教育數(shù)字化背景下小學(xué)數(shù)學(xué)智慧課堂的構(gòu)建與實(shí)施

摘要：教育數(shù)字化背景下的小學(xué)數(shù)學(xué)智慧課堂旨在將知識直觀化、趣味化、生活化，以激發(fā)學(xué)生興趣；營造生活情境，創(chuàng)設(shè)生活關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生感受數(shù)學(xué)知識的應(yīng)用價(jià)值；通過相關(guān)資源及技術(shù)手段，擴(kuò)大教學(xué)范圍和容量，以促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展；通過資源及技術(shù)手段優(yōu)化各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)及各種教學(xué)活動，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)效益最大化；促進(jìn)學(xué)生自主探究，利用數(shù)字教學(xué)資源及技術(shù)手段，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究未知。

關(guān)鍵詞：小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)；數(shù)字資源；智慧課堂

隨著科技的不斷發(fā)展，數(shù)字資源在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛。特別是互聯(lián)網(wǎng)與校園網(wǎng)的接軌，為小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)提供了豐富的資源和先進(jìn)的技術(shù)手段，很大程度上提高了課堂教學(xué)的效益。小學(xué)數(shù)學(xué)數(shù)字資源指的是利用數(shù)字化技術(shù)開發(fā)、制作、存儲、傳輸和展示的數(shù)學(xué)教育教學(xué)資源，包括素材型、課件型、學(xué)習(xí)支持工具與平臺等多種表現(xiàn)形式。當(dāng)前，如何有效地利用數(shù)字資源提高課堂教學(xué)效率、打造智慧課堂，成為課程改革關(guān)注的焦點(diǎn)之一。下面，筆者將從以下三個(gè)方面論述教育數(shù)字化背景下的小學(xué)數(shù)學(xué)智慧課堂構(gòu)建與實(shí)施。

一、運(yùn)用AI技術(shù)，輔助分析學(xué)情

小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的起點(diǎn)是學(xué)情分析。學(xué)情分析最直接、最重要的作用就是能在教學(xué)過程中做到有的放矢，做到真正意義上的因材施教，同時(shí)，能使教師更好地把握和操作教學(xué)流程。AI技術(shù)可以擴(kuò)大學(xué)情分析的范圍、豐富學(xué)情分析的形式、提升學(xué)情分析的效率。通過AI技術(shù)支持下的學(xué)情分析，能準(zhǔn)確全面地發(fā)現(xiàn)問題，使教學(xué)活動更高效、更有序。通過AI技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析方法收集學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、知識點(diǎn)掌握情況、學(xué)習(xí)行為等，并進(jìn)行存儲、分析和挖掘，能夠全方位了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和需求。

例如，在教學(xué)北師大版小學(xué)數(shù)學(xué)教材四年級上冊“乘法分配律”時(shí)，教師可以在AI技術(shù)支持下進(jìn)行學(xué)情分析，如采用在線問卷工具設(shè)計(jì)調(diào)查問卷，通過QQ、微信、釘釘?shù)裙ぞ呓M織學(xué)生填寫問卷，快速收集和分析學(xué)生信息，有效了解學(xué)生的學(xué)情，從而改進(jìn)或重組教學(xué)設(shè)計(jì)。教學(xué)前，筆者先根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重難點(diǎn)設(shè)計(jì)3個(gè)相關(guān)問題，并通過微信群發(fā)布問卷。

第1題：你聽說過乘法分配律嗎？

第2題：如果聽說過，請你說說或者表示出乘法分配律的含義。

第3題：求4個(gè)25與4個(gè)75的和。

通過問卷星統(tǒng)計(jì)答題筆者發(fā)現(xiàn)，第1題中有48%的學(xué)生聽說過乘法分配律；第2題中“說說或者表示出乘法分配律的含義”時(shí)，有的學(xué)生用畫圖，有的學(xué)生用文字，但大多數(shù)學(xué)生表述不完整、不清晰；第3題中有10%的學(xué)生用連加，有75%的學(xué)生用25×4+75×4，只有15%的學(xué)生用（25+75）×4，這些學(xué)生用的是湊整法，也不懂得用乘法分配律簡算。這說明：學(xué)生已掌握乘法的意義，但對乘法分配律的結(jié)構(gòu)無認(rèn)知，也缺乏簡算的意識，對算理的描述不夠清晰。整理收集到的數(shù)據(jù)，顯示學(xué)生對乘法分配律雖有一定的感知，但總體對其結(jié)構(gòu)并不清楚，算理也并不清晰。為此，教師應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)，有針對性地改變教學(xué)策略，利用類比、遷移、抽象、建模、符號化思想，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)乘法分配律模型，把學(xué)生原有的零散感知上升為理性認(rèn)識，更加突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，開展精準(zhǔn)教學(xué)。

二、運(yùn)用多媒體技術(shù)，發(fā)展語言能力

《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下通稱“新課標(biāo)”）指出，要促進(jìn)信息技術(shù)與數(shù)學(xué)課程融合，合理利用現(xiàn)代信息技術(shù)，提供豐富的學(xué)習(xí)資源，設(shè)計(jì)生動的教學(xué)活動，促進(jìn)數(shù)學(xué)教學(xué)方式方法的變革。在實(shí)際問題的解決中，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)合理的信息化學(xué)習(xí)環(huán)境，提升學(xué)生的探究熱情，開闊學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的想象力，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)。基于新課標(biāo)要求，教師不僅應(yīng)把信息技術(shù)融入教學(xué)中，還應(yīng)聚焦學(xué)習(xí)方式的變革。在以往的教學(xué)中，教師一般用80％的時(shí)間講“是什么”，用20％的時(shí)間講“為什么、怎么樣”。新課程背景下，教師則要借助信息技術(shù)營造一種有助于學(xué)生主體個(gè)性發(fā)揮的教育空間，只用20％的時(shí)間講“是什么”，而用80％的時(shí)間講“為什么、怎么樣”，提高學(xué)生分析能力，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

小學(xué)階段是學(xué)生語言能力發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。特別是在低年級數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師可以利用多媒體“人物”對話，讓學(xué)生模仿、學(xué)習(xí)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)語言表達(dá)能力。

例如，在教學(xué)北師大版小學(xué)數(shù)學(xué)教材一年級上冊“淘氣的校園”一課時(shí)，教學(xué)重點(diǎn)是搜集和記錄數(shù)學(xué)信息，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的數(shù)學(xué)信息提出數(shù)學(xué)問題，教學(xué)難點(diǎn)是如何分工合作記錄數(shù)學(xué)信息。怎樣突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)呢？考慮到一年級學(xué)生以直觀思維為主的特點(diǎn)，筆者借助“聰聰”“跳跳”的卡通形象貫穿課堂始末，用課件逐一演示“聰聰”“跳跳”找數(shù)學(xué)信息的方法，“聰聰”寓意肯動腦筋，能想出好辦法解決問題；“跳跳”寓意不動腦筋，解決問題不講究方法。經(jīng)過生動有趣的視頻播放，一方面激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；另一方面，也喚醒了學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生自然而然地意識到他們不能再像“跳跳”那樣亂找信息，而要像“聰聰”那樣按一定的順序收集信息。接著，教師再用課件演示：“跳跳”無序地找了很多數(shù)學(xué)信息，可是記不住，怎么辦？讓學(xué)生記錄，再探究出一些常用的記錄方法。然后，教師提出該如何分工合作記錄數(shù)學(xué)信息這個(gè)難點(diǎn)。由于學(xué)生缺乏分工與合作的經(jīng)驗(yàn)，所以教師播放“聰聰”“跳跳”合作記錄的視頻，學(xué)生通過討論交流發(fā)現(xiàn)合作記錄的方法，再兩人一組合作記錄，積累數(shù)學(xué)活動經(jīng)驗(yàn)。最后，教師播放“聰聰”“跳跳”根據(jù)收集到的數(shù)學(xué)信息提出數(shù)學(xué)問題的視頻，學(xué)生根據(jù)記錄單回答問題，體會記錄單的用處。教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)記錄單提出數(shù)學(xué)問題，在課件中隨機(jī)演示學(xué)生提出的問題，并讓學(xué)生找生活中的數(shù)學(xué)問題。

這樣恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用多媒體現(xiàn)代教學(xué)手段，注重對學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行提升，發(fā)現(xiàn)生活中與課堂有關(guān)聯(lián)的事情，使學(xué)生既提出并解決了許多“淘氣的校園”中的問題，又發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)生活中教室里的新問題，有效地調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，做到了學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識和訓(xùn)練數(shù)學(xué)語言并重，提高了課堂效率，發(fā)展了學(xué)生的語言能力。

三、運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)，突破重難點(diǎn)

虛擬實(shí)驗(yàn)是一種利用多媒體、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）等技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，這個(gè)環(huán)境可以輔助、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的各操作環(huán)節(jié)。通過這種技術(shù)，學(xué)生可以在虛擬環(huán)境中進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就像在真實(shí)環(huán)境中一樣。這種虛擬實(shí)驗(yàn)室也是一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)資源創(chuàng)建的模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，它為學(xué)生提供了一個(gè)安全、便捷、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)操作平臺。在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，虛擬實(shí)驗(yàn)室可以發(fā)揮以下作用。

一是直觀展示數(shù)學(xué)概念。例如，在教學(xué)“圓的概念”時(shí)，虛擬實(shí)驗(yàn)室可以展示一個(gè)動態(tài)滾動的過程，讓學(xué)生直觀地理解“圓，一中同長”的意義（如圖1）。

二是動態(tài)演示數(shù)學(xué)過程。例如，在教學(xué)“幾何圖形的旋轉(zhuǎn)、平移和縮放”時(shí)，教師可以借助虛擬實(shí)驗(yàn)室動態(tài)演示這些變換的過程，幫助學(xué)生更好地理解幾何變換。平移和旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象在學(xué)生的生活中并不陌生，其學(xué)習(xí)內(nèi)容是從靜態(tài)形狀發(fā)展到動態(tài)運(yùn)動，屬于從觀察物體到感知物體的起始階段。為此，筆者先用視頻展示生活中的平移現(xiàn)象——火車運(yùn)行、電梯升降、升國旗的畫面，生活中的旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象——臺扇、鐘表、飛機(jī)螺旋槳畫面；再通過虛擬實(shí)驗(yàn)室操作——選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（平移是什么？旋轉(zhuǎn)是什么？）開始實(shí)驗(yàn)（讓學(xué)生動手操作，根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)控制運(yùn)動的樣態(tài)，多元感知平移與旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)）；最后，提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果（平移是沿著直線運(yùn)動的現(xiàn)象，旋轉(zhuǎn)是圍繞一個(gè)中心點(diǎn)轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象）。這樣，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中自己得出結(jié)論，能夠促進(jìn)對知識的理解，建立空間觀念，形成初步的幾何直觀。

三是交互式學(xué)習(xí)。學(xué)生可以通過虛擬實(shí)驗(yàn)室中的拖拽、旋轉(zhuǎn)等操作，與數(shù)學(xué)對象進(jìn)行交互。例如，在教學(xué)北師大版小學(xué)數(shù)學(xué)教材三年級上冊“長方形、正方形的周長”時(shí)，學(xué)生學(xué)會了長方形的周長計(jì)算后，筆者建議學(xué)生思考：還有其他圖形在計(jì)算周長時(shí)也只需要評估兩條邊的長度嗎？進(jìn)而將一些特殊的四邊形周長統(tǒng)一歸入“（a+b）×2”的行列中。學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，對長方形進(jìn)行拖拽、旋轉(zhuǎn)等實(shí)驗(yàn)操作（如圖2）。

思考：“（a+b）×2”還適用于哪些圖形的周長計(jì)算？

筆者后續(xù)讓學(xué)生研究：有沒有這樣的四邊形，只需要評估一條邊就能計(jì)算周長（如圖3）？于是，學(xué)生自然聯(lián)想到正方形、菱形，進(jìn)而再次聯(lián)想到等邊三角形、五角星等，它們也只需要測一條邊就能計(jì)算周長。最后，學(xué)生得出周長的算法：任意一個(gè)正多邊形都只要評估一條邊的長度，然后乘邊數(shù)即可。

四是模擬實(shí)驗(yàn)操作。在統(tǒng)計(jì)學(xué)的教學(xué)中，虛擬實(shí)驗(yàn)室可以模擬數(shù)據(jù)收集和分析的過程。教師可以讓學(xué)生通過模擬實(shí)驗(yàn)來理解數(shù)據(jù)的收集、整理和分析。例如，北師大版小學(xué)數(shù)學(xué)教材三年級下冊“小小鞋店（整理和分析數(shù)據(jù)）”一課的教學(xué)目標(biāo)是：結(jié)合班級模擬開鞋店所調(diào)查的數(shù)據(jù)，嘗試進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理和表示過程，探索借助畫圖方式整理數(shù)據(jù)和表示數(shù)據(jù)的方法；在經(jīng)歷調(diào)查、整理、表示和分析數(shù)據(jù)后，體會調(diào)查數(shù)據(jù)的初衷以及統(tǒng)計(jì)的必要性。在教學(xué)中，筆者引導(dǎo)學(xué)生以小組合作的形式，先解決進(jìn)貨問題，明確調(diào)查對象——鞋號；接著，通過虛擬實(shí)驗(yàn)室，調(diào)查收集數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)（雜亂）；然后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理表示；最后，學(xué)生通過數(shù)據(jù)分析，對進(jìn)貨方式做出決策。在這個(gè)過程中，能夠培養(yǎng)學(xué)生分析、歸納與概括的能力。

五是個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑。教師可利用虛擬實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和能力，提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源和練習(xí)，使學(xué)生能夠在自己的節(jié)奏下學(xué)習(xí)。例如，教學(xué)北師大版小學(xué)數(shù)學(xué)教材三年級上冊“年、月、日”一課后，教師可以提供以下三種作業(yè)供學(xué)生選擇。

學(xué)生根據(jù)自己的情況，選擇適合自己的練習(xí)，解決生活中的實(shí)際問題，增強(qiáng)應(yīng)用意識，提高應(yīng)用能力。學(xué)生在數(shù)學(xué)活動中，加深數(shù)學(xué)與其他學(xué)科關(guān)聯(lián)，會選擇性地收集、整理資料，構(gòu)建知識體系。

六是跨學(xué)科學(xué)習(xí)。虛擬實(shí)驗(yàn)室可以結(jié)合其他學(xué)科，使學(xué)生理解問題中蘊(yùn)涵的數(shù)量關(guān)系，強(qiáng)調(diào)對問題實(shí)際意義和數(shù)學(xué)意義的理解。例如，在學(xué)習(xí)關(guān)于“‘水結(jié)冰’的百分?jǐn)?shù)應(yīng)用”時(shí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過觀察生活中“瓶子不裝滿”的科學(xué)現(xiàn)象，重點(diǎn)解決與“增加百分之幾”或“減少百分之幾”有關(guān)的實(shí)際問題。學(xué)生要會用數(shù)學(xué)的眼光，識別存在于日常生活、自然現(xiàn)象與其他學(xué)科中的關(guān)系，并把它們提煉出來，運(yùn)用所學(xué)的知識對其進(jìn)行分析；然后，綜合應(yīng)用所學(xué)的知識和技能加以解決。通過虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行“瓶子不裝滿”的實(shí)驗(yàn)，能使學(xué)生在了解水的“三態(tài)”變化（主要是水結(jié)冰）中解決與“增加百分之幾”或“減少百分之幾”有關(guān)的實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)與科學(xué)的自然融合。

七是解決實(shí)際問題。通過虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以解決一些實(shí)際的數(shù)學(xué)問題。例如，在假期期間，家住福州市的淘氣打算和爸爸、媽媽、弟弟一家四口去泉州市旅游，在選擇動車還是自駕的方式進(jìn)入泉州市時(shí)，淘氣出現(xiàn)了計(jì)算困難，請你幫淘氣計(jì)算一下哪種方式更省錢（如圖4）。

總之，虛擬實(shí)驗(yàn)室不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，還能夠增加學(xué)習(xí)的趣味性，幫助學(xué)生深入理解數(shù)學(xué)本質(zhì)，并在學(xué)習(xí)探究過程中形成良好的觀察能力、比較能力和課堂交流能力，同時(shí)發(fā)展學(xué)生的空間觀念，進(jìn)而培養(yǎng)數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。

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（責(zé)任編輯：楊強(qiáng)）