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虚拟现实　梦想成真

发表时间：2020/2/28 来源：《中小学教育》2020年第397期作者：王文娟

[导读] 随着虚拟现实技术的日益成熟，不仅为教学提供了新的教学工具和手段，而且为学生的认知提供了更优越的条件和更丰富的资源。

常州市丽华新村第三小学　江苏　常州 213022
　　摘　要：虚拟现实技术是利用计算机完成模拟环境，通过多种专用设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行交互的一门崭新综合性信息技术。它为小学数学创新型教学提供了可能之一。实践表明，虚拟现实技术进入小学数学教学不但能形象生动地表现教学内容，更能提高学生掌握知识和技能的效率，使教师更容易表达自己的教学思想和内容，使学生更直观、更容易理解教学者的教学思想和教学内容。如何利用虚拟现实技术为小学几何图形教学模式创新添砖加瓦，成为当前值得研究的一个重要课题。
　　关键词：虚拟现实技术　几何图形教学　小学数学模式　传统教育　创新研究
　　托尔斯泰说过，幻想里有优于现实的一面，现实里也优于幻想的一面，完满的幸福将是前者和后者的合一。如今，虚拟现实技术的发展让这一切梦想成真。
　　随着虚拟现实技术的日益成熟，不仅为教学提供了新的教学工具和手段，而且为学生的认知提供了更优越的条件和更丰富的资源，同时也是对传统的教育思想、教学理论、教学方法和评价的挑战。在虚拟现实技术面前，新方案、新技术、新体验正在极大地改造我们的传统教室，教室如同硬件，而教学内容则相当于软件，通过不断更新升级更好地寓教于体验中，让课堂无边界。本文以小学教学为立足点，致力于探讨小学教学中几何图形教学与虚拟现实技术相结合以及比较合理的创新模式，形成科学的、可推广的研究结果，从而优化数学教学模式，促进小学数学教育发展的进程。
　　一、浅析虚拟现实
　　虚拟现实是从英文Virtual reality一词翻译过来的，Virtual就是虚假的意思，Reality就是真实的意思，合并起来就是虚拟现实。也就是说本来没有的事物和环境，通过各种技术虚拟出来，让你感觉就如同真实的一样。
　　普通意义上的虚拟现实，需要大型计算机、头盔式显示器、数据手套、洞穴式投影、密封仓等昂贵设备，这对于大多数的教育单位都是难以承受的，而资金不足就必将严重制约教育领域对虚拟现实的研究和应用。随着科学技术的飞速发展，虚拟现实技术已出现了多样化的发展趋势，按其交互和浸入程度的不同可以被分为电脑屏幕式、浸入式、叠加式和分布式虚拟现实系统等四类。其中电脑屏幕式VR系统技术非常简单，需要投入的成本也不高，而且在教育领域内可应用的范围很广，本文即以桌面式的虚拟现实技术为支撑进行小学几何图形教学创新型研究。
　　电脑屏幕式VR系统仅使用个人计算机和简单投影屏幕，把计算机的屏幕或简单投影屏幕作为参与者观察虚拟环境的一个窗口，使用简单的外部设备（如：鼠标、电子教鞭、立体眼镜等）来驾驭虚拟环境和操纵虚拟几何图形，实现学生对整体几何图形直观形象的学习，其主要的内容包括简单的几何图形的认识、变换（平移、旋转、对称）、位置、方向、周长、面积、体积及坐标的初步认识。对此，基于虚拟现实技术，如何来发展学生的空间观念、几何直觉、图形的设计与推理的能力是值得我们去探讨的。
　　二、创新目标
　　本文通过对虚拟现实技术的研究，提出创新式教学目标和策略，最后针对具体课程进行应用。通过这样的研究一方面可以优化课堂教学结构，提高教学效率，促进学生创新意识和探究精神的养成，另一方面能够培养创新型、发展型人才，具体目标包括以下几点：
　　1.让学生在虚拟现实教学中，亲身经历观察图形、探索其性质和条件，帮助学生积累有关数学操作活动的经验和对图形美的体验。在这个过程中，通过独立思考、自主探索和合作交流，进一步体验图形的数学内涵，获得有关图形的知识和一定的成功经历，形成有关的简单技能，体会学习的乐趣，发展思维，学会学习。
　　2.儿童最富于想象和幻想，儿童的世界最是千其百怪、色彩斑斓。通过虚拟现实设计软件，挑选一个个为他们乐于接受和思考的“空间与图形”创造机会让儿童自己去捕捉“空间与图形”的素材。
　　3.运用虚拟现实技术，有意识地从平面图形拓展到空间立体图形，让学生在解决问题中发展空间观念，从而提高学生分析和解决已有的图形问题、发现新的图形相似问题以及自觉地进行说理（和简单推理）等方面的能力。
　　4.通过虚拟现实技术的运用，增加课堂趣味性，调动学习积极性，提升教学效果。
　　三、创新策略
　　1.虚拟现实素材来源生活。在虚拟现实技术教学中，教师应抓住学生的好奇心，根据教材特点，结合学生的生活实际，把生活经验数学化、数学问题生活化。如可以教室为情境，让学生认位置；以学生熟悉的搭积木为情境，从而使其认识长方体、正方体、圆柱和球等，让学生在这样的情境中主动学习。
　　2.独立思考、自主探索。将虚拟现实技术运用在几何图形教学中，应为学生提供合作和交流的机会，通过学生对电脑屏幕中图形的简单操作，可使其在操作过程中进行思考。如在学习长方形和正方形的面积中，可使学生运用电教工具测量虚拟现实素材中图形的尺寸以及进行计算。
　　3.教学内容互相渗透。在教学中运用虚拟现实技术，通过对图形的认识、测量、图形与变换，把几何图形进行变换互相渗透。比如四边形演变成四面体，三角形演变成三面体，结合生动有趣的情境或活动，让学生体会前、后、上、下、左、右的位置与顺序，会用前、后、上、下、左、右描述物体的相对位置，建立初步的空间观念，使学生的想象力和创造性得到自由发挥，并能感受复杂物体的形状与简单几何体之间的联系。
　　4.创设动态情境，优化教学效果。在几何知识教学中，运用虚拟现实技术，让带有一条半径的圆“动”起来变成一个车轮，如图1所示。通过直观的图像、鲜艳的色彩和逼真的音响，刺激学生的多种感官，从而优化教学效果。
　　
　　

　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　图1.让“圆”的知识“动”起来变成一个车轮效果展示
　　5.寓学于景。在虚拟现实技术创新几何教学中，要对学生进行潜移默化的思想教育。如“左右”一课中，可渗透走路要靠右侧通行，上课举右手发言；“认识图形”中，有一个十字路口的场景，可渗透让学生遵守交通规则。这些内容通过小学生熟悉的生活场景，使学生受到了思想品德教育，培养了良好的公民素质。
　　四、虚拟现实技术设计展示
　　虚拟现实技术教学几何素材包括三维建模、照片缝合、后期处理和全景发布。通过不断的教学模拟实践，我们总结出作为教学几何素材制作过程如图2所示，本文以圆为例进行虚拟现实技术教学几何素材制作。
　　
　　
　　
　　
　　

　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　图2.虚拟现实技术图教学素材制作流程
　　1.在3DMax里建立圆的模型，导出为*.C3D格式的文件。
　　2.在Cult3D Designer中，选择file中的add cult3d designer file，将上一步中存储的文件加载进来，进行编辑。如图2，是编辑好的圆的事件地图。在载入时，为模型添加Rotation XYZ事件，可以各个角度地旋转圆，并在Render中用Set background事件为之渲染一个适当的背景。
　　3.导出文件，选择file菜单下的save internet file，即可保存文件。
　　4.虚拟现实素材发布：一是采用单独的漫游软件(QuickTime播放器)在单机上观察；二是嵌入通用的浏览器在互联网上进行发布。根据最后所生成的全景图文件格式的不同，其在网上发布的方式也略有差异。一般来说，全景图为JPG和MOV居多，前者采用通用技术发布，但需要PTViewer JAVA Applet支持；后者可直接用QuickTime播放器播放，或者在网页中嵌入QTVR插件来实现逼真流畅的虚拟漫游。
　　VR技术将会是继多媒体、计算机网络之后，在教育领域内最具有应用前景的“明星”技术，它将使21世纪的教育界发生质的变化。本文通过虚拟现实技术与小学数学几何教学相接合，深入浅出地展示了基于虚拟现实的小学几何图形教学创新型研究成果，它的“沉浸性”“交互性”与“构想性”，不但非常有利于教师构建一种全新多变的教学环境和教学手段，而且为学生提供了一种可以进行交互、直观、自主探索的学习环境和学习方法，从而激发学生的学习积极性，发展学生的创造性思维，并从多方面提高教与学的质量和效果。本文创新型的研究方法可以在整个教育界进行推广，由于经费、技术水平等多方面的原因，国内在这一领域与国外的先进水平还有一定的差距。因此我们的研究和应用应该注意扬长避短，对许多沉浸感要求不高的教学应用场合构建灵活实用的电脑屏幕式VR系统是最为经济实用的选择。
　　参考文献
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