AR技术融入小学数学课堂应用价值研究

    王楠 贺长雁 夏铃飞 王静婷 吴彬

    

    【摘要】随着虚拟现实技术的发展，增强现实（Augmented Reality，AR）以其更加真实的感受越发受到人们的青睐，其与教育的结合已成为加强实践教学、提高教学质量的重要手段，成为传统教学的一种有效补充。作为一项前瞻性的教育技术，AR在“因材施教，寓学于乐”这一教育理念的实现上，有着巨大的优势。针对目前传统课堂互动性、情境性、沉浸性不强等问题，从文献研究和调查访谈入手，分析AR技术在小学数学课堂应用中的优势和挑战，并结合我国的教育现实，提出可实践、可操作、可推广的路径和策略，从而有效提升课堂的吸引力、创造力和感染力。

    【关键词】AR小学数学课堂应用价值新时代要有新作为，教育工作必须要紧紧围绕培养什么人、如何培养人和为谁培养人这个核心，树立新的发展观、质量观和教学观。具体来说，新时代教育发展观就是建设教育强国，为实现中华民族伟大复兴奠定坚实基础;质量观就是发展素质教育、落实立德树人根本任务，促进人的全面发展，着力培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人;教学观就是要加强實践育人，强化学生关键能力核心素质培养，重点培养认知能力、合作能力、创新能力和职业能力，着重培养适应社会需要的创新型、复合型、应用型人才。

    AR技术作为未来2～3年解决深度学习矛盾的关键技术于2016年登入地平线报告高等教育版，这项技术在教育领域的应用将颠覆教学内容的学习方式，能够让学生在生活化的环境中学习知识和技能。在虚拟的环境中与教学内容进行互动，提高知识呈现的情境性和直观性，同时为学生提供主动探索和互动交流的机会。将AR技术投入到小学数学课堂中是否有实用性，如何在实践过程中减少其不利影响，成为我们关注的重点。

    一、调研概况

    （一）访谈概况

    以技术为核心的新一代信息技术正在推动教育变革，鉴于此，本课题组针对传统数学课堂的现状、存在的问题以及学校和教师对教学发展的主导力和影响力等方面设计以下访谈框架，计划对部分小学数学教师及学校领导开展访谈。本次访谈以半结构化访谈为主要方式，具体访谈内容见表1。??（二）问卷概况

    素质教育要求以生为本，要从学生的角度出发组织、安排教学活动，因此，本课题组从小学生对目前数学课堂的真实感受、理想数学课堂创设的构想以及未来数学课堂新科技引入的看法这三方面着手，针对三到六年级学生通过问卷的形式进行了相关调查研究。本次问卷采用匿名方式，保障学生能够真实作答。

    本次调查研究主要通过分层随机抽样的方式，以三所小学不同年级段共380名小学生作为调查对象，实际收回有效问卷344份，有效率为88.7%。调研结果具体如下：

    （1）58%的学生认为数学学习简单，29%的学生认为数学学习难度一般，13%的学生表示在数学学习上存在一定的困难。这说明大部分学生都能较好地掌握数学知识点，但是仍然存在将近1/7的学生通过现有的数学课堂无法较好地完成小学阶段的数学任务，不利于学生的继续教育。

    （2）对于数学课堂，80%的学生认为平淡一般，16%的学生认为活跃有趣，4%的学生认为沉闷无聊。如此可见，现有的数学课堂已经让学生产生无聊感，需要新鲜的事物刺激从而调动学生的积极性。

    （3）46%的学生表示正在使用或过去使用过现代技术来辅助他们的数学学习并体验较佳，18%的学生表示没有相关经历但是很想实践，36%的学生没有相关经历且没有体验的渴望。由此可见，大部分学生对现代技术具有较大的兴趣，并将其投入到数学活动，具备较好的操作能力。

    （4）谈及学生对理想数学课堂创设的构想，42%的学生提出要增加数学趣味性，20%的学生希望拓宽知识面，21%的学生希望体验虚拟空间，13%的学生希望增设数学实验，4%的学生希望在数学课堂在其他方面有所改进，从这些数据中可以很明显地看出学生在快乐学习上有较大的需求。

    （5）对于未来AR技术引入数学课堂能否提高学生的学习效率这一问题，有91%的学生持积极态度，9%的学生并不看好，很明显学生对AR技术兴趣很大，肯定了AR技术的实用性。

    （6）问卷中设置了一题开放题：印象最深刻的一堂课。归纳同学的回答，主要为师生互动较多、气氛活跃、新颖的一堂课。小学生所喜爱的课堂，是具备能够引起其无意注意，并且能够使气氛活跃，增加师生互动的事物。

    二、问题分析

    （一）学生思维固着，缺乏创造性

    在访谈过程中，老师提及，教师的资历会影响其教学模式，对于新教师来说，将教学知识点落实才是他们教学的重点，对于过程是没有较大的要求，因此一般采用的是“填鸭式”的教学方法，在课堂中没有给学生足够的时间和空间去思考、发散，造成学生惰于思考，缺乏创造力。虽然现在一直提倡要“寓教于乐”，可是在一线课堂上，依旧没有付诸于实践，在一定程度上造成了“行而不实”的缺陷。

    （二）两极分化较大，教学安排难

    在访谈过程中，教师还提到班级内部存在较大的两极分化，接受能力较好的同学能及时跟着老师的思路，在短时间内较快地理解并掌握知识与技能。一些接受能力一般的同学也能通过课后巩固消化，掌握相关知识，而一些后进生则在知识掌握上存在较大问题。正因如此，教师在教学工作上面临不少挑战，如何解决后进生的学困问题，迫在眉睫。

    （三）学习动机不高，缺乏积极性

    课堂情感体验，会让学生觉得缺乏教师的关注，从而导致学生注意力分散。传统教学中，教师进行教学设计主要依据教材与教参，没有考虑到学生学习、生活实际，枯燥无味的知识，缺乏新意的教学过程导致学生兴趣不断流失，学生参与度明显下降。据研究表明，“教科书使用水平”高的教师，学生课堂参与度越高，学生的数学课堂情感越积极，学生对新知的关系性理解程度越高。加之，传统课堂“一对多”的教学模式，教师无法同时兼顾很多学生的课堂情感体验，会让学生觉得缺乏教师的关注，从而导致学生注意力分散。

    （四）复杂问题难以解决

    教师在访谈过程中提到多数同学对一般的数学知识的掌握能力较强，但针对一些需要较强的空间观念和较为抽象的知识很难内化于心。例如，六年级上册中的《圆的认识和学习》以及《分数除法及其应用》，这类问题通常需要通过数形结合、线段图等多维度求解，才能更好地理解其中的内涵和意义，而当前数学教师的教学方法和手段较为局限，很难满足学生的学习需求，如果有更直观、更具体的辅助教学手段，将会在一定程度上改善这一问题。

    （五）课堂把控度要求高

    尽管AR技术为学生提供了个性化学习条件，为积极主动地计划、组织和监控课程活动创造机会，但它也对教师的综合素质和课堂把控力提出了挑战。对于学生主体性较强的AR教学，教师需要充分对课堂中的突发事件和生成性问题有较强的应对能力，掌握好课堂的进度。例如，小学生的自我管理能力较弱，容易出现注意转移，导致学生的注意力不在数学学习上，而在AR技术提供的直观模型上，从而影响教师的课堂教学。所以，教师更多地倾向于将AR技术作为课堂教学的辅助工具，在不影响正常教学的前提下，促进学生会学、好学、乐学。

    三、结论及建议

    从调研过程中可以了解到，将AR技术融入到小学数学课堂教学中还存在一些弊端，但是不可磨灭的是，学生对AR技术引入课堂具有极大的兴趣，同时有利于学生对数学中某几个板块知识点的掌握与理解，特别是几何板块。因此，将 AR技术引入数学课堂对提升小学生数学的学习能力、激发学生兴趣和调动积极性具有非常重要的作用。必须制定有效解决策略，从根本上降低AR引入课堂的不利影响，从而提升小学数学课堂教学质量。

    （一）夯实技术基础，突出实用性

    数学课堂中应用的AR技术，大多需要佩戴沉重的头盔才得以实施，对小学生进行数学活动有了一定的时空限制;此外，AR设备通常包括头戴式显示器和其他辅助的计算机设备，诸多设备使其造价昂贵，在进行数学教学中，如何保持多台设备之间的高兼容性与长时间的稳定性，如何降低设备的成本，成为亟待解决的问题。对此，我们应大力发展计算机技术、网络通信技术和发明先进移动终端设备，降低设备造价，并使AR技术便于携带使用，打破数学学习时空的限制。此外，还需要大力研发无线移动技术，来增强各设备的兼容性和稳定性。

    （二）加强师资建设，注重创新性

    随着信息时代的发展，现代科技不断融入到课堂教学中，扮演者辅助教学的角色，从而达到较好的课堂效果，以现代科技作为辅助的课堂模式已经成为未来的一种走向。教师作为课堂的主导者，教师专业素养的高低决定了教学效果，同样教师对

    现代技术的了解与掌握，决定了技术的发挥效果。从调研过程中了解到两点，一是部分教师对一些新科技并不了解，没有主动地去学习一些走在时代前端的新科技，不利于教师选择合适技术辅助教学，切实提高教学实效;二是AR技术引入课堂对教师的课堂把控能力要求较高。因此，培育双师型师资队伍，提高教师的专业素养以及现代技术应用能力，促进教师终身学习，使课堂从传统课堂为主向以生为本，注重培育学生创新精神和实践能力的方向发展尤为重要。首先需要从思想上，培育教师终身学习的理念，其次可以从能力培养着手，在职前培养以及任职后的教师培养内容中增加现代技术应用能力培养的板块，但值得一提的是，教师应以发展专业素养为重点，现代技术只能作为一种辅助手段，并不能依靠现代科技，一味追求“哗众取宠、华而不实”的课堂教学。

    （三）创设有效情境，增强现实性

    小学阶段数学课程相较于其他课程而言理论性较强，“无聊、乏味”等词语成为了数学的标签，而现代技术的辅助教学改善了这种情况，相较于之前，数学课堂变得活泼生动，但是缺乏其现实性，学生不能直观地将直接经验向间接经验转变，但是将数学教材与AR技术等课程资源相互整合，利用AR技术为数学教学创设情境，利用AR的特性可以改进这一点。

    例如，在学习人教版小学数学一年级下册“认识人民币”导入时，教师可以围绕购买游乐园门票都需要哪些面额的人民币、可能需要找零的人民币面额这一主题，借助AR技术创设购买游乐园门票的实际场景，通过听觉和视觉让学生感受到身临其境的体验感，增强虚拟世界与现实世界的动感交互，活跃课堂气氛，激发小学生对学习人民币有关知识的兴趣，为之后开展的数学课堂打下良好基础。又如，在学习《位置与方向》时，教师会提出一系列问题，如“自己的家在学校什么位置？学校在小明的家的什么位置？学校的位置在哪里？”等等，虽然现在学生的答案反映到平面坐标当中，使得小学生对方位有一个直观的了解，但是学生平时处于三维的空间，让学生从实际生活中三维物体直接跳跃到课堂中的二维平面，对于接受能力一般或较差的学生来说，接受起来比较困难，但是如果能够加入AR技术到课堂中，先让学生从实际生活的三维空间跳跃出来，作为旁观者去看问题模型建构，再从三维中抽象出平面模型，这不仅仅能够帮助小学生学习、掌握、理解数学知识，还能够帮助学生具体形象思维向抽象逻辑思维转变，提升其数学知識学习能力和解决问题的能力。

    综上所述，了解一线课堂对于新技术引入的看法和观点，分析其利弊，对于提升课堂实效性，帮助学生掌握知识、解决问题，培养学生创新精神与实践能力，全面落实素质教育有非常重要的作用。因此，需要在实践前期、中期不断反思，提出有效策略来降低不利影响。

    参考文献：

    [1]习近平.全国高校思想政治工作会议上的讲话[Z].2016-12-07.

    [2]中共中央办公厅国务院办公厅.关于深化教育体制机制改革的意见[Z].2017-09-24.

    [3]严家丽.“教师使用教科书水平”与课堂教学效果之间关系的实证研究——以小学数学为例[D].东北师范大学，2014.

    [4]黄奕宇.虚拟现实（VR）教育应用研究综述[J].中国教育信息化，2018，（1） ：11.

    基金项目：嘉兴学院2018年大学生国家级创新创业项目《面向小学数学生命课堂建构的AR虚拟情景创设探究》，项目编号：201810354025。