人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂中的高效應(yīng)用策略

□山東省樂(lè)陵市安居小學(xué) 王洪波

人工智能的發(fā)展改變了人們生活方式，如穿衣、住宿、教育、工作等。教育的變化也很明顯，人工智能逐漸在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中得到普及。國(guó)家在2018 年頒布信息化教育的相關(guān)政策和行動(dòng)指南。小學(xué)數(shù)學(xué)作為低學(xué)段基礎(chǔ)性學(xué)科，學(xué)生數(shù)學(xué)能力較弱，數(shù)學(xué)學(xué)科對(duì)小學(xué)生而言較難。而人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用機(jī)遇大于挑戰(zhàn)，能夠?yàn)榻處熃虒W(xué)帶來(lái)重大便利，基于學(xué)生特長(zhǎng)構(gòu)建課堂，落實(shí)因材施教教育理念，滿足新課標(biāo)教育改革要求。基于此，本文圍繞人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂中的高效應(yīng)用策略展開研究。

一、人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂中高效應(yīng)用意義

人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用早在2004 年就被提出，并對(duì)人工智能在義務(wù)教育階段的應(yīng)用進(jìn)行界定。具體而言，小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的人工智能，指教學(xué)算法、數(shù)據(jù)分析、AR 技術(shù)等方面，通過(guò)人工智能，更加準(zhǔn)確、高效地改變傳統(tǒng)課堂中的不足，開展現(xiàn)代化、智能性的教學(xué)，減輕教師的工作負(fù)擔(dān)，使教師將精力置于教學(xué)設(shè)計(jì)、人工智能應(yīng)用中，推動(dòng)學(xué)生全面發(fā)展，提高數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量。基于教學(xué)改革視角，人工智能可以打破小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的既定模式，應(yīng)用到教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，為教育教學(xué)活動(dòng)提供技術(shù)支持，有效提高教學(xué)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)生興趣、推動(dòng)學(xué)生個(gè)性發(fā)展。

（一）智慧教學(xué)引起課堂地位改變

借助人工智能開展的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)，是信息時(shí)代背景下技術(shù)支持的新型教學(xué)模式，與傳統(tǒng)教學(xué)、多媒體教學(xué)相比，更具技術(shù)、教育方面的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值，能夠大幅度提高教學(xué)質(zhì)量。

人工智能與小學(xué)數(shù)學(xué)的深層次融合體現(xiàn)為智慧教學(xué)，可以有效改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，通過(guò)分析學(xué)生的實(shí)際情況，推動(dòng)其進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)師生課堂地位的轉(zhuǎn)變，即突出學(xué)生的課堂主體地位，教師回歸主導(dǎo)地位，避免出現(xiàn)課堂地位“本末倒置”的現(xiàn)象，使學(xué)生在課堂中發(fā)揮主觀能動(dòng)性，通過(guò)主動(dòng)思考和人工智能精準(zhǔn)協(xié)助進(jìn)行數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)，在培養(yǎng)學(xué)生良好數(shù)學(xué)思維能力的同時(shí)，提高數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量和效果。

不僅如此，人工智能的運(yùn)用，能夠?yàn)榻處煂?shí)時(shí)提供豐富教學(xué)素材，根據(jù)課堂上學(xué)生的實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)狀況提供針對(duì)性教學(xué)指導(dǎo)。學(xué)生也可以根據(jù)在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題、困難搜集相關(guān)資料，提供技術(shù)、設(shè)備方面的支撐，推動(dòng)學(xué)生個(gè)性發(fā)展、數(shù)學(xué)能力發(fā)展，真正構(gòu)建高質(zhì)量數(shù)學(xué)課堂，推動(dòng)學(xué)生數(shù)學(xué)思維、能力的快速發(fā)展。

（二）推進(jìn)教學(xué)改革，推送合適資源，激發(fā)學(xué)生興趣

人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用，通過(guò)引進(jìn)大數(shù)據(jù)分析，為小學(xué)數(shù)學(xué)教育改革帶來(lái)了新的轉(zhuǎn)機(jī)。在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，大數(shù)據(jù)可以針對(duì)學(xué)生的課堂反饋進(jìn)行全面、深度分析，開展全面、系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，進(jìn)行持續(xù)追蹤。基于對(duì)學(xué)生實(shí)際情況的全面了解，在海量資源中選擇合適的內(nèi)容進(jìn)行推送，便于學(xué)生搜集到適用于自身的學(xué)習(xí)素材，提高學(xué)習(xí)效率和便捷性，幫助學(xué)生體會(huì)到數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，以此調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。

不僅如此，大數(shù)據(jù)可以根據(jù)學(xué)生情況進(jìn)行全面分析，以排查的方式尋找學(xué)生不足之處，并給予一定提示和相關(guān)素材，幫助學(xué)生針對(duì)性完善自我，充分突出學(xué)生課堂主體地位，滿足學(xué)生多元學(xué)習(xí)欲望和積極性，協(xié)同教師開展自主性的課堂。

（三）實(shí)現(xiàn)教學(xué)求同存異，推動(dòng)個(gè)性發(fā)展

教育改革強(qiáng)調(diào)“因材施教”理念落實(shí)，根據(jù)學(xué)生的差異設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)，滿足不同學(xué)生在課堂中的學(xué)習(xí)需求，實(shí)現(xiàn)自我發(fā)展、自我提升，凸顯學(xué)生個(gè)性，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)中的運(yùn)用，適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠?yàn)閷W(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)提供技術(shù)支持。適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)依托人工智能對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行分析，在教學(xué)基礎(chǔ)上探究適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容，通過(guò)學(xué)生實(shí)際情況構(gòu)建個(gè)性化學(xué)習(xí)建模，通過(guò)整體教學(xué)結(jié)合個(gè)性教學(xué)的方式解決教師難以兼顧全部學(xué)生開展個(gè)性化課堂教學(xué)的問(wèn)題，真正落實(shí)“因材施教”理念和要求，推動(dòng)學(xué)生個(gè)性發(fā)展，發(fā)現(xiàn)學(xué)生特長(zhǎng)的同時(shí)進(jìn)行針對(duì)性培養(yǎng)，為社會(huì)輸送一專多能型人才。

二、人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂中高效應(yīng)用策略

人工智能下的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)的開展，是將學(xué)生、教師、人工智能作為主體，構(gòu)建現(xiàn)代化、智慧化的數(shù)學(xué)課堂，充分運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、多媒體等技術(shù)，通過(guò)人工智能預(yù)習(xí)、層級(jí)課堂建設(shè)、任務(wù)模塊運(yùn)用、智能媒體運(yùn)用，開展針對(duì)性、智能化的教學(xué)，幫助教師獲取學(xué)生準(zhǔn)確信息和學(xué)習(xí)反饋，減少教師備課、信息搜集等方面的壓力，專注于人工智能數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)，推動(dòng)學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中實(shí)現(xiàn)綜合、全面發(fā)展。

（一）人工智能預(yù)習(xí)，激發(fā)興趣

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)持續(xù)發(fā)展、創(chuàng)新的產(chǎn)物，將人工智能運(yùn)用到小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，能夠發(fā)揮其技術(shù)先進(jìn)、數(shù)據(jù)收集分析、海量資源實(shí)時(shí)調(diào)取等優(yōu)勢(shì)，為課堂教學(xué)開展提供技術(shù)、信息和素材等方面的支撐，將教、學(xué)有效連接起來(lái)。課堂教學(xué)活動(dòng)可以分為課前、課中和課后三個(gè)整體性環(huán)節(jié)，人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用包含各個(gè)環(huán)節(jié)，因此，教師要靈活運(yùn)用人工智能進(jìn)行預(yù)習(xí)，使學(xué)生快速、高效地實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，并借助人工智能記錄困惑、問(wèn)題，將其反饋給教師，為教師設(shè)計(jì)后續(xù)教學(xué)方案提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，確定體現(xiàn)出課堂教學(xué)重難點(diǎn)，提高教學(xué)針對(duì)性。

以青島版小學(xué)數(shù)學(xué)四年級(jí)上冊(cè)“大數(shù)知多少——萬(wàn)以上數(shù)的認(rèn)識(shí)”教學(xué)為例。課程圍繞大數(shù)的組成、十進(jìn)制計(jì)數(shù)法、大數(shù)的讀法和寫法、大數(shù)表示面積方法、近似數(shù)等內(nèi)容展開，具有豐富性、基礎(chǔ)性和復(fù)雜性。大數(shù)的組成、讀法、寫法等內(nèi)容較為基礎(chǔ)，在運(yùn)用人工智能組織預(yù)習(xí)活動(dòng)時(shí)，教師可以側(cè)重于基礎(chǔ)知識(shí)的呈現(xiàn)并逐漸增加難度，引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)地把握課程教學(xué)內(nèi)容，形成整體性認(rèn)知。

基于人工智能技術(shù)的便捷性，教師可以將基礎(chǔ)知識(shí)的呈現(xiàn)通過(guò)微課的形式下發(fā)至學(xué)生端，由學(xué)生自主選擇時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)。不僅如此，還可以基于微課內(nèi)容設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的預(yù)習(xí)任務(wù)，幫助學(xué)生梳理教學(xué)內(nèi)容，形成初步理解。學(xué)生任務(wù)的提交可以理解為預(yù)習(xí)反饋，不僅教師能夠收到學(xué)生完成預(yù)習(xí)的提示和成果，人工智能也可依據(jù)學(xué)生反饋來(lái)分析其預(yù)習(xí)程度，為教師提供相關(guān)建議。而且，人工智能能夠儲(chǔ)存學(xué)生的基本學(xué)習(xí)信息，如數(shù)學(xué)綜合能力偏重、興趣、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面，如有的學(xué)生微課趣味性濃厚、有的學(xué)生知識(shí)濃縮程度高等，教師可以一鍵下發(fā)適合學(xué)生的微課預(yù)習(xí)資料，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

（二）層級(jí)課堂設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)性課堂

小學(xué)時(shí)期是打好學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、挖掘優(yōu)勢(shì)并加以培養(yǎng)的重要時(shí)期，挖掘?qū)W生數(shù)學(xué)方面的優(yōu)勢(shì)，能夠明確學(xué)生思維、能力偏重并給予針對(duì)性指導(dǎo)，通過(guò)一專帶動(dòng)多能，在培養(yǎng)特長(zhǎng)的同時(shí)反作用其他能力、學(xué)科，為后續(xù)深層次學(xué)習(xí)、持續(xù)性發(fā)展鋪墊堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但學(xué)生之間具有個(gè)體差異，僅依賴于教師的觀察會(huì)難以精準(zhǔn)把握學(xué)生優(yōu)勢(shì)，因此，教師可以借助人工智能對(duì)學(xué)生進(jìn)行整體性測(cè)評(píng)。人工智能對(duì)學(xué)生的綜合分析具有針對(duì)性、精準(zhǔn)性，教師可以借助人工智能將學(xué)生分成不同層級(jí)，針對(duì)不同特長(zhǎng)給予不同指導(dǎo)，推動(dòng)學(xué)生不斷成長(zhǎng)和發(fā)展，構(gòu)建動(dòng)態(tài)化教學(xué)。

以人教版小學(xué)數(shù)學(xué)四年級(jí)上冊(cè)“小小志愿者——混合運(yùn)算”教學(xué)為例。課程以計(jì)算為主，對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)思維能力具有較高要求，但學(xué)生的數(shù)學(xué)思維、對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的思考等具有不同偏重。教師可以通過(guò)人工智能技術(shù)進(jìn)行隨堂小測(cè)，小測(cè)內(nèi)容相同、難度相同，全面測(cè)評(píng)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。通過(guò)測(cè)試和人工智能分析可知，有的學(xué)生對(duì)圖形較為敏感，有的學(xué)生計(jì)算能力較強(qiáng)，有的學(xué)生思維靈活，能夠解決較難的應(yīng)用問(wèn)題。基于此，教師可以構(gòu)建分層學(xué)習(xí)，將優(yōu)勢(shì)相似的學(xué)生分為一組，由人工智能為學(xué)生提供針對(duì)性的數(shù)學(xué)內(nèi)容和知識(shí)。如，針對(duì)對(duì)圖形較為敏感的學(xué)生，側(cè)重于數(shù)形結(jié)合；計(jì)算能力較強(qiáng)的學(xué)生，側(cè)重于算理運(yùn)用規(guī)律方面的探索；解決應(yīng)用性問(wèn)題能力較強(qiáng)的學(xué)生，側(cè)重于奧數(shù)方向的探索，通過(guò)某一方向的探索和學(xué)習(xí)掌握數(shù)學(xué)知識(shí)，并深入探究數(shù)學(xué)知識(shí)。這個(gè)過(guò)程中，教師發(fā)揮了引導(dǎo)和調(diào)整的作用。

（三）智能媒體運(yùn)用，創(chuàng)設(shè)數(shù)學(xué)情境

小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)不僅重視教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)，還要重視課堂氛圍的營(yíng)造和環(huán)境的構(gòu)建，借助環(huán)境、氛圍對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)、發(fā)展的影響，取得事半功倍的教學(xué)效果。借助人工智能，充分掌握學(xué)生學(xué)習(xí)需求和優(yōu)勢(shì)，并給予針對(duì)性幫助，使其深層次體會(huì)到數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣。

數(shù)學(xué)教學(xué)可以分為課前、課中和課后三部分，課前主要運(yùn)用人工智能組織學(xué)生進(jìn)行高效預(yù)習(xí)，發(fā)揮人工智能在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中的運(yùn)用價(jià)值。課中對(duì)人工智能的運(yùn)用，包括但不限于教學(xué)，可以詳細(xì)劃分為導(dǎo)入、教學(xué)、學(xué)習(xí)和總結(jié)鞏固等幾部分。各個(gè)部分具有不同的職能和作用，幫助學(xué)生在此結(jié)構(gòu)中獲取數(shù)學(xué)知識(shí)。其中，導(dǎo)入是學(xué)生接觸數(shù)學(xué)知識(shí)的起點(diǎn)，對(duì)其興趣的激發(fā)具有重要作用。因此，人工智能可以運(yùn)用到導(dǎo)入環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性。為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師可以借助人工智能中的沉浸式媒體技術(shù)，創(chuàng)設(shè)具有智慧性、現(xiàn)代性、趣味性的教學(xué)情境，帶給學(xué)生新奇、趣味的體驗(yàn)和感受，以此推動(dòng)學(xué)生主動(dòng)參與數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)，提升數(shù)學(xué)綜合能力，實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。

以青島版小學(xué)數(shù)學(xué)四年級(jí)下冊(cè)“趣味拼搭——觀察物體”教學(xué)為例。課程要求學(xué)生判斷不同視角下的立體圖形，雖然這對(duì)成人而言較為簡(jiǎn)單，但學(xué)生初次接觸物體觀察，是構(gòu)建空間觀念、幾何直觀的基礎(chǔ)，但對(duì)學(xué)生而言具有一定難度。所以，教師要利用人工智能進(jìn)行課堂導(dǎo)入，在降低教學(xué)內(nèi)容難度的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的興趣，克服學(xué)習(xí)困難，主動(dòng)思考、挖掘和探索。實(shí)際教學(xué)時(shí)，教師可以借助AR 技術(shù)，向?qū)W生展示由小正方體搭建的立體圖形，并讓學(xué)生借助AR 轉(zhuǎn)換視角，身臨其境地在各個(gè)視角下觀察立體圖形。還可讓學(xué)生借助智能系統(tǒng)自主切換AR 中顯示的物體，基于物體立體性、AR 新穎性、情境的真實(shí)性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，解決學(xué)習(xí)過(guò)程中可能遇到的難題。小學(xué)時(shí)期的學(xué)生興趣豐富、多樣，僅依賴于單一的正方體組合圖形難以持續(xù)吸引學(xué)生，因此教師可以借助人工智能教學(xué)資源的豐富性優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生自主搜集物體并連接VR 進(jìn)行觀察和體驗(yàn)，為學(xué)生深度探究數(shù)學(xué)知識(shí)提供導(dǎo)向。

（四）任務(wù)模塊驅(qū)動(dòng)，開展人機(jī)協(xié)調(diào)教學(xué)

教師借助AR 技術(shù)為學(xué)生構(gòu)建沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠推動(dòng)學(xué)生沉心靜氣地探究、觀察數(shù)學(xué)知識(shí)，掌握數(shù)學(xué)概念、原理，形成獨(dú)特的理解和感受，為課程深層次學(xué)習(xí)鋪墊堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。但為進(jìn)一步提升學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)、豐富知識(shí)儲(chǔ)備，幫助學(xué)生構(gòu)建完善、豐富的數(shù)學(xué)知識(shí)體系，教師可以通過(guò)人工智能任務(wù)模塊推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系的搭建。

以青島版小學(xué)數(shù)學(xué)四年級(jí)下冊(cè)“奇異的克隆牛——小數(shù)加減法”教學(xué)為例。加減法對(duì)小學(xué)四年級(jí)學(xué)生而言并不陌生，通過(guò)前面學(xué)習(xí)已經(jīng)掌握正整數(shù)、進(jìn)退位、兩位數(shù)加減一位數(shù)、兩位數(shù)加減兩位數(shù)、三位數(shù)加減兩位數(shù)等內(nèi)容，加之各類習(xí)題和在生活中的運(yùn)用，學(xué)生對(duì)加減法較為熟悉。本課加減法將整數(shù)換為小數(shù)，基于學(xué)生對(duì)加減法的理解和掌握力，教師可以利用人工智能布置“爬山”任務(wù)，將不同整數(shù)加減法依據(jù)難度依次向排列，幫助學(xué)生在層層遞進(jìn)的過(guò)程中將加減法計(jì)算原理逐漸過(guò)渡到小數(shù)，實(shí)現(xiàn)螺旋式上升。然后，通過(guò)交互白板的方式，提供多個(gè)可以切割的正方形，讓學(xué)生根據(jù)自身對(duì)小數(shù)的認(rèn)知用圖形展示小數(shù)，嘗試將不同數(shù)量的正方形組合或再次分割，初步探索小數(shù)加減法的原理。如，學(xué)生通過(guò)一個(gè)加半個(gè)為1.5，那么1.5+1.5 就是3，也就是三個(gè)正方形，掌握數(shù)學(xué)知識(shí)。針對(duì)“5.56+5.2= ，4.335+7.22= ，8.36-1.235= ”等類型的小數(shù)加減法，教師可以讓學(xué)生嘗試探索小數(shù)加減法蘊(yùn)含的計(jì)算原理，并根據(jù)人工智能對(duì)學(xué)生探索程度的精準(zhǔn)反饋進(jìn)行簡(jiǎn)單講解、示范，讓學(xué)生明確小數(shù)點(diǎn)在計(jì)算過(guò)程中的作用，然后通過(guò)人工智能，基于學(xué)生的綜合能力測(cè)評(píng)布置針對(duì)性任務(wù)，保障任務(wù)難度符合學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)能力的同時(shí)，避免出現(xiàn)過(guò)難、過(guò)易等情況，推動(dòng)學(xué)生在課堂教學(xué)活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)全面提升。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用，是科技發(fā)展、時(shí)代變遷的趨勢(shì)。小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)思維、理性思維和計(jì)算能力等生活必備素養(yǎng)的主要戰(zhàn)場(chǎng)，是推動(dòng)學(xué)生全面發(fā)展的重要途徑。將人工智能融入小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)活動(dòng)中，能夠加快改革進(jìn)程，構(gòu)建現(xiàn)代化、智慧化、民主性的課堂，針對(duì)實(shí)際情況開展個(gè)性教學(xué)，滿足不同能力、素養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，推動(dòng)學(xué)生數(shù)學(xué)綜合能力的發(fā)展。