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

李祥棟

【摘? 要】AR/VR是最近幾年來(lái)比較流行的前沿科技，正在逐步地進(jìn)入到校園，走進(jìn)課堂教學(xué)，利用AR/VR技術(shù)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，將數(shù)學(xué)圖形與幾何知識(shí)直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生的面前，營(yíng)造活躍的數(shù)學(xué)課堂氛圍，相信未來(lái)隨著AR/VR技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，將會(huì)有效改變當(dāng)前的數(shù)學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀，甚至整個(gè)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)模式，為學(xué)生打造真實(shí)的數(shù)學(xué)課堂，深入體驗(yàn)數(shù)學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生以及發(fā)展的過(guò)程，高效應(yīng)用所掌握的數(shù)學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】AR/VR;小學(xué)數(shù)學(xué);圖形與幾何

AR/VR技術(shù)是前沿的科學(xué)技術(shù)，一開始被廣泛地應(yīng)用到娛樂活動(dòng)中，比如AR/VR游戲，在大型的商場(chǎng)中都會(huì)看到很多的虛擬現(xiàn)實(shí)的游玩設(shè)備，因此吸引了更多年輕人的爭(zhēng)先恐后地去玩耍，AR/VR技術(shù)是廣受青少年群體歡迎的技術(shù)，如果數(shù)學(xué)教師在教學(xué)的過(guò)程中，將AR/VR技術(shù)應(yīng)用到課堂教學(xué)中，相信可以在很大程度上激發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣，并沉浸其中，幫助學(xué)生直觀的認(rèn)識(shí)圖形與幾何知識(shí)。

1.利用AR類軟件，構(gòu)建生動(dòng)數(shù)學(xué)課堂

在當(dāng)前數(shù)學(xué)圖形與幾何知識(shí)學(xué)習(xí)中，存在大量的圖形探索活動(dòng)，但是很多的圖形探索的知識(shí)往往會(huì)受到季節(jié)以及課堂教學(xué)環(huán)境等因素的影響，導(dǎo)致數(shù)學(xué)探索活動(dòng)無(wú)法有效地實(shí)現(xiàn)，因此大部分?jǐn)?shù)學(xué)教師只能利用PPT以及視頻的方式了解生活中的幾何圖形，這樣的課堂教學(xué)模式并不能有效地激發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣，反而會(huì)導(dǎo)致整個(gè)教學(xué)過(guò)程比較單調(diào)。AR類軟件的出現(xiàn)，則是在一定程度上解決了當(dāng)前數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中難以實(shí)現(xiàn)的畫面，將生活中的所有存在的幾何圖形利用AR軟件的形式展示出來(lái)，呈現(xiàn)在學(xué)生的面前，并引領(lǐng)學(xué)生們進(jìn)行細(xì)致的觀察，讓學(xué)生真正明白數(shù)學(xué)幾何圖形的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，在整個(gè)數(shù)學(xué)探究活動(dòng)中，學(xué)生們也更加具有強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣。

例如《圓柱與圓錐》教學(xué)過(guò)程中，教師首先為學(xué)生布置任務(wù)，讓學(xué)生在方格紙上任意畫一個(gè)長(zhǎng)方形，然后思考沿著長(zhǎng)邊與短邊旋轉(zhuǎn)一周，所形成的圖形體積是否一樣，為什么？

學(xué)生1：兩個(gè)物體的體積可能一樣大。

學(xué)生2：沿著長(zhǎng)邊旋轉(zhuǎn)形成的物體的體積大。

學(xué)生3：沿著短邊旋轉(zhuǎn)形成的物體的體積大。

之后教師利用AR類軟件，現(xiàn)場(chǎng)掃描學(xué)生所畫成的圖形，其圖形最終顯示在電腦屏幕中，點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)按鈕，讓長(zhǎng)方形旋轉(zhuǎn)一周，于是出現(xiàn)了圓柱，圓柱的底面半徑是3，高度是5。

采取同樣的方式，對(duì)于長(zhǎng)方形的短邊進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，得到一個(gè)圓柱，底面半徑是5，高度是3。

學(xué)生們經(jīng)過(guò)綜合計(jì)算得知沿著短邊旋轉(zhuǎn)所形成的立體圖形的體積大。

2.VR帶來(lái)生動(dòng)體驗(yàn)，近距離接觸圖形

VR技術(shù)雖然是一個(gè)高新的技術(shù)，但是在如今科技發(fā)展情況下，讓VR設(shè)備進(jìn)入到數(shù)學(xué)課堂中還是比較簡(jiǎn)單的，究竟如何將VR技術(shù)應(yīng)用到數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中，讓圖形與幾何教學(xué)呈現(xiàn)出不一樣的風(fēng)采，VR技術(shù)所存在的優(yōu)勢(shì)主要是具有更高的維度，相對(duì)于傳統(tǒng)的視頻教學(xué)內(nèi)容，它具有360度全景畫面，可以讓用戶產(chǎn)生一種身臨其境的感受，并在這個(gè)過(guò)程中借助聲音以及畫面營(yíng)造全方位音響的氛圍，無(wú)論是物體的呈現(xiàn)聲音的感受都會(huì)更加具有層次感。在小學(xué)數(shù)學(xué)圖形與幾何教學(xué)中，其最為主要的問(wèn)題則是引領(lǐng)學(xué)生展示數(shù)學(xué)圖形與幾何知識(shí)的相關(guān)素材，引領(lǐng)學(xué)生們對(duì)于事物有更加直觀地了解。在過(guò)去傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)中，大部分都是直接利用圖形或者實(shí)物進(jìn)行展示的，但是對(duì)于教室中所不具備的實(shí)物，教師則是通過(guò)語(yǔ)言的方式進(jìn)行描述，這對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)而言反而會(huì)比較空洞，但是VR技術(shù)卻可以為學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)帶來(lái)不一樣的感受，可以讓學(xué)生真實(shí)的感受實(shí)物，甚至進(jìn)入到當(dāng)時(shí)的情境中，感受到圖形與幾何知識(shí)的奧妙之處。

例如《圓的認(rèn)識(shí)》教學(xué)過(guò)程中，教師可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)的方式，構(gòu)建一個(gè)與實(shí)物同樣的三維物體，由于圓的基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)是學(xué)生剛剛認(rèn)識(shí)接觸的知識(shí)，對(duì)于學(xué)生而言陌生又熟悉，在這個(gè)過(guò)程中，教師可以利用VRML語(yǔ)言畫出圓的實(shí)物圖，然后讓學(xué)生從各個(gè)角度進(jìn)行近距離的觀察，一則省去了學(xué)生的實(shí)物具體的制作，二則可以讓學(xué)生按照自己的意愿進(jìn)行觀察與學(xué)習(xí)，還有一些關(guān)于直徑與半徑的關(guān)系，認(rèn)識(shí)圓的特征方面的教學(xué)，教師都可以比較容易地制作出比較精致的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)輔助數(shù)學(xué)教學(xué)。

3.AR/VR交互式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)

AR/VR學(xué)習(xí)情境的深度交互則需要人工智能的有效支持，其交互式學(xué)習(xí)模式主要是從分支式交互設(shè)計(jì)、推理式交互式設(shè)計(jì)、自建構(gòu)式交互式設(shè)計(jì)三種形式所組成。其中，分支式交互式設(shè)計(jì)主要是在AR/VR所構(gòu)建的學(xué)習(xí)情境中，學(xué)習(xí)者根據(jù)自己的學(xué)習(xí)喜好與基本要求以及操作所使用的環(huán)境條件等，利用人機(jī)對(duì)話的方式對(duì)于所屬要素以及重組的方式進(jìn)行自主選擇，然后利用不同的分支，那么其產(chǎn)生的反饋點(diǎn)也就不同，其不同的重組則會(huì)選擇不同的情節(jié)結(jié)構(gòu)以及不同的學(xué)習(xí)效果。因此當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)圖形與幾何知識(shí)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注重設(shè)定多個(gè)不同的分支，引領(lǐng)學(xué)習(xí)者結(jié)合自身對(duì)于知識(shí)所掌握的程度，有效選擇對(duì)應(yīng)的分支，幫助學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)圖形與幾何知識(shí)框架結(jié)構(gòu)。自建構(gòu)式交互式設(shè)計(jì)則是在AR/VR學(xué)習(xí)情境中，學(xué)生能夠讓針對(duì)其學(xué)習(xí)資源的創(chuàng)作以及欣賞的過(guò)程進(jìn)行自適應(yīng)、自主優(yōu)化以及自主學(xué)習(xí)的一種交互式學(xué)習(xí)方式。在這個(gè)過(guò)程中學(xué)習(xí)者利用一系列的傳感器，全身心地沉浸到虛擬的世界中，直接與虛擬人物進(jìn)行對(duì)話，并隨意在虛擬的時(shí)空中進(jìn)行活動(dòng)，從而有效地推動(dòng)學(xué)生整體學(xué)習(xí)的活動(dòng)的前進(jìn)，取得與現(xiàn)實(shí)世界中相同的參與式學(xué)習(xí)感受。

例如《長(zhǎng)方體和正方體》教學(xué)過(guò)程中，教師可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)分支式教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況以及自己所處的學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行學(xué)習(xí)。

又比如在學(xué)習(xí)《多邊形的面積》的過(guò)程中，教師引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，利用一系列的傳感器，將學(xué)生帶入到虛擬的情景世界中，虛構(gòu)出另外一個(gè)小學(xué)生，與學(xué)生們進(jìn)行一對(duì)一的對(duì)話。虛擬小學(xué)生：我種了一個(gè)玫瑰園，現(xiàn)在想統(tǒng)計(jì)玫瑰園的面積，它是一個(gè)并不規(guī)則的多邊形，希望大家可以幫助我。學(xué)生走進(jìn)虛擬的世界中，圍繞玫瑰園進(jìn)行活動(dòng)，并進(jìn)行觀察，在活動(dòng)的過(guò)程中，詢問(wèn)虛擬學(xué)生，玫瑰園是呈現(xiàn)出一個(gè)類似梯形的形狀，那么它的高度是多少？虛擬學(xué)生回答：高為3米。學(xué)生再次詢問(wèn)，另外一個(gè)短邊與長(zhǎng)邊的寬度是多少呢？虛擬學(xué)生回答并不知道，因?yàn)樵诟N玫瑰的時(shí)候，由于多了幾朵玫瑰苗，所以在原來(lái)的土地上將短邊進(jìn)行擴(kuò)展了。學(xué)生利用已知的高，然后測(cè)量虛擬世界中的高度，通過(guò)高度的比例值獲得兩個(gè)邊的長(zhǎng)度，最終算出玫瑰園的面積。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，AR/VR技術(shù)在每個(gè)領(lǐng)域中都獲得了有效的應(yīng)用，針對(duì)小學(xué)數(shù)學(xué)圖形與幾何知識(shí)教學(xué)的應(yīng)用進(jìn)行深入分析，并取得了非常不錯(cuò)的教育效果，也希望以后的AR/VR技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用中結(jié)合課堂教學(xué)實(shí)際情況，強(qiáng)化AR/VR技術(shù)與教育的結(jié)合，有效推進(jìn)現(xiàn)代教育技術(shù)的快速發(fā)展。

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（甘肅省永昌縣河西堡第一小學(xué)，甘肅 金昌 737200）