融入AR 技術(shù)的數(shù)學課堂
——讓學生和圖形動起來

張麗娜 李雪金

（唐山市第十二中學，河北 唐山 063000）

智能時代即將在未來來臨，教育的發(fā)展得到了科技的進步的推動，在教育教學中有越來越多的新興技術(shù)被引入，教學中的難點被解決了，還有多種的學習方式被提供給學生。一些快速發(fā)展中的新興技術(shù)如AR 技術(shù)人工智能，對醫(yī)療、軍事、工業(yè)的發(fā)展具有很大的作用，由于它的優(yōu)勢很獨特，也在教學中多有應用。當前社會上出現(xiàn)了AR 技術(shù)熱潮，使用多種方式與AR 聯(lián)系起來，與教育教學發(fā)展相融合，把各類各級教學方案設計出來，為文化教育增添力量。那么會有什么樣的火花通過教育與AR 技術(shù)的融合爆發(fā)出來呢？

一、有什么樣的狀況會在傳統(tǒng)數(shù)學教學中出現(xiàn)

在客觀層面，數(shù)學課程具有豐富的理論性和抽象性，基礎知識是它所強調(diào)的，很難吸引一部分中學生，假如學生沒有較強的基礎知識，就很難理解新的知識，教師授課的節(jié)奏也很難跟上，而師生互動環(huán)節(jié)如提出疑問、回答問題等是很難出現(xiàn)在課堂上的，時間長了，不斷循環(huán)，學生的成績會受到嚴重影響。

在主觀層面，一些中學生學習數(shù)學的主動性和興趣不高，他們沒有明確的學習目標，沒有較高的學習動機，他們大多數(shù)都在被動學習，沒有適合的學習方法，學習上也沒有形成良好的習慣，也沒有很好的開展課后復習以及課前預習。學生中還普遍存在著學習焦慮現(xiàn)象，沒有迎難而上的斗志和學習方面的興趣。

二、學生存在的問題

（一）在思維上學生沒有創(chuàng)造性，固化

教師的教學模式受到其資歷的影響，新教師教學的重點經(jīng)常落在知識點的教學上，他們不重視教學的過程，所以他們采用的教學方法通常是“填鴨式”的，在教學中沒有把足夠的時間和空間交給學生，讓他們?nèi)グl(fā)散和思考，造成學生在思考上的惰性，創(chuàng)造力嚴重缺乏。盡管“寓教于樂”是當前教育上一直提倡的，可是并沒有付諸到一線課堂上，致使“行而不實”的不足在一定程度上出現(xiàn)。

（二）由于學生具有較大的兩極分化，很難安排教學

有較大的兩極分化現(xiàn)象出現(xiàn)在班級內(nèi)部，在教學中教師的思路能夠由接受能力較好的學生跟隨，教師講授的技能與知識可以在短時間內(nèi)被很快的掌握并理解。而一些學生的接受能力普通，他們需要在課后消化鞏固教師教授的內(nèi)容，把有關知識掌握。在知識掌握上存在一些具有較大問題的后進生，所以，有很多挑戰(zhàn)會出現(xiàn)在教師的課堂教學中，其中迫在眉睫的是，后進生學習困難的問題怎樣解決？

（三）沒有學習積極性以及學習動機

在情感體驗方面，教師的關注是大部分學生感到缺乏的，進而造成他們很難集中注意力。在傳統(tǒng)的課堂教學中，教材與教參是教師設計教學的依據(jù)，學生生活實際以及學習沒有考慮到。教學過程沒有新意，知識內(nèi)容也很無味枯燥，致使不斷降低學生興趣，也明顯降低了學生參與度。通過研究發(fā)現(xiàn)，假如教師對教科書有較高的使用率，在課堂上就會有較高的學生參與度，在數(shù)學課堂上，學生就越具有積極的情感，學生也能夠較強的理解新知的關系性。同時，“一對多”的教學模式經(jīng)常會出現(xiàn)在傳統(tǒng)課堂上，很多學生的課堂情感體驗無法讓教師兼顧，教師的關注就會讓學生感到缺乏，致使學生無法集中注意力。

（四）無法解決一些復雜問題

大部分學生都能較好地掌握一般的數(shù)學知識，可是很難消化一些較為抽象和需要較強的空間觀念的知識。比如《數(shù)軸》的授課中，通過線段圖、數(shù)形結(jié)合等多維度求解，才能解決數(shù)軸類問題，其中的意義與內(nèi)涵才能更好地理解?？墒侨缃裼休^大的局限性出現(xiàn)在數(shù)學教師的教學手段和方法上，學生的學習需要很難滿足，假如教學手段更具體、直觀，這一問題會在一定程度上得到改善。

經(jīng)過調(diào)查學生需求發(fā)現(xiàn)，學生參與程度在當前的中學數(shù)學的學習中是很低的，沒有充分體現(xiàn)學生的主體性，數(shù)學學習的重難點也很難讓學生掌握，導致無法理解抽象概念的現(xiàn)象出現(xiàn)，這種情況對學生學習數(shù)學的愛好和實際效果有很大的危害。教師在教學中要面臨的首要問題是，怎樣把學生的興趣引發(fā)出來。學生的全面發(fā)展需要得到中學數(shù)學的推動，這樣學生的數(shù)學素質(zhì)就能得到增強。

學生數(shù)學素養(yǎng)的塑造需要從初中數(shù)學學習開始，初中生的思維正由具象轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄蟆Τ橄蟮臄?shù)學知識，學生很難理解，并且在學習的過程中不能把具體的現(xiàn)象與抽象的知識聯(lián)系起來。立足于學生的生活經(jīng)驗，把實際問題抽象成數(shù)學模型并進行應用與理解的過程要讓學生親身經(jīng)歷，這是義務教育階段的數(shù)學課程所強調(diào)的。

三、減輕負擔，突圍窘境

作為應用到教育領域的一項新技術(shù)，AR 技術(shù)可以增強初中學生數(shù)學學習，把其中存在的窘境改善，也能把一種全新的教學方式提供給傳統(tǒng)教學。多感知、交互性、沉浸式等是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點，能夠把實驗室構(gòu)建到虛擬空間，在實驗中就能夠讓學生親自動手操作，他們的個人的感知將會得到豐富，會有更多的專業(yè)的知識儲備讓學生獲得。

通過紙張的2D 形式可以展現(xiàn)數(shù)學很多圖形題，可是要想更直觀地通過3D 觀察，可以利用VR，如圖形題，骰子題。為了把學生數(shù)學學習中的認知負荷降低，極強的交互性和真實感會通過AR 教學體現(xiàn)出來，會促使知識模型在學生大腦中構(gòu)建，學生的抽象思維能力就會提高，而且會聯(lián)系數(shù)學與真實情景，數(shù)學的基本思想就會得到深刻體現(xiàn)。結(jié)合AR 的技術(shù)與數(shù)學教材，會得到更加生動與豐富的課堂教學，而高科技的展示方式和探究式的教學理念會幫助學生把視野聚集，把學生對知識的渴望引發(fā)出來。這樣教師工作負擔就會減輕，使教師形成自己的教學風格，也會得到較好的教育成果。此外，信息技術(shù)對教學的促進作用在國家政策下也受到了推動，保證了在教學中使用新技術(shù)。人們的生活，以及數(shù)學教育正在被技術(shù)改變，在初中數(shù)學教學中試著使用新技術(shù)，這是改革課堂教學的關鍵一步，而在數(shù)學課堂上使用AR技術(shù)，希望可以使數(shù)學課堂得到更大的進步。

雖然有更加個性化學習條件通過AR 技術(shù)提供給了學生，同時也有機會積極監(jiān)控、組織、計劃課程活動，可是也有更強的挑戰(zhàn)向課堂和教師的綜合素質(zhì)提了出來。AR 教學對學生主體性要求較高，教師能夠較強的應對課堂中的生成性問題和突發(fā)事件，同時對課堂的進度也要掌握好。比如以自我管理能力上，小學生普遍不強，他們的注意力容易轉(zhuǎn)移，造成在數(shù)學學習上學生很難把注意力集中，可是教師的課堂教學卻受到AR 技術(shù)提供的直觀模型的影響。因此，把AR 技術(shù)作為課堂教學的輔助工具是大多數(shù)教師的傾向，在正常教學不受影響的基礎上，讓學生的樂學、會學受到推動。

四、在課堂上如何讓圖形和學生動起來

在教授《直線、射線和線段》時，首先問題的提出要基于趣味性十足且與學生的生活貼近的課堂情景，這么做的出發(fā)點是學生的生活實際，這樣就能夠把學生興趣引發(fā)出來，而直線、射線和線段的特征也能夠讓學生直觀地感受到。其次，本節(jié)課的重點是對直線的性質(zhì)進行探索，為了把這個重點突出出來，把難點突破，教師可以先讓學生思考兩個問題，再讓他們動手畫圖，有什么結(jié)論可以得出？接著為了讓學生更加直觀的理解，可以通過幾何畫板、課件演示出來。然后，通過模擬駕駛的情景，學生們能夠感受到生活與直線、射線、線段是不可分割的，他們運用科學知識解決實際問題的能力也能得到提高。小客車的盲區(qū)在行駛過程中會發(fā)生變化，對這處變化規(guī)律進行利用，就可以把直線、射線、線段的關系總結(jié)出來；駕駛員主視角通過AR 來體驗，就能夠把駕駛盲區(qū)理解和體會，也可以把學生探究問題的興趣進一步引發(fā)出來，他們的安全意識也能夠得到塑造。情境化課堂教學采用AR 技術(shù)，學生的求知欲很容易被激發(fā)出來，在這樣的學習狀態(tài)下，學生思維活躍，想象力也被充分的調(diào)動出來。通過預先分析、體驗AR 場景、論證、總結(jié)的整個研究過程，發(fā)現(xiàn)了位置、方向和視覺盲區(qū)和阻礙點的關系。進行感知和論證是了解客觀事物的主要途徑，學生在這一過程中形成了實事求是、勇于質(zhì)疑的研究態(tài)度。所以，提高學習數(shù)學的實際效果，有必要應用增強現(xiàn)實技術(shù)輔助數(shù)學學習。

五、多元化的教育由AR 技術(shù)來推動

延伸和拓展虛擬現(xiàn)實(VR)技術(shù)就得到了增強現(xiàn)實(AR)?；谌⒊上窦夹g(shù)的互動交流，可以給老師們帶來不一樣的教學體驗，同時，AR 技術(shù)也為學生提供了更加逼真的學習情境，更加貼近學生們的實際生活。AR 技術(shù)有四個關鍵特征：（1）抽象的學習內(nèi)容越來越詳細，數(shù)據(jù)形象化、具體化；（2）提高學生的認識和辨別能力；(3)是互動的；(4)對傳統(tǒng)課堂教學的缺陷做出了彌補。在數(shù)學課堂中的應用AR 技術(shù)，涵蓋了課堂教與學以及課后的作業(yè)練習，部分領域已經(jīng)廣為實踐。此外，增強現(xiàn)實技術(shù)在文化教育中的應用也存在挑戰(zhàn)和改進。AR 技術(shù)更常用于文化教育。數(shù)學教學基于AR 技術(shù)開展，有利于完善教師的教學策略，提高學生的學習效率，對教育科研改革和自主創(chuàng)新具有重要意義。AR 技術(shù)可以在實際教學環(huán)境中進行改進，充分增強學生對學習環(huán)境的把握和感知。數(shù)學教育環(huán)境與增強現(xiàn)實技術(shù)相融合，可以讓我們獲得數(shù)據(jù)可視化和沉浸式的自學體驗，擺脫傳統(tǒng)教育的堡壘，為教育教學帶來新的發(fā)展機遇。筆者收集整理近十年來世界范圍內(nèi)增強現(xiàn)實技術(shù)在數(shù)學教育中的應用科學研究，以便掌握增強現(xiàn)實技術(shù)對于數(shù)學教學發(fā)展的促進作用，并討論其在“統(tǒng)計與概率”、“圖形與幾何”、”數(shù)與代數(shù)”三大板塊中的實際應用效果，并以此為依據(jù)進行相關的效果評判。