學生惰于思考，缺乏創(chuàng)造力。雖然現(xiàn)在一直提倡要“寓教于樂”，可是在一線課堂上，依舊沒有付諸于實踐，在一定程度上造成了“行而不實”的缺陷。

（二）兩極分化較大，教學安排難

在訪談過程中，教師還提到班級內部存在較大的兩極分化，接受能力較好的同學能及時跟著老師的思路，在短時間內較快地理解并掌握知識與技能。一些接受能力一般的同學也能通過課后鞏固消化，掌握相關知識，而一些后進生則在知識掌握上存在較大問題。正因如此，教師在教學工作上面臨不少挑戰(zhàn)，如何解決后進生的學困問題，迫在眉睫。

（三）學習動機不高，缺乏積極性

課堂情感體驗，會讓學生覺得缺乏教師的關注，從而導致學生注意力分散。傳統(tǒng)教學中，教師進行教學設計主要依據(jù)教材與教參，沒有考慮到學生學習、生活實際，枯燥無味的知識，缺乏新意的教學過程導致學生興趣不斷流失，學生參與度明顯下降。據(jù)研究表明，“教科書使用水平”高的教師，學生課堂參與度越高，學生的數(shù)學課堂情感越積極，學生對新知的關系性理解程度越高。加之，傳統(tǒng)課堂“一對多”的教學模式，教師無法同時兼顧很多學生的課堂情感體驗，會讓學生覺得缺乏教師的關注，從而導致學生注意力分散。

（四）復雜問題難以解決

教師在訪談過程中提到多數(shù)同學對一般的數(shù)學知識的掌握能力較強，但針對一些需要較強的空間觀念和較為抽象的知識很難內化于心。例如，六年級上冊中的《圓的認識和學習》以及《分數(shù)除法及其應用》，這類問題通常需要通過數(shù)形結合、線段圖等多維度求解，才能更好地理解其中的內涵和意義，而當前數(shù)學教師的教學方法和手段較為局限，很難滿足學生的學習需求，如果有更直觀、更具體的輔助教學手段，將會在一定程度上改善這一問題。

（五）課堂把控度要求高

盡管AR技術為學生提供了個性化學習條件，為積極主動地計劃、組織和監(jiān)控課程活動創(chuàng)造機會，但它也對教師的綜合素質和課堂把控力提出了挑戰(zhàn)。對于學生主體性較強的AR教學，教師需要充分對課堂中的突發(fā)事件和生成性問題有較強的應對能力，掌握好課堂的進度。例如，小學生的自我管理能力較弱，容易出現(xiàn)注意轉移，導致學生的注意力不在數(shù)學學習上，而在AR技術提供的直觀模型上，從而影響教師的課堂教學。所以，教師更多地傾向于將AR技術作為課堂教學的輔助工具，在不影響正常教學的前提下，促進學生會學、好學、樂學。

三、結論及建議

從調研過程中可以了解到，將AR技術融入到小學數(shù)學課堂教學中還存在一些弊端，但是不可磨滅的是，學生對AR技術引入課堂具有極大的興趣，同時有利于學生對數(shù)學中某幾個板塊知識點的掌握與理解，特別是幾何板塊。因此，將 AR技術引入數(shù)學課堂對提升小學生數(shù)學的學習能力、激發(fā)學生興趣和調動積極性具有非常重要的作用。必須制定有效解決策略，從根本上降低AR引入課堂的不利影響，從而提升小學數(shù)學課堂教學質量。

（一）夯實技術基礎，突出實用性

數(shù)學課堂中應用的AR技術，大多需要佩戴沉重的頭盔才得以實施，對小學生進行數(shù)學活動有了一定的時空限制;此外，AR設備通常包括頭戴式顯示器和其他輔助的計算機設備，諸多設備使其造價昂貴，在進行數(shù)學教學中，如何保持多臺設備之間的高兼容性與長時間的穩(wěn)定性，如何降低設備的成本，成為亟待解決的問題。對此，我們應大力發(fā)展計算機技術、網(wǎng)絡通信技術和發(fā)明先進移動終端設備，降低設備造價，并使AR技術便于攜帶使用，打破數(shù)學學習時空的限制。此外，還需要大力研發(fā)無線移動技術，來增強各設備的兼容性和穩(wěn)定性。

（二）加強師資建設，注重創(chuàng)新性

隨著信息時代的發(fā)展，現(xiàn)代科技不斷融入到課堂教學中，扮演者輔助教學的角色，從而達到較好的課堂效果，以現(xiàn)代科技作為輔助的課堂模式已經(jīng)成為未來的一種走向。教師作為課堂的主導者，教師專業(yè)素養(yǎng)的高低決定了教學效果，同樣教師對

現(xiàn)代技術的了解與掌握，決定了技術的發(fā)揮效果。從調研過程中了解到兩點，一是部分教師對一些新科技并不了解，沒有主動地去學習一些走在時代前端的新科技，不利于教師選擇合適技術輔助教學，切實提高教學實效;二是AR技術引入課堂對教師的課堂把控能力要求較高。因此，培育雙師型師資隊伍，提高教師的專業(yè)素養(yǎng)以及現(xiàn)代技術應用能力，促進教師終身學習，使課堂從傳統(tǒng)課堂為主向以生為本，注重培育學生創(chuàng)新精神和實踐能力的方向發(fā)展尤為重要。首先需要從思想上，培育教師終身學習的理念，其次可以從能力培養(yǎng)著手，在職前培養(yǎng)以及任職后的教師培養(yǎng)內容中增加現(xiàn)代技術應用能力培養(yǎng)的板塊，但值得一提的是，教師應以發(fā)展專業(yè)素養(yǎng)為重點，現(xiàn)代技術只能作為一種輔助手段，并不能依靠現(xiàn)代科技，一味追求“嘩眾取寵、華而不實”的課堂教學。

（三）創(chuàng)設有效情境，增強現(xiàn)實性

小學階段數(shù)學課程相較于其他課程而言理論性較強，“無聊、乏味”等詞語成為了數(shù)學的標簽，而現(xiàn)代技術的輔助教學改善了這種情況，相較于之前，數(shù)學課堂變得活潑生動，但是缺乏其現(xiàn)實性，學生不能直觀地將直接經(jīng)驗向間接經(jīng)驗轉變，但是將數(shù)學教材與AR技術等課程資源相互整合，利用AR技術為數(shù)學教學創(chuàng)設情境，利用AR的特性可以改進這一點。

例如，在學習人教版小學數(shù)學一年級下冊“認識人民幣”導入時，教師可以圍繞購買游樂園門票都需要哪些面額的人民幣、可能需要找零的人民幣面額這一主題，借助AR技術創(chuàng)設購買游樂園門票的實際場景，通過聽覺和視覺讓學生感受到身臨其境的體驗感，增強虛擬世界與現(xiàn)實世界的動感交互，活躍課堂氣氛，激發(fā)小學生對學習人民幣有關知識的興趣，為之后開展的數(shù)學課堂打下良好基礎。又如，在學習《位置與方向》時，教師會提出一系列問題，如“自己的家在學校什么位置？學校在小明的家的什么位置？學校的位置在哪里？”等等，雖然現(xiàn)在學生的答案反映到平面坐標當中，使得小學生對方位有一個直觀的了解，但是學生平時處于三維的空間，讓學生從實際生活中三維物體直接跳躍到課堂中的二維平面，對于接受能力一般或較差的學生來說，接受起來比較困難，但是如果能夠加入AR技術到課堂中，先讓學生從實際生活的三維空間跳躍出來，作為旁觀者去看問題模型建構，再從三維中抽象出平面模型，這不僅僅能夠幫助小學生學習、掌握、理解數(shù)學知識，還能夠幫助學生具體形象思維向抽象邏輯思維轉變，提升其數(shù)學知識學習能力和解決問題的能力。

綜上所述，了解一線課堂對于新技術引入的看法和觀點，分析其利弊，對于提升課堂實效性，幫助學生掌握知識、解決問題，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神與實踐能力，全面落實素質教育有非常重要的作用。因此，需要在實踐前期、中期不斷反思，提出有效策略來降低不利影響。

參考文獻：

[1]習近平.全國高校思想政治工作會議上的講話[Z].2016-12-07.

[2]中共中央辦公廳國務院辦公廳.關于深化教育體制機制改革的意見[Z].2017-09-24.

[3]嚴家麗.“教師使用教科書水平”與課堂教學效果之間關系的實證研究——以小學數(shù)學為例[D].東北師范大學，2014.

[4]黃奕宇.虛擬現(xiàn)實（VR）教育應用研究綜述[J].中國教育信息化，2018，（1） ：11.

基金項目：嘉興學院2018年大學生國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目《面向小學數(shù)學生命課堂建構的AR虛擬情景創(chuàng)設探究》，項目編號：201810354025。