虚拟现实技术在高中立体几何教学中的应用展望

摘 要：在虚拟现实技术作为当今信息技术研究热潮的背景下，本文提出将虚拟现实技术应用于高中立体几何，解决学生学习立体几何难点的困惑；分析了虚拟现实技术面临的挑战，并对未来虚拟现实技术的应用趋势进行了展望。

关键词：虚拟现实；立体几何；教育

一、引言

在科技不断进步、教育不断改革的21世纪，传统的教学方式已无法满足学生的需求。尤其在高中立体几何知识的学习中，传统教学方式无法让学生很好地理解多维空间。因此，虚拟技术与教育的结合将是教学方式改革的方向。本文研究了虚拟技术在高中立体几何中的应用，展望了虚拟教育在数学教育中的应用。

二、高中立体几何教学存在的问题

1.识图、作图难

高中生对二维空间已经很清楚，但对三维空间的无限及复杂性的认识还远远不够。通过观察直观图，想象其几何形状，或者是知道某物体的形状及特征而不会用直观图描述出来，这些对高中生来说是学习立体几何的一个难点，也就是空间想象能力差。

2.寻找立体几何解题思路难

高中生学习立体几何的难点主要是不会证明线线、线面、面面之间的关系。存在这种现象的主要原因归根结底还是因为学生对立体几何不熟悉。教学中虽然有一些教具，但是学生遇到的题型多种多样，在解题时有的教具并不适用，而且通过这些教具讲解立体几何知识效率很低。

三、虚拟现实技术

虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科。

目前，国内高中教育虚拟现实技术应用还很少，但正在逐步引入。清华附属中学与清华同方公司合作开发了面向中学物理、化学和生物的网络虚拟实验室；兰州四中建立了地理数字教室，将地球变化的虚拟现实和基于地球仪的虚拟增强技术应用到地理教学，在球幕投影系统上通过声光电增强学习效果。

四、虚拟技术应用于立体几何

1.VR构建几何模型

为了解决高中生立体几何空间想象力差的问题，我们可以首先根据虚拟技术构建几何模型，使枯燥的立体几何课堂变得生动有趣。为此，北京师范大学“VR/AR+教育”实验室研究了将AR技术应用于三视图教学。例如：有两种卡片，一种上面写着绘制三视图；另一种上面写着几何体的名称。当学生正确组合这两种卡片时，便可以在电脑上看到几何体，还可以调整摄像头的位置从不同角度进行观察。北京育英学校七年级学生试用了该技术，结果显示，将虚拟现实技术应用于三视图教学后，学生做题的准确率和效率都有了明显的提高，并且非常喜欢这种教学方式。不同于传统教学方式，学生不仅可以观察到从简单到复杂不同的几何体，还能提高空间想象力，从而提升教学效率及质量。

2.VR解决点、线、面之间的关系

在立体几何解题中，点、线、面之间位置關系的判定是立体几何学习的一个重点和难点。在学习这个难点时，如果在课堂上引入VR技术，问题便会变得相对简单了。例如：学生有时候很难看出异面直线，或者很难求出异面直线的夹角。这时如果通过VR技术拖拽、平移直线，便很容易、很直观地看出异面直线的夹角。再比如判断线面关系时，我们可能很难看出其位置关系。通过VR技术我们可以从不同的角度观察，这样便可以在合适的角度下看出线面的位置关系，还可以为学生证明这类问题提供解题思路。

五、总结与展望

虚拟现实技术在数学中的应用，不仅改变了传统的教学方式，更重要的是突出了学生主动探究、主动学习的地位，学生在与现实生活相似的情境下建构属于自己的知识结构。除了建构主义理论，有效教学理论、情境认知理论也是虚拟现实应用于教育的理论基础。就立体几何来说，引入虚拟现实技术将会使学生的空间想象力大幅度提高，对空间几何的学习兴趣越来越浓。

VR技术可以给高中立体几何教学带来很多方便之处。但是由于目前对VR技术的研究还不够成熟，相应的软件还有待于研发，所以将VR技术应用于教育是教育改革的发展趋势。虚拟现实技术辅助教师的教学当然也有不足之处。使用VR头显时间长了，会产生眩晕感，并且对视力有损伤。这些问题都将成为VR应用于教育的研究方向。希望随着虚拟现实技术水平的提升，教学所面临的问题能够逐步得到解决。

参考文献：

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作者简介：徐玉（1995— ），女，研究方向：应用数学（师范）。