融入AR 技术的数学课堂——让学生和图形动起来

张丽娜 李雪金

（唐山市第十二中学，河北 唐山 063000）

智能时代即将在未来来临，教育的发展得到了科技的进步的推动，在教育教学中有越来越多的新兴技术被引入，教学中的难点被解决了，还有多种的学习方式被提供给学生。一些快速发展中的新兴技术如AR 技术人工智能，对医疗、军事、工业的发展具有很大的作用，由于它的优势很独特，也在教学中多有应用。当前社会上出现了AR 技术热潮，使用多种方式与AR 联系起来，与教育教学发展相融合，把各类各级教学方案设计出来，为文化教育增添力量。那么会有什么样的火花通过教育与AR 技术的融合爆发出来呢？

一、有什么样的状况会在传统数学教学中出现

在客观层面，数学课程具有丰富的理论性和抽象性，基础知识是它所强调的，很难吸引一部分中学生，假如学生没有较强的基础知识，就很难理解新的知识，教师授课的节奏也很难跟上，而师生互动环节如提出疑问、回答问题等是很难出现在课堂上的，时间长了，不断循环，学生的成绩会受到严重影响。

在主观层面，一些中学生学习数学的主动性和兴趣不高，他们没有明确的学习目标，没有较高的学习动机，他们大多数都在被动学习，没有适合的学习方法，学习上也没有形成良好的习惯，也没有很好的开展课后复习以及课前预习。学生中还普遍存在着学习焦虑现象，没有迎难而上的斗志和学习方面的兴趣。

二、学生存在的问题

（一）在思维上学生没有创造性，固化

教师的教学模式受到其资历的影响，新教师教学的重点经常落在知识点的教学上，他们不重视教学的过程，所以他们采用的教学方法通常是“填鸭式”的，在教学中没有把足够的时间和空间交给学生，让他们去发散和思考，造成学生在思考上的惰性，创造力严重缺乏。尽管“寓教于乐”是当前教育上一直提倡的，可是并没有付诸到一线课堂上，致使“行而不实”的不足在一定程度上出现。

（二）由于学生具有较大的两极分化，很难安排教学

有较大的两极分化现象出现在班级内部，在教学中教师的思路能够由接受能力较好的学生跟随，教师讲授的技能与知识可以在短时间内被很快的掌握并理解。而一些学生的接受能力普通，他们需要在课后消化巩固教师教授的内容，把有关知识掌握。在知识掌握上存在一些具有较大问题的后进生，所以，有很多挑战会出现在教师的课堂教学中，其中迫在眉睫的是，后进生学习困难的问题怎样解决？

（三）没有学习积极性以及学习动机

在情感体验方面，教师的关注是大部分学生感到缺乏的，进而造成他们很难集中注意力。在传统的课堂教学中，教材与教参是教师设计教学的依据，学生生活实际以及学习没有考虑到。教学过程没有新意，知识内容也很无味枯燥，致使不断降低学生兴趣，也明显降低了学生参与度。通过研究发现，假如教师对教科书有较高的使用率，在课堂上就会有较高的学生参与度，在数学课堂上，学生就越具有积极的情感，学生也能够较强的理解新知的关系性。同时，“一对多”的教学模式经常会出现在传统课堂上，很多学生的课堂情感体验无法让教师兼顾，教师的关注就会让学生感到缺乏，致使学生无法集中注意力。

（四）无法解决一些复杂问题

大部分学生都能较好地掌握一般的数学知识，可是很难消化一些较为抽象和需要较强的空间观念的知识。比如《数轴》的授课中，通过线段图、数形结合等多维度求解，才能解决数轴类问题，其中的意义与内涵才能更好地理解。可是如今有较大的局限性出现在数学教师的教学手段和方法上，学生的学习需要很难满足，假如教学手段更具体、直观，这一问题会在一定程度上得到改善。

经过调查学生需求发现，学生参与程度在当前的中学数学的学习中是很低的，没有充分体现学生的主体性，数学学习的重难点也很难让学生掌握，导致无法理解抽象概念的现象出现，这种情况对学生学习数学的爱好和实际效果有很大的危害。教师在教学中要面临的首要问题是，怎样把学生的兴趣引发出来。学生的全面发展需要得到中学数学的推动，这样学生的数学素质就能得到增强。

学生数学素养的塑造需要从初中数学学习开始，初中生的思维正由具象转变为抽象。对抽象的数学知识，学生很难理解，并且在学习的过程中不能把具体的现象与抽象的知识联系起来。立足于学生的生活经验，把实际问题抽象成数学模型并进行应用与理解的过程要让学生亲身经历，这是义务教育阶段的数学课程所强调的。

三、减轻负担，突围窘境

作为应用到教育领域的一项新技术，AR 技术可以增强初中学生数学学习，把其中存在的窘境改善，也能把一种全新的教学方式提供给传统教学。多感知、交互性、沉浸式等是虚拟现实技术的特点，能够把实验室构建到虚拟空间，在实验中就能够让学生亲自动手操作，他们的个人的感知将会得到丰富，会有更多的专业的知识储备让学生获得。

通过纸张的2D 形式可以展现数学很多图形题，可是要想更直观地通过3D 观察，可以利用VR，如图形题，骰子题。为了把学生数学学习中的认知负荷降低，极强的交互性和真实感会通过AR 教学体现出来，会促使知识模型在学生大脑中构建，学生的抽象思维能力就会提高，而且会联系数学与真实情景，数学的基本思想就会得到深刻体现。结合AR 的技术与数学教材，会得到更加生动与丰富的课堂教学，而高科技的展示方式和探究式的教学理念会帮助学生把视野聚集，把学生对知识的渴望引发出来。这样教师工作负担就会减轻，使教师形成自己的教学风格，也会得到较好的教育成果。此外，信息技术对教学的促进作用在国家政策下也受到了推动，保证了在教学中使用新技术。人们的生活，以及数学教育正在被技术改变，在初中数学教学中试着使用新技术，这是改革课堂教学的关键一步，而在数学课堂上使用AR技术，希望可以使数学课堂得到更大的进步。

虽然有更加个性化学习条件通过AR 技术提供给了学生，同时也有机会积极监控、组织、计划课程活动，可是也有更强的挑战向课堂和教师的综合素质提了出来。AR 教学对学生主体性要求较高，教师能够较强的应对课堂中的生成性问题和突发事件，同时对课堂的进度也要掌握好。比如以自我管理能力上，小学生普遍不强，他们的注意力容易转移，造成在数学学习上学生很难把注意力集中，可是教师的课堂教学却受到AR 技术提供的直观模型的影响。因此，把AR 技术作为课堂教学的辅助工具是大多数教师的倾向，在正常教学不受影响的基础上，让学生的乐学、会学受到推动。

四、在课堂上如何让图形和学生动起来

在教授《直线、射线和线段》时，首先问题的提出要基于趣味性十足且与学生的生活贴近的课堂情景，这么做的出发点是学生的生活实际，这样就能够把学生兴趣引发出来，而直线、射线和线段的特征也能够让学生直观地感受到。其次，本节课的重点是对直线的性质进行探索，为了把这个重点突出出来，把难点突破，教师可以先让学生思考两个问题，再让他们动手画图，有什么结论可以得出？接着为了让学生更加直观的理解，可以通过几何画板、课件演示出来。然后，通过模拟驾驶的情景，学生们能够感受到生活与直线、射线、线段是不可分割的，他们运用科学知识解决实际问题的能力也能得到提高。小客车的盲区在行驶过程中会发生变化，对这处变化规律进行利用，就可以把直线、射线、线段的关系总结出来；驾驶员主视角通过AR 来体验，就能够把驾驶盲区理解和体会，也可以把学生探究问题的兴趣进一步引发出来，他们的安全意识也能够得到塑造。情境化课堂教学采用AR 技术，学生的求知欲很容易被激发出来，在这样的学习状态下，学生思维活跃，想象力也被充分的调动出来。通过预先分析、体验AR 场景、论证、总结的整个研究过程，发现了位置、方向和视觉盲区和阻碍点的关系。进行感知和论证是了解客观事物的主要途径，学生在这一过程中形成了实事求是、勇于质疑的研究态度。所以，提高学习数学的实际效果，有必要应用增强现实技术辅助数学学习。

五、多元化的教育由AR 技术来推动

延伸和拓展虚拟现实(VR)技术就得到了增强现实(AR)。基于全息成像技术的互动交流，可以给老师们带来不一样的教学体验，同时，AR 技术也为学生提供了更加逼真的学习情境，更加贴近学生们的实际生活。AR 技术有四个关键特征：（1）抽象的学习内容越来越详细，数据形象化、具体化；（2）提高学生的认识和辨别能力；(3)是互动的；(4)对传统课堂教学的缺陷做出了弥补。在数学课堂中的应用AR 技术，涵盖了课堂教与学以及课后的作业练习，部分领域已经广为实践。此外，增强现实技术在文化教育中的应用也存在挑战和改进。AR 技术更常用于文化教育。数学教学基于AR 技术开展，有利于完善教师的教学策略，提高学生的学习效率，对教育科研改革和自主创新具有重要意义。AR 技术可以在实际教学环境中进行改进，充分增强学生对学习环境的把握和感知。数学教育环境与增强现实技术相融合，可以让我们获得数据可视化和沉浸式的自学体验，摆脱传统教育的堡垒，为教育教学带来新的发展机遇。笔者收集整理近十年来世界范围内增强现实技术在数学教育中的应用科学研究，以便掌握增强现实技术对于数学教学发展的促进作用，并讨论其在“统计与概率”、“图形与几何”、”数与代数”三大板块中的实际应用效果，并以此为依据进行相关的效果评判。