摘"要：探討虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)應(yīng)用于小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)，結(jié)合課堂教學(xué)實例，提出申請經(jīng)費、加強培訓(xùn)、開發(fā)資源庫等應(yīng)對措施，以促進VR/AR技術(shù)在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中有效應(yīng)用，從而優(yōu)化小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)體驗。關(guān)鍵詞：VR/AR技術(shù)；虛擬實驗；小學(xué)數(shù)學(xué)；學(xué)習(xí)體驗0"引言小學(xué)數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)教育的重要組成部分，對培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、問題解決能力和創(chuàng)新精神具有不可替代的作用。傳統(tǒng)小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)往往側(cè)重于知識灌輸，學(xué)生在抽象概念理解、空間想象等方面面臨諸多困難。虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，為解決上述問題提供了全新的思路與方法。應(yīng)用VR/AR技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗，能夠為學(xué)生創(chuàng)造沉浸式、交互式的學(xué)習(xí)環(huán)境，使抽象的數(shù)學(xué)知識變得直觀、形象，從而有效優(yōu)化小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)體驗[1]。1"VR/AR技術(shù)概述VR技術(shù)是一種利用計算機生成三維虛擬環(huán)境的技術(shù)，用戶通過佩戴頭戴式顯示設(shè)備等硬件，能夠身臨其境地感受虛擬場景，并通過交互設(shè)備與虛擬環(huán)境中的對象進行互動。在VR環(huán)境中，用戶的視覺、聽覺甚至觸覺等感官能得到全方位的模擬體驗，仿佛置身于真實世界之中。例如，在學(xué)習(xí)“認識圖形”時，學(xué)生可以通過VR設(shè)備進入一個充滿各種立體圖形的虛擬空間，近距離觀察正方體、球體、圓柱體等的形狀特征，還能通過手柄操作將圖形旋轉(zhuǎn)、拆解，從不同角度深入了解圖形結(jié)構(gòu)。AR技術(shù)可將虛擬信息與真實世界相結(jié)合，通過手機、平板電腦或頭戴式AR設(shè)備等，將虛擬的圖像、模型、文字等信息疊加在現(xiàn)實場景之上。學(xué)生在觀察真實世界的同時，能夠看到與之相關(guān)的虛擬信息，實現(xiàn)虛實融合的交互體驗。以“位置與方向”教學(xué)為例，學(xué)生可以使用AR設(shè)備掃描現(xiàn)實環(huán)境，設(shè)備屏幕上會顯示出方向標識、距離信息和周邊建筑物的虛擬標注等，幫助學(xué)生更直觀地理解位置與方向的概念。2"VR/AR技術(shù)在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢2.1"激發(fā)學(xué)習(xí)興趣小學(xué)數(shù)學(xué)知識相對抽象，對小學(xué)生而言，理解和掌握存在一定難度，容易導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣缺失。VR/AR技術(shù)以其獨特的沉浸式和互動性體驗，能夠迅速吸引學(xué)生的注意力。例如，在學(xué)習(xí)“分數(shù)的初步認識”時，應(yīng)用VR技術(shù)創(chuàng)建一個虛擬的比薩店場景，學(xué)生扮演店員，需要將一個虛擬比薩平均分成若干份，分給不同的顧客。這種有趣的互動方式，讓學(xué)生在游戲化的情境中學(xué)習(xí)分數(shù)知識，極大地激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣和參與熱情。2.2"促進抽象概念理解數(shù)學(xué)中的許多概念，如幾何圖形的性質(zhì)、數(shù)量關(guān)系等，較為抽象，難以通過傳統(tǒng)教學(xué)方式讓學(xué)生直觀理解。VR/AR技術(shù)可把抽象概念巧妙地轉(zhuǎn)化為直觀且可視化的模型。在“圓的周長和面積”教學(xué)中，通過應(yīng)用AR技術(shù)，學(xué)生可以在現(xiàn)實桌面上看到一個虛擬的圓形，通過點擊操作，能夠展示圓的半徑、直徑、周長的動態(tài)變化，還能將圓分割、拼接成近似長方形，直觀呈現(xiàn)圓面積公式的推導(dǎo)過程，幫助學(xué)生輕松理解這一抽象概念。2.3"培養(yǎng)空間想象能力小學(xué)數(shù)學(xué)涵蓋眾多空間幾何知識，對培育學(xué)生的空間想象能力有重要意義。VR/AR技術(shù)提供的三維空間展示和交互功能，為學(xué)生創(chuàng)造了良好的空間學(xué)習(xí)環(huán)境。在學(xué)習(xí)“觀察物體”時，學(xué)生通過VR設(shè)備從不同角度觀察虛擬的立體物體，能夠清晰地看到物體在不同視角下的形狀變化，從而有效提升空間想象能力和空間觀念[2]。2.4"提供個性化學(xué)習(xí)體驗學(xué)生的學(xué)習(xí)進度與方式各有差異。VR/AR技術(shù)支持下的虛擬實驗可以根據(jù)學(xué)生的操作數(shù)據(jù)和反饋，為學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)路徑。例如，在數(shù)學(xué)解題練習(xí)中，虛擬實驗系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)生對不同類型題目的答題情況，自動調(diào)整題目難度和側(cè)重點，滿足每個學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，實現(xiàn)因材施教。3"應(yīng)用VR/AR技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗的實施策略3.1"結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)計虛擬實驗3.1.1"深入分析教材教師深入鉆研小學(xué)數(shù)學(xué)教材是應(yīng)用VR/AR技術(shù)開展教學(xué)的關(guān)鍵前提。以“圖形的平移與旋轉(zhuǎn)”為例，該部分旨在讓學(xué)生理解平移和旋轉(zhuǎn)的概念以及它們在生活中的應(yīng)用。這是較為抽象的動態(tài)幾何概念，學(xué)生單純通過課本上的靜態(tài)圖形和文字描述很難建立直觀認知。應(yīng)用VR/AR技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗，學(xué)生能在虛擬場景中看到房屋、橋梁等大型建筑在建設(shè)過程中物體的平移過程，或是游樂園里旋轉(zhuǎn)木馬、摩天輪等設(shè)施的旋轉(zhuǎn)運動。這種直觀呈現(xiàn)可幫助學(xué)生輕松理解圖形的平移與旋轉(zhuǎn)本質(zhì)，遠比傳統(tǒng)教學(xué)方式更具效果。3.1.2"設(shè)計實驗流程仍以“認識圖形”為例，在虛擬實驗中，實驗?zāi)康脑O(shè)定為讓學(xué)生清晰辨別長方形、正方形、三角形等常見圖形的特征。實驗步驟上，首先，學(xué)生通過VR設(shè)備進入一個充滿各種圖形的虛擬空間，在該空間中圖形會以立體、可交互的形式呈現(xiàn)。學(xué)生可以走近圖形，用手觸摸（通過手柄模擬觸摸操作），初步感受圖形的輪廓。教學(xué)要點在于引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注圖形邊的數(shù)量、長度關(guān)系和角的特征。在思考問題環(huán)節(jié)，教師可設(shè)置諸如“為什么長方形的對邊相等”“三角形的穩(wěn)定性在生活中有哪些體現(xiàn)”等問題。在這個過程中，學(xué)生通過操作VR設(shè)備對不同圖形進行旋轉(zhuǎn)、平移等操作，進而深入理解圖形的特征。3.2"選擇合適的VR/AR設(shè)備與軟件3.2.1"設(shè)備選型在教學(xué)中，考慮到教學(xué)預(yù)算和小學(xué)生的使用便利性，學(xué)校選用一款與手機適配的移動VR設(shè)備。在“分數(shù)的初步認識”教學(xué)中，學(xué)生通過手機連接VR設(shè)備，進入虛擬的“美食分享會”場景。在這個場景里，學(xué)生需要將一個虛擬的比薩、蛋糕等食物平均分成若干份，以此理解分數(shù)的概念。這種設(shè)備小巧輕便，學(xué)生可以輕松佩戴，且成本較低，便于在班級中普及。在“位置與方向”教學(xué)中，學(xué)校采用AR平板設(shè)備。例如在校園內(nèi)開展教學(xué)活動時，學(xué)生使用AR平板掃描校園的不同區(qū)域，平板屏幕上會實時顯示各個建筑物的方位信息，以及學(xué)生自身所在位置與目標地點的距離和方向指引。AR平板設(shè)備較大的屏幕顯示區(qū)域讓小組內(nèi)的學(xué)生能夠圍在一起共同觀察和討論，促進了學(xué)生之間的交流與合作。3.2.2"軟件評估一款名為“數(shù)學(xué)樂園VR”的教學(xué)軟件，內(nèi)容涵蓋小學(xué)數(shù)學(xué)各個年級的知識點，以生動有趣的動畫形象和故事情節(jié)串聯(lián)教學(xué)內(nèi)容。在教授“乘法口訣”時，該軟件創(chuàng)設(shè)了一個“森林探險”的情境，學(xué)生在探險過程中需要應(yīng)用乘法口訣解決遇到的各種難題，如幫助小動物計算搭建房子所需的木材數(shù)量等。從交互特性來看，該軟件操作簡便，學(xué)生借助手柄進行按鍵操作即可達成各類指令，而且軟件穩(wěn)定性強，經(jīng)過長時間的課堂使用測試基本未出現(xiàn)卡頓、閃退等問題。同時，該軟件支持教師根據(jù)教學(xué)需求對部分關(guān)卡和任務(wù)進行定制修改，以更好地契合教學(xué)進度。3.3"教師培訓(xùn)與指導(dǎo)3.3.1"技術(shù)培訓(xùn)學(xué)校安排教師參與為期一周的VR/AR技術(shù)培訓(xùn)。培訓(xùn)過程中，教師們學(xué)習(xí)了VR設(shè)備的組裝、調(diào)試和常見故障排除方法。在軟件使用技巧方面，教師們深入了解了如何在虛擬實驗軟件中設(shè)置任務(wù)、添加提示信息，如何導(dǎo)出學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)。在學(xué)習(xí)虛擬實驗設(shè)計與開發(fā)時，教師們掌握了簡單的場景搭建方法，能夠根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，在已有的軟件模板基礎(chǔ)上添加一些個性化的元素。例如，在“認識人民幣”虛擬實驗中，教師自行添加了一些生活中常見的購物場景，讓虛擬實驗更貼合實際教學(xué)需求。3.3.2"教學(xué)指導(dǎo)在“圓柱的體積”教學(xué)中，教師在虛擬實驗開啟前，通過一系列精心設(shè)計的提問，引導(dǎo)學(xué)生回顧長方體體積的計算方式，并促使學(xué)生深入思考圓柱與長方體之間可能存在的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。在實驗過程中，教師巡視各小組，發(fā)現(xiàn)學(xué)生使用VR設(shè)備測量圓柱的底面半徑和高出現(xiàn)誤差時，及時給予指導(dǎo)，幫助學(xué)生正確操作設(shè)備獲取準確數(shù)據(jù)。實驗結(jié)束后，教師組織學(xué)生討論圓柱體積公式的推導(dǎo)過程，引導(dǎo)學(xué)生思考在虛擬實驗中將圓柱轉(zhuǎn)化為近似長方體的過程中，哪些量發(fā)生了變化，哪些量沒有變化，從而幫助學(xué)生將虛擬實驗中的直觀體驗轉(zhuǎn)化為對圓柱體積公式的深刻理解。3.4"課堂教學(xué)組織與實施3.4.1"導(dǎo)入環(huán)節(jié)在“數(shù)學(xué)廣角——植樹問題”教學(xué)中，教師使用AR設(shè)備展示一條虛擬的道路，道路兩旁有一些待種植的樹苗。學(xué)生通過AR設(shè)備可以看到不同種植方式（兩端都種、只種一端、兩端都不種）下樹苗的分布情況，從而引出本節(jié)課要探究的植樹問題。這樣直觀且饒有趣味的導(dǎo)入形式，剎那間抓住了學(xué)生的目光，成功點燃他們的探究熱情。3.4.2"實驗操作環(huán)節(jié)在“測量不規(guī)則物體的體積”實驗中，學(xué)生以小組為單位，借助VR設(shè)備開展虛擬實驗。在虛擬實驗室中，每個小組都要完成一個不規(guī)則石塊體積的測量任務(wù)。學(xué)生們按照教師設(shè)計的實驗流程，首先在虛擬場景中找到一個裝滿水的量杯，然后將石塊放入量杯中，觀察水面上升的高度，通過計算上升水的體積得出石塊的體積。在操作過程中，小組里的學(xué)生各司其職、協(xié)同合作。部分學(xué)生專注于操作設(shè)備，精準執(zhí)行實驗步驟；部分學(xué)生負責記錄數(shù)據(jù)。一旦遭遇問題，大家共同探討解決方案。教師穿梭于各小組之間，實時解答學(xué)生在操作中的疑問，比如怎樣精確讀取量杯中的數(shù)據(jù)等。3.4.3"總結(jié)與反饋環(huán)節(jié)“多邊形的內(nèi)角和”虛擬實驗結(jié)束后，各小組紛紛匯報成果。有的小組另辟蹊徑，應(yīng)用將多邊形分割成三角形的獨特方法，推導(dǎo)出多邊形內(nèi)角和的計算公式，令人眼前一亮。教師對各小組的匯報進行總結(jié)，強調(diào)不同方法的優(yōu)缺點，并通過提出“如果是一個十邊形，它的內(nèi)角和是多少”“多邊形的內(nèi)角和與邊數(shù)之間有怎樣的函數(shù)關(guān)系”等問題，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行反饋檢測。針對學(xué)生在回答問題時暴露的對多邊形內(nèi)角和公式理解不透徹的問題，教師再次結(jié)合虛擬實驗中的場景進行講解，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識[3]。4"實證研究與案例分析4.1"研究設(shè)計為驗證應(yīng)用VR/AR技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗對小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)體驗的優(yōu)化成效，本研究選取某小學(xué)水平相近的兩個平行班級展開對比研究：將五（1）班設(shè)為實驗組，在數(shù)學(xué)教學(xué)中充分應(yīng)用VR/AR技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗；將五（2）班設(shè)為對照組，沿用傳統(tǒng)教學(xué)法。研究周期設(shè)定為一學(xué)期，全面涵蓋數(shù)學(xué)知識理解、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)態(tài)度等多維度內(nèi)容。在研究進程中，綜合采用多種方法收集數(shù)據(jù)。在課堂觀察環(huán)節(jié)，由專業(yè)觀察員依據(jù)詳細的觀察量表，記錄學(xué)生在課堂上的參與度、專注度、互動表現(xiàn)等情況；問卷調(diào)查則圍繞學(xué)生對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣、自信心，對不同教學(xué)方式的喜好等設(shè)計題目，確保全面、準確地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗；測試成績分析通過階段性單元測試、期中期末考試等，重點關(guān)注與實驗相關(guān)知識點的得分情況。隨后，借助SPSS統(tǒng)計軟件對所收集數(shù)據(jù)進行深度剖析，借此揭示兩組數(shù)據(jù)之間的差異情況與內(nèi)在關(guān)聯(lián)。4.2"案例分析在“三角形的內(nèi)角和”教學(xué)中，實驗組學(xué)生借助VR設(shè)備，走進一個專為探究而設(shè)的虛擬三角形實驗室。在該實驗室中，學(xué)生能夠自由選擇銳角三角形、直角三角形、鈍角三角形等進行研究。應(yīng)用虛擬測量工具精確測出三角形三個內(nèi)角，并將所得度數(shù)相加。學(xué)生還能通過簡單操作，將三角形的三個內(nèi)角進行拼接，直觀觀察拼接后的圖形。實驗結(jié)果清晰表明，無論何種三角形，其內(nèi)角和均為180°[4]。實驗過程中，課堂觀察數(shù)據(jù)顯示，實驗組學(xué)生的主動發(fā)言次數(shù)平均每節(jié)課達到15次，而對照組僅為8次。在操作環(huán)節(jié)，實驗組學(xué)生的專注度高達95%，對照組則為80%，充分體現(xiàn)出實驗組學(xué)生極高的參與熱情和專注度。反觀對照組，學(xué)生通過傳統(tǒng)的紙質(zhì)三角形剪拼、測量等方法學(xué)習(xí)。課堂觀察發(fā)現(xiàn)，約30%的學(xué)生在剪拼過程中遇到操作困難；在測量角度時，由于手工測量誤差，約40%的學(xué)生得出的內(nèi)角和與180°存在一定偏差，導(dǎo)致對三角形內(nèi)角和的理解不夠深入。測試成績分析結(jié)果令人眼前一亮。在“三角形的內(nèi)角和”單元測試里，實驗組學(xué)生的平均成績達到85分，相較對照組的72分，足足高出13分。成績分布方面，實驗組成績在80分及以上的學(xué)生占比達60%，而對照組成績在這一分數(shù)段的學(xué)生占比僅為35%。問卷調(diào)查結(jié)果同樣凸顯出VR/AR技術(shù)的優(yōu)勢。當被問及“你對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣是否提高”時，實驗組有80%的學(xué)生給予肯定回答，對照組僅有40%。在“你是否對自己學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)更有信心”這一問題上，實驗組75%的學(xué)生表示贊同，對照組則為45%。諸多數(shù)據(jù)表明，實驗組學(xué)生對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣和自信心顯著提升。通過實證研究與案例分析，有力地證明了應(yīng)用VR/AR技術(shù)構(gòu)建虛擬實驗在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中能夠有效提升學(xué)生對數(shù)學(xué)知識的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強他們的學(xué)習(xí)自信心，為優(yōu)化小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)體驗提供了強有力的支持。5"面臨的挑戰(zhàn)與應(yīng)對策略5.1"技術(shù)成本與設(shè)備管理5.1.1"面臨的挑戰(zhàn)在課堂教學(xué)場景中，技術(shù)成本與設(shè)備管理問題凸顯。以某偏遠地區(qū)小學(xué)為例，采購一批基礎(chǔ)的VR/AR設(shè)備及配套軟件，花費高達數(shù)十萬元，這對該校來說是沉重負擔。在日常維護方面，由于設(shè)備精密，出現(xiàn)故障后需專業(yè)人員維修，增加了時間與資金成本。在“認識圖形”教學(xué)中，課堂上分發(fā)和回收設(shè)備耗費大量時間，且因?qū)W生操作不當，部分設(shè)備出現(xiàn)損壞，如VR設(shè)備的頭戴顯示部分松動、AR平板屏幕刮花等，影響后續(xù)教學(xué)使用。5.1.2"應(yīng)對策略學(xué)校積極申請政府專項教育經(jīng)費，獲得資金支持用于設(shè)備采購。學(xué)校與本地科技企業(yè)合作，企業(yè)贊助部分設(shè)備，并定期安排技術(shù)人員到學(xué)校進行設(shè)備維護。課堂上，制定詳細設(shè)備使用規(guī)則，如使用前需洗手防止弄臟設(shè)備、禁止隨意拆卸設(shè)備等。在“體積與容積”教學(xué)前，對學(xué)生進行設(shè)備使用培訓(xùn)，使學(xué)生了解正確的操作方法，降低設(shè)備損壞率。5.2"教師技術(shù)能力與教學(xué)理念5.2.1"面臨的挑戰(zhàn)在“分數(shù)的初步認識”教學(xué)中，部分教師因?qū)R/AR技術(shù)掌握不足，無法在虛擬實驗中引導(dǎo)學(xué)生進行深入探究，如不能靈活設(shè)置軟件參數(shù)以適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)進度。一些教師受傳統(tǒng)理念束縛，在“數(shù)學(xué)廣角——搭配”教學(xué)中仍傾向于口頭講解，覺得VR/AR技術(shù)雖新穎但課堂節(jié)奏難以把控，擔心學(xué)生注意力分散。5.2.2"應(yīng)對策略學(xué)校每學(xué)期組織教師參加為期兩周的VR/AR技術(shù)培訓(xùn)課程，邀請專家進行案例分享，如講解如何應(yīng)用VR技術(shù)讓學(xué)生在虛擬超市場景中理解小數(shù)的加減法。鼓勵教師開展教學(xué)實踐。一位教師在“位置與方向”教學(xué)中，應(yīng)用AR技術(shù)設(shè)計校園尋寶游戲。學(xué)生使用AR設(shè)備尋找隱藏在校園各處的“寶物”，在實踐中掌握知識。教師在這一過程中提升教學(xué)創(chuàng)新能力，逐漸轉(zhuǎn)變教學(xué)理念。5.3"教學(xué)資源的開發(fā)與整合5.3.1nbsp;面臨的挑戰(zhàn)在“三角形的內(nèi)角和”教學(xué)