AR技術融入小學數學課堂應用價值研究

王楠 賀長雁 夏鈴飛 王靜婷 吳彬

【摘要】隨著虛擬現實技術的發展，增強現實（Augmented Reality，AR）以其更加真實的感受越發受到人們的青睞，其與教育的結合已成為加強實踐教學、提高教學質量的重要手段，成為傳統教學的一種有效補充。作為一項前瞻性的教育技術，AR在“因材施教，寓學于樂”這一教育理念的實現上，有著巨大的優勢。針對目前傳統課堂互動性、情境性、沉浸性不強等問題，從文獻研究和調查訪談入手，分析AR技術在小學數學課堂應用中的優勢和挑戰，并結合我國的教育現實，提出可實踐、可操作、可推廣的路徑和策略，從而有效提升課堂的吸引力、創造力和感染力。

【關鍵詞】AR小學數學課堂應用價值新時代要有新作為，教育工作必須要緊緊圍繞培養什么人、如何培養人和為誰培養人這個核心，樹立新的發展觀、質量觀和教學觀。具體來說，新時代教育發展觀就是建設教育強國，為實現中華民族偉大復興奠定堅實基礎;質量觀就是發展素質教育、落實立德樹人根本任務，促進人的全面發展，著力培養德智體美全面發展的社會主義建設者和接班人;教學觀就是要加強實踐育人，強化學生關鍵能力核心素質培養，重點培養認知能力、合作能力、創新能力和職業能力，著重培養適應社會需要的創新型、復合型、應用型人才。

AR技術作為未來2～3年解決深度學習矛盾的關鍵技術于2016年登入地平線報告高等教育版，這項技術在教育領域的應用將顛覆教學內容的學習方式，能夠讓學生在生活化的環境中學習知識和技能。在虛擬的環境中與教學內容進行互動，提高知識呈現的情境性和直觀性，同時為學生提供主動探索和互動交流的機會。將AR技術投入到小學數學課堂中是否有實用性，如何在實踐過程中減少其不利影響，成為我們關注的重點。

一、調研概況

（一）訪談概況

以技術為核心的新一代信息技術正在推動教育變革，鑒于此，本課題組針對傳統數學課堂的現狀、存在的問題以及學校和教師對教學發展的主導力和影響力等方面設計以下訪談框架，計劃對部分小學數學教師及學校領導開展訪談。本次訪談以半結構化訪談為主要方式，具體訪談內容見表1。??（二）問卷概況

素質教育要求以生為本，要從學生的角度出發組織、安排教學活動，因此，本課題組從小學生對目前數學課堂的真實感受、理想數學課堂創設的構想以及未來數學課堂新科技引入的看法這三方面著手，針對三到六年級學生通過問卷的形式進行了相關調查研究。本次問卷采用匿名方式，保障學生能夠真實作答。

本次調查研究主要通過分層隨機抽樣的方式，以三所小學不同年級段共380名小學生作為調查對象，實際收回有效問卷344份，有效率為88.7%。調研結果具體如下：

（1）58%的學生認為數學學習簡單，29%的學生認為數學學習難度一般，13%的學生表示在數學學習上存在一定的困難。這說明大部分學生都能較好地掌握數學知識點，但是仍然存在將近1/7的學生通過現有的數學課堂無法較好地完成小學階段的數學任務，不利于學生的繼續教育。

（2）對于數學課堂，80%的學生認為平淡一般，16%的學生認為活躍有趣，4%的學生認為沉悶無聊。如此可見，現有的數學課堂已經讓學生產生無聊感，需要新鮮的事物刺激從而調動學生的積極性。

（3）46%的學生表示正在使用或過去使用過現代技術來輔助他們的數學學習并體驗較佳，18%的學生表示沒有相關經歷但是很想實踐，36%的學生沒有相關經歷且沒有體驗的渴望。由此可見，大部分學生對現代技術具有較大的興趣，并將其投入到數學活動，具備較好的操作能力。

（4）談及學生對理想數學課堂創設的構想，42%的學生提出要增加數學趣味性，20%的學生希望拓寬知識面，21%的學生希望體驗虛擬空間，13%的學生希望增設數學實驗，4%的學生希望在數學課堂在其他方面有所改進，從這些數據中可以很明顯地看出學生在快樂學習上有較大的需求。

（5）對于未來AR技術引入數學課堂能否提高學生的學習效率這一問題，有91%的學生持積極態度，9%的學生并不看好，很明顯學生對AR技術興趣很大，肯定了AR技術的實用性。

（6）問卷中設置了一題開放題：印象最深刻的一堂課。歸納同學的回答，主要為師生互動較多、氣氛活躍、新穎的一堂課。小學生所喜愛的課堂，是具備能夠引起其無意注意，并且能夠使氣氛活躍，增加師生互動的事物。

二、問題分析

（一）學生思維固著，缺乏創造性

在訪談過程中，老師提及，教師的資歷會影響其教學模式，對于新教師來說，將教學知識點落實才是他們教學的重點，對于過程是沒有較大的要求，因此一般采用的是“填鴨式”的教學方法，在課堂中沒有給學生足夠的時間和空間去思考、發散，造成學生惰于思考，缺乏創造力。雖然現在一直提倡要“寓教于樂”，可是在一線課堂上，依舊沒有付諸于實踐，在一定程度上造成了“行而不實”的缺陷。

（二）兩極分化較大，教學安排難

在訪談過程中，教師還提到班級內部存在較大的兩極分化，接受能力較好的同學能及時跟著老師的思路，在短時間內較快地理解并掌握知識與技能。一些接受能力一般的同學也能通過課后鞏固消化，掌握相關知識，而一些后進生則在知識掌握上存在較大問題。正因如此，教師在教學工作上面臨不少挑戰，如何解決后進生的學困問題，迫在眉睫。

（三）學習動機不高，缺乏積極性

課堂情感體驗，會讓學生覺得缺乏教師的關注，從而導致學生注意力分散。傳統教學中，教師進行教學設計主要依據教材與教參，沒有考慮到學生學習、生活實際，枯燥無味的知識，缺乏新意的教學過程導致學生興趣不斷流失，學生參與度明顯下降。據研究表明，“教科書使用水平”高的教師，學生課堂參與度越高，學生的數學課堂情感越積極，學生對新知的關系性理解程度越高。加之，傳統課堂“一對多”的教學模式，教師無法同時兼顧很多學生的課堂情感體驗，會讓學生覺得缺乏教師的關注，從而導致學生注意力分散。

（四）復雜問題難以解決

教師在訪談過程中提到多數同學對一般的數學知識的掌握能力較強，但針對一些需要較強的空間觀念和較為抽象的知識很難內化于心。例如，六年級上冊中的《圓的認識和學習》以及《分數除法及其應用》，這類問題通常需要通過數形結合、線段圖等多維度求解，才能更好地理解其中的內涵和意義，而當前數學教師的教學方法和手段較為局限，很難滿足學生的學習需求，如果有更直觀、更具體的輔助教學手段，將會在一定程度上改善這一問題。

（五）課堂把控度要求高

盡管AR技術為學生提供了個性化學習條件，為積極主動地計劃、組織和監控課程活動創造機會，但它也對教師的綜合素質和課堂把控力提出了挑戰。對于學生主體性較強的AR教學，教師需要充分對課堂中的突發事件和生成性問題有較強的應對能力，掌握好課堂的進度。例如，小學生的自我管理能力較弱，容易出現注意轉移，導致學生的注意力不在數學學習上，而在AR技術提供的直觀模型上，從而影響教師的課堂教學。所以，教師更多地傾向于將AR技術作為課堂教學的輔助工具，在不影響正常教學的前提下，促進學生會學、好學、樂學。

三、結論及建議

從調研過程中可以了解到，將AR技術融入到小學數學課堂教學中還存在一些弊端，但是不可磨滅的是，學生對AR技術引入課堂具有極大的興趣，同時有利于學生對數學中某幾個板塊知識點的掌握與理解，特別是幾何板塊。因此，將 AR技術引入數學課堂對提升小學生數學的學習能力、激發學生興趣和調動積極性具有非常重要的作用。必須制定有效解決策略，從根本上降低AR引入課堂的不利影響，從而提升小學數學課堂教學質量。

（一）夯實技術基礎，突出實用性

數學課堂中應用的AR技術，大多需要佩戴沉重的頭盔才得以實施，對小學生進行數學活動有了一定的時空限制;此外，AR設備通常包括頭戴式顯示器和其他輔助的計算機設備，諸多設備使其造價昂貴，在進行數學教學中，如何保持多臺設備之間的高兼容性與長時間的穩定性，如何降低設備的成本，成為亟待解決的問題。對此，我們應大力發展計算機技術、網絡通信技術和發明先進移動終端設備，降低設備造價，并使AR技術便于攜帶使用，打破數學學習時空的限制。此外，還需要大力研發無線移動技術，來增強各設備的兼容性和穩定性。

（二）加強師資建設，注重創新性

隨著信息時代的發展，現代科技不斷融入到課堂教學中，扮演者輔助教學的角色，從而達到較好的課堂效果，以現代科技作為輔助的課堂模式已經成為未來的一種走向。教師作為課堂的主導者，教師專業素養的高低決定了教學效果，同樣教師對

現代技術的了解與掌握，決定了技術的發揮效果。從調研過程中了解到兩點，一是部分教師對一些新科技并不了解，沒有主動地去學習一些走在時代前端的新科技，不利于教師選擇合適技術輔助教學，切實提高教學實效;二是AR技術引入課堂對教師的課堂把控能力要求較高。因此，培育雙師型師資隊伍，提高教師的專業素養以及現代技術應用能力，促進教師終身學習，使課堂從傳統課堂為主向以生為本，注重培育學生創新精神和實踐能力的方向發展尤為重要。首先需要從思想上，培育教師終身學習的理念，其次可以從能力培養著手，在職前培養以及任職后的教師培養內容中增加現代技術應用能力培養的板塊，但值得一提的是，教師應以發展專業素養為重點，現代技術只能作為一種輔助手段，并不能依靠現代科技，一味追求“嘩眾取寵、華而不實”的課堂教學。

（三）創設有效情境，增強現實性

小學階段數學課程相較于其他課程而言理論性較強，“無聊、乏味”等詞語成為了數學的標簽，而現代技術的輔助教學改善了這種情況，相較于之前，數學課堂變得活潑生動，但是缺乏其現實性，學生不能直觀地將直接經驗向間接經驗轉變，但是將數學教材與AR技術等課程資源相互整合，利用AR技術為數學教學創設情境，利用AR的特性可以改進這一點。

例如，在學習人教版小學數學一年級下冊“認識人民幣”導入時，教師可以圍繞購買游樂園門票都需要哪些面額的人民幣、可能需要找零的人民幣面額這一主題，借助AR技術創設購買游樂園門票的實際場景，通過聽覺和視覺讓學生感受到身臨其境的體驗感，增強虛擬世界與現實世界的動感交互，活躍課堂氣氛，激發小學生對學習人民幣有關知識的興趣，為之后開展的數學課堂打下良好基礎。又如，在學習《位置與方向》時，教師會提出一系列問題，如“自己的家在學校什么位置？學校在小明的家的什么位置？學校的位置在哪里？”等等，雖然現在學生的答案反映到平面坐標當中，使得小學生對方位有一個直觀的了解，但是學生平時處于三維的空間，讓學生從實際生活中三維物體直接跳躍到課堂中的二維平面，對于接受能力一般或較差的學生來說，接受起來比較困難，但是如果能夠加入AR技術到課堂中，先讓學生從實際生活的三維空間跳躍出來，作為旁觀者去看問題模型建構，再從三維中抽象出平面模型，這不僅僅能夠幫助小學生學習、掌握、理解數學知識，還能夠幫助學生具體形象思維向抽象邏輯思維轉變，提升其數學知識學習能力和解決問題的能力。

綜上所述，了解一線課堂對于新技術引入的看法和觀點，分析其利弊，對于提升課堂實效性，幫助學生掌握知識、解決問題，培養學生創新精神與實踐能力，全面落實素質教育有非常重要的作用。因此，需要在實踐前期、中期不斷反思，提出有效策略來降低不利影響。

參考文獻：

[1]習近平.全國高校思想政治工作會議上的講話[Z].2016-12-07.

[2]中共中央辦公廳國務院辦公廳.關于深化教育體制機制改革的意見[Z].2017-09-24.

[3]嚴家麗.“教師使用教科書水平”與課堂教學效果之間關系的實證研究——以小學數學為例[D].東北師范大學，2014.

[4]黃奕宇.虛擬現實（VR）教育應用研究綜述[J].中國教育信息化，2018，（1） ：11.

基金項目：嘉興學院2018年大學生國家級創新創業項目《面向小學數學生命課堂建構的AR虛擬情景創設探究》，項目編號：201810354025。