例谈虚拟现实（VR）技术在数学教学中的应用

关珍

【摘 要】信息技术的飞速发展，带来了巨大的教育变革。虚拟现实（VR）设备能将数学实践活动搬入课堂。教师在教学中充分运用先进的虚拟现实（VR）技术，不仅可以提高课堂教学效率，还可以为学生的自主学习提供技术保障。

【关键词】虚拟现实（VR） 信息化 沉浸感 兴趣 效率

一、虚拟现实（VR）设备创设有带入感的教学情境

随着课程改革的深入，数学的课堂教学也发生了很大的变化。首先，改变了就题说题、脱离实际的问题，所有版本的教材都采用情境教学法。在传统的情境导入中，教师往往采用的方法就是图片展示，在这种情况下，学生能有感受但不会融入这些情境中。如果应用虚拟现实（VR）设备则不同。比如，在“比例的意义和基本性质”的教学中，教材的情境是关于啤酒生产加工工艺的内容。对于这个工艺，学生没有感知，产生不了共鸣。而应用虚拟现实（VR）设备能有效地解决这个问题。虚拟现实（VR）设备中有啤酒生产的立体视频，还有不同的生产原料的介绍、数量等内容。借助虚拟现实（VR）设备的手柄，学生可以自主选择不同数量的原料进行配比，比如选择50克的啤酒花选配1000克的水。原本抽象而又远离学生生活实际的情境变得生动、有趣。学生能够参与、融入的情境才是有效的情境。学生通过设备进行2～3分钟的参观，就会对本课所学的研究方向有整体全面的了解。这样既提高了情境的使用效率，又有效地节省了教师介绍、说明的时间，不仅能有效提高教学效率，还能提升学生自主学习的能力。

二、虚拟现实（VR）设备实现知识点真实、动态的展示

虚拟现实（VR）设备独有的特点是立体、真实的呈现效果。数学教学的难点是培养学生的抽象思维能力。对小学生而言，抽象思维能力的培养是一个逐步提升的过程。在传统教学中，教师也尝试用数形结合的方法提升学生的抽象思维能力，但这种方法对部分抽象思维能力中等以及偏下的学生的改变效果不明显。虚拟现实（VR）设备能有效地改善这个问题。比如，在教学“鸡兔同笼”的问题时，传统的教学方法就是课件或者画图。这两种方式都是让学生看教师的演示，但部分学生始终无法将图片和实际减少的数量对应起来。虚拟现实（VR）设备中有一个停车场，停车场中存放着二轮电动车和四轮汽车两种车辆。教师可以让学生研究停车场车轮和数量的关系。戴上虚拟现实（VR）头套后，学生就置身在停车场中，可以用手柄拖动汽车和电动车进行一一列举。在列举的过程中，学生可以有效地将汽车4个轮子、电动车2个轮子相对应，发现只要拿错了一辆车，就会产生2个轮子的差异，从而发现计算出的轮子总数与已知轮子总数的差异于每一辆的轮子差异数的对应关系。

三、虚拟现实（VR）设备呈现立体空间

空间与图形领域一直是学生数学学习的难点。年龄、生活经验等的限制，导致学生数学素养形成的过程中空间想象能力发展得最慢。学习“立体图形”时，有很多物体的实物图，学生根本就没有见过，比如经常考查的火柴盒问题。这个火柴盒既有内盒，又有外盒，这在计算表面积的时候会给学生造成很大的困扰。对于这些立体图形的实物，学生要想全部找齐，也不是件容易的事。如果用虚拟现实（VR）设备来呈现，这些问题就会变得很简单。学生通过设备能看到火柴盒打开、合并的全过程，就像是自己拿着实物在操作一样。清晰、直观的视频，使每个学生都能学会。在教学“长方体的表面积”时，根据实际情况，学生往往并不需要计算所有的面。比如，在计算粉刷墙壁面积的问题中，有时要刷四面和房顶，有时只刷四面墙，并且墙上的黑板、门窗等都要去掉。在这种情况下，很多学生理解不了。这时，如果用虚拟现实（VR）设备来展示，我們就能非常完美地呈现出不同的情况。学生仿佛身处不同的教室中，通过观察，解决不同问题。立体图形的一个难点问题就是正方体的侧面展开图。由立体图形变化为平面图形时，图形的形状发生了变化，但由于打开方式的不同，得到的侧面展开图也就不同。学生靠单纯的空间想象，基本无法把所有的展开图对应地想明白。这时，虚拟现实（VR）设备可以把展开的过程，动态地呈现出来，画面从某一条棱出发，沿着某一方向展开，展开后的图像就展示得清清楚楚了。在图形展开的过程中，学生可以随时按键暂停，想象、绘制出展开图。在这部分的教学中，教师让学生看一看，比教师自己反复强调、反复讲都有用。这也充分体现了现代信息技术对教学的辅助作用。

四、虚拟现实（VR）技术可以有效实现翻转课堂

随着课程改革的深入，学生自主学习能力的培养显得尤为重要。由虚拟现实（VR）技术支持的翻转课堂全面提升了课堂的互动性，具体表现在教师和学生之间以及学生与学生之间。教师采用“翻转课堂”模式，让学生在家通过虚拟现实（VR）设备先完成学习，使课堂变成教师和学生之间互动的场所，包括答疑解惑、完成作业等，从而达到更好的教育效果。由于新科技让知识的传授变得便捷和容易，教师可以改变教学模式，把教学重心和时间放到第二步，换言之，就是把“吸收内化”这一重要的过程放在课堂时间上。当教师更多地成为指导者而非内容的传递者时，我们也有机会观察到学生与学生之间的互动。学生在数学的预习中遇到的最大障碍是对新接触的概念理解不了，从而无法学习下去。

我们传统的视频、课件的预设，需要把所有的知识点都呈现给学生。这就存在两个问题：一是对于学生能够自己发现、自己解决的问题，辅助软件都过早地呈现了出来，这样，学生思考的深度就会受到制约;二是学生需要的知识呈现不出来。用虚拟现实（VR）设备做的程序，有很强的隐藏性。需要备注、说明的概念和知识点可以制作成触碰就显示讲解、不需要出现时就会自动隐藏的程序。比如在航空母舰的情境中学习“三位数乘两位数”的计算。如果虚拟现实（VR）程序展示一艘航空母舰，学生戴上设备后就会产生登上航母的沉浸式感受，真实感会极大提升学生自主学习的兴趣。绝大多数学生登上航母后会到处去看看，他们可以走进机库看战斗机，也可以看舰岛上的指挥系统。随着参观脚步的深入，学生学习的心态就会逐渐沉静下来，学习也就成为自然而然的事情。当指针指在战斗机上，程序就会弹出战斗机的说明。在机库看到排列整齐的战斗机（每行有12架，摆放了18行）时，程序就会提出一共有多少台战斗机的问题。在自主探究竖式计算的过程中，学生可以借助战斗机摆放图，走进战斗机阵数一数，找出计算方法：可以先算8行战斗机有多少架，再算10行战斗机有多少架，最后再将其相加。身临其境地数一数、算一算有利于辅助学生理解。对于没有思路、自主解决不了问题的学生，教师就可以让学生点开说明进行学习。

五、虚拟现实（VR）设备将实践活动搬入课堂

数学课程每学期都会有两个实践活动，这些实践活动的设计初衷是让学生把所学知识进行综合应用。但是，这些活动往往都不能在学校完成，受地域限制，很多学生在没有教师帮助下都无法完成。有了虚拟现实（VR）设备，教师就不再有这种苦恼。我们可以把超市、市场搬入教室，让学生在虚拟现实（VR）中付款买自己想要买的东西;用虚拟现实（VR）设备制造出立体、动感的统计图表。在“遨游太空”实践活动中，太空给我们呈现的是一个神秘而陌生的世界，如何感受身体在太空中的感觉是很多人梦寐以求的事情。通过虚拟现实制作的虚拟空间，我们可以进入这个虚拟的空间去感受宇宙里的奥妙;可以体会人体在失重状态下的感受;可以在月球上做石头和羽毛同时着地的实验来验证伽利略的结论——在真空的条件下，重物的下降速度相等;也可以观察太阳系中行星的面貌和运动情况。数学综合实践活动的目的是培养学生综合运用知识的能力，在传统教学中，受教学形式的限制，我们只能完成其中的数学任务，无法使学生达到科学、艺术、收集处理信息等能力的提升。比如综合实践活动“杆高和影长的比例关系”，这个实验在实际生活中做，很难成功。学生的测量能力有限，对时间、天气等因素的控制也很困难。在教学中，我们选择了实验和虚拟现实（VR）展示相结合的方法，在课堂上也让学生动手操作，记录下实验数据。分析数据后，学生会发现杆高和影长是根本不成比例的。学生对这部分知识没有经验，他们只会相信自己测量的结论，从而形成错误认识。所以，在这部分教学中，教师很少让学生做实验。有了虚拟现实（VR）就不同了，我们可以先让学生观看虚拟现实（VR）里的实验过程，在学生形成正确的观点和认识后，再让学生做实验。发现实验数据跟演示数据不同时，学生就会明白这是由实验误差所造成的。

对虚拟现实（VR）设备的使用，我们还在起步阶段，特别是对虚拟现实（VR）配套教学软件的开发，还达不到覆盖每一个课例的程度，需要在今后的教学中不断学习和提高。但是，只要我们去使用它，虚拟现实（VR）必将带给我们惊喜。