“人工智能”建構(gòu)小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)新樣態(tài)

王建華 姜先亮

【摘 要】教育現(xiàn)代化是個(gè)大概念，是以“數(shù)字原著”為特征，以“人工智能”為指導(dǎo)的學(xué)習(xí)現(xiàn)代化和人的現(xiàn)代化。基于AI視角的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)是教育現(xiàn)代化的一種新樣態(tài)，展現(xiàn)AI技術(shù)支持下的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)新路徑和新方法，利用AI投影圖景、擬合經(jīng)驗(yàn)、機(jī)器掃描、數(shù)據(jù)干預(yù)等自動(dòng)功能，將新的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)注入學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)不斷豐富與完善，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì)。

【關(guān)鍵詞】人工智能；數(shù)字原著；同化案例；數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? 【文章編號(hào)】1005-6009（2023）39-0082-03

【作者簡(jiǎn)介】1.王建華，江蘇省連云港市建寧小學(xué)（江蘇連云港，222001）校長(zhǎng)，正高級(jí)教師；2.姜先亮，江蘇省連云港市海州區(qū)教育局（江蘇連云港，222001）基教科科長(zhǎng)，高級(jí)教師。

教育現(xiàn)代化是以“數(shù)字原著”為特征，以“人工智能”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)AI）為指導(dǎo)的學(xué)習(xí)現(xiàn)代化和人的現(xiàn)代化?！读x務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，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(dòng)的教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)數(shù)學(xué)教學(xué)方式方法的變革，并在“課程實(shí)施”章節(jié)提出“重視大數(shù)據(jù)、人工智能等對(duì)數(shù)學(xué)教學(xué)改革的推動(dòng)作用，改進(jìn)教學(xué)方式，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變”。因此，在小學(xué)階段的數(shù)學(xué)教學(xué)中運(yùn)用人工智能技術(shù)將成為數(shù)學(xué)教學(xué)改革的一個(gè)重要方向。

一、利用AI投影圖景，打開(kāi)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)好奇之“門(mén)”

借助AI打造一個(gè)直觀、形象的認(rèn)知場(chǎng)域，引導(dǎo)學(xué)生充分調(diào)動(dòng)自身的多種感官，用直觀性、形象性、具體性的思維認(rèn)識(shí)問(wèn)題、探索新知，形成一種具身性的認(rèn)知狀態(tài)，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知能力與數(shù)學(xué)學(xué)科特點(diǎn)相結(jié)合，打開(kāi)“學(xué)”與“習(xí)”的好奇之“門(mén)”。

例如，蘇教版小學(xué)數(shù)學(xué)五年級(jí)下冊(cè)“圓的認(rèn)識(shí)”一課的教學(xué)中，筆者利用AI機(jī)器人的投影功能，向?qū)W生呈現(xiàn)了日常生活中的各種“圓形物體”，讓學(xué)生初步形成“圓是一種封閉的曲線圖形”的觀念；用動(dòng)態(tài)的方式引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)圓的半徑、直徑、圓心等，強(qiáng)化學(xué)生的空間觀念；接著，與AI進(jìn)行對(duì)話提出引導(dǎo)學(xué)生探究的相關(guān)問(wèn)題，讓學(xué)生置身于情境中展開(kāi)數(shù)學(xué)操作。在此基礎(chǔ)上，筆者利用AI投影屏幕上的“動(dòng)物大會(huì)”開(kāi)展“套圈的游戲”，“怎樣讓套圈的游戲公平？”進(jìn)而再次激發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維，讓學(xué)生感悟“到定點(diǎn)的距離等于定長(zhǎng)的點(diǎn)的軌跡的集合”，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的生成。

AI是學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重要載體、媒介，也是驅(qū)動(dòng)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的動(dòng)力引擎。教師應(yīng)用AI還可以引導(dǎo)學(xué)生布置校園里的數(shù)學(xué)景觀以體現(xiàn)地面的數(shù)學(xué)文化、課桌椅的數(shù)學(xué)人文、廊道的數(shù)學(xué)精神等。在AI的情境引導(dǎo)下，學(xué)生與數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行積極對(duì)話，與AI進(jìn)行積極對(duì)話，讓學(xué)生逐漸從形象思維轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄筮壿嬎季S，實(shí)現(xiàn)有效的思維進(jìn)階、認(rèn)知進(jìn)階。

二、利用AI擬合經(jīng)驗(yàn)，打開(kāi)數(shù)學(xué)思維再造之“窗”

在數(shù)學(xué)教學(xué)中，需要利用AI的機(jī)器功能、擬合功能、定格功能、回訪功能，讓學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)自動(dòng)的編碼輸入、加工擬合、內(nèi)化輸出的目標(biāo)過(guò)程。借助AI能讓學(xué)生對(duì)已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行自主性、能動(dòng)性的重組，實(shí)現(xiàn)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的進(jìn)階，促進(jìn)數(shù)學(xué)認(rèn)知的“質(zhì)變”“升華”，打開(kāi)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的再造之“窗”。

例如，蘇教版小學(xué)數(shù)學(xué)五年級(jí)下冊(cè)“異分母分?jǐn)?shù)加減法”一課的教學(xué)中，筆者采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式。首先，學(xué)生在課前掃碼進(jìn)群，嘗試計(jì)算筆者設(shè)置的計(jì)算題。在計(jì)算過(guò)程中，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)有些分?jǐn)?shù)不能化成有限小數(shù)，由此積極調(diào)動(dòng)已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，嘗試根據(jù)“分?jǐn)?shù)的基本性質(zhì)”，將不同分母的分?jǐn)?shù)分別化成和原來(lái)分?jǐn)?shù)相等的同分母的分?jǐn)?shù)。當(dāng)學(xué)生遇到障礙時(shí)，可以通過(guò)觀看筆者放置在群中的微視頻，自主地突破學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，認(rèn)知自身的學(xué)習(xí)盲點(diǎn)。在學(xué)習(xí)過(guò)程中借助AI，將學(xué)生的認(rèn)知亮點(diǎn)、思維亮點(diǎn)。

教師還可以借助AI因材推送，如對(duì)學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生，教師可推送一些基礎(chǔ)性習(xí)題；對(duì)學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的學(xué)生，教師可推送難度相對(duì)較大的習(xí)題。借助AI，教師對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)行有效的學(xué)法指導(dǎo)、學(xué)法引導(dǎo)，精準(zhǔn)施測(cè)，從而不斷提升每一位學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)力，發(fā)展每一位學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。

三、利用AI機(jī)器掃描，搭建數(shù)學(xué)理解內(nèi)化之“橋”

數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)是一個(gè)3W（即What，Which和Why）的內(nèi)加工過(guò)程，是將“專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)”內(nèi)化為學(xué)生組織經(jīng)驗(yàn)的一部分，是需要利用AI機(jī)器掃描功能，決策怎樣學(xué)得好、決策“卡脖子”問(wèn)題。在數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師要有意識(shí)地構(gòu)建AI學(xué)習(xí)體系。在應(yīng)用AI推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程中，不僅要豐富學(xué)生的感知，更要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行智能決策。教師使用AI進(jìn)行決策，一方面要切入數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí)的本質(zhì)，另一方面要關(guān)照學(xué)生的具體學(xué)情，讓學(xué)生直觀地、有重點(diǎn)地、有難點(diǎn)地學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力。如此，人工智能決策才能富有針對(duì)性、實(shí)效性，搭建好學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)之“橋”。

例如，蘇教版小學(xué)數(shù)學(xué)四年級(jí)下冊(cè)“相遇問(wèn)題”一課的教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生無(wú)法認(rèn)識(shí)“相遇問(wèn)題”中的雙方時(shí)間是相同的，無(wú)法在雙方所行駛的路程和總路程之間建立等量關(guān)系等?；诖?，筆者借助AI真實(shí)地演繹了“相遇問(wèn)題”的多種變式，如“雙方同時(shí)出發(fā)、同時(shí)停止”“甲先出發(fā)兩個(gè)小時(shí)之后乙再出發(fā)”“甲乙在相遇的過(guò)程中，甲因?yàn)槟撤N事情停留了一個(gè)小時(shí)，甲乙雙方在相遇之后繼續(xù)向前行駛”等，進(jìn)而讓學(xué)生根據(jù)智能決策的相關(guān)內(nèi)容，靈活地分析和解決問(wèn)題。AI不僅能為學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)行決策，幫助學(xué)生指明思考、探究的方向，同時(shí)還能清晰展現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程。如根據(jù)甲乙雙方速度的大小，學(xué)生能直觀地看到“相遇點(diǎn)”的偏向。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生可以舉一反三，暢通了分析和解決問(wèn)題的思路。

AI不僅能對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)行智能性的決策，更能讓學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)變得生動(dòng)靈活。AI的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課堂單調(diào)、枯燥等狀況，促進(jìn)了學(xué)生的數(shù)學(xué)深度學(xué)習(xí)。AI的智能決策能開(kāi)發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)潛質(zhì)，改善數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)品質(zhì)，提升數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)質(zhì)量，優(yōu)化數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)生態(tài)。

四、利用AI數(shù)據(jù)干預(yù)，解開(kāi)數(shù)學(xué)學(xué)情閉合之“鎖”

數(shù)學(xué)學(xué)情閉合現(xiàn)象是數(shù)學(xué)教育的大事件，要把脈學(xué)情、精準(zhǔn)施教，需要干預(yù)和被干預(yù)，利用AI數(shù)據(jù)分析自動(dòng)功能、說(shuō)話功能，借助AI中的大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)，有效地打開(kāi)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)之“鎖”。在數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師可以將AI的操作系統(tǒng)進(jìn)行分類(lèi)，如學(xué)情把脈系統(tǒng)、學(xué)習(xí)診斷系統(tǒng)、檢測(cè)反饋系統(tǒng)等。有了大數(shù)據(jù)的支撐，教師能有效地把握學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)樣態(tài)，從而有效地制定相應(yīng)的教學(xué)策略、教學(xué)手段、教學(xué)路徑等，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的隨機(jī)通達(dá)。大數(shù)據(jù)的分析是一種精準(zhǔn)的、有效的量化分析，借助大數(shù)據(jù)分析，教師可以將學(xué)生的學(xué)習(xí)情況等構(gòu)建成一個(gè)“蜘蛛網(wǎng)絡(luò)圖”。

例如，蘇教版小學(xué)數(shù)學(xué)五年級(jí)下冊(cè)“分?jǐn)?shù)的意義”一課的教學(xué)中，筆者根據(jù)學(xué)生的具體學(xué)情設(shè)計(jì)研發(fā)了一組有針對(duì)性的習(xí)題，學(xué)生完成習(xí)題后，筆者應(yīng)用大數(shù)據(jù)對(duì)完成狀況進(jìn)行診斷，通過(guò)大數(shù)據(jù)結(jié)果分析，能有效把握學(xué)生學(xué)習(xí)本課內(nèi)容的薄弱項(xiàng)。如“一個(gè)數(shù)量的幾分之幾”等基礎(chǔ)性問(wèn)題，學(xué)生完成得較好，“蜘蛛網(wǎng)絡(luò)圖”會(huì)呈現(xiàn)“凸”的狀態(tài)；“一個(gè)整體的幾分之幾”“每份是幾分之幾”“幾分之一對(duì)應(yīng)相應(yīng)的幾份”等問(wèn)題，學(xué)生的認(rèn)知理解存在模糊不清的現(xiàn)象，“蜘蛛網(wǎng)絡(luò)圖”會(huì)呈現(xiàn)“凹”的狀態(tài)。

大數(shù)據(jù)是AI的重要組成部分，不僅可以讓客觀題做到智能性批改，還能對(duì)學(xué)生的作業(yè)等進(jìn)行精準(zhǔn)性分析，從而讓教師能有效地進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)進(jìn)行精準(zhǔn)性干預(yù)，為教師的有效教學(xué)開(kāi)辟道路。AI中的大數(shù)據(jù)，不僅能提升學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)效能，還能有效地減輕學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，促進(jìn)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)反思。大數(shù)據(jù)分析讓教師的教學(xué)富有針對(duì)性、方向性和實(shí)效性。

將AI應(yīng)用于小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)是一種方向，也是數(shù)學(xué)教學(xué)的應(yīng)然之舉。將AI融入學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)之中，能有效地提升學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)、信息素養(yǎng)。應(yīng)用AI，要結(jié)合數(shù)學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)學(xué)學(xué)科的特質(zhì)，同時(shí)還要根據(jù)學(xué)生的具體學(xué)情。只有這樣，AI才能讓學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)成為生動(dòng)活潑、積極主動(dòng)、富有個(gè)性化的過(guò)程，才能成為智慧性的學(xué)習(xí)，讓數(shù)學(xué)課堂成為智慧性的課堂。