新技術(shù)對兒童直觀想象素養(yǎng)影響的教學(xué)對比分析
——以《觀察物體》一課為例

謝晨晨

（江蘇省南京市瑞金路小學(xué)，江蘇 南京 210000）

一、數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)觀念下新技術(shù)融入的數(shù)學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

（一）數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)內(nèi)涵界定和解讀

1.核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過程中，逐步形成的適應(yīng)個人終生發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格與關(guān)鍵能力。它是關(guān)于學(xué)生知識、技能、情感、態(tài)度、價值觀等多方面要求的結(jié)合體；它指向過程，關(guān)注學(xué)生在其培養(yǎng)過程中的體悟，而非結(jié)果導(dǎo)向；同時，核心素養(yǎng)兼具穩(wěn)定性與開放性、發(fā)展性，是一個伴隨終生可持續(xù)發(fā)展、與時俱進(jìn)的動態(tài)優(yōu)化過程，是個體能夠適應(yīng)未來社會、促進(jìn)終生學(xué)習(xí)、實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展的基本保障。

2.數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)

數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)可以理解為學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)應(yīng)當(dāng)達(dá)成的有特定意義的綜合性能力，它既不是指具體的知識與技能，也不是一般意義上的數(shù)學(xué)能力。數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)基于數(shù)學(xué)知識技能，又高于具體的數(shù)學(xué)知識技能，它反映了數(shù)學(xué)本質(zhì)與數(shù)學(xué)思想，是在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中形成的，具有綜合性、整體性和持久性。數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)與數(shù)學(xué)課程的目標(biāo)和內(nèi)容直接相關(guān)，對于理解數(shù)學(xué)學(xué)科本質(zhì)，設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)教學(xué)，以及開展數(shù)學(xué)評價等有著重要的意義和價值。

（二）小學(xué)數(shù)學(xué)課堂的教學(xué)現(xiàn)狀

一直以來，人們熟知的教育場景都是老師提前安排好教學(xué)進(jìn)度。上課時站在講臺上用書寫黑板的方式為學(xué)生傳授知識，學(xué)生的教科書和作業(yè)等都是紙質(zhì)的。雖然這種靜態(tài)的教學(xué)方式長期被人們習(xí)慣和接受，但隨著科技的進(jìn)步，人們教育的創(chuàng)新提出了更高的要求，因此研究人員和教育界學(xué)者希望可以通過科技改機(jī)教師的教學(xué)環(huán)境和學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，使學(xué)習(xí)更加高效。

VR作為新技術(shù)的一個代表已經(jīng)走進(jìn)中小學(xué)數(shù)學(xué)課堂，VR（“Virtual Reality”），即“虛擬現(xiàn)實(shí)”，VR技術(shù)通過模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官的功能，使人能夠沉浸在計(jì)算機(jī)所生成的虛擬世界里面，并且能夠通過語言、手勢，感官等自然方式與計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時交互，創(chuàng)造了一種以人為主的虛擬空間。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)感受到在客觀物理世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破時間和空間以及其他客觀的限制，感受到真實(shí)世界中無法親身體驗(yàn)到的經(jīng)歷。VR技術(shù)可以廣泛用于學(xué)習(xí)情景的創(chuàng)設(shè)，增加學(xué)習(xí)內(nèi)容的形象性和趣味性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模擬訓(xùn)練。通過VR 進(jìn)行學(xué)習(xí)和教育，不光可以減少現(xiàn)實(shí)空間中某些訓(xùn)練操作的困難和危險，更可以使訓(xùn)練造價得到大幅度降低。因此，我們說，VR技術(shù)將是繼多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之后，在教育領(lǐng)域內(nèi)最具有應(yīng)用前景的一項(xiàng)技術(shù)。

二、新技術(shù)對兒童直觀想象素養(yǎng)的影響

VR技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，在各種學(xué)科領(lǐng)域提供無限的虛擬體驗(yàn)，從而加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)知識的過程。親身去經(jīng)歷、親身去感受比空洞抽象的說教更具說服力，主動地去交互與被動的灌輸，有本質(zhì)的差別。

（一）現(xiàn)實(shí)教學(xué)需求分析

1.課程標(biāo)準(zhǔn)分析

《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011 年版）》指出：“根據(jù)物體特征抽象出幾何圖形；根據(jù)幾何圖形想象出所描述的實(shí)際物體?！北热缈吹揭慌_冰箱、一臺洗衣機(jī)、一個長方體盒子，這些一個個具體的物體能夠去掉非本質(zhì)的東西，抽象出幾何圖形，同時又能根據(jù)幾何圖形想象出我們所描述的長方體可能是冰箱、可能是文具盒、可能是一間教室。有研究表明，三維圖形與二維圖形的相互轉(zhuǎn)換是培養(yǎng)學(xué)生空間觀念的主要途徑。“根據(jù)物體特征抽象出幾何圖形；根據(jù)幾何圖形想象出所描述的實(shí)際物體”的過程，是三維圖形與二維圖形的相互轉(zhuǎn)換的基本表現(xiàn)形式。

直觀想象是指借助空間想象感知事物的形態(tài)與變化，利用幾何圖形理解和解決數(shù)學(xué)問題。主要包括利用圖形描述數(shù)學(xué)問題，建立形與數(shù)的聯(lián)系，構(gòu)建數(shù)學(xué)問題的直觀模型，探索解決問題的思路。例如學(xué)習(xí)認(rèn)數(shù)的知識我們一般通過利用數(shù)軸來培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)感和直觀想象。因?yàn)閿?shù)有很多，不可能羅列出所有的數(shù)來進(jìn)行分析比較，而借助數(shù)軸，讓兒童建立數(shù)與形的聯(lián)系就是在培養(yǎng)兒童的直觀想象素養(yǎng)。學(xué)生能養(yǎng)成運(yùn)用圖形和空間想象思考問題的習(xí)慣，提升數(shù)形結(jié)合的能力，建立良好的數(shù)學(xué)直覺，理解事物的本質(zhì)和發(fā)展規(guī)律。我們也可將“直觀想象”這一數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)視為“幾何直觀”“空間想象”觀念的發(fā)展和融合。

從數(shù)學(xué)學(xué)科角度，對直觀想象提出的要求就是直觀想象的載體是“圖形”，數(shù)和形是數(shù)學(xué)研究和學(xué)習(xí)的基本對象，形直觀，數(shù)抽象。因此在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)該考慮現(xiàn)代新技術(shù)手段的介入，特別是一些強(qiáng)大功能的新技術(shù)，將原先難以做到的變?yōu)橹庇^，為學(xué)生的想象提供了更高的平臺和起點(diǎn)。

2.教學(xué)內(nèi)容分析

《觀察物體》這一教學(xué)內(nèi)容是學(xué)生對前后左右等不同位置觀察物體認(rèn)識后的延伸，也是后面學(xué)習(xí)認(rèn)識長方體、正方體以及平移旋轉(zhuǎn)等后續(xù)知識的鋪墊，在知識的鏈條結(jié)構(gòu)中起著承前啟后的重要作用。

3.教學(xué)對象分析

在知識方面，學(xué)生們已經(jīng)初步直觀認(rèn)識了長方體和正方體，也在二上的時候已經(jīng)學(xué)習(xí)了從前后左右等不同位置觀察物體，初步掌握了觀察物體的方法，有了一定的知識儲備；在能力和情感態(tài)度方面，他們具備一定的分析推理能力，具有一定的直觀想象能力，有著強(qiáng)烈的探索求知欲望，但缺乏用平面視圖描述物體結(jié)構(gòu)的方法策略。另外由于兒童的天性，他們擅長也樂于嘗試新的學(xué)習(xí)方式，樂于接受新技術(shù)環(huán)境下的學(xué)習(xí)。

（二）直觀想象素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)與分析

1.具體與抽象的轉(zhuǎn)換

這節(jié)課要求學(xué)生在具體的觀察活動中體驗(yàn)觀察方法，能有從實(shí)物圖中抽象出視圖的感受。如果不使用新技術(shù)的話，我們的設(shè)計(jì)就會是出現(xiàn)一個洗衣機(jī)或者電冰箱的圖片和三個角度觀察的視圖，讓學(xué)生用連線的方式做練習(xí)來鞏固學(xué)生的所學(xué)知識。但是實(shí)踐告訴我們僅僅用連線的方式并不能提升學(xué)生直觀想象的素養(yǎng)，學(xué)生在連線過程中會追求“連線是否正確”的應(yīng)試思維里，而不是如何利用直觀想象的能力來建構(gòu)數(shù)學(xué)模型。但是利用了新技術(shù)的教學(xué)設(shè)計(jì)就會讓具體和抽象之間的轉(zhuǎn)換變得流暢，比如在《觀察物體》一課中讓學(xué)生戴著VR機(jī)器匹配的眼鏡來觀察具體的洗衣機(jī)和電冰箱，學(xué)生在VR技術(shù)的沉浸式體驗(yàn)中感受到二維圖形和三維圖形的相互轉(zhuǎn)換，當(dāng)看到書本上的圖畫像真實(shí)畫面呈現(xiàn)在眼前時，學(xué)生們們才真正理解到栩栩如生的意味。通過自己調(diào)整觀察角度，學(xué)生經(jīng)歷一個長方形或者正方形從洗衣機(jī)或電冰箱中抽離出來的過程完成了具體到抽象的轉(zhuǎn)換。這是僅在作業(yè)中做一個連線題所達(dá)不到的素養(yǎng)提升效果。

2.視角轉(zhuǎn)換

在《觀察物體》一課的要求學(xué)生知道物體的前面、右面和側(cè)面以及知道從一個角度觀察物體最多只能看到三個面，不使用新技術(shù)的數(shù)學(xué)課堂教師往往通過講解以及ppt的展示告知學(xué)生從一個角度最多只能看到物體的三個面，但其實(shí)學(xué)生心中是有疑惑的，只能能看到三個面嗎？能不能看到四個面甚至更多？其實(shí)在課堂上的老師是很害怕學(xué)生的這種疑惑的，因?yàn)椴皇褂眯畔⒓夹g(shù)的幫助可能無法讓學(xué)生切實(shí)感受“只能看到三個面”，而利用新技術(shù)的課堂教學(xué)可以彌補(bǔ)這樣的不足，比如說在這一課當(dāng)中讓小組內(nèi)的學(xué)生戴著VR眼鏡觀察正方體和長方體，學(xué)生嘗試多次變換觀察角度從只看到一個面到可以看到兩個面過渡到只能看到三個面，實(shí)現(xiàn)了三維空間感的直觀建構(gòu)，在變換角度觀察中逐步糾正自己的認(rèn)識，這樣的教學(xué)方式肯定是比不用新技術(shù)的課堂要有說服力的，也是高效的。

3.課堂評價的有效性

本課采用小組合作的方式進(jìn)行，老師講，學(xué)生跟，根本不能夠發(fā)揮學(xué)生的個人特色和創(chuàng)新能力，而且老師也不能及時對學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果做出評價，因此這是一種被動的教育模式。而在使用了新技術(shù)的課堂里教師可以及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)做出實(shí)時評價，或褒揚(yáng)或糾正，例如觀察物體一課中學(xué)生戴著VR眼鏡觀察物體后都有一個用平板拍下所看到的這一學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，平板拍照的及時成像功能讓老師在第一時間了解學(xué)生是否只觀察了物體的前面、右面或上面，還是確實(shí)一次只能觀察了物體的三個面，不使用新技術(shù)的課堂是無法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的。再例如在本課的練習(xí)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生用若干個大小一樣的正方形拼一拼觀察到的組合物體的某一個面的視圖，如果僅僅只是拼對了那對學(xué)生的直觀想象素養(yǎng)并沒有起到提升作用，而使用新技術(shù)的課堂在學(xué)生完成練習(xí)后再次沉浸到虛擬世界中進(jìn)行觀察，讓想象和現(xiàn)實(shí)有了紐帶的聯(lián)結(jié)。

三、對利用VR虛擬與現(xiàn)實(shí)技術(shù)教學(xué)的反思與展望

（一）新技術(shù)的適應(yīng)性反思

VR虛擬與現(xiàn)實(shí)技術(shù)這種教學(xué)新技術(shù)在世界范圍內(nèi)都如火如荼、轟轟烈烈，但是不是每一個學(xué)科、每一節(jié)課都需要“VR”一下呢？究竟什么樣的課型、什么樣的內(nèi)容適合呢？功能依然不夠完善，用戶體驗(yàn)需要加強(qiáng)目前VR 教育系統(tǒng)的研究仍舊處于初級階段，它所包含的功能不夠完善，我們看到目前國內(nèi)的VR 教育系統(tǒng)都是提供一些簡單的三維場景，用來還原課程內(nèi)容場景，讓學(xué)生更好地融入到事件發(fā)生情境中，更好的理解一些公式及其原理。

（二）新技術(shù)使用的意識

學(xué)校和教師應(yīng)積極轉(zhuǎn)變思維，緊跟VR相關(guān)技術(shù)，尤其是“VR+教育”的發(fā)展步伐，主動學(xué)習(xí)VR教育內(nèi)容制作方法，結(jié)合自身教學(xué)實(shí)際制作與身邊學(xué)生群體相契合的優(yōu)質(zhì)VR課件，借助VR優(yōu)勢進(jìn)一步發(fā)展、完善、豐富傳統(tǒng)的教育課堂。

（三）新技術(shù)使用的理性思考

當(dāng)前的課堂利用新技術(shù)進(jìn)行教學(xué)只是讓我們獲取舊知識更方便，教育目標(biāo)重構(gòu)并未實(shí)現(xiàn)，除非我們弄清楚“教育是為了什么”。技術(shù)并不是最重要的，它是一種催化劑，催化學(xué)生學(xué)習(xí)什么的思考與實(shí)踐。

總之，新技術(shù)不是如我們想象中那么簡單，并不是簡單的創(chuàng)造了一種新的教學(xué)形態(tài)，它應(yīng)該是強(qiáng)化了我們的傳統(tǒng)的教學(xué)方式。面對更廣闊的未來，我們?nèi)匀恍枰俅伟l(fā)揮想象構(gòu)想未來學(xué)習(xí)的場景，無論如何，新技術(shù)支持下的未來學(xué)習(xí)課堂正在走向常態(tài)化。