虛擬現實技術在數學教學中的應用

江婕 黃文琦

摘? 要 虛擬現實技術是一門新興技術，推動教育教學有了新變革。分析虛擬現實技術的特點，以數學學科中“立體圖形的展開與折疊”這堂課為例，利用虛擬現實技術作為輔助教學的工具，開展教學活動，嘗試虛擬現實環境中的教學方式，希望能從中得到啟示，為新課改貢獻自己的力量。

關鍵詞 虛擬現實技術;數學;立體圖形

中圖分類號：G434? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）24-0023-03

Application of Virtual Reality Technology in Primary School Mathematics Teaching//JIANG Jie， HUANG Wenqi

Abstract Virtual reality technology is an emerging technology that

has brought new changes in education teaching. This article analyzes

the characteristics of virtual reality technology， taking the course “Expanding and Folding of Three-Dimensional Figures” in mathe-matics as an example， using virtual reality technology as an auxiliary

teaching tool， practicing teaching activities， and trying teaching me-thods in a virtual reality environment， readers are supposed to be inspired from the materials， and contribution of your own strength to the new curriculum reform is very welcomed.

Key words virtual reality technology; mathematics; solid figure

1? 問題提出

20世紀60年代，虛擬現實（VR）技術就已經產生了，在娛樂、醫療、軍事、航天、教育等領域運用很廣泛。以教育領域為例，在一些技能訓練、實驗、教學輔助工具方面，虛擬現實技術逐漸取得不可或缺的作用和地位。比如在化學或者生物教學中有一些危險性的實驗，如爆炸、燃燒、有毒的實驗，可以利用虛擬現實技術進行虛擬實驗，避免危險的發生，同時節約資源。

在數學學科教學中可以利用虛擬現實技術的沉浸式特點使學生更好地理解一些比較枯燥的內容，也可創設問題情境使學生產生學習的興趣。“立體圖形的展開與折疊”是初中數學的一個知識點，平面圖形的知識比較抽象且比較難理解，很多學生都對這個知識點表示枯燥無味、晦澀難懂，而在課堂上，教師也只通過板書演示這個知識點的內容。特別是對于那些空間想象能力和邏輯思維能力較差的學生來說，這個知識點真的是沒辦法入手。且課堂時間較短，動手操作比較形式化，教學器材不足，導致學生無法進行深入的直觀感受，他們幾乎憑借想象力去學習這門課而缺少準確的手動操作，所想象的東西不能得到證實，不利于想象力的發展。這是一門想象與操作相結合的課程，二者缺一不可。如何使課堂生動有趣，使知識具體化，提高教學質量？本文嘗試運用虛擬現實技術使課堂活躍起來。

2? 虛擬現實技術的概念和優勢

2.1? 概念

虛擬現實技術是一種可以建立和體驗虛擬世界的計算機技術。它是使用計算機生成虛擬存在的環境，是多源信息融合的交互式三維動態視景和實體行為的系統仿真。借助傳感器頭盔、數據手套等專業設備，用戶可以進入虛擬空間，實時感知和操縱虛擬世界中的各類物體，通過視覺、觸覺、聽覺獲得真實體驗。虛擬現實技術是仿真技術的一個重要方向，是仿真技術與計算機圖形學、人機接口技術、多媒體教學技術、傳感技術和網絡安全技術等多種科學技術的融合，是一門富有挑戰性的交叉技術。

2.2? 優勢

在課堂中運用虛擬現實技術輔助教學，可以提高教學質量，使教育教學產生新變革。

2.2.1? 有利于激發學生的學習興趣? 在傳統的數學課堂中主要采用教授法為主的灌輸式教學模式，大部分是教師講學生聽，導致課堂很沉悶單調，學生的理解跟不上教師的進度，很難取得良好的教學效果。虛擬現實技術出現在課堂上，使知識動態化，不僅可以吸引學生的注意力，而且可以激發學生的學習興趣，對提高教學質量、優化課堂教學尤為重要。在傳統教學模式下，那些學習動機較低的學生容易產生厭學的心理。書本中的知識是枯燥無味的，特別是一些理論性的知識，一般情況下在課堂中都是教師在講學生在聽，這樣的課堂氛圍并不利于激發學生對學習的興趣，反而會讓學生覺得課堂無趣。在虛擬現實技術的支持下，課堂氛圍會比較活躍，可以實現游戲化教學，激發學生對學習的興趣。

2.2.2? 有利于激發學生學習的主動性? 虛擬現實技術強調以人為本，激發學生主動學習的動機，而不是以往那種學生被動接受知識的過程，填鴨式學習很大程度上抹殺了學生的創造性和主動性。被動接受學習還有一個弊端是學生真的只會學習，對于實際生活中沒有公式也沒有理論依據的難題難以處理好。運用虛擬現實技術可以盡可能地讓學生接觸社會中的一些事物，培養他們與人交流、團隊合作的能力，能夠更好地培養既能寫也能做的有用的人，而不是只會學習的極端人才。《國家中長期人才發展規劃綱要（2010—2020年）》中關于人才建設的主要任務，第一條就是“突出培養造就創新型科技人才”，更應該著眼于未來，提升教學設備水平，用創新的設施造就創新型人才。

2.2.3? 有利于學生探究抽象事物? 教學不能僅限于課堂，應該走出學校，走出書本或者“地球”，去觀測現實中難以觀測到的事物，去探索現實中還沒有被發現的事物。虛擬現實技術應用于教學可以使這些想法得到實現。在傳統的課堂教學中，教師講解抽象的知識點時只能依靠黑板、圖片以及口頭講解，學生理解比較吃力，達不到很好的教學效果。如在數學課程教學中講到立體圖形的知識點時，如果單純地利用黑板來教學，學生可能就不能掌握相關的知識點;而在虛擬現實技術支持的環境中，可以讓學生具體地看到立體圖形在不同方向的平面圖是什么形狀的，有利于掌握立體圖形是怎樣折疊與展開的，提高教學質量。

2.2.4? 避免實驗中的危險性? 在學習過程中實驗操作是必不可少的，普通的實驗在學校實驗室就可以完成，一般存在危險性的實驗，如爆炸、燃燒等實驗，學校一般只是讓學生通過觀看視頻來學習，學生不能真切感受。一些必須要做的存在危險的實驗會給學生帶來安全隱患，可以運用虛擬現實技術來解決這方面的問題。實驗前，教師不再需要預先準備實驗所用的器材與物品，對于有破壞性的實驗，如物理實驗中的短路及斷路、小燈泡燒壞，在虛擬現實環境中就可以完成，而且收到良好的效果，也不會浪費實驗器材，可以無數次使用，節約教學資源。在虛擬環境中還可以進行會產生有毒物質或者氣體的實驗，同樣能達到現實中操作的效果，保證學生安全。

3? 基于虛擬現實技術的案例分析

“立體圖形的展開與折疊”這堂課主要考查學生空間立體感，把一個多邊立體圖形拆卸了，讓學生找到拆卸后的圖形;或者把好幾個連在一塊的圖形拼成一個立體圖形，通過從簡單到復雜的教學，培養學生的空間智能和空間想象力，鍛煉學生的邏輯思維能力?；谔摂M現實技術的立體圖形的展開與折疊的教學，能夠把抽象知識簡單化，把這門課的知識直觀表現出來，解析立體幾何的重難點，使學生對此知識通俗易懂。

3.1? 相關虛擬現實場景制作過程

虛擬現實技術運用于教學要建立相關的場景，制作場景是展開教學的基礎和關鍵?？傮w上講，制作場景可分為前期準備、場景制作、后期工作這三項工作，流程如圖1所示。

3.2? 基于虛擬現實技術的教學

本節課的課題節選自人教版七年級數學第四章“立體圖形初步”，學生在學習此內容之前已經初步認識了立體圖形。本節課的教學重點是將立體圖形展成平面展開圖，教學難點是按規定形狀把正方體展開成平面圖。對于一些立體幾何問題，常平面化來研究和處理，不同的方位看圖形往往會看到不同的平面，在工程、建筑等設計中常要運用不同方位所看到的圖形來表示立體圖形，設計師就會通過圖紙來制作所呈現的立體圖形。在一些生活常識背景下，本節課具體設計如下。

3.2.1? 創設意境，激發學生興趣? 教師通過虛擬現實技術給學生展示生活中立體的物體，鳥巢、立交橋、東方明珠、金字塔等建筑在工程圖紙中緩緩升起，讓學生體會立體圖形給世界帶來的各種美感，引入本堂課所要學習的內容，將立體圖形與生活聯系起來：如要建造宏偉的建筑，先要學習立體圖形的展開與折疊。教師首先給學生提供虛擬現實設備，讓他們戴上虛擬現實頭盔觀看視頻和圖片，感受數學知識的趣味，獨立思考并記錄;然后總結學生對知識的理解，引導他們開始學習新內容。

3.2.2? 動手操作，分析問題? 題型展現，例題如：找出圖2所示立體圖形的展開平面圖。該立體圖形的展開平面圖共11種，難度適中，主要考查學生的立體感、觀察能力等。課堂教學過程如下。

1）課程準備。教師要準備好虛擬現實設備，如頭盔、操作手柄等，并且要檢查設備是否完整可用。

2）學生活動。學生戴好頭盔，認真觀看視頻，五個人為一組，相互討論該立體圖形會出現的平面展開圖。

3）教師做好課堂教學效果的記錄，觀察學生的表現，記錄學生解決問題的效率。

3.2.3? 課堂練習? 教師布置相關的課堂作業，讓學生在課堂中完成，記錄學生的完成情況及完成的正確率。

3.2.4? 課堂總結? 教師讓學生自行總結本節課的知識點并回憶相關知識點，組織學生分組討論，布置課后作業。

3.3? 教學結果分析

在整個教學中利用虛擬現實技術來輔助教學，創設了意境，引導學生一步一步去探究立體圖形的展開，課堂生動有趣。在教學過程中一定要讓學生全身心地投入學習中，且不放過每一個學生，保證每個學生都能參與其中。相對于傳統教學，在虛擬現實技術的支持下把抽象知識具體化，讓學生更容易去理解，進而激發學生的感性認知，使他們樹立信心，使課堂活躍，不再枯燥乏味。

4? 結論

現代教育技術水平日益提升，但是依然存在不足，很多實踐性較強的科目，學生并不能真正地進行實踐，他們的生活圈大部分是在學校，學校之外的事情可能根本接觸不到。虛擬現實技術可以彌補教學設備的不足，特別是在偏遠地區，其普及可能會解決因教學設備、學習資源不足所造成的教育問題。本文將虛擬現實技術應用于學習立體圖形的展開與疊合，運用虛擬現實技術模仿實際事物，實現了現代信息技術與課程的整合，學生可以在虛擬環境中拆分和疊合立體圖形，使知識具體化，接受起來就相對簡單。同時，教師要不斷強化現代教育技能，才能更好地開展虛擬現實技術輔助教學。對于學生來說，虛擬現實技術可以開闊他們的眼界，培養創造力。

虛擬現實技術運用于教學不是一種結果，而是一種趨勢，教學模式會逐漸改變，虛擬現實技術只是其中一種代表性的技術。現代教育理念旨在培養創新型高端人才，對于傳統教育要去其糟粕，取其精華，與各種新技術相結合，開拓教育新篇章。■

參考文獻

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