引言

《义务教育数学课程标准（2022年版）》将“空间观念”“几何直观”列为小学数学核心素养的重要组成，明确要求几何教学需“通过观察、操作、想象、推理等活动，让学生经历图形的抽象、性质的探索过程”。苏教版小学数学教科书围绕“图形与几何”领域构建了循序渐进的内容体系。但在传统教学中，苏教版几何内容的教学常面临三大痛点：一是抽象知识具象化难；二是空间想象能力培养难，如六年级“圆柱的侧面展开图”，学生无法直观感知“侧面展开是长方形，长方形的长=圆柱底面周长，宽=圆柱的高”；三是教学反馈个性化难，课堂练习中教师难以快速识别每个学生的薄弱点（如部分学生混淆“面积”与“体积”单位），导致教学针对性不足。

AR/VR技术的“沉浸式、可视化”特性与AI技术的“智能化、个性化”优势，为解决上述痛点提供了新路径。AR可将虚拟几何模型叠加在真实场景中（如用AR眼镜观察立体图形的棱、面关系），VR可构建完全虚拟的几何探索空间（如进入VR场景拆解圆柱），AI则能基于学生的学习数据（如答题速度、正确率）生成个性化练习与指导。三者结合不仅能契合苏教版几何内容的认知梯度，更能让学生在“体验—探究—反馈”中深化几何理解，为小学数学几何教学创新提供技术支撑。

一、AR/VR与AI结合在苏教版小学数学几何教学中的融合价值

（一）破解抽象难题，实现“静态知识动态化”

苏教版几何内容中，大量抽象概念（如“图形的高”“立体图形的展开与折叠”）依赖学生的抽象思维，但小学生以具体形象思维为主。AR/VR可将抽象知识转化为动态可视化场景：例如三年级“平行四边形的高”，传统教学中教师用直尺在黑板上画高，学生易混淆“高与底的对应关系”；通过AR技术，学生用平板扫描课本插图，即可生成动态平行四边形模型，点击“画高”按钮，模型会自动标注“从一个顶点向对边作垂线，垂足所在的边为底，垂线为高”，且可切换不同的底与对应的高，直观理解“高与底的一一对应”，解决苏教版教材中“静态插图难演示”的问题。

（二）突破空间局限，实现“平面认知立体化”

苏教版高年级立体图形教学（如“长方体和正方体的体积”“圆锥的认识”）是教学难点，传统教具（如塑料模型）只能展示外部形态，无法拆解内部结构。VR技术可构建“立体图形拆解空间”：例如五年级“长方体的认识”，学生佩戴VR设备进入虚拟场景后，可自主“拆解”长方体模型——将12条棱拆分为3组（长、宽、高各4条），观察6个面的组成（相对的面完全相同），甚至可“组装”不同长宽高的长方体，直观感知“长方体的特征”。这种沉浸式体验能帮助学生建立“平面图形与立体图形的联系”，弥补传统教具的不足。

二、AR/VR与AI结合的苏教版小学数学几何教学实践策略

结合苏教版小学数学“图形与几何”领域的内容梯度（直观认识—性质探索—计算应用—综合拓展），从“课前预习—课中探究—课后巩固”三个环节，设计AR/VR与AI结合的具体实践策略，并附典型课例说明。

（一）课前预习：AI导学+AR感知，激活已有经验

课前预习的核心目标是“让学生提前接触新知相关的直观经验”，为课堂教学铺垫。通过“AI生成预习任务+AR辅助直观感知”，帮助学生建立“生活经验与几何知识的联系”。

课例：苏教版二年级上册《认识立体图形》

1. AI导学

AI系统根据苏教版教材目标（“直观认识正方体、长方体、圆柱、球，能区分常见立体图形”），为学生推送个性化预习任务。

基础任务：在家庭中寻找3种立体图形（如魔方、文具盒、易拉罐），用手机拍摄照片上传至AI系统，AI自动识别图形类型并判断是否正确；

拓展任务：记录“每种图形能否滚动”（如球能任意滚动，圆柱只能前后滚动），上传观察结果。

2. AR感知

对识别错误的学生（如将“魔方”误判为“长方体”），AI推送AR感知任务——学生用平板扫描课本中的立体图形插图，生成AR虚拟模型，点击模型可观察“正方体6个面都是正方形”“长方体有6个面，相对的面相同”，通过对比虚拟模型与家庭中的实物，纠正认知偏差。

3. 预习反馈

AI系统汇总全班预习数据（如“圆柱识别正确率85%，球与圆柱混淆率10%”），反馈给教师，教师据此调整课堂教学重点（如重点讲解“球与圆柱的区别”）。

（二）课中探究：VR体验+AI互动，突破教学难点

课中探究是几何教学的核心环节，针对苏教版教材中的教学难点（如公式推导、空间关系理解），通过“VR沉浸式探究+AI实时互动指导”，让学生在“动手操作—观察推理”中突破难点。

苏教版六年级下册《圆柱的体积》（难点：圆柱体积公式推导）

1. VR情境导入

教师播放AI生成的生活情境视频（“超市仓库堆放圆柱形饮料罐，如何计算100个饮料罐的总体积”），引发学生疑问“圆柱体积怎么算”；随后学生佩戴VR设备进入“圆柱体积推导空间”。

2. VR探究任务

在虚拟场景中，学生自主完成“圆柱切拼”操作：

第一步：将圆柱沿底面半径平均分成16份、32份、64份（份数可自主选择），观察“分的份数越多，拼成的图形越接近长方体”；

第二步：对比“拼成的长方体”与“原圆柱”的关系——AI在虚拟场景中自动标注“长方体的长=圆柱底面周长的一半（πr），长方体的宽=圆柱底面半径（r），长方体的高=圆柱的高（h）”；

第三步：结合“长方体体积=长×宽×高”，自主推导出“圆柱体积=πr²h”。

3. AI实时指导

AI系统通过传感器捕捉学生的VR操作数据（如“是否正确切分圆柱”“能否准确找出长宽高对应关系”），对操作有误的学生推送提示（如“切分时需沿半径切，试试从圆心出发”），对快速完成推导的学生推送拓展任务（如“探究‘圆柱体积=底面积×高’是否适用于空心圆柱”）。

（三）课后巩固：AI分层+VR拓展，实现知识迁移

课后巩固的目标是“让学生在应用中深化知识理解”，结合苏教版教材的课后练习，通过“AI分层练习+VR综合拓展”，满足不同层次学生的需求，实现“知识从课堂到生活的迁移”。

课例：苏教版五年级上册《梯形的面积》

1. AI分层练习

AI根据学生的课堂表现（如“梯形面积公式推导正确率”），推送三类练习：

基础层（公式应用）：推送苏教版教材课后习题（如“计算梯形草坪的面积，上底5米，下底9米，高4米”），学生完成后AI自动批改，对错误题目推送AR解析（如“用AR动画演示‘梯形面积=（上底+下底）×高÷2’的代入过程”）；

提高层（变式应用）：推送“直角梯形的面积计算”（如“直角梯形的上底3cm，下底5cm，一条腰长4cm（非高），求面积”），AI引导学生用AR技术“画出梯形的高”，再计算面积；

拓展层（综合应用）：推送“探究梯形与平行四边形的面积关系”任务，学生需通过AR技术“将两个完全相同的梯形拼成平行四边形”，验证“梯形面积是平行四边形面积的一半”。

2. VR拓展任务

针对学有余力的学生，AI推送VR拓展任务——“设计梯形花坛”：

学生进入VR场景，自主选择花坛的“上底、下底、高”（需满足“面积不超过20平方米”）；

计算所需瓷砖数量（每块瓷砖面积0.2平方米），选择瓷砖颜色与图案，完成设计后生成“花坛设计图（含面积计算过程）”；

将设计图上传至班级VR展厅，教师与同学可进入展厅点评，AI根据“设计合理性、计算准确性”评分。

三、AR/VR与AI结合的苏教版小学数学几何教学实施保障

（一）技术与设备保障：构建适配教学的技术环境

1. 硬件配置：根据学校预算与教学需求，配置分层硬件：

基础配置：班级配备10-15台平板（用于AR教学）、1台VR一体机（用于课堂演示），满足小组合作学习需求；

进阶配置：每个学生配备简易VR眼镜（如Cardboard），结合手机使用，降低成本；配备AI教学终端（如智慧黑板），支持AI数据实时投屏与分析。

2. 软件适配：开发“苏教版小学数学几何教学专属平台”，整合三大功能：

AR模块：内置苏教版各年级几何内容的AR模型（如“平行四边形的高”“圆柱展开图”），支持学生自主操作；

VR模块：预设“图形拆解”“公式推导”“生活应用”三类VR场景，匹配苏教版教材单元目标；

AI模块：关联苏教版课后习题与分层练习库，支持自动批改、数据统计与个性化推送，教师可自定义添加校本练习。

（二）教师能力保障：提升技术融合教学素养

1. 专项培训：分阶段开展培训：

基础阶段：培训AR/VR设备操作（如“如何用平板扫描生成AR模型”“如何调试VR场景”）、AI平台使用（如“如何查看学生预习数据”“如何推送分层练习”）；

进阶阶段：结合苏教版课例（如“‘长方体的认识’VR场景设计”），培训“技术与教学目标的融合方法”，避免“为技术而技术”；

实战阶段：组织“技术融合教学磨课”，教师分组设计苏教版几何课例，专家现场指导优化（如“‘圆的周长’中，AR动画应突出‘直径与周长的倍数关系’”）。

2. 教研支持：以年级组为单位，建立“苏教版几何技术融合教研小组”：

定期开展“课例分享会”，如“‘图形的旋转’AR教学实践反思”；

共建“技术融合资源库”，收集教师设计的AR/VR任务方案、AI练习题库，供全年级共享。

四、结论与展望

AR/VR与AI的结合，为苏教版小学数学几何教学提供了“可视化、个性化、沉浸式”的创新路径。通过“课前AI导学+AR感知”“课中VR探究+AI互动”“课后AI分层+VR拓展”的策略，能有效解决苏教版几何教学中“抽象知识难具象、空间想象难培养、反馈指导难精准”的痛点，帮助学生在“体验—探究—应用”中建立空间观念，提升几何核心素养。

未来，随着技术的发展，可进一步深化探索：一是技术与跨学科融合，如结合苏教版“几何与艺术”的拓展内容（如“对称图形与剪纸”），设计“AR/VR+美术”的跨学科任务；二是AI的深度个性化，基于学生的长期学习数据（如“三年级‘面积’学习薄弱，六年级‘体积’学习需重点关联”），生成贯穿小学阶段的几何学习路径；三是轻量化技术应用，开发适配手机的简易AR/VR小程序，降低设备成本，让技术融合教学在更多学校落地。

总之，AR/VR与AI不是替代传统教学，而是作为“工具与手段”，与苏教版教科书内容深度融合，推动小学数学几何教学从“教师主导的知识传递”向“学生自主的素养建构”转型，最终实现“以技术赋能。”

参考文献：

1. [1] 刘天英. “增强现实技术”在小学数学“图形与几何”课堂教学中的应用研究[D]. 贵州师范大学, 2020.
2. [2] 钟卓. 人工智能支持下的智慧学习模型构建及应用研究——以小学数学为例[D]. 东北师范大学, 2023.
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5. [5] 江苏省教育厅. 苏教版小学数学教科书（1-6年级）[M]. 南京: 江苏教育出版社, 2022.