生成式人工智能技術(shù)在小學(xué)數(shù)學(xué)備課中的應(yīng)用研究

摘要：隨著生成式人工智能技術(shù)（AIGC，Artificial Intelligence Generated Content）的飛速發(fā)展，教育領(lǐng)域正經(jīng)歷著前所未有的變革。文章旨在探討生成式人工智能技術(shù)在小學(xué)數(shù)學(xué)備課中的應(yīng)用，分析其在提升備課效率、豐富教學(xué)資源、優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)等方面的潛力和優(yōu)勢(shì)。通過具體案例和實(shí)踐分析，為小學(xué)數(shù)學(xué)教師如何將生成式人工智能技術(shù)融入備課過程提供參考與啟示。"，"Introduction":""，"Columns":"教學(xué)研究"，"Volume":""，"Content":"

生成式人工智能（AIGC）是一種能夠生成新的、有意義的數(shù)據(jù)或信息的AI技術(shù)，它基于深度學(xué)習(xí)、自然語言處理、計(jì)算機(jī)視覺等先進(jìn)技術(shù)，模擬人類的創(chuàng)造過程，生成文本、圖像、音視頻等。在教育領(lǐng)域，AIGC的應(yīng)用正逐漸改變著傳統(tǒng)的教學(xué)方式，為教師的備課工作帶來了極大的便利和創(chuàng)新空間。小學(xué)數(shù)學(xué)是基礎(chǔ)教育的關(guān)鍵構(gòu)成，它的教學(xué)成效對(duì)學(xué)生的全方位成長(zhǎng)有著直接的影響，是學(xué)生知識(shí)體系搭建、思維能力培養(yǎng)的重要基石。因此，如何利用AIGC技術(shù)提升小學(xué)數(shù)學(xué)備課效率，豐富教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，成為當(dāng)前教育研究的重要課題。本文將結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，以人教版（2022）小學(xué)數(shù)學(xué)一年級(jí)下冊(cè)第三單元“分類與整理（一）”為例，淺談AIGC技術(shù)在備課中的應(yīng)用情況及效果。

一、生成式人工智能技術(shù)的核心功能

生成式人工智能具有三大核心功能，分別是上下文學(xué)習(xí)、思維鏈推理及指令遵循，這些功能有助于小學(xué)數(shù)學(xué)教師高效備課。

1.上下文學(xué)習(xí)。該功能旨在教師與大模型對(duì)話時(shí)，雙方相互調(diào)適，以優(yōu)化教學(xué)思路與教學(xué)設(shè)計(jì)。如備課時(shí)，教師可向大模型表明自己是小學(xué)數(shù)學(xué)某學(xué)段的教師，期望設(shè)計(jì)符合該學(xué)段學(xué)生認(rèn)知的教學(xué)方案。大模型將結(jié)合這些信息生成設(shè)計(jì)，并在多次對(duì)話過程中輔助教師調(diào)整思路，逐步優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)的完成。

2.思維鏈推理。借助此功能，教師與大模型就某一教學(xué)問題深入探討，打破思維局限，獲取多元教學(xué)策略。如教師與大模型探討如何引導(dǎo)學(xué)生理解某一項(xiàng)知識(shí)點(diǎn)，大模型將給出游戲化教學(xué)、案例對(duì)比等新思路，供教師參考。

3.指令遵循。AIGC可依據(jù)特定提示詞，生成適配教學(xué)需求的資源。如教師可向大模型輸入“請(qǐng)生成一份‘分類與整理’教學(xué)設(shè)計(jì)，包含導(dǎo)入、新授等環(huán)節(jié)”，此時(shí)大模型迅速生成對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)，提升教師備課效率。

二、生成式人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)備課中的應(yīng)用

（一）學(xué)情收集與反饋

由于AIGC在自動(dòng)閱卷和學(xué)習(xí)效果評(píng)估領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)顯著，教師可借助數(shù)據(jù)收集平臺(tái)，快速批改學(xué)生作業(yè)，并給出個(gè)性化學(xué)習(xí)建議，實(shí)時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)因材施教。以“分類與整理（一）”備課為例，一年級(jí)學(xué)生入學(xué)前對(duì)生活分類有初步認(rèn)識(shí)，但對(duì)分類概念和標(biāo)準(zhǔn)較為模糊。為此，教師課前通過UMU互動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布導(dǎo)學(xué)任務(wù)。學(xué)生完成任務(wù)后，平臺(tái)不僅即時(shí)評(píng)分反饋，助力學(xué)生了解學(xué)習(xí)情況，還能跟蹤學(xué)習(xí)進(jìn)度與表現(xiàn)。平臺(tái)收集分析數(shù)據(jù)后為教師反饋學(xué)情，方便教師優(yōu)化教學(xué)策略。

（二）教學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化與創(chuàng)新

AIGC可模擬教師角色，提供即時(shí)反饋與個(gè)性化建議。在備課階段，教師通過和大模型對(duì)話，基于學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和反饋，持續(xù)調(diào)整、優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)把握教學(xué)重難點(diǎn)。以“分類與整理（一）”備課為例，教師提前收集學(xué)生關(guān)于“分類”的問題，并向AI軟件（豆包）提問，如“有什么分類的方法”。AI不僅及時(shí)回復(fù)解答學(xué)生的問題，還憑借深度學(xué)習(xí)功能，衍生出“分類的原則是什么”等多個(gè)相關(guān)問題。在這些衍生問題中，教師發(fā)現(xiàn)“分類在生活中的應(yīng)用有哪些”契合本課教學(xué)目標(biāo)，于是在教學(xué)設(shè)計(jì)中融入與AI的互動(dòng)環(huán)節(jié)，圍繞這些問題引導(dǎo)課堂討論，助力學(xué)生理解“分類”知識(shí)及其在生活中的應(yīng)用。

（三）教學(xué)資源的生成與整合

AIGC可依據(jù)最新科研成果、時(shí)事熱點(diǎn)，即時(shí)生成教學(xué)資料，確保教學(xué)內(nèi)容新穎、時(shí)效。在小學(xué)數(shù)學(xué)備課場(chǎng)景下，教師借助此類平臺(tái)，快速產(chǎn)出教學(xué)課件、短視頻等各類教學(xué)資源，大幅節(jié)省傳統(tǒng)備課中素材搜索與整合的時(shí)間。以“分類與整理（一）”備課為例，教師利用剪映軟件的“AI成片”功能，將提前準(zhǔn)備的文本輸入軟件，軟件便自動(dòng)合成集配圖、旁白、背景音樂與字幕于一體的講解視頻《生活中的分類》。基于此，教師在課堂上組織學(xué)生觀看視頻，助力學(xué)生了解分類在生活中的應(yīng)用，達(dá)成讓學(xué)生認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)知識(shí)現(xiàn)實(shí)價(jià)值的情感教學(xué)目標(biāo)。

（四）創(chuàng)意激發(fā)與跨學(xué)科融合

AIGC在圖片、文字創(chuàng)作領(lǐng)域的應(yīng)用，為小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)帶來新活力。教師借助其生成的教學(xué)素材，開展跨學(xué)科教學(xué)，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力與想象力，幫助學(xué)生在跨學(xué)科學(xué)習(xí)中構(gòu)建跨界思維，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意表達(dá)。以“分類與整理（一）”備課為例，教師組織學(xué)生觀看了視頻《生活中的分類》后，提問引導(dǎo)學(xué)生思考“生活中還有哪些與我們息息相關(guān)的分類”。學(xué)生由此順勢(shì)提及“垃圾分類”。隨后，教師以“垃圾分類，人人有責(zé)”為主題，安排學(xué)生完成相關(guān)練習(xí)。值得一提的是，教師利用AI生成的視頻文案中并未提及“垃圾分類”，但其生成的視頻卻展現(xiàn)了垃圾分類的圖片。這樣的創(chuàng)作成果，不僅為教師教學(xué)設(shè)計(jì)帶來靈感，也助力課堂新授銜接至練習(xí)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)與道德與法治、勞動(dòng)學(xué)科的有機(jī)融合，滲透德育、勞育的理念。

三、生成式人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)備課中的挑戰(zhàn)與對(duì)策

盡管AIGC在小學(xué)數(shù)學(xué)備課中具有巨大的應(yīng)用潛力和優(yōu)勢(shì)，但其發(fā)展也伴隨著一系列挑戰(zhàn)和問題，需要探索并予以行之有效的應(yīng)對(duì)策略

（一）內(nèi)容生成的準(zhǔn)確性與可靠性

由于AIGC受算法和模型的局限性，生成的內(nèi)容可能存在錯(cuò)誤或誤導(dǎo)性信息，這對(duì)小學(xué)數(shù)學(xué)備課內(nèi)容的準(zhǔn)確性與可靠性帶來挑戰(zhàn)。因此，教師在使用這一類平臺(tái)時(shí)，須對(duì)生成內(nèi)容嚴(yán)格把關(guān)，仔細(xì)審核篩選，一旦發(fā)現(xiàn)可能存在問題的內(nèi)容，及時(shí)予以糾正、補(bǔ)充，以保障教學(xué)資源準(zhǔn)確可靠，為小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)筑牢內(nèi)容根基。

（二）教師角色的轉(zhuǎn)變與適應(yīng)

AIGC的興起，促使教育理念革新，推動(dòng)教師從傳統(tǒng)的知識(shí)傳遞者，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)引導(dǎo)者、助力者，這要求教師不斷打磨專業(yè)能力，提升應(yīng)變能力，以契合新時(shí)代教育需求。然而，部分教師對(duì)新技術(shù)存在抵觸情緒，或因缺乏技能支持，難以充分發(fā)揮AIGC的優(yōu)勢(shì)。對(duì)此，加強(qiáng)對(duì)教師的培訓(xùn)與指導(dǎo)，如開展專題培訓(xùn)、組織經(jīng)驗(yàn)交流等活動(dòng)，將幫助教師掌握AIGC技術(shù)的基本原理與應(yīng)用方法，進(jìn)而提升教師對(duì)新技術(shù)的適應(yīng)能力與創(chuàng)新能力，推動(dòng)教師順利完成角色轉(zhuǎn)變。

（三）倫理與隱私保護(hù)

AIGC在處理數(shù)據(jù)時(shí)，極易引發(fā)倫理和隱私保護(hù)、數(shù)據(jù)泄露與濫用風(fēng)險(xiǎn)等問題。如何全方位保障數(shù)據(jù)安全與隱私，將成為教師與平臺(tái)開發(fā)者需要攻克的關(guān)鍵難題。對(duì)此，平臺(tái)開發(fā)者務(wù)必嚴(yán)格遵循數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)的法律法規(guī)和倫理規(guī)范，通過數(shù)據(jù)加密、訪問權(quán)限、檢測(cè)安全漏洞等措施，構(gòu)建嚴(yán)密的數(shù)據(jù)防護(hù)體系。同時(shí)，教師和學(xué)校也應(yīng)強(qiáng)化學(xué)生數(shù)據(jù)的保護(hù)與管理意識(shí)，多方協(xié)同發(fā)力，杜絕學(xué)生信息泄露與濫用情況的發(fā)生。

四、結(jié)論與展望

AIGC在小學(xué)數(shù)學(xué)備課領(lǐng)域蘊(yùn)含巨大潛力，不僅能大幅提升備課效率，豐富教學(xué)資源，助力設(shè)計(jì)更優(yōu)教學(xué)方案，還能全方位培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)，提升教學(xué)質(zhì)量。但在應(yīng)用過程中，內(nèi)容準(zhǔn)確性存誤、教師角色轉(zhuǎn)型困難，以及數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)等問題，制約了技術(shù)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。因此，我們既要深度挖掘其價(jià)值，推動(dòng)教育事業(yè)進(jìn)步，又需謹(jǐn)慎應(yīng)對(duì)相關(guān)挑戰(zhàn)。展望未來，AIGC迭代加速，將深度融入教學(xué)資源整合、教案設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，拓展應(yīng)用邊界，隨著科技與教育的融合，一個(gè)更具創(chuàng)新性、個(gè)性化和高效性的小學(xué)數(shù)學(xué)教育新時(shí)代即將到來。

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