ARVR在小學數學圖形與幾何教學中的運用

李祥棟

【摘? 要】AR/VR是最近幾年來比較流行的前沿科技，正在逐步地進入到校園，走進課堂教學，利用AR/VR技術可以激發學生的學習興趣，將數學圖形與幾何知識直觀地呈現在學生的面前，營造活躍的數學課堂氛圍，相信未來隨著AR/VR技術的不斷發展與成熟，將會有效改變當前的數學教學現狀，甚至整個數學課堂教學模式，為學生打造真實的數學課堂，深入體驗數學知識的產生以及發展的過程，高效應用所掌握的數學知識去解決實際問題。

【關鍵詞】AR/VR;小學數學;圖形與幾何

AR/VR技術是前沿的科學技術，一開始被廣泛地應用到娛樂活動中，比如AR/VR游戲，在大型的商場中都會看到很多的虛擬現實的游玩設備，因此吸引了更多年輕人的爭先恐后地去玩耍，AR/VR技術是廣受青少年群體歡迎的技術，如果數學教師在教學的過程中，將AR/VR技術應用到課堂教學中，相信可以在很大程度上激發學生的數學學習興趣，并沉浸其中，幫助學生直觀的認識圖形與幾何知識。

1.利用AR類軟件，構建生動數學課堂

在當前數學圖形與幾何知識學習中，存在大量的圖形探索活動，但是很多的圖形探索的知識往往會受到季節以及課堂教學環境等因素的影響，導致數學探索活動無法有效地實現，因此大部分數學教師只能利用PPT以及視頻的方式了解生活中的幾何圖形，這樣的課堂教學模式并不能有效地激發學生的數學學習興趣，反而會導致整個教學過程比較單調。AR類軟件的出現，則是在一定程度上解決了當前數學課堂教學中難以實現的畫面，將生活中的所有存在的幾何圖形利用AR軟件的形式展示出來，呈現在學生的面前，并引領學生們進行細致的觀察，讓學生真正明白數學幾何圖形的關鍵知識點，在整個數學探究活動中，學生們也更加具有強烈的學習興趣。

例如《圓柱與圓錐》教學過程中，教師首先為學生布置任務，讓學生在方格紙上任意畫一個長方形，然后思考沿著長邊與短邊旋轉一周，所形成的圖形體積是否一樣，為什么？

學生1：兩個物體的體積可能一樣大。

學生2：沿著長邊旋轉形成的物體的體積大。

學生3：沿著短邊旋轉形成的物體的體積大。

之后教師利用AR類軟件，現場掃描學生所畫成的圖形，其圖形最終顯示在電腦屏幕中，點擊旋轉按鈕，讓長方形旋轉一周，于是出現了圓柱，圓柱的底面半徑是3，高度是5。

采取同樣的方式，對于長方形的短邊進行旋轉，得到一個圓柱，底面半徑是5，高度是3。

學生們經過綜合計算得知沿著短邊旋轉所形成的立體圖形的體積大。

2.VR帶來生動體驗，近距離接觸圖形

VR技術雖然是一個高新的技術，但是在如今科技發展情況下，讓VR設備進入到數學課堂中還是比較簡單的，究竟如何將VR技術應用到數學課堂教學中，讓圖形與幾何教學呈現出不一樣的風采，VR技術所存在的優勢主要是具有更高的維度，相對于傳統的視頻教學內容，它具有360度全景畫面，可以讓用戶產生一種身臨其境的感受，并在這個過程中借助聲音以及畫面營造全方位音響的氛圍，無論是物體的呈現聲音的感受都會更加具有層次感。在小學數學圖形與幾何教學中，其最為主要的問題則是引領學生展示數學圖形與幾何知識的相關素材，引領學生們對于事物有更加直觀地了解。在過去傳統的數學教學中，大部分都是直接利用圖形或者實物進行展示的，但是對于教室中所不具備的實物，教師則是通過語言的方式進行描述，這對于學生的學習而言反而會比較空洞，但是VR技術卻可以為學生的數學學習帶來不一樣的感受，可以讓學生真實的感受實物，甚至進入到當時的情境中，感受到圖形與幾何知識的奧妙之處。

例如《圓的認識》教學過程中，教師可以通過虛擬現實的方式，構建一個與實物同樣的三維物體，由于圓的基礎知識的學習是學生剛剛認識接觸的知識，對于學生而言陌生又熟悉，在這個過程中，教師可以利用VRML語言畫出圓的實物圖，然后讓學生從各個角度進行近距離的觀察，一則省去了學生的實物具體的制作，二則可以讓學生按照自己的意愿進行觀察與學習，還有一些關于直徑與半徑的關系，認識圓的特征方面的教學，教師都可以比較容易地制作出比較精致的桌面虛擬現實輔助數學教學。

3.AR/VR交互式學習設計，實現深度學習

AR/VR學習情境的深度交互則需要人工智能的有效支持，其交互式學習模式主要是從分支式交互設計、推理式交互式設計、自建構式交互式設計三種形式所組成。其中，分支式交互式設計主要是在AR/VR所構建的學習情境中，學習者根據自己的學習喜好與基本要求以及操作所使用的環境條件等，利用人機對話的方式對于所屬要素以及重組的方式進行自主選擇，然后利用不同的分支，那么其產生的反饋點也就不同，其不同的重組則會選擇不同的情節結構以及不同的學習效果。因此當學生在學習圖形與幾何知識的過程中，應當注重設定多個不同的分支，引領學習者結合自身對于知識所掌握的程度，有效選擇對應的分支，幫助學生構建數學圖形與幾何知識框架結構。自建構式交互式設計則是在AR/VR學習情境中，學生能夠讓針對其學習資源的創作以及欣賞的過程進行自適應、自主優化以及自主學習的一種交互式學習方式。在這個過程中學習者利用一系列的傳感器，全身心地沉浸到虛擬的世界中，直接與虛擬人物進行對話，并隨意在虛擬的時空中進行活動，從而有效地推動學生整體學習的活動的前進，取得與現實世界中相同的參與式學習感受。

例如《長方體和正方體》教學過程中，教師可以結合教學內容設計分支式教學內容，讓學生根據自己的學習情況以及自己所處的學習環境進行學習。

又比如在學習《多邊形的面積》的過程中，教師引領學生進行自主學習，利用一系列的傳感器，將學生帶入到虛擬的情景世界中，虛構出另外一個小學生，與學生們進行一對一的對話。虛擬小學生：我種了一個玫瑰園，現在想統計玫瑰園的面積，它是一個并不規則的多邊形，希望大家可以幫助我。學生走進虛擬的世界中，圍繞玫瑰園進行活動，并進行觀察，在活動的過程中，詢問虛擬學生，玫瑰園是呈現出一個類似梯形的形狀，那么它的高度是多少？虛擬學生回答：高為3米。學生再次詢問，另外一個短邊與長邊的寬度是多少呢？虛擬學生回答并不知道，因為在耕種玫瑰的時候，由于多了幾朵玫瑰苗，所以在原來的土地上將短邊進行擴展了。學生利用已知的高，然后測量虛擬世界中的高度，通過高度的比例值獲得兩個邊的長度，最終算出玫瑰園的面積。

4.結束語

綜上所述，隨著現代信息技術的發展，AR/VR技術在每個領域中都獲得了有效的應用，針對小學數學圖形與幾何知識教學的應用進行深入分析，并取得了非常不錯的教育效果，也希望以后的AR/VR技術開發與應用中結合課堂教學實際情況，強化AR/VR技術與教育的結合，有效推進現代教育技術的快速發展。

【參考文獻】

[1]尹思佳.AR與VR的技術推進與發展前景探析[J].當代教育實踐與教學研究，2020（04）：243-244

[2]劉柱棟.VR與AR技術教育應用探究[J].計算機產品與流通，2019（01）：185

[3]丁飛，張登銀，師曉曄，許斌，劉寧.基于VR/AR的互動式教學研究與實踐[J].軟件導刊，2018，17（12）：213-216

[4]劉鑫.基于zSpace的VR/AR技術在中小學課堂教學中的應用探究[J].中國教育信息化，2018（14）：93-96

（甘肅省永昌縣河西堡第一小學，甘肅 金昌 737200）