AI遇上小學數學
——低年級空間思維能力啟蒙與培養

林建全

（廈門外國語學校海滄附屬學校，福建廈門 361000）

引 言

AI 技術，是指Artificial Intelligence，是人工智能技術的縮寫，它是研究和開發用于模擬、延伸與擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學，為我們的生活和工作帶來了很大的便利。隨著教育的改革，AI 技術開始逐漸滲透到教育環節，幫助學生學習知識、拓展技能，實現了教育行業和人工智能的雙向發展。因此，作為數學教師，我們也要分析如何將人工智能融入數學教學中，以提升學生的空間思維能力[1]。

一、AI 助教，構建空間框架

人工智能為教育帶來了很多變革和創新思路，其中AI 助教集計算、出題、朗讀、講解于一體，并能以卡通的虛擬形象呈現在課堂上。在AI 助教課堂上，教師不僅可以借助人工智能的功能進行遠程教育、線上教育，還可以借助人工智能進行課堂實踐、課后練習等。人工智能的引入，為教學帶來了無限的可能。在這樣的環境下，數學教師更要認真進行學科教研，分析數學學科的特征和本質，并結合數學學科的邏輯性、嚴謹性、創造性、實踐性等特點，來引入人工智能，讓AI 服務于數學學科，從而豐富學生的數學學習途徑和方式[2]。

但是，當前的人工智能教學，仍然存在很多不同方面的問題，很多數學教師沒有對人工智能做充分的調查和分析，對它的功能、作用、優點、運用途徑等沒有進行全方位的分析和思考，在課堂上，往往只是簡單地用AI 技術進行資料的展示，沒有充分實現AI 技術的運用價值。因此，數學教師應認真分析傳統的課堂教學形式，并探索AI 技術對傳統課堂造成的影響，重新改變自己的教育理念、教學模式、教學目標，以實現課堂的翻轉和改革，讓AI 全面滲透到數學課堂中，進而提升數學教學的水平。在具體的實際教學中，教師可以通過轉變的角色、調整教學的策略和形式、優化學習的方式等打破傳統教學模式，突破學生的思維局限性，構建更高效的課堂，為學生的思維發展助力。

教師可以轉變教學的角色，并借助AI 助教，發揮學生的主體作用，讓學生成為課堂的主人，同時教師應成為學生學習的輔助者。例如，在教授一年級上冊“認識圖形”時，教師便借助AI 技術，讓AI 助教充當課堂的小老師，充分激發了學生的學習興趣。AI 助教根據學生之前的課堂、居家表現對班級的學生進行分組，每個小組5 名成員，且每個小組的成員在學習能力、成績、性格、愛好等各個方面能夠形成良好的互補。之后，教師為每位學生配備一臺教學平板，讓學生在AI 助教的輔導下進行認識圖形的探究。AI 助教會分別展示不同的物體及各種各樣的組合形狀，并對每個物體和組合形狀進行介紹、分解、立體展示。學生通過AI 助教的講解，了解了每個圖形的特點、性質，充分發揮了AI 技術的作用。一年級學生第一次接觸空間與圖形領域的知識，這個時候，教師通過AI 助教進行全方位的講解，能使學生有效地感知、體驗空間與圖形，在認知空間過程中正確地構建知識框架，為學生種下一顆探索空圖形領域的種子。教師要學會轉變自己的角色，成為課堂的輔助者，同時觀察每個小組的學習情況，并對沒有及時跟上的小組進行引導。

二、AI 情境，充實空間想象

情境教學法，指的是在教學的過程中，教師借助一些方法和手段，再現一些知識點對應的情境和畫面，讓學生進入情境里開展學習，拉近與知識的距離，從而幫助學生更加便捷地理解和掌握知識，提升學習效率和質量。AI 具有將虛擬的情境進行立體化再現的功能，能夠使一些抽象的、復雜的概念直觀化和具體化，這樣學生便能夠清晰地看到具體的空間邏輯、空間形態，從而提升其空間邏輯思維能力。

例如，在教學二年級上冊“觀察物體（一）”時，教師便借助AI 技術的功能，將立體圖形進行還原，讓學生通過眼睛去全方位地感受這些物體的形狀、特征。在教學之前，教師為學生布置了任務，讓學生以分組的形式進行學習，之后，教師為不同的小組準備幾個不同的立體圖形，讓學生進行自主分工，并對觀察的情況進行記錄，包括從正面、側面、上面等多個角度觀察出來的形狀。教師通過這樣借助AI 技術進行情境再現，讓學生們加真實、親切地感受到數學知識，培養了學生的空間邏輯思維，有效地促進了數學學習質量的提升。

三、AI 數據分析，拓展空間思維

數據分析，是AI 技術的一個重要功能，憑借著強大的運算功能和處理功能，AI 技術能夠對一些數學數據和數學邏輯進行分析、處理和計算，并將其展現出來。而計算、數據處理，正是數學學科的一項重要內容，它貫穿于整個小學時期的數學學習過程，是學生必須掌握的技能。因此，教師在運用AI 技術進行數學教學時，要發揮出AI 技術的計算能力、數據處理能力，并借助AI技術來處理數學課本里的一些知識和數據，以此來幫助學生檢驗自己的數據分析正確率，逐漸提升學生的數據分析能力。

例如，在教學三年級下冊“位置與方向（一）”時，教師可以結合AI 技術進行數據的處理，幫助學生更好地分析不同位置和方向的特點，從而加深學生對位置和方向的記憶和認知，提高學生學習的效率。同時，教師可以讓學生將自己完成的作業和AI 得出的答案進行對比，分析自己出現錯誤的原因，通過這樣的思維碰撞，拓展學生的空間思維。借助AI 技術，學生也能認識到自己的不足，并及時進行彌補，不斷地完善自己的空間思維、邏輯思維，實現數學學科學習目標。

除運用AI 進行課堂數據分析外，教師還可以借助AI 技術對學生的學習情況進行分析，如輸入學生的成績、能力等數據信息，讓AI 技術對學生的數據信息進行分析，并按照不同的等級進行劃分，將同一個等級的學生分成一個小組。教師可以根據分組的情況，進行分層教學，在日后的課堂學習環節中，讓學生進行分層練習、分層探究、分層實踐，這樣能夠讓學生得到更有效的訓練，從而逐漸拓展他們的空間思維。

四、AI 賦能教育，改變任重道遠

為了讓低年級學生的空間思維能力得到進一步的提升，在設計教學環節時，教師要結合AI 技術對課程進行全面的、系統性的創新和改革，讓AI 賦能數學學科教學，促進數學學科教學進步和創新，改變傳統的空間圖形領域教學方法。

為了實現這個目標，數學教師就需要從課程的形式、教學的內容、實踐的形式、課后的作業、教學的理念等方面進行創新。例如，在課程的形式上，教師可以結合AI 技術進行線上線下混合式教學；在教學內容上，教師可以借助AI 技術來進行教學資源拓展、教學內容延伸等。通過這樣更加全面、系統性的AI 教學模式，教師能提升數學學科的教學質量，達成數學學科教學培養學生空間思維、解決問題能力等綜合素質的目標，進而促進學生的全面發展。

結 語

綜上所述，AI 技術是當前教育發展的方向，作為數學教師，我們要結合學生的實際情況及數學學科的特點，設計良好的教學策略，讓AI 技術和數學學科實現完美的融合，從而有效地促進數學學科發展，進而提升學生的數學空間思維和邏輯思維能力。