人工智能技術在高中數學教學中的應用策略分析

朱增利

摘 要：在教育技術和信息技術高速發展的背景下，在教學中融入教育技術與信息技術，有助于提升教學質量。所以，在高中數學教學中，引入人工智能技術可以使課堂教學更加有效，也可以讓學生更好地掌握數學知識。

關鍵詞：高中數學;教學;人工智能

在高中數學教學的不斷優化和變革中，要使學生充分認識到自己在教學活動中的主體地位，提高對數學知識的認識，就必須采用先進的技術和思想，逐步改變傳統的教學方式所造成的問題，使培養學生的學習能力和思維成為當前的主要目的，要給學生提供富有趣味性、生動性的教學內容，營造融洽的氛圍，讓他們能夠積極地投入數學課堂教學活動中，提高他們的學習主動性[1]。人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI。是對人類智能的基本理論、方法、技術和軟件系統進行模擬、擴展的一種科學研究、開發和設計新技術的科學合理應用，它是電子信息科學的一個分支。人工智能技術問世以來，基礎理論和技術日趨完善，在教學系統中的主要用途也不斷擴大。它以自主創新的教學方式改變了傳統的教育理念，為學生和教師提供了方便快捷的課堂教學途徑及考核機制。

一、人工智能教育教學體系現狀

在高考壓力之下，高中學生在接觸數學課程之時，往往要耗費大量時間和精力去挖掘高考題目的內容和解題技巧，在長時間的題目訓練之中，學生已經形成了一種機械記憶，開展相關的被動學習，對于數學課程其他內容卻選擇性地視而不見，這在傳統教學模式之下是必然產生的一種教學結果。

在高中數學課堂上，計算機應用是一項非常關鍵的課程，它主要是訓練學生的動手編程技能和在實踐中遇到問題時的解決問題能力。在傳統的教育中，學生面臨問題的數量基本固定，答案也相對單一，教學方式死板。教師給他們一本作業指南，讓學生按照作業指南寫作業，然后提交給教師進行批閱，整個過程沒有一個完整的流程，師生之間的交流相對較少。這種狀況下，教師無法掌握學生的實際操作情況，更無法做到因材施教。

將人工智能應用于實際教學中，可以解決以往的一些問題，因為它儲存了海量的信息，給學生更多的選擇余地，而且還設置了不同的等級和分數，讓他們的實際操作變得更加有趣。同時，人工智能的內部信息也在不斷變化著，讓學生能夠節省很多訓練時間，也可以根據自己的情況，進行有目的的學習評價。

所以現在各個高中都將AI的使用領域逐漸擴展，涵蓋各種教育資源的分享、線上與線下相融合、教學內容的不斷升級、線上虛擬教學場景的在線仿真[2]。

二、高中數學課堂教學存在的不足之處

（一）教師的教學模式單一

傳統的教學模式無法激發學生的興趣，也無法在課堂上調動學生的積極性。高中階段的學生自控能力不足，在課堂上的注意力也不夠集中，需要教師反復提醒，由于教師的停頓打亂了課堂的節奏，影響了數學課堂效率。

（二）課后習題過于繁多

題海戰術會給學生帶來一定壓力，學生只是機械地記憶學到的知識，并未形成有效地吸收。所以，學生容易產生既然都做了這么多的習題，應該已經完全掌握了，不必再讀書鞏固的想法。因此對課下的復習不夠重視，這是課后復習效率低下原因[3]。

（三）班級人數多，教師對學生的學習情況無法準確把握

班級中學生過多，教師和學生的溝通就很難做到全面而及時。數學學科本身就比較抽象，教師要通過對理論知識的講解，還要對課題進行探索研究。如果學生在課堂上缺乏參與的積極性，教師采取傳統的教學模式，這既不符合新課改發展的需求，也不利于教師對學生學習情況準確把握，導致數學課堂教學效果不佳。

（四）過于關注成績，忽視了對學生知識應用能力的培養

受傳統教學理念影響，部分教師在教學過程中過度關注學生的成績，給學生帶來了很大壓力，學生容易產生“只要多做題取得高分就可以”的觀念，家長的觀念也是對孩子進行嚴厲的管教，只為提高成績，教師的想法是要多講解習題，讓學生在題海戰術中提高成績。在這些觀念中，人們都忽略了一個問題，學習的本質意義是什么？是運用！學生在課堂上學會了之后，要真正地運用到實際生活中，這才是教育的本質意義，如果一直對學生滲透這種分數至上的思想，對學生未來的發展是十分不利的。

三、高中數學與人工智能有效結合的作用

普通的高中生在面對數學的時候，會花費很大的力氣研究考試的內容和解題方法，在長期的練習之后，他們就會自然而然地進行相應的練習，這是傳統的教學方法。因此，高中數學教師要積極轉變自己的教育理念和方法，運用計算機技術，增強高中數學的科學性和合理性，充分利用豐富的教育資源，豐富高中數學教學手段，讓學生在新穎的教學情境和方法下，重拾信心，提高學習興趣。

科技迅猛發展的今天，科技在很多方面都得到了廣泛運用，其中在教學方面的運用更是卓有成效。目前，隨著人工智能技術的不斷發展，傳統的教育方法越來越不適應當前的教育需要，教師要引導學生了解人工智能應用情況，激發其學習熱情。正是由于人工智能與學習息息相關，教師要引導學生正確地理解人工智能的重要性，利用其特性，向學生展示其實際運用的實例，幫助學生理解人工智能的智能識別和運用語言的運用，讓學生了解到人工智能與生活的緊密關系，促進學生能夠積極主動學習。在AI的幫助下，教師可以清晰地了解到學生的學業狀況，并根據其不同性格進行針對性的指導，讓學生根據自己的喜好挑選教材。

四、高中數學教學中人工智能技術進行教育的路徑

高科技信息時代，人工智能技術已經滲透到生活的方方面面。對于中學生來說，在日常生活中也會經常遇到人工智能相關的知識，如蘋果手機的siri智能語音對話系統、家里的掃地機器人、小區和學校門口的人臉識別等。甚至很多課堂采用智能監控系統，通過拍攝分析學生的表情測試學生的心理狀態，是聚精會神、分神還是疑惑狀態。智能學習分析通過分析學生的作業、平時成績，分析學生學習的薄弱點和需要加強改進的地方等。學校的宿舍、食堂，甚至教室的安防系統大多采用人臉識別系統，可以智能識別本校的學生和陌生人。我們的課堂教學以基礎文化知識為主，卻鮮少涉及人工智能技術原理知識。如果能夠合理利用人工智能技術原理知識，可以更加豐富我們的課堂教學。

（一）借助人工智能優化課前預習

在高中數學教學過程中，學生的學習成績將直接影響到以人工智能為基礎的高中數學教學能否順利進行。高中數學教師在準備課程時要充分把握學時，精心安排預習，根據教學的難度和學生的實際認知水平，制作微課錄像，學生通過MOOC（慕課）觀摩，利用網絡等智能工具收集學習材料完成課前預習，并讓學生在預習時發現的各種困難問題，教師再在課堂上給他們講解。利用AI中的人機互動技術，可以在某種意義上解決問題，給學生量身定做教學方式和教學內容，激發學生的求知欲，同時收集學生的學習資料，并根據學生的學習成績，相應推薦最適合他們的課程，以達到最好的教學質量。

（二）借助VR技術提高教學效率

VR技術是一種以AI為主的技術，它通過電腦來進行虛擬場景的仿真，讓使用者有一種置身于真實世界的錯覺。因為高中的數學比較單調，所以很難讓人掌握，利用VR技術可以讓學生完全置身于真實的教學情境之中，降低學生的學習困難。比如，在學習“空間幾何體的三視圖和直觀圖”時，教師可以使用虛擬現實技術，在投影機等設備的幫助下，制作三維立體圖，并根據物體在光線的角度和高度上的變化，在虛擬現實技術的幫助下，讓學生進入立體空間，增強視覺的空間感，將抽象的數學知識具象化，有效地提升教學效果，實現數學課堂的最佳化[4]。

（三）借助人工智能優化小組討論

人工智能可以為學習者帶來質的提升，因為它包含了海量的知識，是教師所不能提供的。小組研討是一種教學方法，它可以使學生在討論中獲得更多的參與機會，在這個時候，利用AI可以有效地提升團隊的工作效能。在課堂上，教師可以讓學生分組交流，人工智能作為一個團隊的協調人，在教師無法同時處理所有問題的情況下，AI可以最大限度地幫助處理問題，大大提升團隊效率。教師可以在學生討論之后，從各個小組中選出一位學生來做報告，然后用人工智能技術將這些內容進行詳細整理，以便讓學生更好地了解到在討論過程中存在的問題。

（四）啟用大數據支持，進行動態分析

大數據可以為教師提供充分的數據支撐，通過對學習結果的動態剖析，發現學生的優點和不足[5]，即將所獲得的資料與資料庫進行對比，利用學生的學業狀況發現學生的學習效果及存在的問題。例如，學生有困惑、“集合”課等，教師可以運用大數據，進行動態解析。當教師講解子集、全集、補集、交集時，若有疑問，則可以與軟件系統相配合，也可結合軟體進行講解。

（五）結合軟件模擬，提升理解效果

虛擬技術是AI的一個主要內容，運用電腦營造出立體、動態的模擬場景，通過親身經歷，提高學生的領悟力，也可以通過網絡問答的形式進行競速;通過定時等方法刺激學生的競賽意識，幫助學生解決問題，讓學生更好地了解自己的數學能力和水平。在課堂上，教師可以使用軟件進行仿真，通過下載一些有意思的資料來提高學生的學習效率。比如，在《重慶全景》中，學生可以看到18樓的地鐵、讓人目眩神迷的天橋，在百度地圖上，可以看到同一地點，但是距離200多米的精彩畫面。教師在下載資料后，可以將這幅地形圖綜合起來，明確提出點、線、面專業知識的題目，如“AB線與CD線”“天橋各段與地面的聯系”，讓學生具備在實際生活中運用數學知識的能力。

（六）采用一對一輔導，展開深度學習

在傳統的高中數學中，教師要照顧到大部分的同學，在AI的幫助下，可以實現一對一的針對性輔導，提高學生的學習效果。AI可以讓教師和學生之間的關系更加緊密，更重要的是，讓學生可以挑選一位適合自己的教師進行線上授課。教師可以對學生進行網上問答，當學生提問的時候，還可以針對學生的不同情況進行適當的引導[6]。如“概率”課，可以對學生進行一對一的定向輔導。在挑選教師之后，可以和教師進行更深入的接觸，了解概率理論的實際應用。教師可以在線進行仿真，讓學生結合實際情況進行問題的解答。

（七）運用智能助教，減輕教學負擔

智能輔助教師是人工智能領域的一個重要特點，它不僅可以進行面部辨識，還可以將教師的語音、考試、反饋、錄像等功能發揮到極致。教師可以利用專門的App來完成任務的評分，并與海量的數據相融合。此外，教師還可以對學生的作業進行評估，例如，某些同學出現疏忽、基礎概念模糊的情況，智能助理可以向教師發出警示，讓教師能夠隨時掌握他們的學習狀況[7]。再如，在練習“三角函數”時，教師可以利用人工智能輔助完成任務的回顧。在此問題中，學生能夠發現三角函數的曲線軌跡，并能判定其基本形式。在完成了問題解答后，教師利用智能助手對學生的問題解答進行解析，并對其解答的過程進行追蹤。同時，教師也可以針對學生的學習情況，制訂有針對性的教學計劃。通過運用個性化的方式進行各種問題的訓練，使其更好地理解三角函數的相關知識。

（八）巧用智能引導，打造個性課堂

人工智能的核心是具有強大的計算思維，所以可以快速地分析整理多種數據，能夠將復雜的問題簡單化，優化高中數學課堂。因此，教師應該充分應用人工智能打造個性化數學課堂，促進學生的個性化發展。

例如，講解“球的體積”一課時，教師可以應用人工智能中的對話系統，將教學內容輸入進去，這樣教師在提問學生時，人工智能系統可以自動檢驗學生回答的結果是否正確，當學生回答錯誤時，系統就會發出“滴滴”的聲音，然后會給學生一些提示，引導學生思考正確答案，這樣有利于學生逐步理解數學知識。利用人工智能，學生在課堂中能夠更加積極地回答問題，并且在人工智能的引導下，學生的學習難度也降低了，這對學生的學習有著極大的促進作用。

結束語

總之，人工智能技術在教育領域得到了廣泛的應用，可以讓學生的學習效率得到極大提升，能夠調動起學生的學習熱情，緩解教師們的壓力，加強對數學的研究。將人工智能技術運用于高中數學教育，既符合當前的發展趨勢，是一種值得廣大師生認真研究和討論的課題。

參考文獻

[1]胡重英.略談高中數學教學滲透人工智能教育的策略研究[J].讀與寫（上旬），2021（12）：321.

[2]白雪峰，車菲.人工智能時代推進個性化教學的研究與實踐：以高中數學教學為例[J].華夏教師，2018（34）：2-4.

[3]吳茂松.高中數學教學滲透人工智能教育的策略研究[J].學周刊，2019（9）：43-44.

[4]宋祥山.以信息技術推動學校教學和管理智慧升級：開封市第二十七高中信息化建設實踐研究[J].中國教育學刊，2016（S1）：79-80.

[5]蔣霞.高中信息技術理論課教學策略的探討[J].現代中小學教育，2011（12）：41-44.

[6]王竹立.技術是如何改變教育的？兼論人工智能對教育的影響[J].電化教育研究，2018，39（4）：5-11.

[7]張博奕.人工智能技術在計算機輔助教學中的應用研究[J].輕紡工業與技術，2020，49（3）：177-178.