虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高中立體幾何教學(xué)中的應(yīng)用展望

摘 要：在虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為當今信息技術(shù)研究熱潮的背景下，本文提出將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于高中立體幾何，解決學(xué)生學(xué)習(xí)立體幾何難點的困惑；分析了虛擬現(xiàn)實技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)，并對未來虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用趨勢進行了展望。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；立體幾何；教育

一、引言

在科技不斷進步、教育不斷改革的21世紀，傳統(tǒng)的教學(xué)方式已無法滿足學(xué)生的需求。尤其在高中立體幾何知識的學(xué)習(xí)中，傳統(tǒng)教學(xué)方式無法讓學(xué)生很好地理解多維空間。因此，虛擬技術(shù)與教育的結(jié)合將是教學(xué)方式改革的方向。本文研究了虛擬技術(shù)在高中立體幾何中的應(yīng)用，展望了虛擬教育在數(shù)學(xué)教育中的應(yīng)用。

二、高中立體幾何教學(xué)存在的問題

1.識圖、作圖難

高中生對二維空間已經(jīng)很清楚，但對三維空間的無限及復(fù)雜性的認識還遠遠不夠。通過觀察直觀圖，想象其幾何形狀，或者是知道某物體的形狀及特征而不會用直觀圖描述出來，這些對高中生來說是學(xué)習(xí)立體幾何的一個難點，也就是空間想象能力差。

2.尋找立體幾何解題思路難

高中生學(xué)習(xí)立體幾何的難點主要是不會證明線線、線面、面面之間的關(guān)系。存在這種現(xiàn)象的主要原因歸根結(jié)底還是因為學(xué)生對立體幾何不熟悉。教學(xué)中雖然有一些教具，但是學(xué)生遇到的題型多種多樣，在解題時有的教具并不適用，而且通過這些教具講解立體幾何知識效率很低。

三、虛擬現(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR）是仿真技術(shù)的一個重要方向，是仿真技術(shù)與計算機圖形學(xué)、人機接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合，是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科。

目前，國內(nèi)高中教育虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用還很少，但正在逐步引入。清華附屬中學(xué)與清華同方公司合作開發(fā)了面向中學(xué)物理、化學(xué)和生物的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室；蘭州四中建立了地理數(shù)字教室，將地球變化的虛擬現(xiàn)實和基于地球儀的虛擬增強技術(shù)應(yīng)用到地理教學(xué)，在球幕投影系統(tǒng)上通過聲光電增強學(xué)習(xí)效果。

四、虛擬技術(shù)應(yīng)用于立體幾何

1.VR構(gòu)建幾何模型

為了解決高中生立體幾何空間想象力差的問題，我們可以首先根據(jù)虛擬技術(shù)構(gòu)建幾何模型，使枯燥的立體幾何課堂變得生動有趣。為此，北京師范大學(xué)“VR/AR+教育”實驗室研究了將AR技術(shù)應(yīng)用于三視圖教學(xué)。例如：有兩種卡片，一種上面寫著繪制三視圖；另一種上面寫著幾何體的名稱。當學(xué)生正確組合這兩種卡片時，便可以在電腦上看到幾何體，還可以調(diào)整攝像頭的位置從不同角度進行觀察。北京育英學(xué)校七年級學(xué)生試用了該技術(shù)，結(jié)果顯示，將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于三視圖教學(xué)后，學(xué)生做題的準確率和效率都有了明顯的提高，并且非常喜歡這種教學(xué)方式。不同于傳統(tǒng)教學(xué)方式，學(xué)生不僅可以觀察到從簡單到復(fù)雜不同的幾何體，還能提高空間想象力，從而提升教學(xué)效率及質(zhì)量。

2.VR解決點、線、面之間的關(guān)系

在立體幾何解題中，點、線、面之間位置關(guān)系的判定是立體幾何學(xué)習(xí)的一個重點和難點。在學(xué)習(xí)這個難點時，如果在課堂上引入VR技術(shù)，問題便會變得相對簡單了。例如：學(xué)生有時候很難看出異面直線，或者很難求出異面直線的夾角。這時如果通過VR技術(shù)拖拽、平移直線，便很容易、很直觀地看出異面直線的夾角。再比如判斷線面關(guān)系時，我們可能很難看出其位置關(guān)系。通過VR技術(shù)我們可以從不同的角度觀察，這樣便可以在合適的角度下看出線面的位置關(guān)系，還可以為學(xué)生證明這類問題提供解題思路。

五、總結(jié)與展望

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)學(xué)中的應(yīng)用，不僅改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，更重要的是突出了學(xué)生主動探究、主動學(xué)習(xí)的地位，學(xué)生在與現(xiàn)實生活相似的情境下建構(gòu)屬于自己的知識結(jié)構(gòu)。除了建構(gòu)主義理論，有效教學(xué)理論、情境認知理論也是虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于教育的理論基礎(chǔ)。就立體幾何來說，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)將會使學(xué)生的空間想象力大幅度提高，對空間幾何的學(xué)習(xí)興趣越來越濃。

VR技術(shù)可以給高中立體幾何教學(xué)帶來很多方便之處。但是由于目前對VR技術(shù)的研究還不夠成熟，相應(yīng)的軟件還有待于研發(fā)，所以將VR技術(shù)應(yīng)用于教育是教育改革的發(fā)展趨勢。虛擬現(xiàn)實技術(shù)輔助教師的教學(xué)當然也有不足之處。使用VR頭顯時間長了，會產(chǎn)生眩暈感，并且對視力有損傷。這些問題都將成為VR應(yīng)用于教育的研究方向。希望隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)水平的提升，教學(xué)所面臨的問題能夠逐步得到解決。

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作者簡介：徐玉（1995— ），女，研究方向：應(yīng)用數(shù)學(xué)（師范）。