人工智能技術(shù)與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的深度融合策略

江蘇連云港市建寧小學(xué)（222001） 王建華

江蘇連云港市蒼梧小學(xué)（222001） 張 靜

2017 年國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出要“實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程”。《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》也提出“合理利用現(xiàn)代信息技術(shù)，提供豐富的學(xué)習(xí)資源，設(shè)計(jì)生動的教學(xué)活動，促進(jìn)數(shù)學(xué)教學(xué)方式方法的變革”的理念。人工智能技術(shù)正是現(xiàn)代信息技術(shù)中極具代表性的技術(shù)方法，因此教師應(yīng)充分發(fā)揮人工智能技術(shù)的優(yōu)勢，將人工智能技術(shù)與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)深度融合，加深學(xué)生對知識的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，幫助學(xué)生樹立學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識的自信心。

一、現(xiàn)狀：小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中存在的問題

1.教學(xué)模式單調(diào)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣缺失

受應(yīng)試教育的影響，一些教師采取填鴨式的教學(xué)模式，導(dǎo)致學(xué)生“高分低能”的現(xiàn)象屢見不鮮。教師以講代思使得學(xué)生只會被動地獲取知識，缺乏主動學(xué)習(xí)的意識，主動性和求知欲沒有被激發(fā)。這樣必然導(dǎo)致師生間缺少情感交流，沒有思維的碰撞，學(xué)生也會缺少成功的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，進(jìn)而造成學(xué)習(xí)效率低下，認(rèn)知能力得不到發(fā)展，綜合素養(yǎng)得不到提升。

2.教學(xué)評價(jià)方式單一，學(xué)生學(xué)習(xí)效能低下

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教學(xué)評價(jià)主要是教師根據(jù)學(xué)生的課堂反饋、課堂練習(xí)情況或書面測試情況得出的主觀判讀。這樣的評價(jià)受課堂觀察角度、觀察時(shí)間等因素的影響，依賴于評價(jià)者本身的經(jīng)驗(yàn)，因此缺乏對學(xué)生綜合能力、素質(zhì)發(fā)展過程以及個(gè)性化差異的形成性評價(jià)，在評價(jià)的全面性、客觀性、有效性等方面可能會有所欠缺。

3.教學(xué)觀念落后，教師專業(yè)能力不足

一些教師是憑借自身多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，沒有及時(shí)更新知識庫，對現(xiàn)代化的教學(xué)技術(shù)缺乏認(rèn)識，完全沒想過把人工智能技術(shù)應(yīng)用到課堂教學(xué)中去。另外，一些教師缺乏系統(tǒng)、專業(yè)的知識培訓(xùn)，再加上為了節(jié)約時(shí)間，課堂上很少利用人工智能技術(shù)將抽象的數(shù)學(xué)知識直觀化，導(dǎo)致課堂教學(xué)較為抽象。

但是，在素質(zhì)教育的持續(xù)推行下，隨著人工智能技術(shù)時(shí)代的到來，社會對人才的需求也會發(fā)生結(jié)構(gòu)性變化，這些必然導(dǎo)致教育目標(biāo)和教學(xué)模式發(fā)生變化。

二、思考：人工智能技術(shù)在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的作用

1.突顯學(xué)生主體地位

人工智能作為一門先進(jìn)的技術(shù)，學(xué)生可以借助其搜集大量的學(xué)習(xí)資源，從而進(jìn)行探究和反思，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動性。另外，人工智能技術(shù)還便于教師根據(jù)學(xué)情及時(shí)調(diào)整學(xué)生的學(xué)習(xí)方案和學(xué)習(xí)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生對知識的理解和運(yùn)用能力，使學(xué)生能更加專注于學(xué)習(xí)，極大提升學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，充分突顯學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

2.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

人工智能技術(shù)與數(shù)學(xué)教學(xué)融合能使知識的呈現(xiàn)形式更加豐富，以聲像結(jié)合、圖文并茂的方式呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，能使枯燥乏味的知識生動化和趣味化，更能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，人工智能技術(shù)可以使學(xué)生通過教育平臺、電子教材、虛擬課堂等在線學(xué)習(xí)知識，讓學(xué)生對知識的獲取可以隨時(shí)隨地進(jìn)行，帶給學(xué)生新鮮的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

3.豐富課堂教學(xué)評價(jià)方式

人工智能技術(shù)的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的教學(xué)評價(jià)方式，讓教學(xué)評價(jià)更富靈性。人工智能技術(shù)可以提供多元的過程化教學(xué)評價(jià)，使評價(jià)手段更加豐富、評價(jià)過程更加科學(xué)、評價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確。人工智能技術(shù)教學(xué)助手和人工智能技術(shù)評測系統(tǒng)的協(xié)同，可以為學(xué)生提供全面的學(xué)習(xí)診斷，并配以及時(shí)精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)干預(yù)，從而真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)規(guī)模化與個(gè)性化的統(tǒng)一。

4.提高教學(xué)實(shí)效

小學(xué)生邏輯思維能力比較弱，對于抽象的數(shù)量關(guān)系，他們理解起來往往比較困難。而人工智能技術(shù)可以把抽象、復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗蠡⒕唧w化、易被學(xué)生接受的知識，讓學(xué)生更容易、更直觀地理解轉(zhuǎn)化的過程，突破學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)好數(shù)學(xué)的信心，提高教學(xué)效率。

三、實(shí)踐：人工智能技術(shù)與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的深度融合策略

1.人工智能技術(shù)有效創(chuàng)設(shè)情境

人工智能技術(shù)不但可以將數(shù)學(xué)情境進(jìn)行生活化模擬，而且結(jié)合VR技術(shù)還能創(chuàng)設(shè)虛擬情境，把學(xué)生難以理解的知識簡便化，使學(xué)生自然而然對所學(xué)知識產(chǎn)生濃厚的興趣和強(qiáng)烈的求知欲。例如，看動畫是學(xué)生喜歡的活動，教師應(yīng)充分利用學(xué)生這一愛好，將數(shù)學(xué)問題融入生動有趣的動畫中，讓數(shù)學(xué)問題兼具情節(jié)性和生命力。

【教學(xué)案例】二年級下冊“圖形的運(yùn)動”

教師的講解和多媒體課件的展示，雖然能在一定程度上直觀展示知識，但是學(xué)生參與互動的機(jī)會有限，而通過人工智能和VR技術(shù)創(chuàng)設(shè)虛擬情境，則能收獲意想不到的效果。一方面，在場景的創(chuàng)設(shè)上，可以通過各種圖形的衍生構(gòu)建一個(gè)夢幻的卡通世界，激起學(xué)生學(xué)習(xí)新知的興趣。在這個(gè)夢幻的卡通世界中，教師和學(xué)生可以隨意將圖形自由移動和變化，使學(xué)習(xí)過程充滿樂趣。另一方面，以虛擬情境中的各種事物作為道具進(jìn)行良好的師生互動，可促進(jìn)學(xué)生對軸對稱、平移和旋轉(zhuǎn)概念的深度理解，使得師生互動的方式朝著多元化的方向發(fā)展。

2.人工智能技術(shù)優(yōu)化教學(xué)方式

人工智能技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的產(chǎn)物，課堂教學(xué)應(yīng)充分利用人工智能技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)勢，將教師、學(xué)生、知識串聯(lián)起來。教師課前可以利用微課視頻、網(wǎng)絡(luò)資源引導(dǎo)學(xué)生通過自主預(yù)習(xí)了解學(xué)習(xí)內(nèi)容，使學(xué)生課前就能基本完成基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，同時(shí)把難點(diǎn)和疑惑點(diǎn)都記錄下來，待教師課堂上重點(diǎn)解決。教師可以將教學(xué)重點(diǎn)放在對新知的拓展上，讓學(xué)生有更多深入思考和合作學(xué)習(xí)的機(jī)會，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、逆向思維等高階思維。

【教學(xué)案例】六年級上冊“長方體和正方體的認(rèn)識”

本節(jié)課的知識是學(xué)生學(xué)習(xí)其他立體圖形的根基，也是學(xué)生對圖形認(rèn)識的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。從平面圖形過渡到立體圖形，對于學(xué)生空間觀念的形成更是一個(gè)挑戰(zhàn)。雖然說長方體隨處可見，但是要?dú)w納它的特征對學(xué)生來說并不容易，特別是對于空間觀念薄弱的學(xué)生來說，本單元的學(xué)習(xí)是有一定難度的。課前，教師先通過任務(wù)單呈現(xiàn)本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)以及目標(biāo)，再讓學(xué)生通過觀看微課進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。通過觀察生活中的實(shí)物、微課中的動畫，以及教師的講解，學(xué)生初步了解了長方體和正方體的相關(guān)知識。課上，教師利用交流展示工具分析學(xué)生課前的自主學(xué)習(xí)情況，并針對共性問題進(jìn)行講解。由于掌握長方體和正方體的特征是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在啟發(fā)指導(dǎo)階段，教師可以利用多媒體、VR 和AR等技術(shù)加深學(xué)生對長方體和正方體的面、棱、頂點(diǎn)的理解，將抽象知識轉(zhuǎn)化為直觀生動的形態(tài)，并提供知識應(yīng)用的虛擬場景，為學(xué)生的探究提供必要支撐。在總結(jié)階段，學(xué)生在教師和同伴的指導(dǎo)與幫助下再次內(nèi)化知識與技能，不斷重組、修改和優(yōu)化自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

3.人工智能技術(shù)打造個(gè)性化課堂

人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化課堂奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。利用人工智能技術(shù)的人機(jī)交互特色功能，能使學(xué)生有效地融合不同的知識，構(gòu)建富有個(gè)性的數(shù)學(xué)知識系統(tǒng)。例如，借助人工智能技術(shù)的計(jì)算功能采集、加工、處理、分析數(shù)據(jù)，并用智能機(jī)器人模擬教師的角色。智能機(jī)器人作為一種新型教學(xué)工具，擁有對話、知識檢索等能力，可以與人進(jìn)行簡單的語言互動。與智能機(jī)器人互動，動靜結(jié)合、聲色俱備，能調(diào)動學(xué)生的各種感官，從而打造多維而立體的數(shù)學(xué)課堂。

【教學(xué)案例】四年級上冊“條形統(tǒng)計(jì)圖”

把智能機(jī)器人引進(jìn)課堂：將學(xué)生喜歡看的電視節(jié)目錄入機(jī)器人智能游戲中，學(xué)生在游戲中分類整理、繪制圖表，得到條形統(tǒng)計(jì)圖。這個(gè)多元智能的空間能夠培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，學(xué)生的綜合能力也能在輕松的教學(xué)環(huán)境下得到更好的發(fā)展。教學(xué)中利用智能機(jī)器人的對話功能對學(xué)生進(jìn)行提問，當(dāng)學(xué)生回答正確時(shí)，智能機(jī)器人就會實(shí)時(shí)評價(jià)“恭喜你回答正確”；當(dāng)學(xué)生回答錯(cuò)誤時(shí)，智能機(jī)器人就會發(fā)出嘀嘀聲，然后給出提示。這樣能夠使學(xué)生一步步掌握知識，從而構(gòu)建自己的數(shù)學(xué)知識系統(tǒng)。

4.人工智能技術(shù)完善評價(jià)體系

傳統(tǒng)的教學(xué)評價(jià)往往以學(xué)生的書面成績作為評價(jià)的主要標(biāo)準(zhǔn)，評價(jià)方式較為單一，而人工智能技術(shù)的自動化測評系統(tǒng)則為全面深化教育評價(jià)體系改革，推進(jìn)新時(shí)代教育評價(jià)體系創(chuàng)新提供了契機(jī)。基于人工智能技術(shù)的海量儲存和邏輯分析功能，可利用大數(shù)據(jù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和考試成績，對學(xué)生的學(xué)習(xí)給予及時(shí)評價(jià)和反饋。教師可以根據(jù)學(xué)生的個(gè)體差異對教學(xué)進(jìn)行調(diào)整，在提升課堂教學(xué)評價(jià)實(shí)效的同時(shí)促進(jìn)師生教與學(xué)的改進(jìn)。

【教學(xué)案例】六年級上冊“解決問題的策略”

借助人工智能技術(shù)的自動化測評系統(tǒng)可獲取學(xué)生對數(shù)量關(guān)系的掌握情況。在測驗(yàn)結(jié)束之后，教師根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)以及問題回答情況對學(xué)生進(jìn)行綜合打分。打分結(jié)束之后，系統(tǒng)自動篩選出每個(gè)學(xué)生沒有掌握的知識點(diǎn)以及掌握較好的地方，以便學(xué)生能夠有針對性地復(fù)習(xí)，從而完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)。人工智能技術(shù)還可以為教師分析在線課程中的各種問題，真正使教育評價(jià)信息“活”起來，實(shí)現(xiàn)對教育評價(jià)信息的充分利用。

5.人工智能技術(shù)賦能核心素養(yǎng)

利用人工智能技術(shù)極強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析功能因材施教，根據(jù)學(xué)生的個(gè)人特點(diǎn)精準(zhǔn)分析學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)，能幫助學(xué)生制訂個(gè)性化和具有針對性的學(xué)習(xí)計(jì)劃，進(jìn)而結(jié)合相應(yīng)的教學(xué)需求，建立數(shù)學(xué)知識圖譜。學(xué)生可以在智能學(xué)習(xí)伴侶、個(gè)性智能教學(xué)機(jī)器的陪伴下自主完成學(xué)習(xí)。值得注意的是，這樣一來，教師將面臨一個(gè)全新的工作環(huán)境，既要實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同，提供個(gè)性化、多樣化的教學(xué)內(nèi)容，又要關(guān)注學(xué)生思維方式和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，而后者尤為重要。

【教學(xué)案例】五年級下冊“圓的認(rèn)識”

根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和教材內(nèi)容，教師可以借助人工智能技術(shù)將知識點(diǎn)分層。首先將知識目標(biāo)分別放在回憶、整理、拓展教學(xué)活動中，然后將圓的相關(guān)知識點(diǎn)講解放到智能平臺上，以便學(xué)生根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況隨時(shí)隨地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。當(dāng)然，還可以借助人工智能技術(shù)精密的算法，對知識進(jìn)行自動化測量和評價(jià)，以便分析出每個(gè)學(xué)生適合學(xué)習(xí)的知識難度，有效開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

總而言之，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用日趨成熟，有了人工智能技術(shù)的加入，小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)從數(shù)據(jù)搜集、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果反饋到教學(xué)評價(jià)方式等都變得多元化，不但小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量得到大幅提升，而且學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)也得到迅猛發(fā)展。