VR一體機(jī)輔助下小學(xué)“數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)”課程資源開發(fā)模式的實(shí)踐研究

摘要：隨著科技的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透到教育領(lǐng)域，為教學(xué)帶來了全新的可能性。特別是在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，VR一體機(jī)的應(yīng)用不僅能夠?yàn)閷W(xué)生提供沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，還能幫助他們更直觀、更深入地理解抽象的數(shù)學(xué)概念。在實(shí)際應(yīng)用過程中，還需要進(jìn)一步優(yōu)化VR一體機(jī)的操作便利性、增加互動(dòng)元素和優(yōu)化課程資源內(nèi)容等方面。教育工作者和教育軟件開發(fā)商應(yīng)共同努力，不斷優(yōu)化和完善該課程資源開發(fā)模式，以促進(jìn)小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的發(fā)展。本文將探討VR一體機(jī)輔助下的小學(xué)“數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)”課程資源開發(fā)模式，以期為提高小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)效果提供新的思路和方法。

關(guān)鍵詞：VR一體機(jī)；小學(xué)數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)；課程資源開發(fā)模式

一、引言

隨著科技的不斷發(fā)展，VR技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透到教育領(lǐng)域。VR技術(shù)可以為學(xué)生提供沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，使他們能夠通過直觀的交互體驗(yàn)理解和掌握知識(shí)。在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，VR技術(shù)可以為學(xué)生提供一個(gè)三維的空間環(huán)境，使他們能夠在虛擬世界中進(jìn)行探索和實(shí)踐，從而提高學(xué)習(xí)效果。VR一體機(jī)是一種集成了處理器、操作系統(tǒng)和顯示屏幕等硬件設(shè)備的獨(dú)立式虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔。與傳統(tǒng)的PC端VR設(shè)備相比，VR一體機(jī)具有便攜性好、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，更適合于小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)場(chǎng)景?；赩R一體機(jī)的小學(xué)“數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)”課程資源開發(fā)模式在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效果和空間想象力等方面具有一定的應(yīng)用價(jià)值。本文將探討如何利用VR一體機(jī)輔助下的小學(xué)“數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)”課程資源開發(fā)模式，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

二、VR一體機(jī)在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①提供沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境。VR技術(shù)可以為學(xué)生提供一個(gè)三維的、仿真的學(xué)習(xí)環(huán)境，使他們能夠通過直觀的交互體驗(yàn)理解和掌握知識(shí)[1]。②增強(qiáng)學(xué)習(xí)趣味性。通過VR技術(shù)，可以使抽象的知識(shí)具象化，讓學(xué)生在虛擬世界中進(jìn)行探索和實(shí)踐，從而提高學(xué)習(xí)興趣。③支持個(gè)性化學(xué)習(xí)。VR技術(shù)可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和能力差異，為其提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源和路徑，滿足其個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。

數(shù)學(xué)是一門需要高度空間思維能力的學(xué)科。VR一體機(jī)能夠模擬各種幾何圖形和空間場(chǎng)景，幫助學(xué)生建立空間感，提高他們的空間思維能力。VR一體機(jī)能夠?yàn)閷W(xué)生創(chuàng)建一個(gè)三維的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生在其中進(jìn)行數(shù)學(xué)探險(xiǎn)。通過身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)生能夠更直觀地理解數(shù)學(xué)概念，提高學(xué)習(xí)興趣和積極性。VR一體機(jī)可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生與虛擬世界的實(shí)時(shí)互動(dòng)，讓學(xué)生在探索中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。這種互動(dòng)性的學(xué)習(xí)方式能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提高他們的學(xué)習(xí)效果。

三、小學(xué)數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)課程資源開發(fā)模式

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和教育改革的不斷深入，VR技術(shù)以其獨(dú)特的沉浸式體驗(yàn)、交互性強(qiáng)的特點(diǎn)，逐漸在教育領(lǐng)域嶄露頭角。數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)課程資源開發(fā)模式需要從內(nèi)容設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)和資源整合三個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮和實(shí)踐[2]。通過精心設(shè)計(jì)和開發(fā)富有挑戰(zhàn)性和趣味性的探險(xiǎn)任務(wù)，利用先進(jìn)的VR技術(shù)提供高質(zhì)量的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，以及整合豐富的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)支持，可以為學(xué)生打造一個(gè)沉浸式的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高他們的學(xué)習(xí)興趣和效果。

（一）內(nèi)容設(shè)計(jì)

內(nèi)容設(shè)計(jì)是數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)課程資源開發(fā)的核心環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和效果。在內(nèi)容設(shè)計(jì)過程中，首先需要深入研究小學(xué)數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，了解各個(gè)年級(jí)的教學(xué)目標(biāo)和知識(shí)點(diǎn)。然后基于這些標(biāo)準(zhǔn)和知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)一系列富有挑戰(zhàn)性和趣味性的探險(xiǎn)任務(wù)[3]。這些探險(xiǎn)任務(wù)應(yīng)該能夠覆蓋數(shù)學(xué)的主要領(lǐng)域，如數(shù)與代數(shù)、圖形與幾何、統(tǒng)計(jì)與概率等，同時(shí)兼顧不同年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和水平。在任務(wù)設(shè)計(jì)過程中，還需要注重任務(wù)的層次性和遞進(jìn)性，讓學(xué)生在完成任務(wù)的過程中逐步深入，逐漸掌握數(shù)學(xué)知識(shí)。此外，為了增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性和互動(dòng)性，還可以在任務(wù)中融入一些游戲元素和故事情節(jié)。例如，可以設(shè)計(jì)一個(gè)尋寶任務(wù)，讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中尋找寶藏，同時(shí)解決與數(shù)學(xué)相關(guān)的謎題和問題。這樣的設(shè)計(jì)不僅能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能幫助他們?cè)谟螒蛑袑W(xué)習(xí)和鞏固數(shù)學(xué)知識(shí)。VR一體機(jī)輔助下的課程開發(fā)模式如圖1所示。

圖1 VR一體機(jī)輔助下的課程開發(fā)模式

（二）技術(shù)實(shí)現(xiàn)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)是數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)課程資源開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了提供高質(zhì)量的虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境，需要充分利用VR一體機(jī)的高清顯示和精準(zhǔn)定位技術(shù)[4]。通過高清顯示技術(shù)可以呈現(xiàn)逼真的虛擬場(chǎng)景，讓學(xué)生仿佛置身于一個(gè)真實(shí)的數(shù)學(xué)世界。而精準(zhǔn)定位技術(shù)則能夠確保學(xué)生在虛擬環(huán)境中的自由探索，實(shí)現(xiàn)與虛擬世界的無縫交互。除了基本的顯示和定位技術(shù)外，還需要利用語(yǔ)音識(shí)別和手勢(shì)識(shí)別技術(shù)增強(qiáng)學(xué)生與虛擬世界的互動(dòng)。通過語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，學(xué)生可以通過語(yǔ)音指令與虛擬角色進(jìn)行對(duì)話和交流，從而更加自然地參與到探險(xiǎn)任務(wù)中。而手勢(shì)識(shí)別技術(shù)則能夠讓學(xué)生通過手勢(shì)操作完成任務(wù)，提高學(xué)習(xí)的互動(dòng)性和趣味性。此外，還需要關(guān)注VR一體機(jī)的性能和穩(wěn)定性。為了確保學(xué)生能夠流暢地進(jìn)行學(xué)習(xí)和探險(xiǎn)，需要選擇性能優(yōu)良、穩(wěn)定性高的VR一體機(jī)設(shè)備，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)試。

（三）資源整合

資源整合是數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)課程資源開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。為了提供豐富的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)支持，需要整合各種數(shù)學(xué)教育資源，如教材、習(xí)題、視頻等。這些資源可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和任務(wù)需求進(jìn)行選擇和編排，為學(xué)生提供必要的學(xué)習(xí)材料和學(xué)習(xí)指導(dǎo)[5]。同時(shí)，還需要建立在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，方便學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和交流。在線學(xué)習(xí)平臺(tái)可以提供課程資源的下載和訪問功能，讓學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)。此外，平臺(tái)還可以設(shè)置學(xué)習(xí)社區(qū)或論壇，讓學(xué)生之間可以分享學(xué)習(xí)心得、交流解題技巧，促進(jìn)學(xué)習(xí)的互動(dòng)和合作。在資源整合過程中，還需要關(guān)注資源的質(zhì)量和版權(quán)問題。為了確保資源的合法性和可用性，需要與相關(guān)機(jī)構(gòu)和版權(quán)方進(jìn)行溝通和合作，獲取必要的授權(quán)和許可。

四、小學(xué)數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)課程資源開發(fā)實(shí)踐效果分析

（一）任務(wù)設(shè)計(jì)

在“幾何圖形探險(xiǎn)”這一實(shí)踐案例中，設(shè)計(jì)了一系列富有挑戰(zhàn)性和趣味性的探險(xiǎn)任務(wù)，旨在讓學(xué)生在虛擬環(huán)境中通過尋找、識(shí)別和操作不同的幾何圖形，掌握它們的性質(zhì)和特點(diǎn)。首先，設(shè)計(jì)了一個(gè)名為“幾何圖形寶藏島”的虛擬環(huán)境，其中包含各種形狀和大小的幾何圖形。學(xué)生需要在島上尋找特定的幾何圖形，如三角形、圓形、正方形等，并將它們收集起來。在尋找的過程中，學(xué)生需要仔細(xì)觀察圖形的特征，如邊數(shù)、角度、對(duì)稱性等，以便準(zhǔn)確識(shí)別并收集正確的圖形。其次，設(shè)計(jì)了一系列拼圖游戲，要求學(xué)生利用收集到的幾何圖形進(jìn)行拼圖。這些拼圖游戲不僅要求學(xué)生掌握幾何圖形的特征，還要求他們具備一定的空間想象力和操作能力。通過拼圖游戲，學(xué)生可以更加深入地了解幾何圖形的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，提高他們的空間思維能力。最后，還設(shè)計(jì)了一些形狀匹配任務(wù)，要求學(xué)生將虛擬環(huán)境中的物體與正確的幾何圖形進(jìn)行匹配。這些任務(wù)既可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)的，如要求學(xué)生從一系列運(yùn)動(dòng)的物體中選出與給定幾何圖形相匹配的物體。這樣的設(shè)計(jì)旨在通過互動(dòng)和游戲化的方式，鞏固學(xué)生對(duì)幾何圖形的認(rèn)識(shí)和理解。

（二）技術(shù)實(shí)現(xiàn)與資源整合

在技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面，利用VR一體機(jī)的高清顯示和精準(zhǔn)定位技術(shù)，為學(xué)生呈現(xiàn)一個(gè)逼真的虛擬環(huán)境。通過語(yǔ)音識(shí)別和手勢(shì)識(shí)別技術(shù)，學(xué)生可以與虛擬角色進(jìn)行對(duì)話和交流，并通過手勢(shì)操作完成各種任務(wù)。此外，還整合了教材、習(xí)題和視頻等數(shù)學(xué)教育資源，為學(xué)生提供了豐富的學(xué)習(xí)支持。為了增強(qiáng)學(xué)生的沉浸感和參與感，還在虛擬環(huán)境中加入了一些音效和背景音樂。例如，在尋找?guī)缀螆D形的過程中，學(xué)生會(huì)聽到海浪聲、鳥鳴聲等自然環(huán)境音效；在完成任務(wù)后，還會(huì)聽到慶祝勝利的音效和背景音樂。這些音效和背景音樂不僅提升了學(xué)習(xí)體驗(yàn)，還增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。在資源整合方面，通過合作和共享的方式，整合了多個(gè)方面的資源。首先，與多家教育機(jī)構(gòu)和教師合作，獲取了優(yōu)質(zhì)的數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。其次，與VR設(shè)備廠商和軟件開發(fā)商合作，獲取了先進(jìn)的技術(shù)和工具。最后，與學(xué)生和家長(zhǎng)進(jìn)行了溝通和交流，了解他們的需求和反饋。

圖2 小學(xué)數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)資源年級(jí)分布統(tǒng)計(jì)圖

（三）效果評(píng)估與改進(jìn)

在實(shí)踐案例的實(shí)施過程中，采用了多種評(píng)估方法來評(píng)估教學(xué)效果。首先，觀察和記錄學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)，包括他們的參與度、完成任務(wù)的準(zhǔn)確性和速度等。其次，對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)試和問卷調(diào)查，以了解他們對(duì)幾何圖形的掌握情況以及對(duì)課程資源的滿意度。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，對(duì)課程資源進(jìn)行了針對(duì)性的改進(jìn)和優(yōu)化。例如，根據(jù)學(xué)生在拼圖游戲中的表現(xiàn)，調(diào)整了拼圖的難度和復(fù)雜度，以更好地滿足他們的學(xué)習(xí)需求。同時(shí)，還根據(jù)問卷調(diào)查的反饋，改進(jìn)了虛擬環(huán)境的呈現(xiàn)方式和互動(dòng)方式，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。此外還與一線教師進(jìn)行了深入的交流和合作，聽取他們的意見和建議，進(jìn)一步優(yōu)化了課程資源的設(shè)計(jì)和實(shí)施方式。通過與教師的合作不僅能夠更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和特點(diǎn)，還能夠?qū)⒄n程資源與實(shí)際教學(xué)緊密結(jié)合，提高教學(xué)效果和實(shí)用性。

五、小學(xué)數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)課程資源開發(fā)優(yōu)化建議

（一）提高VR一體機(jī)的操作便利性

1.針對(duì)性教學(xué)。在正式開展“數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)”之前，教師可以為學(xué)生準(zhǔn)備一堂VR一體機(jī)操作的教學(xué)課程，詳細(xì)介紹設(shè)備的啟動(dòng)、佩戴、基本操作和注意事項(xiàng)。通過模擬任務(wù)或小游戲，讓學(xué)生在輕松愉快的氛圍中掌握操作技巧，為后續(xù)的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

2.界面優(yōu)化。教育軟件開發(fā)商可以聘請(qǐng)專業(yè)的UI設(shè)計(jì)師，對(duì)VR一體機(jī)的操作界面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使其更加符合小學(xué)生的審美和認(rèn)知特點(diǎn)。界面布局應(yīng)簡(jiǎn)潔明了，圖標(biāo)和文字要足夠大且易于辨認(rèn)，減少學(xué)生誤操作的可能性?？梢栽O(shè)置快捷操作方式，如手勢(shì)滑動(dòng)、語(yǔ)音指令等，方便學(xué)生快速切換任務(wù)或獲取幫助。

（二）增加互動(dòng)元素

1.數(shù)學(xué)游戲設(shè)計(jì)。在探險(xiǎn)任務(wù)中融入各種數(shù)學(xué)游戲，如數(shù)學(xué)問答、數(shù)學(xué)拼圖、數(shù)學(xué)迷宮等，讓學(xué)生在游戲中學(xué)習(xí)和鞏固數(shù)學(xué)知識(shí)。游戲設(shè)計(jì)應(yīng)具有一定的挑戰(zhàn)性和趣味性，能夠吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的探索欲望。

2.社交互動(dòng)環(huán)節(jié)。設(shè)置多人在線模式，允許學(xué)生與其他同學(xué)一起進(jìn)行探險(xiǎn)任務(wù)，增加同學(xué)之間的交流和合作。在探險(xiǎn)過程中，可以設(shè)置需要團(tuán)隊(duì)合作才能完成的任務(wù)，如共同解決一個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題或共同找到一個(gè)隱藏的寶藏，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作能力。

3.個(gè)性化互動(dòng)體驗(yàn)。根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和興趣，為他們提供個(gè)性化的互動(dòng)體驗(yàn)。例如，對(duì)于表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生，可以給予額外的獎(jiǎng)勵(lì)或挑戰(zhàn)；對(duì)于需要幫助的學(xué)生，可以提供及時(shí)的提示或引導(dǎo)。

（三）優(yōu)化課程資源內(nèi)容

1.內(nèi)容篩選與整合。教育軟件開發(fā)商應(yīng)深入研究小學(xué)數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和教材，篩選出適合VR探險(xiǎn)的數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)和題型。將這些知識(shí)點(diǎn)和題型進(jìn)行有機(jī)整合，形成一系列連貫、系統(tǒng)的探險(xiǎn)任務(wù)，確保學(xué)生在完成任務(wù)的過程中能夠全面掌握數(shù)學(xué)知識(shí)。

2.難度分級(jí)與適應(yīng)性調(diào)整。根據(jù)不同年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知水平和能力差異，設(shè)置不同難度的探險(xiǎn)任務(wù)，確保每個(gè)學(xué)生都能在適合自己的難度下進(jìn)行學(xué)習(xí)。同時(shí)，系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和表現(xiàn)，自動(dòng)調(diào)整任務(wù)難度和題型，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

3.實(shí)踐性與創(chuàng)新性。在課程內(nèi)容上，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，設(shè)計(jì)更多與現(xiàn)實(shí)生活相聯(lián)系的數(shù)學(xué)問題和任務(wù)，讓學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中學(xué)習(xí)和運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)。鼓勵(lì)創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力的培養(yǎng)，設(shè)置一些開放性的問題或項(xiàng)目，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行自主探索和創(chuàng)造。

六、結(jié)束語(yǔ)

VR一體機(jī)輔助下的小學(xué)“數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)”課程資源開發(fā)模式為小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。通過不斷實(shí)踐和探索，可以進(jìn)一步完善和優(yōu)化這一模式，為小學(xué)數(shù)學(xué)教育的發(fā)展貢獻(xiàn)更多的力量。同時(shí)，還需要關(guān)注VR技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和新的教育理念，不斷創(chuàng)新和改進(jìn)教學(xué)方法和手段，以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展和學(xué)生的需求。在未來的研究中，可以進(jìn)一步探討VR一體機(jī)在其他學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用可能性，以及如何將VR技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)方法相結(jié)合，形成更加多元化和個(gè)性化的教學(xué)模式。此外，還可以研究如何利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行更加精準(zhǔn)的分析和評(píng)估，為個(gè)性化教學(xué)提供更加科學(xué)的依據(jù)。

作者單位：張學(xué)俊 白銀市平川區(qū)電廠學(xué)校

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