人工智能與小學數(shù)學教學的深度融合策略研究

趙云

【摘要】文章以驅動“促進信息技術與數(shù)學課程融合”的新課程理念落地為出發(fā)點，以培養(yǎng)小學生數(shù)學核心素養(yǎng)為落腳點，探討分析了在新課標理念下，從教師教學形式優(yōu)化、學生學習方式變革兩個維度上促進人工智能與小學數(shù)學課程教學深度融合的策略方法，意在通過對人工智能教學技術的深入開發(fā)及合理運用，打造智慧化的小學數(shù)學教學新樣態(tài)，全面驅動義務教育數(shù)學課程的改革.

【關鍵詞】人工智能；小學數(shù)學；數(shù)學教學；融合策略

教師教學、學生學習是構成小學數(shù)學課程的兩大要素.在教育信息化背景下，嚴格遵循《義務教育數(shù)學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《新課標》）提出的課程理念，堅持發(fā)展學生數(shù)學核心素養(yǎng)的育人導向，將人工智能這一兼具智慧化、創(chuàng)新化的技術融入小學數(shù)學課程的教與學活動之中，不但有益于義務教育數(shù)學教育發(fā)展進步，對小學生數(shù)學學習效率、數(shù)學學習能力及數(shù)學核心素養(yǎng)的提升同樣具有重要意義.

一、借助人工智能優(yōu)化教師的教學形式

在一般情況下，小學數(shù)學教師的課程教學工作可劃分為課前準備教學、課中實施教學以及課后設計作業(yè)三個維度.由此，在教育信息化背景下，開展人工智能與小學數(shù)學教學的融合實踐時，教師便可將人工智能技術以更為合理與有效的方式融入自身三項教學組織及研究活動之中.

（一）借力人工智能技術，智慧備課

課前備課是構建高效小學數(shù)學課堂的重要前提工作.在教育信息化背景下，小學數(shù)學教師可將人工智能技術應用到備教材、備學情中，為課中精準教學的實現(xiàn)打好提前量.

以人教版二年級上冊數(shù)學教材第一課“長度單位”為例.在展開備教材工作時，小學數(shù)學教師可在充分研讀教材及《新課標》的基礎上，明確本課的教學方向為指導學生規(guī)范使用刻度尺等長度測量工具，引導學生建構“100厘米=1米”的數(shù)學長度概念、會用刻度尺畫長度一定的線段后，利用創(chuàng)建課程的AI軟件生成教學方案，以此大幅度縮短及壓減教學精力及時間在備教材、寫教案工作中的投入，將更多的教學關注點合理轉移到學生數(shù)學學習方式的調整及優(yōu)化中.而在開展備學情工作時，小學數(shù)學教師可在AI軟件生成的教學方案的基礎上，利用微課教學技術或PowerPoint軟件為學生制作設計圖文并茂的導學視頻，并將制作好的導學視頻發(fā)布到線上教學平臺或班級微信群中，讓學生在家長的督促下線上自主觀看，使其通過導學視頻把握用刻度尺測量物體長度的方法，并初步了解到1米=100厘米.

在此基礎上，小學數(shù)學教師還可在導學視頻的最后為學生提供預習清單，讓學生在線上自主獨立完成，并將學生學習清單的完成情況作為學情分析數(shù)據(jù)，導入線上教學平臺的智能評估系統(tǒng)之中，在AI技術的加持及輔助下更為全面和客觀地評估學生的各項能力和潛在智能，以此促進教學方案及教學計劃的完善.

（二）應用人工智能技術，靈活教學

人工智能教學技術的卓越優(yōu)勢在于，其能夠運用數(shù)據(jù)分析、計算思維將不易被學習者接受的復雜問題以更直白、更簡潔的形式呈現(xiàn)出來，提高學習者的接受能力及對新知內容的內化吸收速率.由此，小學數(shù)學教師在課中教學中展開人工智能的融合實踐時，便可積極開發(fā)其靈活自如的教學優(yōu)勢，為學生打造更具吸引力的智慧數(shù)學課堂.

例如，在教學人教版二年級下冊數(shù)學教材“圖形的運動（一）”一課時，教師就可將智能教育工具和智能教育機器人引入課堂教學之中，讓學生以動手實踐以及與AI智能機器人對話的方式理解軸對稱圖形、平移現(xiàn)象和旋轉現(xiàn)象.

首先，小學數(shù)學教師可利用希沃白板將含有動物形象的剪紙作品呈現(xiàn)在學生眼前，吸引學生的注意力，并以問題“同學們，你們知道如何在紙上剪出這些小動物嗎”活躍學生思維，驅使學生與AI智能機器人進行對話，問詢剪紙作品的制作步驟及方法，使其通過與AI交互，認識到剪紙作品中包含了軸對稱圖形以及圖形的旋轉、平移，并生成動手制作動物形象剪紙作品的興趣.

其次，教師可立足學生預習清單的完成情況，遵循“組間同質、組內異質”的分組原則劃分學習小組，并為學生布置三項剪紙任務：“剪出一個蝴蝶”“將下圖中的圖形拼成一條小魚，說出移動圖形的步驟”“制作一個紙風車”，并為各組學生提供與AI智能機器人、小組成員對話交流的時間，在促進學生思維碰撞的同時，讓學生通過細致聆聽AI智能機器人的趣味說明和講解，對軸對稱圖形、圖形的平移和旋轉現(xiàn)象形成較好的把握認識，并在動手剪紙、實際操作的過程中實現(xiàn)對本課重要數(shù)學概念的內化吸收.

最后，教師可在學生合作完成上述實踐活動后，將指向本課知識內容鞏固復習的教學問答錄入AI智能機器人的對話系統(tǒng)中，讓學生以“搶答”的形式回答機器人所提出的“什么是軸對稱圖形、平移現(xiàn)象和旋轉現(xiàn)象”“在生活中還有哪些是對稱圖形、圖形的平移和旋轉”等問題，讓學生在AI智能機器人“嘟嘟嘟”正確音效和“嘀嘀嘀”錯誤音效的提示下，自覺主動地調整自己對軸對稱圖形、圖形平移、圖形旋轉的描述及表達，進而實現(xiàn)趣味化的有效數(shù)學學習.

（三）開發(fā)人工智能技術，分層作業(yè)

隨著“雙減”政策的持續(xù)深化，在現(xiàn)如今的小學數(shù)學課程教學中，如何在課后作業(yè)設計中體現(xiàn)出“減負增效”和“因材施教”理念是教師重點關注的教學優(yōu)化問題.在信息化教育背景下，小學數(shù)學教師可利用人工智能教學技術中的學生行為分析功能對學生學習層次進行精準劃分，為不同層次、不同水平的學生布置分層化、差異化的課后數(shù)學作業(yè)，以此將因材施教、立德樹人根本教育任務落到實處.

例如，在教學人教版三年級上冊數(shù)學教材“長方形和正方形”一課課后作業(yè)時，教師可將學生在課前預習中以及課中學習中的狀態(tài)、進展、參與程度等有關數(shù)據(jù)整合起來，輸入基于人工智能技術的學生行為分析系統(tǒng)中，讓AI分析學生學習速度、學習熱情、學習態(tài)度以及行為表現(xiàn)等信息，并以金字塔圖的形式將學生科學劃分為A，B，C，D四個層次，清楚地體現(xiàn)出不同層次學生數(shù)學學習的薄弱之處.此后，小學數(shù)學教師就可以此為依據(jù)為不同層次學生布置分層數(shù)學課后作業(yè).

第一，可為數(shù)學知識把握扎實、學習能力較強的A層次學生布置指向思維訓練的課后作業(yè).

【作業(yè)一】一個長方形的寬是5厘米，它的長是寬的4倍，這個長方形的長和周長是多少厘米？

【作業(yè)二】李伯伯有一塊一面靠墻、邊長是6米的正方形菜地.如果李伯伯想要將這塊菜地用籬笆圍起來，那么至少需要長是多少米的籬笆？

第二，可為數(shù)學知識把握較好、自主學習意識較低的B層次學生布置指向數(shù)學應用的課后作業(yè).

【作業(yè)一】籃球場的長是30米，寬是16米，小紅繞籃球場跑3圈，一共跑了多少米？

【作業(yè)二】為一塊邊長是20分米的正方形桌布的四周縫制花邊，需要長為多少米的花邊？

第三，可為數(shù)學知識掌握一般、但數(shù)學學習態(tài)度端正的C層次學生布置指向鞏固復習的課后作業(yè).

【作業(yè)一】畫出一個長是7厘米、寬是5厘米的長方形和一個邊長是6厘米的正方形，分別用兩種計算方式計算這兩個圖形的周長，比較哪種計算方法更簡便.

【作業(yè)二】量一量數(shù)學課本、作業(yè)本的長和寬，并計算它們的周長.

第四，可為數(shù)學學習能力相對較差且存在數(shù)學厭學情緒的D層次學生布置指向數(shù)學學習興趣培養(yǎng)的課后作業(yè).

【作業(yè)一】用一根24厘米的繩子圍一個正方形，量一量這個正方形的邊長.

【作業(yè)二】可以在一個長是12厘米、寬是4厘米的長方形紙中折出多少個正方形？每個正方形的邊長是多少？

在此基礎上，小學數(shù)學教師還可利用人工智能技術的智能學管家為不同層次的學生制訂更具個性化及針對性的數(shù)學學習計劃，利用遠程教學工具對學生進行線上教學輔導，讓學生通過自主完成層次化的數(shù)學作業(yè)以及接受差異化線上教學指導，獲得不同程度的發(fā)展提升.

二、借助人工智能變革學生的學習方式

認真聽講、獨立思考、動手實踐、自主探索及合作交流是小學生學習數(shù)學的重要方式.小學數(shù)學教師在新課標理念的指導下，開展數(shù)學課程教學與人工智能的融合工作時，就要在優(yōu)化自身課程教學形式的基礎上，深入開發(fā)不同人工智能技術在推動學生數(shù)學學習方式、進階學生數(shù)學學習力等方面的積極作用，以此讓小學生在人工智能技術的良性干預及作用下實現(xiàn)從淺表學習、無意義學習到深度學習、有價值學習的轉變.

（一）人工智能輔助直觀情境創(chuàng)設，增強學生數(shù)學學習動力

情境教學在小學數(shù)學課程中有極高、極廣的應用價值和應用范圍.在教育信息化背景下，運用人工智能技術變革小學生數(shù)學學習方式時，教師可合理利用人工智能技術中虛擬現(xiàn)實或增強現(xiàn)實的功能，進一步提高數(shù)學教學情境的生動性和直觀性，一來更好發(fā)揮情境教學對學生數(shù)學學習狀態(tài)調整、數(shù)學學習興趣調動的積極作用；二來讓學生在AI技術的作用下主動建立起數(shù)學和現(xiàn)實生活的關聯(lián)，對數(shù)學學科的實用價值、應用價值形成客觀清醒的認識把握，從而得到數(shù)學學習動力的持續(xù)加強.

例如，在指導學生學習人教版四年級上冊數(shù)學教材第五課“平行四邊形和梯形”第一課時“平行與垂直”一課的知識內容時，小學數(shù)學教師就可利用人工智能技術中的虛擬現(xiàn)實功能，將教室、街道、家庭住宅、學校操場等生活場景的全景圖呈現(xiàn)出來，為學生打造更為真實立體及形象生動的教學情境，促使學生實現(xiàn)動手又動腦的有意義學習，并在人工智能技術的作用下認識到數(shù)學是一門源于現(xiàn)實世界的自然科學，生成將數(shù)學知識應用到現(xiàn)實生活問題解決之中的創(chuàng)新實踐意識.

（二）人工智能協(xié)助小組合作探究，鍛煉數(shù)學學習能力

在新課標理念下，融合人工智能技術組織學生以小組合作的形式開展數(shù)學探究時，教師可將操作簡單、上手快的AI學習工具嵌入學生的數(shù)學學習過程之中，在充分體現(xiàn)小學生數(shù)學學習主體性與主觀能動性的同時，使學生通過操作和使用AI學習工具更為精準、有效地把握數(shù)學學習的規(guī)律以及解決數(shù)學問題的“門道”.

例如，在教學人教版四年級下冊數(shù)學教材“運算律”一課時，指導學習小組以加法運算律[加法交換律a+b=b+a；加法結合律a+（b+c）=（a+b）+c]為基礎推導探究乘法運算律時，小學數(shù)學教師可在科學劃分數(shù)學探究小組的基礎上，將智能思維導圖工具提供給各個學習小組，讓學生在人工智能技術的協(xié)助下展開更為深入的數(shù)學探究和數(shù)學規(guī)律探索.

首先，教師可以提出問題：“對于乘法分配律，你們能夠提出哪些猜想？”驅動學生展開小組討論，使其在交流溝通中實現(xiàn)思維碰撞，并猜想在乘法中或許有a×b=b×a，a×（b×c）=（a×b）×c，a×（b-c）=a×b-a×c，a×（b+c）=a×b+a×c等運算律.

其次，小學數(shù)學教師可鼓勵學生將上述關于乘法運算律的猜想錄入智能思維導圖工具中，讓AI學習工具通過分析數(shù)學模型，生成與之相對應的乘法算式.在這之后，教師則可以提出問題：“AI學習工具給出的乘法算式一定是正確的嗎？如何用數(shù)學方法進行驗證？”促使各個學習小組對AI生成的各個乘法算式展開一系列的推理驗證、歸納概括及批判質疑等數(shù)學探究活動，在鍛煉與提高學生思維嚴謹性和深刻性的同時，確保學生能夠通過本次數(shù)學探究總結出乘法運算律.

最后，小學數(shù)學教師可讓學生以“運算律”為核心關鍵詞繪制包含加法分配律及乘法分配律的思維導圖，并通過比較加法交換律、結合律以及乘法交換律、結合律的方式，體會到建構加法模型和乘法模型對自身數(shù)學運算能力、問題解決能力及學習能力提高所起到的重要意義.

結 語

總而言之，在新課標理念下的小學數(shù)學教學中融合人工智能，對教師高效教學的達成、學生深度學習的實現(xiàn)及學科核心素養(yǎng)育人目標的落地有極為深遠的現(xiàn)實意義.因此，小學數(shù)學教師應在把握認識人工智能技術在優(yōu)化教師教學形式、變革學生學習方式等方面的優(yōu)勢作用的基礎上，加強對現(xiàn)代人工智能技術的全面分析和深入把握，在促進義務教育數(shù)學教學信息化、智慧化、現(xiàn)代化發(fā)展的同時，為立德樹人根本教育任務的落地及小學生全面發(fā)展、終身發(fā)展的實現(xiàn)提供保障.

【參考文獻】

[1]王曉峰.提高小學數(shù)學與信息技術課堂融合效率方法研究[J].當代家庭教育，2022（18）：85-88.

[2]王安民.讓人工智能走進小學數(shù)學課堂[J].天津教育，2022（14）：49-51.

[3]尹鑫，徐潔.人工智能時代小學數(shù)學智慧教學的模式探索[J].廣西科技師范學院學報，2022，37（2）：114-120.

[4]吳曉麗.人工智能在小學數(shù)學課堂中的高效應用策略探究[J].考試周刊，2021（95）：57-59.

[5]吳妹.人工智能支持下的教學變革與創(chuàng)新———運用紙筆互動課堂，助力小學數(shù)學教學[J].學苑教育，2021（22）：17-18.