AR技术在小学数学图形教学的发展前景

摘要：随着时代的变迁，科技的发展，AR技术慢慢的进入人们的视线，AR技术凭借其系统上的优点，广泛应用于各行各业。AR技术在教育中的应用，也日益凸显。它能将抽象的学习内容更加直观的展示出来，提高学生对于构建空间思维的理解，提升几何图形学习的效率和效果。在小学阶段，图形的认知是学生学习几何的基础和关键,是学生为以后学习生活中的空间学习奠定扎实基础的重要阶段。几何图形的教学与学习是单调的，但学生通过AR软件进行新知识的自主学习,其特有的直观性、实时性、深入性,大大提高了学生自主学习的动力和学习兴趣。本文通过增强现实的概念与特点,分析了AR技术在教学中的应用价值及其优势与不足,让我们对AR技术在教育事业中的定位有了一个初步的了解。

关键词：AR技术，图形教学，提高课堂效率，学习主动性

一、研究背景

1、AR技术在教育中的兴起

AR是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度并加上相应图像的技术。它能将虚拟信息放在现实中展现，并且让人和虚拟信息进行互动。“增强现实”这一概念最早是由波音公司的研究员Tom Caudell在1990年提出。增强现实可以帮助教育工作者让学生在课堂上使用动态3D模型，将课程学习内容转化为学习者的学习资源，实现资源共享；能够提供界面良好、形象直观、虚实结合的学习环境，帮助学生理解相关知识并用这种充满趣味的方式激发学习兴趣。

AR技术在教育方面的应用，最早出现在早教和幼教领域。主要是通过手机APP或者IPad扫描出现动画。AR图书的外表看起来和普通的图书没有太大差别，不过当用摄像头扫描时，3D动画元素、视频、声音就会显现出来。

2、小学数学中对于图形学习的基本要求

小学数学高学段对于图形部分的课程目标要求，是在原有的认识图形的名称的基础上进行进一步探索，这就需要学生在实际的生活情境中来解决平面与立体的图形的实际应用，而不单单拘泥于课本中的刻板单调的知识点。这就需要学生全面的了解和学习立体图形，平面图形的相关知识与应用，愈加全面的提升自身的空间想象能力与探究能力。本研究利用增强现实技术，来进行图形学习的相关研究，希望能借此提高学生的空间思维能力，掌握相关的知识并且来全面提高学生的几何素养。

二、增强技术在小学数学图形教学中的应用分析

1、增强技术教学与传统教学在小学图形教学中的比较

我国传统的教学模式是教师通过自身对课本的理解，然后将自身理解讲授给学生听，学生再进行巩固练习。传统教学是传承多年的固有教育模式，而这种教学模式在小学几何图形教学中很大程度地限制了学生的思维模式与学习能力，使他们在学习过程中缺少应有的创新能力以及空间想象能力。

增强现实技术支持沉浸学习和移动学习，这是它与传统教学的最大区别。现代教育急需打破这种传统教学，让学生走出固定思维模式。AR技术的出现，恰好是一个新的契机，在传统教育结构的基础上，建立起新时代所需要的教学体系和教学机制。但是体系和机制的改革仍需要很长的时间，这时我们就要确保新的教学设计能够在最大程度上辅助其建立教学结构。只有不断地尝试创新，才能不断地完善教学类型的转换，让学生走出“条条框框”，实现多元化的课堂。

2、传统教学在小学图形教学中存在的问题

一是没有十分明确地确定教学目标：在我国实行多年的应试教育，想要改变不是一朝一夕所能达到的，但目前教育体系已经在努力地进行改革，争取早日摆脱应试教育的束缚。目前我国的教育形式偏向应试教育，所以在小学几何图形的教学中，教师经常会固定学生的解题思路，只要学生能快速正确的解答问题即可，但是一旦题目里出现需要空间思维去理解的条件，学生就会陷入困惑，无从入手。

二是没有使学生在学习过程中形成转化思想：在小学数学几何图形教学中，转化思想是必不可少的，也是学生最需要形成的一种学习方式。学生需要从平面思维转换成空间思维，才能够真正理解题意，从根本入手，而不是简单的公式代入。但是目前很多教师在转化思想的教学上还是有所欠缺

三是没有让学生在学习过程中培养一定的创新能力：当今社会，科技的飞速发展无疑是令人惊讶的。人才之间的竞争也日益激烈，因此学生要想能够将来在社会上站得更稳，那么他就需要提高自己的创新能力。但是教师在小学数学几何图形的教学过程中，并没有给学生一定的空间与时间去提升创新能力，只是给学生一种固定思维，然后针对这一方法进行大量的习题练习，这样不仅不能促使学生深入理解题目，更没有给学生创新的机会，从而限制学生的学习能力提升。

三、增强技术在小学图形教学中的优势

1、AR技术可将抽象复杂的内容可视化，形象化

AR技术呈现的内容是将现实与虚拟相融合，它所展示的素材是生动的，形象的，直观的，它在教学中取代传统的教学媒体，辅助于课堂教学活动中，有利于组织全新的教学形式教学形式和学习方式。其虚拟和现实结合的特点，创造出新的学习环境，小学生更加喜欢直观形象的感受事物，并且喜欢趣味性的探究学习。

2、能为学生深入践行情景化教学

在小学阶段，教材中很多地方都会在知识点旁附有插图，便于学生更好的理解。然而小学生的空间思维能力毕竟有限，不会像中学生能够自主构建立体模型，更多的还是通过图片和老师的讲解，对图形的立体结构有一个简单又模糊的印象。而在增强技术中，教师则能够将书中的平面图形以三维立体的形式展现在学生面前，让学生在更加直观的情境中进行观察，这样不仅锻炼了学生对空间概念的理解，也为以后的几何学习的开展奠定坚实基础。

3、可提升学生的存在感、直觉以及专注度

AR技术能够使学生如同置身几何空间中，使几何形象更加生动、逼真。这让学生有了一种真实的存在感，不再是“平躺”在书上的几何图形，这种存在感也使得学生在图形学习中更感兴趣，注意力更加集中。

4、学习不再拘泥于学校，打破是空的限制

利用增强现实技术来实现辅助教学，所承载虚拟现实技术的移动设备的可移动性和灵活性，将进一步的延伸学习的宽度和广度。增强现实技术与移动终端相互结合的存在，使得随时随地学习变为可能，其识别系统的灵敏性和沉浸性，都成为有效学习的有利手段。

四、AR技术在小学图形教学过程中可能存在的问题

1、在小学的图形教学中，教材会根据不同的年龄和学龄安排不同阶段的学习目标，但是在AR中，是将所有年级需要掌握的内容都安排在一起，不利于与课堂的深度结合和知识体系的构建。

2、学生无法在扫描的同时，进行图形的绘画，学生不能够进行交互操作。并且长时间使用电子媒体进行绘画，不利于学生动手能力的提升。与目前的考试不能完美融合。

3、图形的旋转是按照系统设定自主旋转，学生不能进行交互操作，不利于学生在过程中自主观察和学习，影响相关问题的学习质量。

4、教师在上课时不能够适时地观察学生电子设备的屏幕，课堂上一些较慢的同学可能会跟不上进度，从而导致学生走神等情况。如果教师不能够及时发现，会影响课堂的整体效率。

五、对于AR技术在图形教学中的一些思考和想法

1、在我国现在的实际课堂教学中，仍然是以教师和学生为主体，不能过分依赖高科技为我们所带来的便利条件。AR技术可以作为课堂学习中的补充部分，但并不能代替全部的课堂媒体。小学阶段是学习习惯和学习基础培养的关键时期，在基本的绘图等操作能力中，还是需要传统的工具参与。

2、在学生操作电子设备时，应有控制学生电子设备的功能，避免学生走神或做和课堂无关的事情。只有这样，学生在自主学习过程中，才能够有一定的自律性，提高课堂的整体效率。

3、在AR技术的开发中，也要针对不同学段，不同教材进行知识分类，避免学生知识混乱，增强软件的灵敏度和使用体验。

六、AR在教育应用中的挑战与展望

信息技术在现代教育中已经占据了十分重要的地位。虽然AR技术在教育事业中已经有了广泛的应用，但是AR作为一个正在发展的走在科技前端的一种科学技术，它仍然有着不确定性和不完善。相信随着AR技术的不断发展和不断完善，它的存在价值也会不断提升，在教育事业中的贡献也会越来越大。期待AR技术能够为我们的教育事业带来更加精彩的突破。

参考文献：

《增强现实技术在教学中的应用研究》——张洪波

《增强学习效果拓展学习空间》——胡智标

《AＲ在美国中小学教学应用现状及对我国的启示》 新技术与教学改革, 2017.  ——杨晓娟,毕华林,徐素花.