摘要：本文探讨 AR 技术在小学一年级图形认知教学中的创新应用路径，聚焦从直观的虚拟操作进阶至抽象空间想象能力的培养策略。传统图形教学中存在的立体感知不足、动态认知缺乏等瓶颈，限制了学生空间思维的早期发展。研究表明，AR 技术通过构建可交互的虚拟图形环境，能有效激发学生多感官参与，实现图形特征的具象感知；基于有序任务设计，逐步引导学生从操作验证转向思维建模，提升空间想象能力。文中针对教学实践中存在的交互深度不足、认知路径脱节等问题，提出对应改进对策并融入具体教学案例，为提升低学段空间素养教学实效提供参考。

关键词：AR 技术；小学一年级；图形认知；虚拟操作；空间

1.引言

图形认知是小学低段数学的核心内容，直接关系学生空间观念的初步建立。传统的教学依赖实物、图片等静态媒介，在展现复杂立体图形及其变换过程时存在显著局限，致使学生难以在大脑中形成清晰、动态的空间表象。增强现实（AR）技术通过虚实融合、实时交互的特点，为解决这一难题提供新视角。其能够将抽象图形以三维、动态形式叠加至真实环境，构建沉浸式学习场景，支持学生进行直观操作与观察，有效弥合感性认知与空间想象间的鸿沟。探索AR 技术支持下从“虚拟操作”向“空间想象”发展的教学路径，对提升图形教学效率、夯实空间能力基础具有现实意义。

2.基于AR 技术助力小学一年级图形认知：从虚拟操作到空间想象的教学路径探索的意义

探索 AR 技术支持下的“从虚拟操作到空间想象”的教学路径，对小学一年级图形认知教学具有多重核心意义。首先，AR 技术能深度激发学习动力与多维感知融合。它打破了平面教具的限制，将抽象的立体图形以直观、生动、可交互的形式呈现，如旋转长方体或拆解组合圆柱体，学生能多角度观察并亲手“翻转”虚拟模型，在深度参与中建立对图形特征的稳定立体表象。

此外，这条路径标志着学生空间思维的关键过渡与飞跃。精心设计的AR 学习任务将引导学生从最初的具象感知与动手操作阶段（如用AR 叠加球体进行实物匹配），逐步过渡到动态观察（如观看图形组合分离动画），最终升华为主动的思维运作（在脑中模拟切割正方体后的截面形状），实现了从直接经验依赖到内在想象创造的转变。该路径本质上推动了“操作可视化”向“思维内化”的建构过程，为学生空间想象力的可持续发展铺设了坚实的认知阶梯。

3.基于AR 技术助力小学一年级图形认知：从虚拟操作到空间想象的教学路径探索的问题

3.1 多感官交互深度不足，限制观察与反馈质量

当前 AR 图形教学中，学生与虚拟内容的交互形式较为单一（如仅靠触屏点选或简单拖拽），缺乏深度触觉反馈与多维协同感知引导。例如，在学习《有趣的立体图形》单元辨识长方体特征时，应用主要依赖视觉观察其旋转面，学生无法通过自然抓握体验其棱角分明感，对“棱”与“面”的触摸差异也难以感知。这类轻量级交互限制了学生在操作中获得的反馈信息，削弱了感知的立体维度，影响了其对图形关键属性的精确认知，未能为后续空间想象提供坚实、丰富的经验基础。

3.2 动态建模断层阻碍连续思维过渡

教学路径设计常缺乏对“操作-观察-想象”连续认知链条的深度支持，导致虚拟体验与思维活动间出现断层。如在学习图形旋转变换时，典型 AR应用仅提供直观动态演示（如三角形围绕顶点进行快速旋转），却缺少“关键帧停顿观察”或“渐进式动态比较”等思维引导环节。学生可能被炫目的效果吸引，却无法清晰跟踪旋转角度、顶点位置轨迹等核心变化要素，脑中难以主动构建旋转轨迹的连续意象模型，阻碍了从被动观看向主动思考、动态建模的重要过渡。

4.基于AR 技术助力小学一年级图形认知：从虚拟操作到空间想象的教 学路径探索的对策

4.1 深化多模态操作与具象感知体验

针对现有 AR 应用中交互单一导致的观察受限问题，应在教学设计中嵌入深度触觉交互与多层次具象感知环节，构建扎实的立体经验基础。通过 AR 技术开发支持自然交互的立体模型操作空间，允许学生运用手势进行抓握、拖拽、旋转、推拉等动作，获得如实体般真实操作的触觉虚拟反馈，强化图形空间存在感。在感知强化设计中，系统可智能引导焦点观察与行为验证，当学生操作接近图形关键部位（如顶点、棱）时，增强颜色提示或触感反馈，并辅以特征语音提示（如：“你摸到了正方体的尖角——顶点！”），引导有效注意并深化认知。

以《有趣的立体图形》教学为例，探索球体与立方体的核心差异。AR应用构建互动场景：学生用手势在真实桌面上“抓握”虚拟篮球，系统提供弹性反馈体验其均匀圆润感；随后在桌面“抓取”虚拟小盒子（骰子），用力拖拽可感受到棱角分明与滑动阻力差异。学生需将 AR 识别出的身边实物（如苹果、骰子玩具）拖入相应虚拟模型上对比验证，模型依据接近度高亮不同特征（球面vs 平面、无棱角vs 多棱角）。这从自然操作出发获得多元感知信息，形成了对两类图形核心空间属性的具身经验。

4.2 构建动态可视化路径驱动思维建模

应对动态建模断层问题，关键在于设计“操作观察—动态建模—思维内化”的渐进式可视化思维发展路径。基于AR 设计可控节奏的动态任务：允许学生调节图形变换速度（如减速旋转），或在关键节点自动暂停供观察测量（如旋转90 度暂停，提示角度变化），并将旋转过程轨迹动态可视化（标记顶点路线）。在想象内化阶段引入交互式模拟推演任务：在学生初步认知后关闭完整动画，提示其在脑中想象图形后续变换，再通过 AR 局部复原显示验证比对，推动外在视觉表征内化为思维影像。

以《图形大变身(一)》中的图形旋转教学为例。学生首先使用AR 操纵虚拟三角形卡片旋转：手指划动可自由调速，每当转到特定角度（如直角处）AR 智能暂停标记旋转轨迹并突出对应顶点轨迹线，学生测量角度变化并标注角度值于轨迹旁。在观察基础上系统进入“想象挑战”：三角形退回到初始位，要求学生脑补其旋转90 度后的样态，并在平板空白处勾画想象位置；完成想象后，AR 显示标准旋转 90 度的三角形和轨迹线与学生脑图比对。由此利用可调控可视化工具逐步建构动态转换模型，并自然过渡至内部想象运作。

5.结束语

AR 技术为小学一年级图形认知教学创新路径，破传统瓶颈，助学生从直观体验到内化建模，提升空间素养。关键是技术与儿童认知规律融合：低段借深度感知打空间表象基础，中段用引导性动态观察促动态意象建构，衔接“具象体验”与“抽象思考”。研究结合实践与课例，助教师建适合低龄学生的 AR 立体教学路径。未来需深化支持工具开发与评价体系完善，以智能、个性手段助力空间核心素养早期培育。

参考文献：

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