以人工智能促進小學數學教學提質增效的路徑分析

陳永暢　汪姍姍

摘要：在小學數學教學中，教師通過人工智能技術提供仿真的學習場景，能幫助學生突破難點，能更好地評估學生的學習成果，發現學生的問題并及時進行糾正。在課前，人工智能技術可以輔助分析每個學生的學習情況和需求，為每個學生制訂個性化的學習計劃，為教師選擇合適的教學策略；在課中，人工智能技術可以輔助教師進行教學管理，提高教學效率；在課后，人工智能技術可以幫助學生進行自主學習和復習，提高學習效果。

關鍵詞：人工智能；小學數學教學；提質增效；新媒介

人工智能（AI）已深入社會發展的各個領域，教育領域亦不例外，必然也對小學數學教學產生了深遠的影響。通過人工智能技術，教師可以更好地了解每個學生的學習基礎與興趣點，從而因材施教。人工智能技術可以提供仿真學習場景，能幫助學生突破難點；也可以幫助教師更好地評估學生的學習成果，發現學生的問題并及時進行糾正。此外，在課前，人工智能技術可以輔助分析每個學生的學習情況和需求，為每個學生制訂個性化的學習計劃，為教師選擇合適的教學策略；在課中，人工智能技術可以輔助教師進行教學管理，提高教學效率；在課后，人工智能技術可以幫助學生進行自主學習和復習，提高學習效果。

一、技術支持，課前精準把握，優化學習體驗

人工智能技術的應用能提高小學數學課前預習或自習的效率。在傳統課堂教學中，學生年齡偏小、自制力差、數學教學內容分散、“滿堂灌”教學模式等成為了教學的頑疾，從而導致學生處于被動的學習狀態。在人工智能時代，我們的學習方式有了更多的選擇，學生也有更強的學習能力，那么如何更為精準地使學生有更好的學習體驗、更適合的學習場景呢？筆者認為，如下人工智能技術的支持能不斷提升學生的學習質量和效率，能給學生提供個性化的學習場景。

（一）智能預習

到目前為止，可能也有較多的教師是不贊成小學數學課前進行預習的，但是，如果是具有針對性的課前預習，能有效地幫助學生找到適合自己的學習方式，更重要的是，可以讓學生自主學習，這是一項長遠的學習技能。智能預習是指根據學生現有的學習“數據”自動生成一些對應概念講解的素材、練習題和測試題等，讓學生能在家中或者學校提前進行預習，同時教師通過學生的預習情況準確地掌握學情，進而設計有側重點、有針對性的學習內容。

例如，在一年級教學中，可能很多學生早就會數數，也會寫數字了，那么我們的教學重點是什么呢？通過人工智能預習手段，我們就能精準地把握學情，從而提高學生的學習體驗。教師如果還按照教材的內容分布，一點點地細講，沒有抓住學生的學習困難點，就沒有辦法在現有的學情下提高學生的學習效率，甚至會打擊學生的學習信心。再如，像“三角形內角和為180度”這一結論，可能很多學生課前就已經知道了，教師這時就可以通過人工智能工具，向學生發放一些問卷，調查學生的學習停留在哪個層次，是否真的已經理解其內涵，是否能通過探究得到一般化的規律，形成數學的思想方法。這樣的預習都是非常必要的，而且能真正地提升教學質量和學習效果。

（二）智能輔導

教師可以通過人工智能技術的智能輔導功能，幫助學生更好地理解和掌握數學知識。教師可以利用人工智能技術，針對學生的薄弱環節進行輔導，提供針對性的練習題目和解決方法，幫助學生更好地掌握數學知識。當學生預習過程中遇到問題時，教師可以通過ChatGPT、文心一言、題拍拍等人工智能工具，利用它們給我們推送的對應學習視頻、講解教程、解題過程等，使學生的學習不受時間、空間的限制，有針對性地對學生進行輔導。智能輔導的最大優點是可以控制學習的進度、速度，如果在一個環節中學生還有不懂的問題，教師就可以慢一點；如果一個環節學生已經都學會了，教師教學的速度就可以加快。這樣，就做到了省時、省力，更優化了學生的學習過程。這樣的輔導為學生提供了更加豐富、生動、個性化的學習體驗，幫助他們更好地理解和掌握數學知識。同時，也使得教學活動更加智能和高效。

（三）智能自測

教師可以利用人工智能技術，結合課堂中學生的學習情況及能力水平，使用相關的智能軟件，有針對性地制作智能題庫，并在相關平臺上展示給學生。學生可以通過在線智能自測進行自我評估，不斷提升自己的數學學習水平。

例如，教師可以制作一些自測題庫，也可以通過大數據編制自測題庫，讓學生在線完成自測題目。根據學生的答題情況和時間，自動判斷學生的數學學習水平和能力，幫助學生更好地了解自己的學習狀況。只有精準把握學生的學習基礎，教師才能更好地設計學習內容，幫助突破學習重難點。使樣的學習場景真正具有了個性化、精準化和真實化的特征，同時，也解決了教師分層教學的難題，讓“吃不飽”“吃不好”的學生都有了自己的學習環境、資源和條件。此外，通過人工智能算法，教師可以分析學生的學習數據，確定學生的學習路徑，根據學生的理解和掌握程度，自動調整教學素材和練習的難易程度，確保學生在適當的挑戰中發展和進步，讓學習真正成為學生自己的事。

對于學生來說，學習體驗是決定他們學習興趣、提升學習效率、完善學習場景的一個重要指標。為此，我們通過人工智能技術的助力，讓學生能有更好的體驗、更有效的學習和更精準的輔導。

二、技術應用，課中深度融合，提高學習效果

在課堂教學中，人工智能技術可以輔助教師進行教學管理。教師可以利用人工智能技術展示生動形象的教學內容，激發學生的學習興趣；可以利用智能語音識別和自然語言處理技術，自動分析學生的發言和作業，更好地了解學生的學習情況；可以利用虛擬現實技術讓學生在游戲中學習數學，提高學生的學習參與度和實踐能力；也可以通過仿真的場景，讓學生“立”在真實學習環境中，進而突破學習難點。

（一）突破難點

數學內容有些是相對比較抽象的，如空間觀念，學生如果沒有空間想象力，就難以形成空間觀念。那么，如果在學習過程中有仿真模擬現場，讓學生能有真實的體驗，便能給予學生非常好的空間感。

例如，“觀察物體”這樣抽象的教學內容，對學生的空間想象力的要求非常高，特別是當觀測位置發生不斷變化后，我們看到的物體是怎么樣的呢？有些物體的疊放位置又是怎么樣的呢？此時，如果能設置一個3D的仿真場景，讓學生戴上VR眼鏡，變成觀察者，一邊行走、一邊觀察、一邊發現觀察到的物體位置變化，就不需要再讓學生靠憑空猜去想象了。當然，在學生嘗試的過程中，教師也要引導學生去發現其中的規律，并使其不斷內化為學生的認知，逐漸提升學生想象力，使學生逐步形成空間觀念。由此可見，在數學教學中，人工智能技術往往能幫助學生解決日常學習中尚未突破的難點，特別是一些體驗式、仿真型的場景營造，能使得學生的學習變得更有效果、更有意思、更有意義。

（二）升華理解

學生對數學知識的理解是因人而異的，在信息化、大數據時代的課堂上，教師要能通過平板電腦等工具，使學生以互動的方式學習數學，從而提升其理解的層次。

例如，在學習“立體幾何圖形的初步認識”時，傳統的授課方式可能會使學生感到抽象和難以理解，無法實現“立體”的體驗，更無法進行操作與實踐。通過使用平板電腦上的AI軟件，學生可以用自己的手指來“觸摸”和“操作”幾何形狀，如旋轉、平移和縮放。其中，學生可能會產生這樣的問題：為什么移動四格不是指間隔四格？為什么旋轉后得到的圖形大小、形狀是不變的，而位置發生了變化？這樣就能使學生更直觀地理解幾何形狀的性質和關系，有助于學生進行深層次的理解和發散。數學知識的學習需要學生能舉一反三、遷移應用，為此，“理解”是非常重要的一種學習方法，學生只有真正理解了，才能更加充分地掌握、運用和遷移。人工智能技術的融入，不但能提升課堂中學生的參與程度，而且能幫助學生在互動中習得更為扎實的知識與技能，進而逐步轉化為數學思想。

（三）增添交互

要打破“滿堂灌”的課堂教學模式，技術的融入是非常重要的一環，特別是人工智能技術，能讓學生有真實的參與感和高質量的互動，使教學變成雙向的、有意義的對話。

例如，在探究“平行四邊形的面積”時，學生已經掌握了長方形的面積計算公式，但是對于平行四邊形的面積計算還比較陌生。接下來，教師使用平板電腦上的AI軟件，向學生展示了一個平行四邊形和一個長方形。學生可以直觀地看到兩個圖形的面積明顯不同。教師接著介紹了用數方格的方法來計算平行四邊形的面積，但是學生發現，這種方法比較麻煩，容易出現誤差。為了使學生更好地理解平行四邊形的面積計算方法，教師引導學生使用H5動畫進行操作。通過動畫中的“移和轉”，學生可以將平行四邊形轉化為長方形，從而計算出其面積。這種方法既有趣味性，又能幫助學生更好地理解平行四邊形的面積計算方法。此外，在課堂教學過程中，教師還借助人工智能技術的互動功能，邀請學生上實驗臺操作電腦進行實際計算。通過這種方式，學生可以更好地理解平行四邊形面積的計算方法，提高他們的學習興趣和參與度。

課堂是學生學習的主陣地，教師應給予學生足夠多的支持，而且是有效、高效的支持，只有這樣，學生的學習過程才是扎實的，才能促進深度思考。人工智能技術不僅能為教學增添互動交流、豐富課程形態、完善學習流程，還能讓學生更直觀地學習、突破難點、促進理解，為小學數學課堂增添生氣和趣味。

三、技術賦能，課后自主學習，凸顯個性特質

課后是學生學習能力發展最為關鍵的一環，也是學生真正成為學習主體、成為能解決問題的重要個體的時間段。因為，如果學生能自主地學會尋找工具、借助他人、通過網絡等手段去發現問題、分析問題、解決問題，這便培養了其關鍵能力，更為其后續發展奠定了良好的基礎。在人工智能時代，這樣的學習方式則變得更為多元、便捷和精準，如ChatGPT不僅能為我們提出的問題找到準確的解決方案，還能提供較為多元的解決路徑。

（一）錯題資源

錯題資源是小學數學學習質量提升的重要資源，很多教師要求學生將錯題抄在錯題本上，這樣效率低、耗時長、效果差。而引進人工智能技術后，學生只要一掃描、一拍照就可以方便地提取錯題，而教師則可以將錯題拼成新的試題，甚至可以將錯題通過大數據形成題目變式、題目發散等，如此一來，就形成了學生個人的錯題庫。當然，每個學生的錯題庫都是獨一無二的，是具有個性化、針對性的，更為重要的是，在大數據時代，人工智能技術能幫助教師對學生進行學情分析，根據學生的學習情況，還可以進一步自動調整和推送難易適中、類型多樣的題目，不斷地鞏固學生的基本知識和基本技能，從而逐步增強學生對數學思想方法的理解和掌握。錯題資源就是學生從錯到對的學習寫照，人工智能技術的融入能使得這一環節變得更加科學、高效。教師把錯題資源變成一張“網”，能讓學生的學習更加立體，能使學生在由錯轉對的過程中逐漸提高舉一反三的能力，把錯題用活。

（二）虛擬答疑

學生在學習過程中存在的困惑點不盡相同，但是課堂時間是有限的，如何幫助學生在課后突破學習的困難點或疑惑點呢？人機互動的虛擬場景便是非常有效的平臺，它不僅可以讓學生置身課堂“現場”進行對話，而且能在真實、平等的虛擬環境中針對個性化問題逐一解答，這就使學生的學習不再受空間和時間的限制。另外，虛擬答疑相比文字的解釋更直觀，也更具有“人情味”，能提升學習的溫度和學生的興趣，從而提升學習效率。當然，這種個性化的輔導，教師也可以通過相關的題目或知識點及對應的講解視頻，讓學生找到解決問題的方法，這也可以使得原來的答疑變得“立體”，學生的參與感更強，這就是人工智能技術的優勢所在，也真正實現了個性化、精準輔導的目的。

（三）情境模擬

通過模擬實際生活或實際問題的情境，幫助學生理解和應用數學知識，這是一個非常重要的數學學習手段。將情境模擬和人工智能結合起來，可以在小學數學教學中發揮更大的作用。情境模擬可以幫助學生將所學知識與實際生活聯系起來，提高他們的學習興趣。教師可以利用虛擬現實和增強現實技術，模擬真實的數學應用場景。

例如，在學習加減法時，教師可以設置一個模擬超市的情境，讓學生在購物和結賬的過程中運用數學知識解決遇到的實際問題。再如，在教學“立體圖形的初步認識”一課時，教師可以引導學生通過增強現實技術觀察三維幾何模型，進而直觀地理解和掌握立體圖形的相關知識。此外，教師還可以利用人工智能技術來設計數學游戲，讓學生在游戲中學習和應用數學知識。教師可以設計猜數字、數獨、圖形拼圖等游戲，使學生在玩游戲的同時提高數學技能。這些活動還可以幫助學生將理論知識應用到實際中，提高他們的理解和應用能力。

人工智能在小學數學課堂的應用具有巨大的優勢和意義。通過個性化教學、輔助教師教學、自主學習與協作學習等多種方式，人工智能不僅可以提高教學效率，還可以培養學生的創新思維和實踐能力。雖然在實踐中使用人工智能還存在一些問題和不足，但隨著新技術的不斷發展和教師在教育領域的不斷探索，相信人工智能定會在未來的小學數學教學中發揮越來越重要的作用。

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（責任編輯：楊強）

作者簡介：陳永暢，廣東省深圳市寶安區西灣小學高級教師。汪姍姍，廣東省深圳市寶安區流塘小學一級教師。