• 首页
  • 科学成果
  • 浅析虚拟现实沉浸感的直观感受技术在数学教学领域中的应用点-赵继涛博士

浅析虚拟现实沉浸感的直观感受技术在数学教学领域中的应用点-赵继涛博士

2021-04-16

1 引言

虚拟现实技术(Virtual Reality technology,简称 VR)是利用计算机的模拟技术创建和体验虚拟世界的仿真系统。数学课堂具有高度抽象化、逻辑性强和思维能力要求高的特点,虚拟现实技术的应用就显得尤为突出。虚拟现实技术可以为学生提供丰富的自主探究机会,培养学生的创新精神与创新能力。通过形象化、具体化的展示,将抽象难以想象的数学概念和思维让学生轻松掌握

2 虚拟现实技术在小学数学教学中的应用

小学阶段是教育的起点,教学活动应考虑儿童认知发展特点,尊重儿童在教学中的主体地位,促进学生的个性发展,这也是我国素质教育的基本要求之一。 对于小学教育而言,由于儿童的认知发展存在不平衡性,小学生在教学活动中具有观察力目的性差、注意力的集中和稳定性差、想象力发展迅速等特点,因此构造情景式的教学方法和手段,则显得更加适用。 在虚拟现实技术所创造的虚拟教学环境中,可以最大化地增强小学生的外来刺激。教师通过对仪器的合理调控,能使得教学向有利方向进行,有助于教学目标高质量的完成。在传统教学法中,讲授法和演示法占主要地位,学生的可操作性空间小,比较刻板和枯燥。而虚拟现实技术相较于传统教学手段而言,最大的特点就是具体性、可操作性更强,能让学生集中注意力,提高学习兴趣1~4年级的学生空间想象力不足,对于知识的掌握还依赖于直观的演示,虚拟现实技术可以很好地将抽象概念形象化,教师可以通过虚拟现实技术进行直观教学,培养学生的抽象思维。对于小学阶段的高年级学生,他们具有一定的逻辑推理能力,以虚拟现实技术为媒介,能使学生的逻辑思维得到更好的发展。如在6年级学习圆柱的表面积和长方体的体积计算公式时,教师通过虚拟现实技术展示圆柱的侧面展开图,以及如何通过调节长方体的长、宽、高来改变体积的大小。在展示过程中,培养了学生识别表面积和体积的能力,同时抽象出圆柱的表面积和长方体的体积公式。小学阶段的学生处于想象的意识性、目的性迅速增加,想象的创造性和丰富性显著提高的阶段。利用虚拟现实技术中的特殊软件,可以让学生自由地发挥想象,将想法在虚拟空间中得以实现。教师利用教学管理软件可以对学生的创造过程进行指导,发掘学生内心深处的情感,激发学生的潜能。

3 虚拟现实技术在初中数学教学的应用

进入初中阶段,数学教学内容的抽象性增强,涉及空间问题和动态过程问题的学习,也是学生思维能力由具体形象向抽象思维过渡的关键时期,同时对教师的要求也更高,不仅要重视数学知识的讲授,更要重视在课堂教学中培养学生的自主学习与探究习惯利用虚拟现实技术可以帮助学生理解初中阶段几何数学内容,如图形的平移、旋转,变换,正负数的引入等内容。通过虚拟现实技术演示盆地与高山,体会地平线的概念,引入正负数的定义和计算。利用虚拟现实技术进行图形变换的动画演示过程,突出数学的动态思维特点。利用这个特点可处理其它教学手段难以解决和展示的教学内容,引导学生建立对数学学习的兴趣。通过直观的虚拟现实技术展示,讲授教学重难点,提高课堂效率和教学效果引导学生建立自主学习和探究的习惯,可以从激发学生的学习兴趣入手。利用虚拟现实技术展示概念、性质和动画过程,让学生从直观的角度理解,把抽象的内容具体形象化,使复杂的问题简单化。 

4 虚拟现实技术在高中数学教学中的应用

高中数学学科内容与初中数学学科内容之间的差异性,不仅体现在知识内容上,也体现在数学思维、数学文化素养等方面。对处于身心发展关键期的高中生,过于抽象庞杂的体系容易使其对所学内容感到困惑。虚拟现实技术可以通过计算机与人的多维交互,帮助人们体验三维动态视角。通过建立数学模型,并利用虚拟仿真展现模型,可以帮助使用者理解一些晦涩难懂的公式、定理。将虚拟现实技术应用于高中的数学课堂中,就能很好地发挥直观性教学原则,帮助学生建立空间几何感,启发学生学习,增强实践动手能力,充分发挥学生在学习中起主导地位的作用,寓学习于多元化直观感受之中,进而高效地进行数学学习在高中数学学习过程中,利用虚拟现实技术这一工具,可以将课本已有的理论知识与实践相结合,以学生的直观感知为主,这样提高了受教育者的学习参与性、建构性与沉浸感,弥补了传统教学中教学环节与方法的不足。三维建模可以增强学生的感觉系统,促使知觉的发展,这对高中数学课堂的一些抽象难懂知识点的学习很有帮助。如函数中函数图像的绘制、空间立体几何中三视图的直观性、解析几何中难以理解的抽象定义等内容。

立体几何作为平面几何的后续课程,对于高中阶段的数学学习尤为重要,而学好立体几何的关键就是把空间问题转化为平面问题,解决空间感不足的问题。在了解三视图的过程中,难以理解的几何图形并不能很好地被学生理解,因此教师可以从学生的兴趣点入手,利用虚拟现实技术将枯燥无味的几何图形,换成学生感兴趣的模型等,激发学生的学习兴趣。 

5 结语

在“互联网+”的背景下,研究虚拟现实技术在数学教学中的应用,可以让师生直接了解这项先进技术,有利于在课堂教学中培养学生的自主学习与探究习惯,树立正确的创新理念。利用虚拟现实技术可以使教育不再受空间实践所局限,能够最大化地提高学生的学习效率,增强学生的自主学习能力虚拟现实技术改变了传统的教学模式,不仅可以提高学生学习效率,还可以降低教育成本,对于传统课堂中的基础学科数学来说,虚拟现实技术给予了数学教学的全新教学理念,通过沉浸感的直观感受,使得数学学习不再枯燥和难以理解。