智能交互在小學數學教學中應用的策略初探

摘要：在小學數學教學中應用智能交互，旨在運用信息技術的智能化手段，在小學數學問題解決的過程中，實現實時的動態生成、深層的交往互動，促進學生主動思維、深度思考與相互交流，達到個性化學習，發展學生核心素養之目的。本文擬從智能動畫、人機交互、思維生成三個方面探討智能交互應用的策略。

關鍵詞：智能交互" 小學數學" 應用的策略" 初探

小學數學課堂教學中為了突破教學難點，有時需要旋轉、翻折、切割圖形等，普通課件無法勝任精細動畫制作，動畫就成了數學公開課上的“寵兒”。制作智能動畫，只要設置初始畫面和結束畫面，從初始畫面到結束畫面之間的動作過程就交給計算機完成。而在動畫制作中發現，場景之間的交互、幀幀之間的交互、菜單導航交互、設置條件判斷交互……超強的交互性才是智能動畫最顯著的特征，而交互又是數學課堂教學中師生活動的基本樣態。智能交互是人工智能的本質特征，基于智能交互理念，根據數學學科特點，制作智能交互式課件，創設智慧學習情境，引導學生自主發現問題、提出問題、分析問題、解決問題。師生、生生在智能交互式學習環境下交流對問題的認識，嘗試去解決問題，分享各自的想法，優化解決問題的方法，培養學生研究問題、分析問題、解決問題的能力，發展學生數學素養。根據以上的認識，筆者攜一眾志同道合的老師申報并獲準立項安徽省信息技術課題“小學數學智能交互式學習的實踐研究”。

經過一年多的實踐研究，初步探究得到在小學數學教學中應用智能交互的策略。

一、應用智能動畫的策略——增強小學數學學習的趣味性

（一）應用智能情境動畫，激發學生學習數學的感官興趣

小學數學是一門基礎性、抽象性、邏輯性較強的學科，它不像語文、英語等學科那樣有生動的故事、豐富的情感，容易使學生感到枯燥乏味，部分學生對數學不感興趣，甚至懼怕數學、厭學。將智能交互式課件引入課堂，可以刺激學生的感官。孩子天生愛看動畫，在智能交互式課件中將學生喜聞樂見的元素融入其中，吸引學生的注意力。學生學習數學不再只有課本、粉筆、黑板、簡單的圖像，也可以有可愛的卡通形象、動聽的聲音、惟妙惟肖的動作……逼真的動畫能夠提高學生的學習興趣，吸引他們主動參與教學活動。

比如“雞兔同籠”課件中裝在籠子中生動逼真的雞和兔子形象深深吸引學生的視覺注意力；“烙餅問題”課件中餅子被放到鍋中，開始烙餅后，餅發出“滋滋滋”的聲響，學生激動不已，對探究烙餅的數學奧秘產生了強烈的欲望（見圖1、圖2）。通過清晰的圖像、逼真的聲音、簡潔的動畫，給學生直觀形象、生動鮮明的視覺和聽覺感受，大大地激發了學生學習數學的興趣。

（二）應用智能幾何動畫，激發學生學習數學的自覺興趣

小學生的空間思維能力較弱，新課標指出，在學習圖形與幾何時，引導學生通過觀察、操作等活動，溝通圖形之間的聯系，增強幾何直觀。智能幾何動畫除了直觀呈現物體的空間特性，如大小、形狀、方向等，還能動態展示各種圖形的幾何變換，把學生的空間想象與現實的動態操作聯系起來，形成幾何觀念，激發學生學習數學的興趣。

比如計算組合圖形面積，可以通過割、補、移、拼等辦法，但若僅依靠教師的講解和簡單的畫圖演示，學生不易理解知識點。智能幾何動畫直觀展示，就能清晰呈現出圖形變換的整個過程。在六年級上冊“數與形——平方差”教學中，設計“算式猜猜猜（升級版）”環節，用算式表示下圖的面積：

學生一邊在圖上展示思考過程，一邊列出綜合算式，方法如下表所示（見表1）。

引導學生思考：這些看似不同的方法中有沒有什么聯系呢？①～④分割后的圖形也可以轉化成⑤圖形嗎？通過智能動畫操作，直觀形象地驗證學生猜測的結果。

①～④算式根據乘法分配律或是化簡能轉化成⑤算式嗎？智能幾何動畫同步演示①～④圖形經過平移、旋轉、翻折、分割后可以轉化成⑤圖形。從數的角度出發，用圖形來詮釋算式的含義。智能幾何動畫將數與形的對應關系直觀形象地展示出來，激發了學生運用幾何變換思想解決數學問題的興趣。

（三）應用智能交互動畫，激發學生學習數學的潛在興趣

智能交互動畫，虛擬實物，學生將腦海中的場景實際搭建出來，從抽象到具象。觀察和分析初步搭建的場景，厘清場景各部分之間的相互關系，逐步優化場景，探究出解決問題的多樣方法和最優方法。

如“沏茶問題”一課，在智能交互動畫環境下，學生可以拖拽課件中的各個元素，按照事件發展的順序排列，搭建生活實驗場景，清晰明了地把自己的設計方案展示出來。

先搭建哪個場景，再搭建哪個場景，最后搭建哪個場景，先后順序不能顛倒……智能交互中學生自覺發現、自主探究的潛在興趣不知不覺被激活；搭建到燒水場景的時候，還可以同時做哪些事，這些事有沒有先后順序，能不能同時做完……智能交互中學生積極嘗試、主動探索的興趣不知不覺被激發。

二、人機交互設計的策略——滿足小學數學學習的個性化需求

所謂交互，是指交流互動，教學過程就是一個交互的過程。教學中使用的PPT課件、視頻文件等只是順序動畫，這些動畫只能連續播放。而智能交互式學習中采用的智能交互課件，不僅可以制作出各種精彩的順序動畫，還可以制作出較復雜的交互式動畫，以便用戶對動畫進行控制，滿足數學學習個性化需求。

（一）設計操作性交互，促進學生主動思考學習

利用顯示屏觸摸的功能，智能交互式課件可以讓學生通過最簡單的點擊、拖動、圈畫等動作決定動畫的進度和結果，更好地滿足學生在探究數學問題時的自發需求，實現交互的優勢，這一點是一般順序動畫所無法比擬的。

當下這種觸摸式的交互應用使得學生的參與度大大提高，使得學生更專注地沉浸在學習中，主動地與學習內容進行交互，獲得更多的自我效能感，促進學生更加積極主動地去學習數學。二年級上冊“搭配”一課做一做（見圖3）：

學生在智能交互式課件中，點擊紅色調色板，再點南城，就給南城涂上紅色；點擊黃色調色板，再點北城，就給北城涂上黃色……操作簡單、方便，一邊操作，一邊就顯示出涂色情況，如果發現涂重了，馬上就能修改。涂色過程中，孩子就會主動思考怎樣涂不重復、不遺漏，怎樣涂一眼就看出重復的、遺漏的，怎樣涂有順序，還好看……

（二）設計算法性交互，促進學生多樣化思考學習

采用不同的方法去解決一個具體的數學問題，在對比、關聯中總結出解決一類數學問題的策略和方法，是數學學習的高階目標。這也就是我們平常教學中所關注的算法多樣化，智能交互式學習的算法性交互與算法多樣化教學不謀而合。

三年級下冊“搭配”一課中練習：三個小朋友拍照，有多少種坐法？

根據問題，智能交互式課件設計“拍照”游戲。學生可以拖動人物，按照不同的順序排列組合，并點擊拍照按鈕，照片就呈現在屏幕上。

三個小朋友可以拍攝出多少種不同的照片呢？學生通過反復動手操作，發現可以先固定第一位小朋友，再調換后面兩位小朋友位置，有條理地排列出各種拍照的組合方式；也可以先固定中間小朋友，再調換左右兩位小朋友位置；還可以先固定最后一位小朋友，再調換前面兩位小朋友位置。游戲中，隨機拖動小朋友，直接拍照，比學生用數字更形象、更有趣味性。

不同的排序方法對應不同排列策略，智能交互的算法性交互支撐了算法多樣化學習，更容易讓學生理解，提高了學生學習的效果。學生在游戲過程中不是單純地玩，而是動腦筋，想辦法解決問題，找出規律。真正做到在玩中學，在交互中促進學生多角度思考和學習。

（三）設計反饋性交互，促進學生反思性學習

只有當學生對自己的學習不斷反思、不斷總結時，接續的數學學習才能有目標、才能出效果。交互的結果就是反饋，反饋的目的往往是期待下一次更有質量的交互。

例如，二年級上冊“搭配問題”，學生秋游到兒童公園，進行破譯密碼門進公園的“猜數”游戲：密碼是由1、2、3組成的兩位數，兩位數的十位和個位不能一樣。利用學生最熟悉的生活場景——兒童公園，想要進公園去玩就必須輸入正確的密碼，大大提高了學生的學習興趣。游戲設置最后一次輸入的兩位數才是正確的密碼，學生先試幾次密碼，怎么也不能打開門。如果不按規則輸入，智能交互式課件就會有反饋提示；如果輸入重復，智能交互式課件也會有反饋提示；如果輸入的次數超過設定的上限，智能交互式課件還有反饋提示；如果輸入次數離設定上限還剩下一次，智能交互式課件也有反饋提示……

在反饋性交互中，學生理解題意；在反饋性交互中，學生自主糾錯；在反饋性交互中，學生就會反思：怎么樣才能找全密碼確保進入公園，從而探索出兩位數的密碼一共可以有多少種不同的排列。

三、促進思維生成的策略——提升小學數學學習的深度

課堂生成于師生交互、生生交互之中，智能交互式學習最初的出發點就是為了解決課件與課堂生成同步的問題。課堂生成伴隨著學生思維的成長，課堂生成培養了學生的思維，反過來學生思維的成長催化了課堂的生成。有思維生成的課堂，數學深度學習才會真實地發生。

（一）預設生成——進入深度學習

根據學情，預設可能的課堂生成，制作智能交互式課件菜單導航。例如，“雞兔同籠”一課的教學，如果有的學生想到假設都是雞，那么課件就預設導航到抬腳法；如果有的學生想到假設都是兔，那么課件就對應導航到展翅法；如果有的學生假設一半是雞、一半是兔，那么就要導航到調整法……智能交互式學習預設學生可能的想法，引導學生對問題展開嘗試、分析、探究，進入深度學習。

（二）隨機生成——延展深度學習

有的時候，學生的想法出乎意料，沒關系！算法性交互依據算法原理，能夠無縫對接學生的奇思妙想。

比如，“雞兔同籠”一課，學生猜想雞兔的只數教師無法預設，但智能交互式課件支持隨機輸入任意一種假設猜想，而且算法性交互支持接下來的多種隨機調整策略，有一只一只調整的，有兩只兩只調整的，有一次性調整的……學習的深度得以充分地延展。

（三）思維能力生成——達成深度學習

智能交互基于學生的思維特點，交互引發學生的思考，學生思考是為了下一次的交互，在交互中，學生的思維螺旋上升，達成深度學習。

1.對比多種交互結果，培養學生判斷性思維能力

對智能交互的結果做出判斷，表面看有學生直覺的反應，背后其實還有判斷性思維過程。

如“旋轉”一課，小棒打地鼠，地鼠出現，快速旋轉小棒至地鼠位置，擊中地鼠。看似就是一個即時操作行為，但在幾次擊打之后，學生就會悟出要又快又準地擊中地鼠，判斷出“怎樣旋轉，旋轉的角度最少”至關重要！在兩種旋轉方式（一種是逆時針，另一種是順時針）的對比中，學生自發感知旋轉三要素知識，自主應用旋轉三要素知識，對兩種旋轉方式做出判斷與選擇。

2.剖析多種交互結果，培養學生分析性思維能力

智能交互的結果可能會怎樣？要獲得預期的智能交互結果現在怎么辦？前面怎么調整？……在智能交互中不知不覺地培養了學生的分析思維能力。

如“搶數”一課，在9個棋眼的棋盤上輪流擺棋子，一次只能擺1枚或2枚，誰擺到最后一個棋眼誰就獲勝。游戲中，學生先擺，不論怎么擺，總是輸，發現要想獲勝，必須后擺；后擺，電腦擺到第6個棋眼，就知道自己要輸了，發現要想搶到第9個棋眼，必須搶到第6個棋眼……

要想搶到第六個棋眼，必須搶到第3個棋眼。怎樣才能搶到第3個棋眼？電腦擺1枚，學生就擺2枚；電腦擺2枚，學生就擺1枚……

3.綜合多種交互結果，培養學生推理性思維能力

智能交互與學生的推理思考相伴相生，每次交互都是建立在思考基礎之上的，先思考，再交互，或是先嘗試交互，根據交互結果再思考推理，交互、思考、推理，再交互、再思考、再推理……交替螺旋上升。

在“一億有多大”一課中，帶著“1億粒米有多重”這個問題，學生先想象，一袋大米是不是有1億粒？智能交互呈現一袋大米圖片，引發學生想象。1億粒米究竟有多重呢？一粒一粒地數出來稱重，太麻煩！推理：先稱出1粒米的重量再推算1億粒米的重量。

智能交互呈現：稱1粒大米，天平幾乎沒反應；稱10粒大米，天平變化很小；稱100粒大米，約2克。

那為什么不稱137粒大米呢？因為根據137粒大米推算1億粒大米不方便！不僅要方便稱，還要便于算！后面還要根據大米的稱重推算1億粒大米的重量。

智能交互：由100粒大米推算1億大米的過程。

想象、稱重、推算，三個層次智能交互，稱重交互中考慮推算交互，推算交互從稱重交互得出的重量開始，先后交替，綜合應用多種交互結果，最終推理得出1億粒大米約重2噸的結論。

有了智能交互，學生會主動去分析問題，做出判斷，想出對策；因為智能交互，學生對問題的分析才會更深入、判斷更有效；交互、判斷、分析，再交互、再判斷、再分析……綜合多種交互結果，推進理性思考，深度學習的目標悄然達成。

以上是筆者初步總結出的策略，隨著課題研究的深入，智能交互應用于小學數學課堂教學越來越廣泛，其意義、價值和應用策略等著廣大教師去挖掘。

參考文獻：

中華人民共和國教育部.義務教育數學課程標準（2022年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.