虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

江婕 黃文琦

摘? 要 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一門(mén)新興技術(shù)，推動(dòng)教育教學(xué)有了新變革。分析虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)，以數(shù)學(xué)學(xué)科中“立體圖形的展開(kāi)與折疊”這堂課為例，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為輔助教學(xué)的工具，開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)，嘗試虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的教學(xué)方式，希望能從中得到啟示，為新課改貢獻(xiàn)自己的力量。

關(guān)鍵詞 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù);數(shù)學(xué);立體圖形

中圖分類號(hào)：G434? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）24-0023-03

Application of Virtual Reality Technology in Primary School Mathematics Teaching//JIANG Jie， HUANG Wenqi

Abstract Virtual reality technology is an emerging technology that

has brought new changes in education teaching. This article analyzes

the characteristics of virtual reality technology， taking the course “Expanding and Folding of Three-Dimensional Figures” in mathe-matics as an example， using virtual reality technology as an auxiliary

teaching tool， practicing teaching activities， and trying teaching me-thods in a virtual reality environment， readers are supposed to be inspired from the materials， and contribution of your own strength to the new curriculum reform is very welcomed.

Key words virtual reality technology; mathematics; solid figure

1? 問(wèn)題提出

20世紀(jì)60年代，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)就已經(jīng)產(chǎn)生了，在娛樂(lè)、醫(yī)療、軍事、航天、教育等領(lǐng)域運(yùn)用很廣泛。以教育領(lǐng)域?yàn)槔?，在一些技能?xùn)練、實(shí)驗(yàn)、教學(xué)輔助工具方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸取得不可或缺的作用和地位。比如在化學(xué)或者生物教學(xué)中有一些危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)，如爆炸、燃燒、有毒的實(shí)驗(yàn)，可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，避免危險(xiǎn)的發(fā)生，同時(shí)節(jié)約資源。

在數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)中可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的沉浸式特點(diǎn)使學(xué)生更好地理解一些比較枯燥的內(nèi)容，也可創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣?！傲Ⅲw圖形的展開(kāi)與折疊”是初中數(shù)學(xué)的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，平面圖形的知識(shí)比較抽象且比較難理解，很多學(xué)生都對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)表示枯燥無(wú)味、晦澀難懂，而在課堂上，教師也只通過(guò)板書(shū)演示這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容。特別是對(duì)于那些空間想象能力和邏輯思維能力較差的學(xué)生來(lái)說(shuō)，這個(gè)知識(shí)點(diǎn)真的是沒(méi)辦法入手。且課堂時(shí)間較短，動(dòng)手操作比較形式化，教學(xué)器材不足，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法進(jìn)行深入的直觀感受，他們幾乎憑借想象力去學(xué)習(xí)這門(mén)課而缺少準(zhǔn)確的手動(dòng)操作，所想象的東西不能得到證實(shí)，不利于想象力的發(fā)展。這是一門(mén)想象與操作相結(jié)合的課程，二者缺一不可。如何使課堂生動(dòng)有趣，使知識(shí)具體化，提高教學(xué)質(zhì)量？本文嘗試運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使課堂活躍起來(lái)。

2? 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的概念和優(yōu)勢(shì)

2.1? 概念

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種可以建立和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)技術(shù)。它是使用計(jì)算機(jī)生成虛擬存在的環(huán)境，是多源信息融合的交互式三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真。借助傳感器頭盔、數(shù)據(jù)手套等專業(yè)設(shè)備，用戶可以進(jìn)入虛擬空間，實(shí)時(shí)感知和操縱虛擬世界中的各類物體，通過(guò)視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)獲得真實(shí)體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)重要方向，是仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體教學(xué)技術(shù)、傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)的融合，是一門(mén)富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)。

2.2? 優(yōu)勢(shì)

在課堂中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助教學(xué)，可以提高教學(xué)質(zhì)量，使教育教學(xué)產(chǎn)生新變革。

2.2.1? 有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣? 在傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課堂中主要采用教授法為主的灌輸式教學(xué)模式，大部分是教師講學(xué)生聽(tīng)，導(dǎo)致課堂很沉悶單調(diào)，學(xué)生的理解跟不上教師的進(jìn)度，很難取得良好的教學(xué)效果。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)出現(xiàn)在課堂上，使知識(shí)動(dòng)態(tài)化，不僅可以吸引學(xué)生的注意力，而且可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量、優(yōu)化課堂教學(xué)尤為重要。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，那些學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)較低的學(xué)生容易產(chǎn)生厭學(xué)的心理。書(shū)本中的知識(shí)是枯燥無(wú)味的，特別是一些理論性的知識(shí)，一般情況下在課堂中都是教師在講學(xué)生在聽(tīng)，這樣的課堂氛圍并不利于激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，反而會(huì)讓學(xué)生覺(jué)得課堂無(wú)趣。在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的支持下，課堂氛圍會(huì)比較活躍，可以實(shí)現(xiàn)游戲化教學(xué)，激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣。

2.2.2? 有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性? 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)強(qiáng)調(diào)以人為本，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，而不是以往那種學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的過(guò)程，填鴨式學(xué)習(xí)很大程度上抹殺了學(xué)生的創(chuàng)造性和主動(dòng)性。被動(dòng)接受學(xué)習(xí)還有一個(gè)弊端是學(xué)生真的只會(huì)學(xué)習(xí)，對(duì)于實(shí)際生活中沒(méi)有公式也沒(méi)有理論依據(jù)的難題難以處理好。運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以盡可能地讓學(xué)生接觸社會(huì)中的一些事物，培養(yǎng)他們與人交流、團(tuán)隊(duì)合作的能力，能夠更好地培養(yǎng)既能寫(xiě)也能做的有用的人，而不是只會(huì)學(xué)習(xí)的極端人才?！秶?guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中關(guān)于人才建設(shè)的主要任務(wù)，第一條就是“突出培養(yǎng)造就創(chuàng)新型科技人才”，更應(yīng)該著眼于未來(lái)，提升教學(xué)設(shè)備水平，用創(chuàng)新的設(shè)施造就創(chuàng)新型人才。

2.2.3? 有利于學(xué)生探究抽象事物? 教學(xué)不能僅限于課堂，應(yīng)該走出學(xué)校，走出書(shū)本或者“地球”，去觀測(cè)現(xiàn)實(shí)中難以觀測(cè)到的事物，去探索現(xiàn)實(shí)中還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)的事物。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)可以使這些想法得到實(shí)現(xiàn)。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師講解抽象的知識(shí)點(diǎn)時(shí)只能依靠黑板、圖片以及口頭講解，學(xué)生理解比較吃力，達(dá)不到很好的教學(xué)效果。如在數(shù)學(xué)課程教學(xué)中講到立體圖形的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，如果單純地利用黑板來(lái)教學(xué)，學(xué)生可能就不能掌握相關(guān)的知識(shí)點(diǎn);而在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持的環(huán)境中，可以讓學(xué)生具體地看到立體圖形在不同方向的平面圖是什么形狀的，有利于掌握立體圖形是怎樣折疊與展開(kāi)的，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.2.4? 避免實(shí)驗(yàn)中的危險(xiǎn)性? 在學(xué)習(xí)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)操作是必不可少的，普通的實(shí)驗(yàn)在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室就可以完成，一般存在危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)，如爆炸、燃燒等實(shí)驗(yàn)，學(xué)校一般只是讓學(xué)生通過(guò)觀看視頻來(lái)學(xué)習(xí)，學(xué)生不能真切感受。一些必須要做的存在危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)會(huì)給學(xué)生帶來(lái)安全隱患，可以運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)解決這方面的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)前，教師不再需要預(yù)先準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所用的器材與物品，對(duì)于有破壞性的實(shí)驗(yàn)，如物理實(shí)驗(yàn)中的短路及斷路、小燈泡燒壞，在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中就可以完成，而且收到良好的效果，也不會(huì)浪費(fèi)實(shí)驗(yàn)器材，可以無(wú)數(shù)次使用，節(jié)約教學(xué)資源。在虛擬環(huán)境中還可以進(jìn)行會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)或者氣體的實(shí)驗(yàn)，同樣能達(dá)到現(xiàn)實(shí)中操作的效果，保證學(xué)生安全。

3? 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的案例分析

“立體圖形的展開(kāi)與折疊”這堂課主要考查學(xué)生空間立體感，把一個(gè)多邊立體圖形拆卸了，讓學(xué)生找到拆卸后的圖形;或者把好幾個(gè)連在一塊的圖形拼成一個(gè)立體圖形，通過(guò)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的空間智能和空間想象力，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的立體圖形的展開(kāi)與折疊的教學(xué)，能夠把抽象知識(shí)簡(jiǎn)單化，把這門(mén)課的知識(shí)直觀表現(xiàn)出來(lái)，解析立體幾何的重難點(diǎn)，使學(xué)生對(duì)此知識(shí)通俗易懂。

3.1? 相關(guān)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景制作過(guò)程

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于教學(xué)要建立相關(guān)的場(chǎng)景，制作場(chǎng)景是展開(kāi)教學(xué)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵?？傮w上講，制作場(chǎng)景可分為前期準(zhǔn)備、場(chǎng)景制作、后期工作這三項(xiàng)工作，流程如圖1所示。

3.2? 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的教學(xué)

本節(jié)課的課題節(jié)選自人教版七年級(jí)數(shù)學(xué)第四章“立體圖形初步”，學(xué)生在學(xué)習(xí)此內(nèi)容之前已經(jīng)初步認(rèn)識(shí)了立體圖形。本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是將立體圖形展成平面展開(kāi)圖，教學(xué)難點(diǎn)是按規(guī)定形狀把正方體展開(kāi)成平面圖。對(duì)于一些立體幾何問(wèn)題，常平面化來(lái)研究和處理，不同的方位看圖形往往會(huì)看到不同的平面，在工程、建筑等設(shè)計(jì)中常要運(yùn)用不同方位所看到的圖形來(lái)表示立體圖形，設(shè)計(jì)師就會(huì)通過(guò)圖紙來(lái)制作所呈現(xiàn)的立體圖形。在一些生活常識(shí)背景下，本節(jié)課具體設(shè)計(jì)如下。

3.2.1? 創(chuàng)設(shè)意境，激發(fā)學(xué)生興趣? 教師通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)給學(xué)生展示生活中立體的物體，鳥(niǎo)巢、立交橋、東方明珠、金字塔等建筑在工程圖紙中緩緩升起，讓學(xué)生體會(huì)立體圖形給世界帶來(lái)的各種美感，引入本堂課所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，將立體圖形與生活聯(lián)系起來(lái)：如要建造宏偉的建筑，先要學(xué)習(xí)立體圖形的展開(kāi)與折疊。教師首先給學(xué)生提供虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，讓他們戴上虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔觀看視頻和圖片，感受數(shù)學(xué)知識(shí)的趣味，獨(dú)立思考并記錄;然后總結(jié)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，引導(dǎo)他們開(kāi)始學(xué)習(xí)新內(nèi)容。

3.2.2? 動(dòng)手操作，分析問(wèn)題? 題型展現(xiàn)，例題如：找出圖2所示立體圖形的展開(kāi)平面圖。該立體圖形的展開(kāi)平面圖共11種，難度適中，主要考查學(xué)生的立體感、觀察能力等。課堂教學(xué)過(guò)程如下。

1）課程準(zhǔn)備。教師要準(zhǔn)備好虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，如頭盔、操作手柄等，并且要檢查設(shè)備是否完整可用。

2）學(xué)生活動(dòng)。學(xué)生戴好頭盔，認(rèn)真觀看視頻，五個(gè)人為一組，相互討論該立體圖形會(huì)出現(xiàn)的平面展開(kāi)圖。

3）教師做好課堂教學(xué)效果的記錄，觀察學(xué)生的表現(xiàn)，記錄學(xué)生解決問(wèn)題的效率。

3.2.3? 課堂練習(xí)? 教師布置相關(guān)的課堂作業(yè)，讓學(xué)生在課堂中完成，記錄學(xué)生的完成情況及完成的正確率。

3.2.4? 課堂總結(jié)? 教師讓學(xué)生自行總結(jié)本節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)并回憶相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，組織學(xué)生分組討論，布置課后作業(yè)。

3.3? 教學(xué)結(jié)果分析

在整個(gè)教學(xué)中利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)輔助教學(xué)，創(chuàng)設(shè)了意境，引導(dǎo)學(xué)生一步一步去探究立體圖形的展開(kāi)，課堂生動(dòng)有趣。在教學(xué)過(guò)程中一定要讓學(xué)生全身心地投入學(xué)習(xí)中，且不放過(guò)每一個(gè)學(xué)生，保證每個(gè)學(xué)生都能參與其中。相對(duì)于傳統(tǒng)教學(xué)，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的支持下把抽象知識(shí)具體化，讓學(xué)生更容易去理解，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的感性認(rèn)知，使他們樹(shù)立信心，使課堂活躍，不再枯燥乏味。

4? 結(jié)論

現(xiàn)代教育技術(shù)水平日益提升，但是依然存在不足，很多實(shí)踐性較強(qiáng)的科目，學(xué)生并不能真正地進(jìn)行實(shí)踐，他們的生活圈大部分是在學(xué)校，學(xué)校之外的事情可能根本接觸不到。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以彌補(bǔ)教學(xué)設(shè)備的不足，特別是在偏遠(yuǎn)地區(qū)，其普及可能會(huì)解決因教學(xué)設(shè)備、學(xué)習(xí)資源不足所造成的教育問(wèn)題。本文將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于學(xué)習(xí)立體圖形的展開(kāi)與疊合，運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模仿實(shí)際事物，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代信息技術(shù)與課程的整合，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中拆分和疊合立體圖形，使知識(shí)具體化，接受起來(lái)就相對(duì)簡(jiǎn)單。同時(shí)，教師要不斷強(qiáng)化現(xiàn)代教育技能，才能更好地開(kāi)展虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)輔助教學(xué)。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以開(kāi)闊他們的眼界，培養(yǎng)創(chuàng)造力。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于教學(xué)不是一種結(jié)果，而是一種趨勢(shì)，教學(xué)模式會(huì)逐漸改變，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)只是其中一種代表性的技術(shù)?，F(xiàn)代教育理念旨在培養(yǎng)創(chuàng)新型高端人才，對(duì)于傳統(tǒng)教育要去其糟粕，取其精華，與各種新技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)拓教育新篇章?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]徐宇杰，管會(huì)超.淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與發(fā)展[J].科技資訊，2014，12（28）：19.

[2]張雨琴，丁永剛.基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的立體幾何教學(xué)模式的探究[J].軟件導(dǎo)刊（教育技術(shù)），2017，16（8）：33-34.

[3]高曉旭.小學(xué)生立體圖形折疊與展開(kāi)困難的原因分析與對(duì)策研究[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2018.

[4]王玲玲，劉慕鴻.VR技術(shù)在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用[J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2018（11）：25-26.

[5]江繪良，鄭一，張雪寧，等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].高師理科學(xué)刊，2020，40（9）：51-53.

[6]熊瑛.城鄉(xiāng)義務(wù)教育資源配置失衡問(wèn)題研究[D].長(zhǎng)沙：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.