江婕 黄文琦

摘  要 虚拟现实技术是一门新兴技术，推动教育教学有了新变革。分析虚拟现实技术的特点，以数学学科中“立体图形的展开与折叠”这堂课为例，利用虚拟现实技术作为辅助教学的工具，开展教学活动，尝试虚拟现实环境中的教学方式，希望能从中得到启示，为新课改贡献自己的力量。

关键词 虚拟现实技术;数学;立体图形

中图分类号：G434    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）24-0023-03

Application of Virtual Reality Technology in Primary School Mathematics Teaching//JIANG Jie， HUANG Wenqi

Abstract Virtual reality technology is an emerging technology that

has brought new changes in education teaching. This article analyzes

the characteristics of virtual reality technology， taking the course “Expanding and Folding of Three-Dimensional Figures” in mathe-matics as an example， using virtual reality technology as an auxiliary

teaching tool， practicing teaching activities， and trying teaching me-thods in a virtual reality environment， readers are supposed to be inspired from the materials， and contribution of your own strength to the new curriculum reform is very welcomed.

Key words virtual reality technology; mathematics; solid figure

1  问题提出

20世纪60年代，虚拟现实（VR）技术就已经产生了，在娱乐、医疗、军事、航天、教育等领域运用很广泛。以教育领域为例，在一些技能训练、实验、教学辅助工具方面，虚拟现实技术逐渐取得不可或缺的作用和地位。比如在化学或者生物教学中有一些危险性的实验，如爆炸、燃烧、有毒的实验，可以利用虚拟现实技术进行虚拟实验，避免危险的发生，同时节约资源。

在数学学科教学中可以利用虚拟现实技术的沉浸式特点使学生更好地理解一些比较枯燥的内容，也可创设问题情境使学生产生学习的兴趣。“立体图形的展开与折叠”是初中数学的一个知识点，平面图形的知识比较抽象且比较难理解，很多学生都对这个知识点表示枯燥无味、晦涩难懂，而在课堂上，教师也只通过板书演示这个知识点的内容。特别是对于那些空间想象能力和逻辑思维能力较差的学生来说，这个知识点真的是没办法入手。且课堂时间较短，动手操作比较形式化，教学器材不足，导致学生无法进行深入的直观感受，他们几乎凭借想象力去学习这门课而缺少准确的手动操作，所想象的东西不能得到证实，不利于想象力的发展。这是一门想象与操作相结合的课程，二者缺一不可。如何使课堂生动有趣，使知识具体化，提高教学质量？本文尝试运用虚拟现实技术使课堂活跃起来。

2  虚拟现实技术的概念和优势

2.1  概念

虚拟现实技术是一种可以建立和体验虚拟世界的计算机技术。它是使用计算机生成虚拟存在的环境，是多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为的系统仿真。借助传感器头盔、数据手套等专业设备，用户可以进入虚拟空间，实时感知和操纵虚拟世界中的各类物体，通过视觉、触觉、听觉获得真实体验。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学、人机接口技术、多媒体教学技术、传感技术和网络安全技术等多种科学技术的融合，是一门富有挑战性的交叉技术。

2.2  优势

在课堂中运用虚拟现实技术辅助教学，可以提高教学质量，使教育教学产生新变革。

2.2.1  有利于激发学生的学习兴趣  在传统的数学课堂中主要采用教授法为主的灌输式教学模式，大部分是教师讲学生听，导致课堂很沉闷单调，学生的理解跟不上教师的进度，很难取得良好的教学效果。虚拟现实技术出现在课堂上，使知识动态化，不仅可以吸引学生的注意力，而且可以激发学生的学习兴趣，对提高教学质量、优化课堂教学尤为重要。在传统教学模式下，那些学习动机较低的学生容易产生厌学的心理。书本中的知识是枯燥无味的，特别是一些理论性的知识，一般情况下在课堂中都是教师在讲学生在听，这样的课堂氛围并不利于激发学生对学习的兴趣，反而会让学生觉得课堂无趣。在虚拟现实技术的支持下，课堂氛围会比较活跃，可以实现游戏化教学，激发学生对学习的兴趣。

2.2.2  有利于激发学生学习的主动性  虚拟现实技术强调以人为本，激发学生主動学习的动机，而不是以往那种学生被动接受知识的过程，填鸭式学习很大程度上抹杀了学生的创造性和主动性。被动接受学习还有一个弊端是学生真的只会学习，对于实际生活中没有公式也没有理论依据的难题难以处理好。运用虚拟现实技术可以尽可能地让学生接触社会中的一些事物，培养他们与人交流、团队合作的能力，能够更好地培养既能写也能做的有用的人，而不是只会学习的极端人才。《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》中关于人才建设的主要任务，第一条就是“突出培养造就创新型科技人才”，更应该着眼于未来，提升教学设备水平，用创新的设施造就创新型人才。

2.2.3  有利于学生探究抽象事物  教学不能仅限于课堂，应该走出学校，走出书本或者“地球”，去观测现实中难以观测到的事物，去探索现实中还没有被发现的事物。虚拟现实技术应用于教学可以使这些想法得到实现。在传统的课堂教学中，教师讲解抽象的知识点时只能依靠黑板、图片以及口头讲解，学生理解比较吃力，达不到很好的教学效果。如在数学课程教学中讲到立体图形的知识点时，如果单纯地利用黑板来教学，学生可能就不能掌握相关的知识点;而在虚拟现实技术支持的环境中，可以让学生具体地看到立体图形在不同方向的平面圖是什么形状的，有利于掌握立体图形是怎样折叠与展开的，提高教学质量。

2.2.4  避免实验中的危险性  在学习过程中实验操作是必不可少的，普通的实验在学校实验室就可以完成，一般存在危险性的实验，如爆炸、燃烧等实验，学校一般只是让学生通过观看视频来学习，学生不能真切感受。一些必须要做的存在危险的实验会给学生带来安全隐患，可以运用虚拟现实技术来解决这方面的问题。实验前，教师不再需要预先准备实验所用的器材与物品，对于有破坏性的实验，如物理实验中的短路及断路、小灯泡烧坏，在虚拟现实环境中就可以完成，而且收到良好的效果，也不会浪费实验器材，可以无数次使用，节约教学资源。在虚拟环境中还可以进行会产生有毒物质或者气体的实验，同样能达到现实中操作的效果，保证学生安全。

3  基于虚拟现实技术的案例分析

“立体图形的展开与折叠”这堂课主要考查学生空间立体感，把一个多边立体图形拆卸了，让学生找到拆卸后的图形;或者把好几个连在一块的图形拼成一个立体图形，通过从简单到复杂的教学，培养学生的空间智能和空间想象力，锻炼学生的逻辑思维能力。基于虚拟现实技术的立体图形的展开与折叠的教学，能够把抽象知识简单化，把这门课的知识直观表现出来，解析立体几何的重难点，使学生对此知识通俗易懂。

3.1  相关虚拟现实场景制作过程

虚拟现实技术运用于教学要建立相关的场景，制作场景是展开教学的基础和关键。总体上讲，制作场景可分为前期准备、场景制作、后期工作这三项工作，流程如图1所示。

3.2  基于虚拟现实技术的教学

本节课的课题节选自人教版七年级数学第四章“立体图形初步”，学生在学习此内容之前已经初步认识了立体图形。本节课的教学重点是将立体图形展成平面展开图，教学难点是按规定形状把正方体展开成平面图。对于一些立体几何问题，常平面化来研究和处理，不同的方位看图形往往会看到不同的平面，在工程、建筑等设计中常要运用不同方位所看到的图形来表示立体图形，设计师就会通过图纸来制作所呈现的立体图形。在一些生活常识背景下，本节课具体设计如下。

3.2.1  创设意境，激发学生兴趣  教师通过虚拟现实技术给学生展示生活中立体的物体，鸟巢、立交桥、东方明珠、金字塔等建筑在工程图纸中缓缓升起，让学生体会立体图形给世界带来的各种美感，引入本堂课所要学习的内容，将立体图形与生活联系起来：如要建造宏伟的建筑，先要学习立体图形的展开与折叠。教师首先给学生提供虚拟现实设备，让他们戴上虚拟现实头盔观看视频和图片，感受数学知识的趣味，独立思考并记录;然后总结学生对知识的理解，引导他们开始学习新内容。

3.2.2  动手操作，分析问题  题型展现，例题如：找出图2所示立体图形的展开平面图。该立体图形的展开平面图共11种，难度适中，主要考查学生的立体感、观察能力等。课堂教学过程如下。

1）课程准备。教师要准备好虚拟现实设备，如头盔、操作手柄等，并且要检查设备是否完整可用。

2）学生活动。学生戴好头盔，认真观看视频，五个人为一组，相互讨论该立体图形会出现的平面展开图。

3）教师做好课堂教学效果的记录，观察学生的表现，记录学生解决问题的效率。

3.2.3  课堂练习  教师布置相关的课堂作业，让学生在课堂中完成，记录学生的完成情况及完成的正确率。

3.2.4  课堂总结  教师让学生自行总结本节课的知识点并回忆相关知识点，组织学生分组讨论，布置课后作业。

3.3  教学结果分析

在整个教学中利用虚拟现实技术来辅助教学，创设了意境，引导学生一步一步去探究立体图形的展开，课堂生动有趣。在教学过程中一定要让学生全身心地投入学习中，且不放过每一个学生，保证每个学生都能参与其中。相对于传统教学，在虚拟现实技术的支持下把抽象知识具体化，让学生更容易去理解，进而激发学生的感性认知，使他们树立信心，使课堂活跃，不再枯燥乏味。

4  结论

现代教育技术水平日益提升，但是依然存在不足，很多实践性较强的科目，学生并不能真正地进行实践，他们的生活圈大部分是在学校，学校之外的事情可能根本接触不到。虚拟现实技术可以弥补教学设备的不足，特别是在偏远地区，其普及可能会解决因教学设备、学习资源不足所造成的教育问题。本文将虚拟现实技术应用于学习立体图形的展开与叠合，运用虚拟现实技术模仿实际事物，实现了现代信息技术与课程的整合，学生可以在虚拟环境中拆分和叠合立体图形，使知识具体化，接受起来就相对简单。同时，教师要不断强化现代教育技能，才能更好地开展虚拟现实技术辅助教学。对于学生来说，虚拟现实技术可以开阔他们的眼界，培养创造力。

虚拟现实技术运用于教学不是一种结果，而是一种趋势，教学模式会逐渐改变，虚拟现实技术只是其中一种代表性的技术。现代教育理念旨在培养创新型高端人才，对于传统教育要去其糟粕，取其精华，与各种新技术相结合，开拓教育新篇章。■

参考文献

[1]徐宇杰，管会超.浅谈虚拟现实技术的实现与发展[J].科技资讯，2014，12（28）：19.

[2]张雨琴，丁永刚.基于虚拟现实技术的立体几何教学模式的探究[J].软件导刊（教育技术），2017，16（8）：33-34.

[3]高晓旭.小学生立体图形折叠与展开困难的原因分析与对策研究[D].济南：山东师范大学，2018.

[4]王玲玲，刘慕鸿.VR技术在初中数学教学中的运用[J].中国教育技术装备，2018（11）：25-26.

[5]江绘良，郑一，张雪宁，等.虚拟现实技术在数学教学领域中的应用[J].高师理科学刊，2020，40（9）：51-53.

[6]熊瑛.城乡义务教育资源配置失衡问题研究[D].长沙：湖南农业大学，2018.