VR一體機(jī)輔助下的小學(xué)數(shù)學(xué)課程資源開發(fā)模式研究

摘要：本研究旨在利用VR一體機(jī)輔助開展小學(xué)數(shù)學(xué)課程的資源開發(fā)模式。通過實(shí)踐研究，設(shè)計(jì)一套“數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)”課程，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與數(shù)學(xué)知識(shí)相結(jié)合，給予學(xué)生身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。研究結(jié)果表明，利用VR一體機(jī)輔助教學(xué)能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)新了資源開發(fā)模式，為小學(xué)數(shù)學(xué)課程創(chuàng)新提供一種新的思路。

關(guān)鍵詞：VR一體機(jī)；數(shù)學(xué)課程；資源開發(fā)模式；合作開發(fā)；學(xué)習(xí)體驗(yàn)

一、引言

隨著科技不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡稱VR）技術(shù)已經(jīng)逐漸走進(jìn)人們的日常生活，VR技術(shù)以其身臨其境的沉浸式體驗(yàn)，為各領(lǐng)域帶來革命性的變化。尤其在教育領(lǐng)域，VR技術(shù)被廣泛應(yīng)用于教學(xué)過程中，為學(xué)生提供更直觀的學(xué)習(xí)方式。數(shù)學(xué)作為一門重要的學(xué)科，其抽象性和理論性往往給學(xué)生帶來各種困擾，傳統(tǒng)教學(xué)方法無法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)產(chǎn)生抵觸情緒。而VR技術(shù)的出現(xiàn)為解決該問題提供新的可能性，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生能身臨其境地參與到數(shù)學(xué)問題的解決過程中，提高日常學(xué)習(xí)效果。基于此，本研究旨在探索一種基于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，并對(duì)該模式進(jìn)行實(shí)踐研究，通過構(gòu)建虛擬的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境，將學(xué)生帶到數(shù)學(xué)的世界中，利用探險(xiǎn)方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，有效提高其問題解決能力。

二、基于VR一體機(jī)輔助下的課程開發(fā)模式

近年來，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來越受到關(guān)注，特別是在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，VR一體機(jī)輔助下的課程開發(fā)模式具有巨大潛力。本文將基于Allen提出的SAM模型（Successive Approximation Model，逐漸逼近模型），構(gòu)建以VR一體機(jī)輔助為基礎(chǔ)的課程開發(fā)模式，包括準(zhǔn)備、迭代設(shè)計(jì)、迭代開發(fā)三個(gè)階段。

準(zhǔn)備階段：在該階段，教師應(yīng)深入了解目標(biāo)學(xué)生群體的實(shí)際特點(diǎn)和需求，明確課程開發(fā)的目標(biāo)，以及未來達(dá)到的期望效果，掌握VR一體機(jī)的基本操作技巧，與技術(shù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行溝通，確保所需的硬件和軟件設(shè)備能順利運(yùn)行。

迭代設(shè)計(jì)階段：在該階段教師要根據(jù)準(zhǔn)備階段的調(diào)研結(jié)果，制定詳細(xì)的課程設(shè)計(jì)方案，確定每節(jié)課的主題和教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合VR技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出具有互動(dòng)性和體驗(yàn)性的學(xué)習(xí)活動(dòng)。例如：在教學(xué)幾何圖形時(shí)，設(shè)計(jì)讓學(xué)生通過VR一體機(jī)觀察三維立體圖形，并進(jìn)行交互式的體驗(yàn)，選擇適合的VR資源和軟件工具，以支持課程的順利實(shí)施，制定合理的評(píng)估方案，以便及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

迭代開發(fā)階段：教師將根據(jù)設(shè)計(jì)方案開始開發(fā)課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)資源，與技術(shù)團(tuán)隊(duì)合作，利用專業(yè)的軟件工具進(jìn)行內(nèi)容制作，構(gòu)件良好的虛擬環(huán)境，不斷與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)和反饋，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際需求和反饋意見進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。該過程是一個(gè)循環(huán)迭代的過程，直到最終的課程內(nèi)容滿足教學(xué)要求為止[1]。

三、基于VR一體機(jī)輔助的小學(xué)數(shù)學(xué)課程資源開發(fā)模式的優(yōu)勢(shì)

首先，提供身臨其境的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)往往只限于書本和黑板之間的交流，學(xué)生們難以真正感受到數(shù)學(xué)知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用場(chǎng)景。而通過VR一體機(jī)輔助，學(xué)生們能身臨其境地進(jìn)入到數(shù)學(xué)的虛擬世界中，親身參與到教學(xué)環(huán)節(jié)其中，體驗(yàn)到數(shù)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用意義。如在學(xué)習(xí)幾何圖形過程中，學(xué)生通過VR一體機(jī)輔助觀察和操作各種圖形，直觀感受到形狀的變化，從而更深入地理解幾何學(xué)概念。其次，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。相比傳統(tǒng)教學(xué)方式，VR一體機(jī)輔助的“數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)”課程資源更加生動(dòng)有趣，學(xué)生利用VR設(shè)備與虛擬角色互動(dòng)解決教學(xué)中存在的問題，積極參與到游戲化的學(xué)習(xí)環(huán)境中。這種互動(dòng)性和趣味性不僅能吸引學(xué)生的注意力，還能激發(fā)其主動(dòng)探索的欲望，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神。通過與同學(xué)共同完成任務(wù)，學(xué)生能感受到團(tuán)隊(duì)合作的力量，增強(qiáng)互助、分享、交流的能力。最后，提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格和節(jié)奏都不盡相同，傳統(tǒng)教學(xué)往往無法滿足個(gè)性化的需求。而VR一體機(jī)輔助則根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置，通過記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生掌握程度和學(xué)習(xí)進(jìn)度，自動(dòng)調(diào)整難度，為每個(gè)學(xué)生提供最適合他們的學(xué)習(xí)資源，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)，進(jìn)一步提高其學(xué)習(xí)效果[2]。

四、“數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)”教學(xué)拓展課程設(shè)計(jì)

（一）“數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)”課程結(jié)構(gòu)

“數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)”課程是一種新型的教學(xué)模式，通過引入VR一體機(jī)，將數(shù)學(xué)知識(shí)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，為小學(xué)5～6年級(jí)學(xué)生提供一種全新的學(xué)習(xí)方式。下面將詳細(xì)介紹“數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)”課程的結(jié)構(gòu)和每個(gè)模塊的內(nèi)容。

1.探險(xiǎn)準(zhǔn)備

在該模塊中，教師將向?qū)W生介紹本次數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)的主題和目標(biāo)，并對(duì)VR一體機(jī)使用進(jìn)行簡單說明。同時(shí)，教師還會(huì)介紹本次探險(xiǎn)所需要的數(shù)學(xué)知識(shí)和相關(guān)概念，讓學(xué)生對(duì)即將進(jìn)行的探險(xiǎn)有一定的了解。

2.探險(xiǎn)啟程

在該模塊中學(xué)生將開始進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，開始其數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)之旅，教師會(huì)指導(dǎo)學(xué)生穿戴好VR一體機(jī)，并對(duì)其使用方法進(jìn)行再次強(qiáng)調(diào)。學(xué)生將會(huì)被帶入一個(gè)虛擬的數(shù)學(xué)世界中，通過親身體驗(yàn)，探索數(shù)學(xué)知識(shí)和解決數(shù)學(xué)問題。

3.探險(xiǎn)開始

學(xué)生將開始進(jìn)行真正的數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)活動(dòng)，教師會(huì)根據(jù)課程的設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行各種與數(shù)學(xué)相關(guān)的活動(dòng)，如解決數(shù)學(xué)題目、進(jìn)行數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)、觀察數(shù)學(xué)模型等。學(xué)生通過VR一體機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，身臨其境地感受到數(shù)學(xué)的樂趣。

4.探險(xiǎn)總結(jié)

教師將對(duì)本次數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)進(jìn)行總結(jié)，向?qū)W生提問，讓他們回憶本次探險(xiǎn)中所學(xué)到的數(shù)學(xué)知識(shí)，以及解決問題的方法。同時(shí)，教師要給學(xué)生布置相關(guān)作業(yè)，鞏固他們?cè)谔诫U(xiǎn)中所學(xué)到的數(shù)學(xué)知識(shí)[3]。整個(gè)課程開展16周，每周1課時(shí)，為期16周課程能夠充分利用VR一體機(jī)的優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生在不同的數(shù)學(xué)主題和領(lǐng)域中進(jìn)行探險(xiǎn)學(xué)習(xí)。授課教師可根據(jù)實(shí)際情況安排具體的教學(xué)課時(shí)，如一周進(jìn)行兩次數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)課程，或者將課程時(shí)間延長至1小時(shí)30分鐘等（如表1所示）。

（二）恐龍建房屋教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

1.熱身環(huán)節(jié)

熱身環(huán)節(jié)目標(biāo)是通過在zSpace上展示各種發(fā)明成果，引導(dǎo)學(xué)生思考這些發(fā)明成果解決了什么問題，并且了解工程師解決問題的一般流程。以下是一個(gè)關(guān)于“給恐龍建房屋”教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的實(shí)踐模式。教師向?qū)W生介紹VR一體機(jī)，簡單解釋其基本原理和應(yīng)用領(lǐng)域，并展示在zSpace上的各類發(fā)明成果，如飛機(jī)、電視、手機(jī)等，提醒學(xué)生思考這些發(fā)明成果都解決了什么問題。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組討論，讓他們分享自己的觀察和思考，學(xué)生可以互相交流并提出不同的觀點(diǎn)，教師鼓勵(lì)學(xué)生提出更多的問題，以激發(fā)他們對(duì)工程設(shè)計(jì)實(shí)踐的興趣。同時(shí)，教師在zSpace上展示工程設(shè)計(jì)流程圖，并簡要介紹每個(gè)步驟的含義，解釋工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中需要考慮的因素，如需求分析、設(shè)計(jì)方案、原型制作、測(cè)試、改進(jìn)等。還要提供實(shí)際的例子，讓學(xué)生更好地理解工程設(shè)計(jì)流程的應(yīng)用。教師為學(xué)生提供一篇關(guān)于工程設(shè)計(jì)實(shí)踐的相關(guān)知識(shí)文章，讓他們?cè)趜Space上閱讀，文章介紹相關(guān)工程設(shè)計(jì)案例、成功經(jīng)驗(yàn)、有趣的科技新聞，讓學(xué)生在閱讀過程中進(jìn)一步了解工程設(shè)計(jì)實(shí)踐的應(yīng)用場(chǎng)景。通過以上活動(dòng)設(shè)計(jì)，學(xué)生通過觀察發(fā)明成果，了解工程設(shè)計(jì)的目的和流程。同時(shí)，學(xué)生也能夠培養(yǎng)對(duì)問題的發(fā)現(xiàn)和解決的能力，并且加深對(duì)工程設(shè)計(jì)實(shí)踐興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)他們創(chuàng)新和解決問題的能力[5]。

2.設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

“給恐龍建房屋”教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是通過VR一體機(jī)輔助下的數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)課程，幫助小學(xué)生提高數(shù)學(xué)解決問題的能力。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，要確定需解決的問題，如何給恐龍建造一間合適的房子。要求學(xué)生能應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，合理規(guī)劃和設(shè)計(jì)房屋，并能解釋自己的設(shè)計(jì)思路和過程。接下來，教師要收集信息，確定最佳解決方案，借助VR一體機(jī)的功能，讓學(xué)生進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)世界中，觀察不同種類的恐龍的生活環(huán)境，并了解它們的需求，如體型大小、特點(diǎn)和喜好。在繪制設(shè)計(jì)草圖階段，教師引導(dǎo)學(xué)生使用zSpace等設(shè)備，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在屏幕上進(jìn)行繪畫設(shè)計(jì)，學(xué)生根據(jù)自己對(duì)恐龍的了解和數(shù)學(xué)知識(shí)，繪制出適合恐龍居住的房屋平面圖。

但值得注意的是，在設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生需要考慮不同種類的恐龍有不同的體型，房屋設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到其實(shí)際需求，如提供足夠的空間和舒適環(huán)境。同時(shí)，學(xué)生需要選擇合適的結(jié)構(gòu)和材料來建造房屋，如使用木材或石材，設(shè)計(jì)穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)以適應(yīng)恐龍的活動(dòng)。學(xué)生根據(jù)恐龍的喜好，設(shè)計(jì)出不同的功能區(qū)域，如休息區(qū)、食物存放區(qū)、游戲區(qū)等。

通過該設(shè)計(jì)活動(dòng)，學(xué)生將能運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題，培養(yǎng)邏輯思維能力，并通過VR一體機(jī)的輔助，直觀理解所學(xué)知識(shí)。教師通過觀察學(xué)生的設(shè)計(jì)草圖和聽取他們的解釋，評(píng)價(jià)他們對(duì)數(shù)學(xué)概念的理解能力，并鼓勵(lì)學(xué)生分享自己的設(shè)計(jì)思路，促進(jìn)學(xué)生之間的交流[6]。

3.原型創(chuàng)建

原型創(chuàng)建是將學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行操作和測(cè)試的模型的具體實(shí)例，可以是物理、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)或概念的實(shí)體化表現(xiàn)。在這一階段，學(xué)生將根據(jù)設(shè)計(jì)方案，在zSPACE系統(tǒng)中利用模型（例如木塊）來構(gòu)建房屋原型，并對(duì)提出的解決方案進(jìn)行合理驗(yàn)證。教師將引導(dǎo)學(xué)生完成原型的建造和驗(yàn)證過程，同時(shí)運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)[7]。

4.評(píng)價(jià)反思階段

在教學(xué)活動(dòng)中，評(píng)價(jià)反思階段是非常重要的，有助于學(xué)生對(duì)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)行評(píng)估。在該階段，學(xué)生可回顧他們?cè)诨顒?dòng)中所做的工作，并將所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，通過思考和討論，學(xué)生能更深入地理解數(shù)學(xué)概念，并將其應(yīng)用到不同的情境中，不僅能鞏固學(xué)生的數(shù)學(xué)能力，還能培養(yǎng)他們的邏輯思維能力。同時(shí)，在活動(dòng)過程中，學(xué)生可能會(huì)遇到各種困難，評(píng)價(jià)反思階段能幫助他們認(rèn)識(shí)到自己的問題所在，并尋找解決方法。通過與廣大師生的進(jìn)行交流，學(xué)生可以從其他人的經(jīng)驗(yàn)中獲取啟發(fā)，并找到自己的不足之處，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，促使他們更好地克服困難，提高自己的數(shù)學(xué)水平。在該教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生要與同學(xué)一起合作完成任務(wù)，并與老師進(jìn)行交流，評(píng)價(jià)反思階段能提供一個(gè)讓學(xué)生對(duì)團(tuán)隊(duì)合作和溝通進(jìn)行評(píng)估的機(jī)會(huì)，并從中獲取改進(jìn)的建議。通過這種評(píng)價(jià)反思，學(xué)生能認(rèn)識(shí)到團(tuán)隊(duì)合作和溝通在解決問題中的重要性，從而更好地培養(yǎng)這些能力[8]。

五、結(jié)束語

綜上所述，基于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)模式是一種有效的教學(xué)模式，能提供沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，創(chuàng)造多樣化的教學(xué)資源，促進(jìn)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)，且得到學(xué)生的積極反饋。然而需要注意的是，由于技術(shù)設(shè)備的限制，目前“數(shù)學(xué)VR探險(xiǎn)”課程資源還存在各種局限性，需要進(jìn)一步完善和發(fā)展。

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