AR/VR在小学数学图形与几何教学中的运用

李祥栋

【摘  要】AR/VR是最近几年来比较流行的前沿科技，正在逐步地进入到校园，走进课堂教学，利用AR/VR技术可以激发学生的学习兴趣，将数学图形与几何知识直观地呈现在学生的面前，营造活跃的数学课堂氛围，相信未来随着AR/VR技术的不断发展与成熟，将会有效改变当前的数学教学现状，甚至整个数学课堂教学模式，为学生打造真实的数学课堂，深入体验数学知识的产生以及发展的过程，高效应用所掌握的数学知识去解决实际问题。

【关键词】AR/VR;小学數学;图形与几何

AR/VR技术是前沿的科学技术，一开始被广泛地应用到娱乐活动中，比如AR/VR游戏，在大型的商场中都会看到很多的虚拟现实的游玩设备，因此吸引了更多年轻人的争先恐后地去玩耍，AR/VR技术是广受青少年群体欢迎的技术，如果数学教师在教学的过程中，将AR/VR技术应用到课堂教学中，相信可以在很大程度上激发学生的数学学习兴趣，并沉浸其中，帮助学生直观的认识图形与几何知识。

1.利用AR类软件，构建生动数学课堂

在当前数学图形与几何知识学习中，存在大量的图形探索活动，但是很多的图形探索的知识往往会受到季节以及课堂教学环境等因素的影响，导致数学探索活动无法有效地实现，因此大部分数学教师只能利用PPT以及视频的方式了解生活中的几何图形，这样的课堂教学模式并不能有效地激发学生的数学学习兴趣，反而会导致整个教学过程比较单调。AR类软件的出现，则是在一定程度上解决了当前数学课堂教学中难以实现的画面，将生活中的所有存在的几何图形利用AR软件的形式展示出来，呈现在学生的面前，并引领学生们进行细致的观察，让学生真正明白数学几何图形的关键知识点，在整个数学探究活动中，学生们也更加具有强烈的学习兴趣。

例如《圆柱与圆锥》教学过程中，教师首先为学生布置任务，让学生在方格纸上任意画一个长方形，然后思考沿着长边与短边旋转一周，所形成的图形体积是否一样，为什么？

学生1：两个物体的体积可能一样大。

学生2：沿着长边旋转形成的物体的体积大。

学生3：沿着短边旋转形成的物体的体积大。

之后教师利用AR类软件，现场扫描学生所画成的图形，其图形最终显示在电脑屏幕中，点击旋转按钮，让长方形旋转一周，于是出现了圆柱，圆柱的底面半径是3，高度是5。

采取同样的方式，对于长方形的短边进行旋转，得到一个圆柱，底面半径是5，高度是3。

学生们经过综合计算得知沿着短边旋转所形成的立体图形的体积大。

2.VR带来生动体验，近距离接触图形

VR技术虽然是一个高新的技术，但是在如今科技发展情况下，让VR设备进入到数学课堂中还是比较简单的，究竟如何将VR技术应用到数学课堂教学中，让图形与几何教学呈现出不一样的风采，VR技术所存在的优势主要是具有更高的维度，相对于传统的视频教学内容，它具有360度全景画面，可以让用户产生一种身临其境的感受，并在这个过程中借助声音以及画面营造全方位音响的氛围，无论是物体的呈现声音的感受都会更加具有层次感。在小学数学图形与几何教学中，其最为主要的问题则是引领学生展示数学图形与几何知识的相关素材，引领学生们对于事物有更加直观地了解。在过去传统的数学教学中，大部分都是直接利用图形或者实物进行展示的，但是对于教室中所不具备的实物，教师则是通过语言的方式进行描述，这对于学生的学习而言反而会比较空洞，但是VR技术却可以为学生的数学学习带来不一样的感受，可以让学生真实的感受实物，甚至进入到当时的情境中，感受到图形与几何知识的奥妙之处。

例如《圆的认识》教学过程中，教师可以通过虚拟现实的方式，构建一个与实物同样的三维物体，由于圆的基础知识的学习是学生刚刚认识接触的知识，对于学生而言陌生又熟悉，在这个过程中，教师可以利用VRML语言画出圆的实物图，然后让学生从各个角度进行近距离的观察，一则省去了学生的实物具体的制作，二则可以让学生按照自己的意愿进行观察与学习，还有一些关于直径与半径的关系，认识圆的特征方面的教学，教师都可以比较容易地制作出比较精致的桌面虚拟现实辅助数学教学。

3.AR/VR交互式学习设计，实现深度学习

AR/VR学习情境的深度交互则需要人工智能的有效支持，其交互式学习模式主要是从分支式交互设计、推理式交互式设计、自建构式交互式设计三种形式所组成。其中，分支式交互式设计主要是在AR/VR所构建的学习情境中，学习者根据自己的学习喜好与基本要求以及操作所使用的环境条件等，利用人机对话的方式对于所属要素以及重组的方式进行自主选择，然后利用不同的分支，那么其产生的反馈点也就不同，其不同的重组则会选择不同的情节结构以及不同的学习效果。因此当学生在学习图形与几何知识的过程中，应当注重设定多个不同的分支，引领学习者结合自身对于知识所掌握的程度，有效选择对应的分支，帮助学生构建数学图形与几何知识框架结构。自建构式交互式设计则是在AR/VR学习情境中，学生能够让针对其学习资源的创作以及欣赏的过程进行自适应、自主优化以及自主学习的一种交互式学习方式。在这个过程中学习者利用一系列的传感器，全身心地沉浸到虚拟的世界中，直接与虚拟人物进行对话，并随意在虚拟的时空中进行活动，从而有效地推动学生整体学习的活动的前进，取得与现实世界中相同的参与式学习感受。

例如《长方体和正方体》教学过程中，教师可以结合教学内容设计分支式教学内容，让学生根据自己的学习情况以及自己所处的学习环境进行学习。

又比如在学习《多边形的面积》的过程中，教师引领学生进行自主学习，利用一系列的传感器，将学生带入到虚拟的情景世界中，虚构出另外一个小学生，与学生们进行一对一的对话。虚拟小学生：我种了一个玫瑰园，现在想统计玫瑰园的面积，它是一个并不规则的多边形，希望大家可以帮助我。学生走进虚拟的世界中，围绕玫瑰园进行活动，并进行观察，在活动的过程中，询问虚拟学生，玫瑰园是呈现出一个类似梯形的形状，那么它的高度是多少？虚拟学生回答：高为3米。学生再次询问，另外一个短边与长边的宽度是多少呢？虚拟学生回答并不知道，因为在耕种玫瑰的时候，由于多了几朵玫瑰苗，所以在原来的土地上将短边进行扩展了。学生利用已知的高，然后测量虚拟世界中的高度，通过高度的比例值获得两个边的长度，最终算出玫瑰园的面积。

4.结束语

综上所述，随着现代信息技术的发展，AR/VR技术在每个领域中都获得了有效的应用，针对小学数学图形与几何知识教学的应用进行深入分析，并取得了非常不错的教育效果，也希望以后的AR/VR技术开发与应用中结合课堂教学实际情况，强化AR/VR技术与教育的结合，有效推进现代教育技术的快速发展。

【参考文献】

[1]尹思佳.AR与VR的技术推进与发展前景探析[J].当代教育实践与教学研究，2020（04）：243-244

[2]刘柱栋.VR与AR技术教育应用探究[J].计算机产品与流通，2019（01）：185

[3]丁飞，张登银，师晓晔，许斌，刘宁.基于VR/AR的互动式教学研究与实践[J].软件导刊，2018，17（12）：213-216

[4]刘鑫.基于zSpace的VR/AR技术在中小学课堂教学中的应用探究[J].中国教育信息化，2018（14）：93-96

（甘肃省永昌县河西堡第一小学，甘肃 金昌 737200）