張麗娜 李雪金

（唐山市第十二中學(xué)，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(xué)中有越來越多的新興技術(shù)被引入，教學(xué)中的難點被解決了，還有多種的學(xué)習(xí)方式被提供給學(xué)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(xué)中多有應(yīng)用。當(dāng)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(xué)發(fā)展相融合，把各類各級教學(xué)方案設(shè)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(xué)教學(xué)中出現(xiàn)

在客觀層面，數(shù)學(xué)課程具有豐富的理論性和抽象性，基礎(chǔ)知識是它所強調(diào)的，很難吸引一部分中學(xué)生，假如學(xué)生沒有較強的基礎(chǔ)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(xué)生的成績會受到嚴(yán)重影響。

在主觀層面，一些中學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的主動性和興趣不高，他們沒有明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)，沒有較高的學(xué)習(xí)動機，他們大多數(shù)都在被動學(xué)習(xí)，沒有適合的學(xué)習(xí)方法，學(xué)習(xí)上也沒有形成良好的習(xí)慣，也沒有很好的開展課后復(fù)習(xí)以及課前預(yù)習(xí)。學(xué)生中還普遍存在著學(xué)習(xí)焦慮現(xiàn)象，沒有迎難而上的斗志和學(xué)習(xí)方面的興趣。

二、學(xué)生存在的問題

（一）在思維上學(xué)生沒有創(chuàng)造性，固化

教師的教學(xué)模式受到其資歷的影響，新教師教學(xué)的重點經(jīng)常落在知識點的教學(xué)上，他們不重視教學(xué)的過程，所以他們采用的教學(xué)方法通常是“填鴨式”的，在教學(xué)中沒有把足夠的時間和空間交給學(xué)生，讓他們?nèi)グl(fā)散和思考，造成學(xué)生在思考上的惰性，創(chuàng)造力嚴(yán)重缺乏。盡管“寓教于樂”是當(dāng)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(xué)生具有較大的兩極分化，很難安排教學(xué)

有較大的兩極分化現(xiàn)象出現(xiàn)在班級內(nèi)部，在教學(xué)中教師的思路能夠由接受能力較好的學(xué)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(xué)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(guān)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(xué)中，其中迫在眉睫的是，后進生學(xué)習(xí)困難的問題怎樣解決？

（三）沒有學(xué)習(xí)積極性以及學(xué)習(xí)動機

在情感體驗方面，教師的關(guān)注是大部分學(xué)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(xué)中，教材與教參是教師設(shè)計教學(xué)的依據(jù)，學(xué)生生活實際以及學(xué)習(xí)沒有考慮到。教學(xué)過程沒有新意，知識內(nèi)容也很無味枯燥，致使不斷降低學(xué)生興趣，也明顯降低了學(xué)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(xué)生參與度，在數(shù)學(xué)課堂上，學(xué)生就越具有積極的情感，學(xué)生也能夠較強的理解新知的關(guān)系性。同時，“一對多”的教學(xué)模式經(jīng)常會出現(xiàn)在傳統(tǒng)課堂上，很多學(xué)生的課堂情感體驗無法讓教師兼顧，教師的關(guān)注就會讓學(xué)生感到缺乏，致使學(xué)生無法集中注意力。

（四）無法解決一些復(fù)雜問題

大部分學(xué)生都能較好地掌握一般的數(shù)學(xué)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(xué)教師的教學(xué)手段和方法上，學(xué)生的學(xué)習(xí)需要很難滿足，假如教學(xué)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(xué)生需求發(fā)現(xiàn)，學(xué)生參與程度在當(dāng)前的中學(xué)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)中是很低的，沒有充分體現(xiàn)學(xué)生的主體性，數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重難點也很難讓學(xué)生掌握，導(dǎo)致無法理解抽象概念的現(xiàn)象出現(xiàn)，這種情況對學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的愛好和實際效果有很大的危害。教師在教學(xué)中要面臨的首要問題是，怎樣把學(xué)生的興趣引發(fā)出來。學(xué)生的全面發(fā)展需要得到中學(xué)數(shù)學(xué)的推動，這樣學(xué)生的數(shù)學(xué)素質(zhì)就能得到增強。

學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的塑造需要從初中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)開始，初中生的思維正由具象轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄?。對抽象的?shù)學(xué)知識，學(xué)生很難理解，并且在學(xué)習(xí)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(xué)生的生活經(jīng)驗，把實際問題抽象成數(shù)學(xué)模型并進行應(yīng)用與理解的過程要讓學(xué)生親身經(jīng)歷，這是義務(wù)教育階段的數(shù)學(xué)課程所強調(diào)的。

三、減輕負擔(dān)，突圍窘境

作為應(yīng)用到教育領(lǐng)域的一項新技術(shù)，AR 技術(shù)可以增強初中學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)，把其中存在的窘境改善，也能把一種全新的教學(xué)方式提供給傳統(tǒng)教學(xué)。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(xué)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(xué)生獲得。

通過紙張的2D 形式可以展現(xiàn)數(shù)學(xué)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(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中的認知負荷降低，極強的交互性和真實感會通過AR 教學(xué)體現(xiàn)出來，會促使知識模型在學(xué)生大腦中構(gòu)建，學(xué)生的抽象思維能力就會提高，而且會聯(lián)系數(shù)學(xué)與真實情景，數(shù)學(xué)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(xué)教材，會得到更加生動與豐富的課堂教學(xué)，而高科技的展示方式和探究式的教學(xué)理念會幫助學(xué)生把視野聚集，把學(xué)生對知識的渴望引發(fā)出來。這樣教師工作負擔(dān)就會減輕，使教師形成自己的教學(xué)風(fēng)格，也會得到較好的教育成果。此外，信息技術(shù)對教學(xué)的促進作用在國家政策下也受到了推動，保證了在教學(xué)中使用新技術(shù)。人們的生活，以及數(shù)學(xué)教育正在被技術(shù)改變，在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中試著使用新技術(shù)，這是改革課堂教學(xué)的關(guān)鍵一步，而在數(shù)學(xué)課堂上使用AR技術(shù)，希望可以使數(shù)學(xué)課堂得到更大的進步。

雖然有更加個性化學(xué)習(xí)條件通過AR 技術(shù)提供給了學(xué)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(xué)對學(xué)生主體性要求較高，教師能夠較強的應(yīng)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(xué)生普遍不強，他們的注意力容易轉(zhuǎn)移，造成在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)上學(xué)生很難把注意力集中，可是教師的課堂教學(xué)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(xué)的輔助工具是大多數(shù)教師的傾向，在正常教學(xué)不受影響的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生的樂學(xué)、會學(xué)受到推動。

四、在課堂上如何讓圖形和學(xué)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(xué)生的生活貼近的課堂情景，這么做的出發(fā)點是學(xué)生的生活實際，這樣就能夠把學(xué)生興趣引發(fā)出來，而直線、射線和線段的特征也能夠讓學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(guān)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(xué)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(xué)采用AR 技術(shù)，學(xué)生的求知欲很容易被激發(fā)出來，在這樣的學(xué)習(xí)狀態(tài)下，學(xué)生思維活躍，想象力也被充分的調(diào)動出來。通過預(yù)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(guān)系。進行感知和論證是了解客觀事物的主要途徑，學(xué)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(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的實際效果，有必要應(yīng)用增強現(xiàn)實技術(shù)輔助數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)。

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)。基于全息成像技術(shù)的互動交流，可以給老師們帶來不一樣的教學(xué)體驗，同時，AR 技術(shù)也為學(xué)生提供了更加逼真的學(xué)習(xí)情境，更加貼近學(xué)生們的實際生活。AR 技術(shù)有四個關(guān)鍵特征：（1）抽象的學(xué)習(xí)內(nèi)容越來越詳細，數(shù)據(jù)形象化、具體化；（2）提高學(xué)生的認識和辨別能力；(3)是互動的；(4)對傳統(tǒng)課堂教學(xué)的缺陷做出了彌補。在數(shù)學(xué)課堂中的應(yīng)用AR 技術(shù)，涵蓋了課堂教與學(xué)以及課后的作業(yè)練習(xí)，部分領(lǐng)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(yīng)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(xué)教學(xué)基于AR 技術(shù)開展，有利于完善教師的教學(xué)策略，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)環(huán)境中進行改進，充分增強學(xué)生對學(xué)習(xí)環(huán)境的把握和感知。數(shù)學(xué)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(xué)體驗，擺脫傳統(tǒng)教育的堡壘，為教育教學(xué)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(xué)教育中的應(yīng)用科學(xué)研究，以便掌握增強現(xiàn)實技術(shù)對于數(shù)學(xué)教學(xué)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(yīng)用效果，并以此為依據(jù)進行相關(guān)的效果評判。