人工智能與農村小學教育教學的深度融合策略

一、引言

人工智能的目標是使計算機具備類似于人類的智能水平，并且能夠模擬、理解并執行相關任務。該領域的主要研究包括智能機器人、語音識別、目標檢測、問答系統、推薦系統、虛擬現實、知識圖譜和自然語言處理等。人工智能的快速發展，給各行各業都帶來了新的發展機遇，當然教育行業也不例外。

目前，農村小學的教育教學方式還是以傳統教學為主。首先，傳統教學方式在設計課前預習任務和課后作業時，都采用統一內容。但是，具體到個體學生來講，每個學生的基礎和對新知識的接受程度不同。因此，教師應盡可能做到基于個體學習特性來因材施教。此外，在傳統教學架構下，一些教師設計教學內容時，仍然以教師為中心，缺乏對學生感興趣的問題的深度思考，無法從學生角度出發安排教學。其次，“教師在講臺上講，學生在講臺下聽”是傳統教學的典型上課方式，教學方式較為單一，不足以充分吸引學生的注意力和專注力。再次，在課后階段，如果學生在完成作業過程中遇到難題，學生的求助對象是家長或者百度，無法得到智能、科學、專業的課業輔導。

基于上述分析，人工智能技術可用于解決上述農村小學教育教學中所面臨的問題。值得注意的是，相對于城市小學來說，農村小學信息更為閉塞，兩者之間存在明顯的信息差。同時，農村小學中留守兒童較多，家長輔導有限。因此，將人工智能與農村小學教育教學相結合很有必要，兩者的深度融合是新時代教育的必然要求。

目前，人工智能與大學教育的結合較為密切，尤其是研究生教育階段，涉及人工智能相關專業的學生會利用人工智能算法來完成自己的課題。但是，人工智能與中小學教育的結合較少。因此，如何實現人工智能與農村小學教育教學的深度融合是亟待解決的問題。

現有關于人工智能與小學教育的融合研究大致可分為兩類：一是針對中小學人工智能課程的調研和建議，總結目前中小學人工智能課程的教學現狀以及存在的問題，并提出相應的解決方案；二是從課前、課中、課后的角度出發，給出人工智能技術與小學教學可能的融合方向。但是，現有研究存在兩方面問題：一是沒有以農村小學為研究對象，缺少對農村小學特性的考慮；二是沒有明確提出與小學教學相結合的人工智能領域下的具體技術，方法闡述不明確、不具體。

本文從農村小學教育教學的角度出發，剖析人工智能在農村小學教育教學中發揮的作用，并進一步提出人工智能與農村小學教育教學深度融合的實踐策略。

二、人工智能在農村小學教育教學中發揮的作用

（一）縮小城鄉教育差距

城鄉間的教育差距是客觀存在的，在農村小學教育教學中引入人工智能技術，可彌補農村小學教學設備較為落后的問題，使農村小學學生享受與城市學生類似的教育資源，也可進一步促進農村教師教學觀念及專業能力的提升，從而有助于縮小城鄉間的教育差距。此外，人工智能技術在教學中的應用，給農村小學生提供了接觸智能算法技術的機會，可進一步開闊視野。

（二）凸顯學生主體地位

教師可利用人工智能技術來調研、統計并分析學生對授課內容的興趣點以及建議，然后相應地設計教學內容，增強學生學習自主性。同時，基于人工智能技術，可根據觀測到的學生學習狀態以及對新知識的接受程度，來適應調整教學計劃和教學任務，加強學生對所學知識的掌握程度。人工智能技術以教學要素的形式，參與到農村小學教育教學中，讓學生成為課堂的主人，凸顯學生在教學中的主體地位。

（三）培養學生學習興趣

一方面，教學內容不僅以紙質書本的形式呈現，還可以“書本+圖片”“書本+聲頻”“書本+視頻”和“書本+問答”等多種復合形式呈現給學生。另一方面，教學場景不僅僅局限于真實課堂，引入人工智能技術后，可搭建虛實結合的智能教學場景，為學生提供更多的知識探索空間。因此，人工智能技術的應用，使原本枯燥無趣的課本知識變得生動靈活，能夠吸引學生注意力，可使學生沉浸于知識的海洋中，激發學生的學習內驅力，從而提升學生學習興趣。

三、人工智能與農村小學教育教學深度融合的實踐策略

人工智能與農村小學教育教學的深度融合，應確保以學生為主體，并借助人工智能技術的優勢，提升農村小學生的學習興趣和對知識的掌握運用能力，提高農村小學的教學質量和效率，并進一步縮小城鄉教育之間的差距。

（一）基于推薦系統實現因材施教

教育教學的主體是學生，然而不同學生的學習基礎、對新知識的接受能力以及對所學知識的運用能力不盡相同。因此，在教學過程中，教師要從學生實際出發，為每個學生設計個性化學習方案，真正做到因材施教。在傳統教學模式下，實現因材施教面臨著一系列困難：學生數量眾多，為每個學生量身定制一套個性化方案難度較大；教師本身缺乏因材施教的教育觀念，制定個性化方案能力不足。然而，隨著人工智能的快速發展，相關技術可使因材施教成為現實。

推薦系統作為人工智能領域的重要技術之一，其特性為根據用戶的歷史行為和偏好向用戶推薦個性化內容。基于此，可以設計一款智能軟件，分為課前和課后兩個模塊。其中，課前模塊需要調研統計學生的學習基礎以及對本節教學內容的興趣點，然后進行數據預處理和分析后，為不同學生設計個性化預習策略。課后模塊對學生課上所學知識的掌握程度進行測試并跟蹤，然后針對學生對知識的運用能力進行統計分析，進而找到學生學習的薄弱環節，再針對學生不熟練的知識設計個性化課后作業。

推薦系統與農村小學教育教學的深度融合實現了因材施教，基于個體特性設計個性化教學方案，可以極大提高學生的學習自主性，激發學生的學習興趣，進而提高學生對所學知識的掌握和運用能力。

（二）利用知識圖譜進行科學教研

教師課前備課是開展高效教學的前提。傳統教學方式下，教師根據課標要求并基于自身教學經驗，設計教學大綱和教學內容。對于新教師而言，教學經驗較少，設計的教學內容并不一定合理，覆蓋的教學知識點也不一定全面。老教師則容易形成固定型思維，教學內容不會隨著新知識點的增加而變換。在人工智能背景下，小學教師可將人工智能技術與科學教研相融合，為打造合理、全面、準確的教學課程提供基礎。

知識圖譜本質上是語義網絡的知識庫，即具有有向圖結構的一個知識庫，它可以把所有不同種類的信息連接在一起而得到一個關系網絡。不同章節、不同年級甚至是不同科目的教學內容，就構成一個知識圖譜的結構?；诮虒W內容的知識圖譜，教師可以更加簡明地了解各章節之間的關系，宏觀上把握不同年級間同一科目的順承關系，明確不同科目間的聯系和區別。利用教學內容知識圖譜網絡，點擊某一章節，相關側重點、新知識點以及與該章節相關聯的內容就會顯現出來。

知識圖譜與科學教研的融合，使教師可以有的放矢地進行課前備課，設計的教學大綱和教學內容會更合理、更全面以及更準確。

（三）采用虛擬現實技術開展情境教學

課堂教學是小學教育中重要的環節，情境教學在小學課程中有著極高的應用范圍和價值。目前的課堂教學大部分以傳統真實課堂為主，在人工智能時代，應考慮利用相關技術變革課堂教學形式。

虛擬現實技術是利用智能計算設備模擬產生一個三維空間的虛擬世界，可以進行視覺、聽覺以及觸覺等感官的模擬。例如：講授小學數學《長方體和正方體的認識》一課時，僅僅依靠教師的講述很難讓學生對長方體和正方體的線、面等信息有一個清晰的認知。此時，教師可利用虛擬現實技術構造出長方體和正方體，讓學生在三維空間中學習立方體知識，有利于培養學生的空間想象力，增加學生學習的現場沉浸感。

虛擬現實與農村小學教育教學的融合策略，是利用虛擬現實技術開展情境教學，構造虛擬教學場景，把學生難以理解的問題簡單化，從而提升學生學習效果。此外，虛實結合的教學場景，提高了課堂教學的生動性和直觀性，更能激發學生的學習興趣。

（四）借助問答系統實施課業輔導

課業輔導對于農村小學生來說至關重要。此處的課業輔導，不僅僅局限于教師布置的課后作業或者假期作業，也包括學生在日常生活中遇到的問題。農村小學生現有的課業輔導來源，僅限于學生家長或百度等平臺。但是，有些家長對某些問題的見解不一定正確，同時百度等平臺充斥著各種信息，檢索到的結果正確與否難以分辨。隨著ChatGPT等大模型的流行，基于大模型搭建問答系統以實施專業、正確的課業輔導或將成為一種趨勢。

問答系統是信息檢索系統的一種高級形式，其可以用準確、簡潔的自然語言回答用戶用自然語言提出的問題。當學生遇到不明白或者不清楚的問題時，就可以使用問答系統進行提問，從而得到一定啟發。問答系統的輸入可以是文字或者聲音，基于大模型的問答系統在接收到輸入的問題后，首先進行問題分析，具體包括問題分類、關鍵詞提取等，然后進行信息檢索，包括尋找問題答案對、比較問題答案對的相似性等，最后進行答案提取，包括查找候選問題、選擇候選答案以及返回最佳答案。

問答系統與課業輔導的有效融合，可以解決學生在學業上和日常生活中遇到的問題，為學生解決問題提供思路，并培養學生解決問題的能力。

（五）運用目標檢測助力作業評判

課后作業評判是教學過程的最終環節。通過作業評判，學生能夠清楚地發現自己掌握不充分的知識，有利于后續的復習鞏固。就農村小學而言，教師較少，作業數量較多，教師批改起來任務量較大。探索基于人工智能技術的智能作業評判，是提高工作效率的一個有效解決方案。

目標檢測的任務是找出圖像中所有感興趣的目標物體，進而確定其類別和位置，目標檢測是計算機視覺領域的核心問題之一?；谀繕藱z測技術開發一款智能作業評判軟件，用于學生日常作業以及考卷的批改任務。當學生完成作業后，拍照上傳至智能作業評判系統，系統首先進行檢測識別，將識別出來的答案與標準答案進行對比分析，然后輸出批改結果，再將批改結果立即反饋給學生。

目標檢測與作業評判的融合，提高了農村小學教師的工作效率，使其可以有更多時間鉆研教學內容的設計。同時，學生可以在短時間內得到結果反饋，有助于提高其復習鞏固知識的效率。

四、總結

人工智能與農村小學教育教學的融合具有重要的應用價值，可以縮小城鄉間教育差距，凸顯學生主體地位，培養學生學習興趣。基于此，本文深入探究了人工智能與農村小學教育教學的深度融合策略，包括基于推薦系統實現因材施教、利用知識圖譜進行科學教研、采用虛擬現實技術開展情境教學、借助問答系統實施課業輔導和運用目標檢測助力作業評判，兩者的融合有利于提高教學質量，從而助推新時代小學教育的現代化。

（柳艷芳）