例談虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)在數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

關(guān)珍

【摘 要】信息技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來了巨大的教育變革。虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備能將數(shù)學(xué)實踐活動搬入課堂。教師在教學(xué)中充分運用先進的虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)，不僅可以提高課堂教學(xué)效率，還可以為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供技術(shù)保障。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實（VR） 信息化 沉浸感 興趣 效率

一、虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備創(chuàng)設(shè)有帶入感的教學(xué)情境

隨著課程改革的深入，數(shù)學(xué)的課堂教學(xué)也發(fā)生了很大的變化。首先，改變了就題說題、脫離實際的問題，所有版本的教材都采用情境教學(xué)法。在傳統(tǒng)的情境導(dǎo)入中，教師往往采用的方法就是圖片展示，在這種情況下，學(xué)生能有感受但不會融入這些情境中。如果應(yīng)用虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備則不同。比如，在“比例的意義和基本性質(zhì)”的教學(xué)中，教材的情境是關(guān)于啤酒生產(chǎn)加工工藝的內(nèi)容。對于這個工藝，學(xué)生沒有感知，產(chǎn)生不了共鳴。而應(yīng)用虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備能有效地解決這個問題。虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備中有啤酒生產(chǎn)的立體視頻，還有不同的生產(chǎn)原料的介紹、數(shù)量等內(nèi)容。借助虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備的手柄，學(xué)生可以自主選擇不同數(shù)量的原料進行配比，比如選擇50克的啤酒花選配1000克的水。原本抽象而又遠離學(xué)生生活實際的情境變得生動、有趣。學(xué)生能夠參與、融入的情境才是有效的情境。學(xué)生通過設(shè)備進行2～3分鐘的參觀，就會對本課所學(xué)的研究方向有整體全面的了解。這樣既提高了情境的使用效率，又有效地節(jié)省了教師介紹、說明的時間，不僅能有效提高教學(xué)效率，還能提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

二、虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備實現(xiàn)知識點真實、動態(tài)的展示

虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備獨有的特點是立體、真實的呈現(xiàn)效果。數(shù)學(xué)教學(xué)的難點是培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力。對小學(xué)生而言，抽象思維能力的培養(yǎng)是一個逐步提升的過程。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師也嘗試用數(shù)形結(jié)合的方法提升學(xué)生的抽象思維能力，但這種方法對部分抽象思維能力中等以及偏下的學(xué)生的改變效果不明顯。虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備能有效地改善這個問題。比如，在教學(xué)“雞兔同籠”的問題時，傳統(tǒng)的教學(xué)方法就是課件或者畫圖。這兩種方式都是讓學(xué)生看教師的演示，但部分學(xué)生始終無法將圖片和實際減少的數(shù)量對應(yīng)起來。虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備中有一個停車場，停車場中存放著二輪電動車和四輪汽車兩種車輛。教師可以讓學(xué)生研究停車場車輪和數(shù)量的關(guān)系。戴上虛擬現(xiàn)實（VR）頭套后，學(xué)生就置身在停車場中，可以用手柄拖動汽車和電動車進行一一列舉。在列舉的過程中，學(xué)生可以有效地將汽車4個輪子、電動車2個輪子相對應(yīng)，發(fā)現(xiàn)只要拿錯了一輛車，就會產(chǎn)生2個輪子的差異，從而發(fā)現(xiàn)計算出的輪子總數(shù)與已知輪子總數(shù)的差異于每一輛的輪子差異數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。

三、虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備呈現(xiàn)立體空間

空間與圖形領(lǐng)域一直是學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的難點。年齡、生活經(jīng)驗等的限制，導(dǎo)致學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)形成的過程中空間想象能力發(fā)展得最慢。學(xué)習(xí)“立體圖形”時，有很多物體的實物圖，學(xué)生根本就沒有見過，比如經(jīng)常考查的火柴盒問題。這個火柴盒既有內(nèi)盒，又有外盒，這在計算表面積的時候會給學(xué)生造成很大的困擾。對于這些立體圖形的實物，學(xué)生要想全部找齊，也不是件容易的事。如果用虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備來呈現(xiàn)，這些問題就會變得很簡單。學(xué)生通過設(shè)備能看到火柴盒打開、合并的全過程，就像是自己拿著實物在操作一樣。清晰、直觀的視頻，使每個學(xué)生都能學(xué)會。在教學(xué)“長方體的表面積”時，根據(jù)實際情況，學(xué)生往往并不需要計算所有的面。比如，在計算粉刷墻壁面積的問題中，有時要刷四面和房頂，有時只刷四面墻，并且墻上的黑板、門窗等都要去掉。在這種情況下，很多學(xué)生理解不了。這時，如果用虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備來展示，我們就能非常完美地呈現(xiàn)出不同的情況。學(xué)生仿佛身處不同的教室中，通過觀察，解決不同問題。立體圖形的一個難點問題就是正方體的側(cè)面展開圖。由立體圖形變化為平面圖形時，圖形的形狀發(fā)生了變化，但由于打開方式的不同，得到的側(cè)面展開圖也就不同。學(xué)生靠單純的空間想象，基本無法把所有的展開圖對應(yīng)地想明白。這時，虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備可以把展開的過程，動態(tài)地呈現(xiàn)出來，畫面從某一條棱出發(fā)，沿著某一方向展開，展開后的圖像就展示得清清楚楚了。在圖形展開的過程中，學(xué)生可以隨時按鍵暫停，想象、繪制出展開圖。在這部分的教學(xué)中，教師讓學(xué)生看一看，比教師自己反復(fù)強調(diào)、反復(fù)講都有用。這也充分體現(xiàn)了現(xiàn)代信息技術(shù)對教學(xué)的輔助作用。

四、虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)可以有效實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂

隨著課程改革的深入，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)顯得尤為重要。由虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)支持的翻轉(zhuǎn)課堂全面提升了課堂的互動性，具體表現(xiàn)在教師和學(xué)生之間以及學(xué)生與學(xué)生之間。教師采用“翻轉(zhuǎn)課堂”模式，讓學(xué)生在家通過虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備先完成學(xué)習(xí)，使課堂變成教師和學(xué)生之間互動的場所，包括答疑解惑、完成作業(yè)等，從而達到更好的教育效果。由于新科技讓知識的傳授變得便捷和容易，教師可以改變教學(xué)模式，把教學(xué)重心和時間放到第二步，換言之，就是把“吸收內(nèi)化”這一重要的過程放在課堂時間上。當教師更多地成為指導(dǎo)者而非內(nèi)容的傳遞者時，我們也有機會觀察到學(xué)生與學(xué)生之間的互動。學(xué)生在數(shù)學(xué)的預(yù)習(xí)中遇到的最大障礙是對新接觸的概念理解不了，從而無法學(xué)習(xí)下去。

我們傳統(tǒng)的視頻、課件的預(yù)設(shè)，需要把所有的知識點都呈現(xiàn)給學(xué)生。這就存在兩個問題：一是對于學(xué)生能夠自己發(fā)現(xiàn)、自己解決的問題，輔助軟件都過早地呈現(xiàn)了出來，這樣，學(xué)生思考的深度就會受到制約;二是學(xué)生需要的知識呈現(xiàn)不出來。用虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備做的程序，有很強的隱藏性。需要備注、說明的概念和知識點可以制作成觸碰就顯示講解、不需要出現(xiàn)時就會自動隱藏的程序。比如在航空母艦的情境中學(xué)習(xí)“三位數(shù)乘兩位數(shù)”的計算。如果虛擬現(xiàn)實（VR）程序展示一艘航空母艦，學(xué)生戴上設(shè)備后就會產(chǎn)生登上航母的沉浸式感受，真實感會極大提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。絕大多數(shù)學(xué)生登上航母后會到處去看看，他們可以走進機庫看戰(zhàn)斗機，也可以看艦島上的指揮系統(tǒng)。隨著參觀腳步的深入，學(xué)生學(xué)習(xí)的心態(tài)就會逐漸沉靜下來，學(xué)習(xí)也就成為自然而然的事情。當指針指在戰(zhàn)斗機上，程序就會彈出戰(zhàn)斗機的說明。在機庫看到排列整齊的戰(zhàn)斗機（每行有12架，擺放了18行）時，程序就會提出一共有多少臺戰(zhàn)斗機的問題。在自主探究豎式計算的過程中，學(xué)生可以借助戰(zhàn)斗機擺放圖，走進戰(zhàn)斗機陣數(shù)一數(shù)，找出計算方法：可以先算8行戰(zhàn)斗機有多少架，再算10行戰(zhàn)斗機有多少架，最后再將其相加。身臨其境地數(shù)一數(shù)、算一算有利于輔助學(xué)生理解。對于沒有思路、自主解決不了問題的學(xué)生，教師就可以讓學(xué)生點開說明進行學(xué)習(xí)。

五、虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備將實踐活動搬入課堂

數(shù)學(xué)課程每學(xué)期都會有兩個實踐活動，這些實踐活動的設(shè)計初衷是讓學(xué)生把所學(xué)知識進行綜合應(yīng)用。但是，這些活動往往都不能在學(xué)校完成，受地域限制，很多學(xué)生在沒有教師幫助下都無法完成。有了虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備，教師就不再有這種苦惱。我們可以把超市、市場搬入教室，讓學(xué)生在虛擬現(xiàn)實（VR）中付款買自己想要買的東西;用虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備制造出立體、動感的統(tǒng)計圖表。在“遨游太空”實踐活動中，太空給我們呈現(xiàn)的是一個神秘而陌生的世界，如何感受身體在太空中的感覺是很多人夢寐以求的事情。通過虛擬現(xiàn)實制作的虛擬空間，我們可以進入這個虛擬的空間去感受宇宙里的奧妙;可以體會人體在失重狀態(tài)下的感受;可以在月球上做石頭和羽毛同時著地的實驗來驗證伽利略的結(jié)論——在真空的條件下，重物的下降速度相等;也可以觀察太陽系中行星的面貌和運動情況。數(shù)學(xué)綜合實踐活動的目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識的能力，在傳統(tǒng)教學(xué)中，受教學(xué)形式的限制，我們只能完成其中的數(shù)學(xué)任務(wù)，無法使學(xué)生達到科學(xué)、藝術(shù)、收集處理信息等能力的提升。比如綜合實踐活動“桿高和影長的比例關(guān)系”，這個實驗在實際生活中做，很難成功。學(xué)生的測量能力有限，對時間、天氣等因素的控制也很困難。在教學(xué)中，我們選擇了實驗和虛擬現(xiàn)實（VR）展示相結(jié)合的方法，在課堂上也讓學(xué)生動手操作，記錄下實驗數(shù)據(jù)。分析數(shù)據(jù)后，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)桿高和影長是根本不成比例的。學(xué)生對這部分知識沒有經(jīng)驗，他們只會相信自己測量的結(jié)論，從而形成錯誤認識。所以，在這部分教學(xué)中，教師很少讓學(xué)生做實驗。有了虛擬現(xiàn)實（VR）就不同了，我們可以先讓學(xué)生觀看虛擬現(xiàn)實（VR）里的實驗過程，在學(xué)生形成正確的觀點和認識后，再讓學(xué)生做實驗。發(fā)現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)跟演示數(shù)據(jù)不同時，學(xué)生就會明白這是由實驗誤差所造成的。

對虛擬現(xiàn)實（VR）設(shè)備的使用，我們還在起步階段，特別是對虛擬現(xiàn)實（VR）配套教學(xué)軟件的開發(fā)，還達不到覆蓋每一個課例的程度，需要在今后的教學(xué)中不斷學(xué)習(xí)和提高。但是，只要我們?nèi)ナ褂盟摂M現(xiàn)實（VR）必將帶給我們驚喜。