依托人工智能技術(shù)助力數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)

徐貴枝

目前，對中國學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)機(jī)制及評價(jià)方式的深入研究正成為教育領(lǐng)域改革的重要支點(diǎn)。就數(shù)學(xué)學(xué)科而言，學(xué)生素養(yǎng)的整體提升具體映射在對學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)，特別是數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的提升上。

一、數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)機(jī)制的理論支撐

1.核心素養(yǎng)的概念

不同于一般意義的素養(yǎng)，核心素養(yǎng)指學(xué)生應(yīng)具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，突出強(qiáng)調(diào)個(gè)人修養(yǎng)、社會關(guān)愛、家國情懷，更加注重自主發(fā)展、合作參與、創(chuàng)新實(shí)踐。數(shù)學(xué)學(xué)科要培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)，主要包括會用數(shù)學(xué)的眼光觀察現(xiàn)實(shí)世界，會用數(shù)學(xué)的思維思考現(xiàn)實(shí)世界，會用數(shù)學(xué)的語言表達(dá)現(xiàn)實(shí)世界。在小學(xué)階段，數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)主要表現(xiàn)為數(shù)感、符號意識、運(yùn)算能力、幾何直觀、空間觀念、推理意識、數(shù)據(jù)意識、模型意識、應(yīng)用意識和創(chuàng)新意識。

2.核心素養(yǎng)的內(nèi)涵

個(gè)人的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)時(shí)常表現(xiàn)在特定情境（包括現(xiàn)實(shí)情境與純數(shù)學(xué)情境）下的問題解決過程中。問題解決的過程從本質(zhì)上講是從真實(shí)情境中的問題開始的數(shù)學(xué)化歷程。一方面，核心素養(yǎng)指導(dǎo)、引領(lǐng)、輻射學(xué)科教學(xué)，彰顯學(xué)科教學(xué)的育人價(jià)值，使之自覺為人的終身發(fā)展服務(wù)，將“教學(xué)”升華為“教育”；另一方面，核心素養(yǎng)的達(dá)成也依賴于各個(gè)學(xué)科獨(dú)特育人功能的發(fā)揮、學(xué)科本質(zhì)魅力的展現(xiàn)，只有乘上富有活力的學(xué)科教學(xué)之筏，才能順利抵達(dá)核心素養(yǎng)的彼岸。

此外，核心素養(yǎng)還是學(xué)科壁壘的“溶化劑”，以核心素養(yǎng)體系為基，各學(xué)科教學(xué)將實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌統(tǒng)整。以數(shù)學(xué)素養(yǎng)為例，它并非專屬數(shù)學(xué)學(xué)科一家，信息科技課也可以借助圖像、數(shù)據(jù)的分析，培養(yǎng)學(xué)生的空間觀念和數(shù)據(jù)意識，跨學(xué)科融合教育正是基于核心素養(yǎng)發(fā)展的需要。

二、人工智能技術(shù)支持下的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)教學(xué)現(xiàn)狀

人工智能技術(shù)支持下的數(shù)學(xué)教學(xué)，過程更加新穎，手段更加創(chuàng)新，能夠把人工智能技術(shù)的優(yōu)勢發(fā)揮到數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)教學(xué)中，讓學(xué)生的個(gè)性和特點(diǎn)都能得到充分彰顯。而且，人才的培養(yǎng)需要全方位、多層次的塑造，數(shù)學(xué)教學(xué)既要教會學(xué)生解題，也要教會學(xué)生獨(dú)立思考，注重學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1.人工智能技術(shù)使用情況分析

人工智能與課堂教學(xué)相結(jié)合，可以讓教師的教學(xué)手段和教學(xué)工具更加豐富。但是，當(dāng)前教學(xué)中仍然存在人工智能設(shè)備使用率不高的問題，沒有把人工智能技術(shù)在數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)教學(xué)中的作用發(fā)揮出來，也沒能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2.教師教學(xué)中使用人工智能技術(shù)情況分析

在課堂教學(xué)案例中我們不難發(fā)現(xiàn)，部分教師的課堂依然存在“一支粉筆”的現(xiàn)象，課堂缺少現(xiàn)代化氣息，教學(xué)模式陳舊，學(xué)生只能被動接受，教學(xué)效果自然低下。當(dāng)然，也有部分教師存在過度依賴人工智能技術(shù)的現(xiàn)象，對學(xué)生的課堂反應(yīng)和教學(xué)情況掌握不充分，在教學(xué)過程中指導(dǎo)、引領(lǐng)的作用發(fā)揮不到位，沒有把人工智能技術(shù)的科學(xué)性發(fā)揮出來。

由此可知，當(dāng)前通過人工智能技術(shù)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)還存在一定的不足，有待我們進(jìn)一步改進(jìn)與提高。

三、人工智能技術(shù)支持下的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略

1.直觀情境加深學(xué)生印象

教師的教育要順應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，而不是一味地向?qū)W生進(jìn)行知識的灌輸，只有讓學(xué)生自然地完成知識構(gòu)建，才能切實(shí)提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)健康快樂地成長。因此小學(xué)數(shù)學(xué)教師在進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)時(shí)，要根據(jù)小學(xué)生形象思維發(fā)達(dá)的特點(diǎn)，通過人工智能技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)生動直觀的教學(xué)情境，讓學(xué)生能夠在符合自身思維發(fā)展特點(diǎn)的環(huán)境中學(xué)習(xí)知識，加深對知識的印象。

例如在進(jìn)行“多位數(shù)乘一位數(shù)”這部分知識的教學(xué)時(shí)，筆者就將人工智能技術(shù)與教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了融合，利用人工智能機(jī)器人所具備的投影以及變換顏色的功能來幫助學(xué)生加深對知識的印象。首先，筆者利用投影儀向?qū)W生呈現(xiàn)了一張圖片，圖片左半部分是由5行5列構(gòu)成的紅色笑臉，右半部分是由5行6列構(gòu)成的紅色笑臉。隨后，筆者提問：“同學(xué)們，你們看這些小笑臉多可愛啊，誰能用最快的速度告訴老師，這張圖片中有多少張笑臉？”此時(shí)絕大部分學(xué)生會用自己熟悉的方法嘗試去解答問題，得出答案之后，筆者再通過操作人工智能機(jī)器人，讓圖片中的所有笑臉動起來，通過動態(tài)的形式向?qū)W生講解各種可以運(yùn)用的計(jì)算方式。

通過這種方式構(gòu)建直觀的教學(xué)情境，不僅使學(xué)生的數(shù)感得到了強(qiáng)化，同時(shí)也有效激發(fā)了學(xué)生的個(gè)性思維，讓學(xué)生在直觀生動的圖像中加深對算法的理解。

2.智慧火花激發(fā)創(chuàng)新思維

數(shù)學(xué)知識在我們的日常生活中隨處可見，也廣泛應(yīng)用于生活的各個(gè)方面，是促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性思維發(fā)展的有效工具。但是，由于部分教師受傳統(tǒng)教學(xué)理念影響甚深，導(dǎo)致學(xué)生課堂學(xué)習(xí)積極性不高，創(chuàng)造性思維受到極大影響。因此，在素質(zhì)教育理念影響之下，小學(xué)數(shù)學(xué)教師可以通過運(yùn)用人工智能的手段，讓學(xué)生的視野通過動態(tài)化的知識展示過程得到開拓，創(chuàng)新思維得到激發(fā)。

例如在進(jìn)行“圓的面積”這部分知識的教學(xué)時(shí)，筆者為了讓學(xué)生能夠從圓的面積計(jì)算中得到有效啟發(fā)，在教學(xué)中運(yùn)用了人工智能技術(shù)。首先，筆者利用電子白板向?qū)W生呈現(xiàn)一個(gè)紅色的圓，然后通過對電子白板的操作，讓一個(gè)動態(tài)的“小人”操控圓規(guī)對其進(jìn)行切割，再將切割出來的一個(gè)個(gè)小三角形進(jìn)行拼接，最終組成了一個(gè)長方形。這個(gè)過程讓學(xué)生感到十分驚奇，激發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣。接著，筆者帶領(lǐng)學(xué)生通過對“小人”操作過程的分解探究圓的面積知識，一步一步引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出圓的面積計(jì)算公式。

像這樣，通過將圓的面積知識利用人工智能技術(shù)動態(tài)呈現(xiàn)，不僅能夠提升學(xué)生想象力，同時(shí)也能讓學(xué)生在熟練掌握數(shù)學(xué)知識的基礎(chǔ)上形成舉一反三的能力，進(jìn)而讓自身創(chuàng)造性思維得到有效發(fā)展。

3.深度學(xué)習(xí)開發(fā)大腦潛力

小學(xué)生由于年齡尚小，還未形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，其邏輯思維能力也處于發(fā)展的過程中，因此存在對數(shù)學(xué)知識理解不全面、不透徹的情況。在教育信息化水平不斷發(fā)展的今天，人工智能技術(shù)的出現(xiàn)給小學(xué)數(shù)學(xué)教師的教學(xué)帶來了全新的發(fā)展機(jī)遇，也給教師提供了一個(gè)有價(jià)值的教學(xué)研究方向，同時(shí)對促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)、幫助學(xué)生突破教學(xué)重難點(diǎn)以及開發(fā)大腦潛力提供了支持。

例如在進(jìn)行“鴿巢問題”這部分知識的教學(xué)時(shí)，由于小學(xué)生的空間想象能力不強(qiáng)，導(dǎo)致在探究鴿巢問題的過程中總會感到困惑。因此，筆者將此部分知識與人工智能技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，運(yùn)用3D技術(shù)開展教學(xué)活動。首先，筆者對學(xué)生說：“今天老師要給大家變一個(gè)魔術(shù)。這里有一副撲克牌，我們都知道一副撲克牌有54張，拿出2張之后還有52張，接下來我會隨機(jī)選擇5名同學(xué)抽紙牌，最后一定會有至少兩名同學(xué)抽到的紙牌花色是一樣的，大家信不信？”學(xué)生抱著懷疑的態(tài)度配合筆者進(jìn)行魔術(shù)，最終有3名學(xué)生抽到了花色一致的牌。接著，筆者又說：“其實(shí)在剛剛的這個(gè)魔術(shù)中蘊(yùn)含了一個(gè)原理，叫作‘抽屜原理，也叫‘鴿巢原理。今天老師就帶領(lǐng)大家一起來探索‘鴿巢原理。”為了加深學(xué)生對原理的理解，筆者又利用3D技術(shù)，通過大屏幕向?qū)W生展示了4只立體的鴿子和3個(gè)籠子，并讓這4只鴿子隨意往籠子中飛，讓學(xué)生通過觀察自行得出“一定有1個(gè)籠子中會飛進(jìn)去2只鴿子”的結(jié)論。

通過這種方式展開教學(xué)，不僅加深了學(xué)生對知識的印象，也促進(jìn)了學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自身潛力的開發(fā)。

4.智能反饋助力分層教學(xué)

在傳統(tǒng)的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，由于受教學(xué)資源、教學(xué)時(shí)間、教學(xué)理念等因素影響，分層教學(xué)法沒能得到有效落實(shí)，部分學(xué)生學(xué)習(xí)效果不甚理想。每個(gè)學(xué)生的成長環(huán)境不同，學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)潛能也存在著較大差異，而激發(fā)學(xué)生的潛質(zhì)又是教師教學(xué)中的重要職責(zé)。人工智能技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步為小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)提供了更多可能性，教師在開展課堂教學(xué)實(shí)踐時(shí)，可以通過人工智能技術(shù)反饋信息的功能實(shí)時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并在人工智能技術(shù)的幫助下對學(xué)生進(jìn)行有針對性的指導(dǎo)，助力不同層次的學(xué)生都能取得長足的進(jìn)步。

例如在進(jìn)行“分?jǐn)?shù)乘法”這部分知識的教學(xué)時(shí)，筆者給學(xué)生出了這樣一道題目：已知一個(gè)工程隊(duì)要整修一段高速公路，總長度為1000米，現(xiàn)在公路已經(jīng)整修了4個(gè)小時(shí)，完成了這條公路的，請問要想整修完這條公路還需要多長時(shí)間？筆者并未讓學(xué)生一上來就進(jìn)行解答，而是讓學(xué)生將自己從題干中獲得的信息整理后輸入到平板電腦中的表格里，筆者再通過表格對學(xué)生的理解情況進(jìn)行分析，從中發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在信息整理不全面、問題理解不到位等情況，并據(jù)此對學(xué)生進(jìn)行分層教學(xué)。針對理解能力較強(qiáng)的學(xué)生，筆者會引導(dǎo)學(xué)生探究多種解題方法；針對理解題意不全面的學(xué)生，筆者會從整理信息的角度對學(xué)生進(jìn)行提問，逐步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真審題，從而實(shí)現(xiàn)不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生都能有所進(jìn)步。

其實(shí)，人工智能技術(shù)的出現(xiàn)為教師開展分層教學(xué)提供了諸多便利，將其融入小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中，不僅能夠幫助教師對學(xué)生學(xué)情展開更為有效的分析，還能幫助教師全面掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)痛點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上對教學(xué)方式進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，對學(xué)生的問題“對癥下藥”，從而讓教育更具實(shí)效性，提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

5.科學(xué)測評打造理性課堂

隨著素質(zhì)教育的不斷深入，各學(xué)科教師越來越注重學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效率，同時(shí)加強(qiáng)對學(xué)生反思意識、自主學(xué)習(xí)意識的培養(yǎng)。若想要這一教學(xué)目標(biāo)得以真正實(shí)現(xiàn)，離不開對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)的測評活動。在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師通常采用試卷或者習(xí)題的方式對學(xué)生進(jìn)行測評，這種方式不僅極大地浪費(fèi)了教學(xué)時(shí)間，也難以幫助教師最真實(shí)地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。如今，在人工智能技術(shù)的幫助下，教師可以利用大數(shù)據(jù)對學(xué)生進(jìn)行線上測評，以更加科學(xué)、便捷、有效的方式對學(xué)生進(jìn)行評價(jià)，如此不僅能夠高效了解學(xué)生的學(xué)習(xí)問題，同時(shí)也能讓學(xué)生在理性的課堂環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自我反思。

例如在“因數(shù)與倍數(shù)”這部分知識教學(xué)完畢后，筆者利用線上測評的方式對全班學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了調(diào)查。筆者在客戶端提前設(shè)置了不同的問題，讓學(xué)生通過游戲闖關(guān)的方式進(jìn)行作答，這樣不僅能激發(fā)學(xué)生的興趣，同時(shí)也滿足了不同層次學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。當(dāng)學(xué)生通過線上學(xué)習(xí)方式回答完筆者設(shè)計(jì)的問題之后，筆者再利用大數(shù)據(jù)對學(xué)生的答案進(jìn)行測評，了解學(xué)生的作答時(shí)間和正確率。人工智能技術(shù)不僅能夠幫助筆者迅速了解學(xué)生是否掌握了筆者在教學(xué)實(shí)踐中所講的解題方法，還能幫助筆者掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)薄弱點(diǎn)，進(jìn)而幫助筆者對接下來的教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行設(shè)計(jì)與調(diào)整，真正為學(xué)生的全面發(fā)展保駕護(hù)航。

綜上，在“雙減”背景下，人工智能技術(shù)支持下的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)要有趣味性、思考性、整體性、挑戰(zhàn)性，支持學(xué)生的高品質(zhì)學(xué)習(xí)，引發(fā)“人學(xué)”狀態(tài)，促進(jìn)“真學(xué)”過程，學(xué)生唯有經(jīng)歷數(shù)學(xué)化過程中的再創(chuàng)造，數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的種子才能在心中落地開花。讓我們借助“人工智能”，讓核心素養(yǎng)“一路生花”吧！