人工智能賦能高中數學個性化教學探索

摘 要：隨著人工智能技術和大數據技術的不斷發展，高中數學教學模式發生了巨大變化.在人工智能賦能高中數學教學的過程中，能切實增強數學教學個性，助力教師及時分析學生學習中遇到的問題，并為學生提供有針對性的教學指導.在人工智能賦能的背景下，教師的教學理念及方法得以創新，能有效地提高課堂教學效果.文章以高中數學教學為切入點，進一步探究高中數學個性化教學的有效策略.

關鍵詞：人工智能；高中數學；教學；策略

中圖分類號：G632

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0333（2024）30-0083-03

收稿日期：2024-07-25

作者簡介：馬云輝（1985.10—），男，安徽省宿州人，中學高級教師，從事高中數學教學研究.

基金項目：安徽省教育信息技術研究2022年度課題“人工智能賦能‘雙減’下的個性化學習實踐研究”（項目編號：AH2022021） .

在數學教學中，教師將人工智能引入課堂，不但能改變傳統教學方式，還可切實支持學生學習.教師將人工智能和大數據相結合，能進一步了解學生的學習需求，及時調整教學策略，使教學流程達到最優程度，真正提高學生的數學學習效果.

1 人工智能賦能高中數學個性化教學的意義

在高中數學個性化教學中，教師運用人工智能分析大數據，準確地判斷出每一個學生的學業水平與學習能力，并根據學生的學習需求，為其提供有針對性的教育資源與引導建議.于基礎較差的學生而言，建議基于人工智能為學生推送基本習題，并進行詳盡講解，以幫助學生夯實基本功；對于有較好基礎的學生來講，人工智能能給出較高難度的題目，從而提高學生的學習興趣與探究欲望^［1］.教師利用人工智能技術教學，可使課堂教學更有針對性、靈活性.如教師運用虛擬現實技術、增強現實技術，可以更直觀、形象地展現抽象的數學概念，讓學生在互動與體驗中對數學知識產生深刻印象.此外，人工智能可以對學生的學習情況進行實時追蹤，并對教學策略進行相應調整，從而提高教學靈活性和有效性.

2 人工智能賦能高中數學個性化教學的策略

2.1 人工智能賦能一對一輔導，促進學生深入學習

人工智能賦能數學一對一輔導過程中，教師既可以針對學生個體差異和學習習慣為其提供個性化課程，也可以基于對復雜數據的分析，考慮不同學生的差異化學習需求，適時調整教學策略.此種個性化教學方式能幫助學生更好地了解復雜的數學概念，并基于對教材與習題的動態調節，保證學生能在理解數學知識的基礎上有效應用數學知識.在教師運用人工智能輔導學生的過程中，可實時采集學生的學習情況，并對其進展與成效進行分析，圍繞其存在的不足之處做出研究，提出相應的改善意見.此種及時反饋、動態調節的教學方式，既能增強師生間的交流，又能使學習過程更適合于學生個體的學習節奏與方式，進而提升學習效率與質量.

例如，教師在教學“統計”與“概率”課程時，發揮人工智能的優勢，可助力學生有效掌握概率元素，對條件概率及貝葉斯定理的運用產生深刻影響.教師運用人工智能教學系統，基于學生過往學習表現與目前的成績進行分析，自動推送一套有針對性的練習題與知識點講解視頻，由最基本的概率問題入手，逐漸學習較復雜的條件概率運算知識，并附有即時回饋與詳盡解答.學生做作業時，人工智能會對學生的答案進行實時分析，找出學生的常見錯誤以及理解上的盲點.如，當學生在解題過程中出現多次錯誤時，人工智能系統就會給出相應的教學視頻，并推送對應的練習題目，以幫助學生渡過學習難關.同時，在教學過程中，學生也可以根據自己的實際情況，隨時向虛擬教師提出問題，并得到相應的解答.此外，人工智能技術也可以讓學生按照自己的學習喜好來挑選“網上教師”.如在網上平臺中，學生可以選擇一位精通概率論教學的教師，為自己提供“一對一”的指導.此種個性化“一對一”指導服務，能切實加強教師與學生之間的交流，使教學更有針對性，也更有效率^［2］.

2.2 人工智能創設虛擬現實情境，加強知識理解效果

在高中數學教學中，教師整合運用人工智能與虛擬現實技術，可以有效提升學生對空間幾何等復雜數學概念的理解能力.虛擬現實技術為學生提供身臨其境的學習環境，把點、線、面等抽象的數學概念形象化，使學生在直觀的經驗中加深對數學概念的理解效果.同時，人工智能創設虛擬現實情境的教學方法可對真實世界中的3D空間進行仿真，使學生能在虛擬的環境中直接觀察、操縱數學知識，并能更好地掌握物體間的空間關系.數學教師利用虛擬現實技術，根據自己的教學需求設置特定情景，使所學知識與學生生活經歷、認知層次相吻合，這既能使學生在虛擬學習環境中進行探究式學習，又能及時地獲得傳統教學所不能達到的反饋效果，真正強化學生的數學學習有效性.

例如，在教學“空間點、直線、平面之間的位置關系”過程中，教師運用人工智能、虛擬現實技術等方法建立一幅立體的城市地圖.通過此模式，學生能直接看到不同建筑物、道路及其他建筑物，如天橋及建筑群等.在此基礎上，教師可在網上下載與該課程有關的實物資料，如某一特定的公交路網等，并進行相應的教學活動.在此情境下，教師組織學生討論“在模擬的城市地圖中，AB線段與CD線段是否平行？”或者“在A立交橋中，每個路段與地面之間是什么位置關系？”在人工智能打造的虛擬學習情境中，使學生能在虛擬環境中對線段、平面等進行直觀的觀測與測量，從而切實加強學生對這部分知識的印象.此外，在人工智能賦能數學教學的過程中，教師可以讓學生在可控的、安全的環境下進行實驗，直接觀察自己的數學學習成果，從而加深其對空間幾何概念的認知.如，師生基于人工智能，通過調節觀測角度、親身測量及對比直線段間的夾角、間距等，能使抽象的數學知識具體化、形象化.在此種個性化教學的模式下，可進一步提高學生對空間知識的認知，使數學課堂變得格外生動、高效.

2.3 人工智能實現智慧助教，減輕學生數學學習負擔

人工智能在高中數學教育中發揮著非常重要的作用，對緩解學生數學學習負擔具有積極價值.人工智能課為學生提供個性化學習經驗，并能及時反饋相關信息，從而使學生能更好地理解復雜概念.同時，人工智能實現智慧助教，基于算法對學生學業表現進行分析，發現其薄弱環節與錯誤規律，即可對教學內容與難度進行相應調整，為其提供有針對性的教學指導與支持^［3］.

在高中數學教學中，人工智能助教還可以對海量資料進行處理，便于教師掌握學生的學習情況.教師運用人工智能的分析與推薦方法，可以根據不同學生的學習需求對課程進行更加精準的設計，讓每個學生都能在適宜的學習環境中獲得最理想的教學效果.這樣一來，既能有效地提高教學效率，又能極大地減輕學生的課業負擔.在“三角函數”課程教學過程中，教師運用人工智能輔助教學，能完成不同教學任務.如，學生學習三角函數及其基本屬性時，教師運用人工智能輔助學生學習，為學生提供互動仿真工具，讓其通過操作函數各種參數，找出函數曲線的變化規律，學生對三角函數中的波形、周期性有了更直觀的認知，從而加強學生對數學概念的掌握效果.在學習任務結束后，學生向人工智能助教提交答案，人工智能助教會對學生的回答進行分析，并給出準確的反饋.當然，教師也可以使用人工智能助教所搜集到的資料，跟蹤每個學生的學習進展以及優化解答問題的詳細流程.在此基礎上，人工智能助教可以協助教師設計出有針對性的教學方案，如針對數學理解能力較為薄弱的學生增加一些基礎練習題，另一部分數學學習基礎扎實的學生則可以利用人工智能助教進行分組討論與交流，從而確保學生加深對三角函數概念的認知與運用效果.可見，在人工智能支持下，教師實施“個性化”“數據驅動”教學方法，能真正提高學生對三角函數的理解效率，大大降低學生的學習負擔，讓學生在學習中獲得更多樂趣.

2.4 人工智能整合大數據，動態分析與及時指導學習

如今，人工智能已成為高中數學教育的重要組成部分.教師借助大數據和人工智能可以深度分析海量學習數據，實時監測學生學業進展與學業表現，并為其提供實時的、準確的學習引導.此種教學模式能使教學過程更具個性，教師能依據資料分析情況，適時調整教學策略，選擇更符合學生學習需求的內容.同時，教師運用人工智能整合大數據的方法持續跟蹤學生的學習表現，發揮人工智能的優勢，進一步發現學生在數學概念學習中存在的困難.

在“集合的概念”教學中，教師整合人工智能技術與大數據技術，可以有效地提高教學質量.如，學生學習子集、全集、補集、交集等知識時，人工智能可通過對學生答題資料與學習行為的分析，準確發現學生的知識盲區.人工智能系統能將學生的回答和以往資料進行比較，找出學生容易混淆的概念，為教學提供針對性的教學方案（表1）.當學生在對子集和全集、全集和補集或補集和交集關系進行判斷時，人工智能會自動向學生推薦相應的視頻教程、互動式練習或圖解解答內容，從而使學生對多個集合間的關聯產生深刻印象.在對這些概念進行解釋的過程中，教師還可以將不同集合圖與人工智能軟件相結合，使學生能在可視化的交互界面上對集合要素進行分析，從而能實時地觀察到各個集合的運算結果.此外，教師針對學生在練習過程中出現的一些問題進行分享，人工智能可以及時地獲取這些信息，并利用智能推薦系統，為學生提供大量的練習，使學生在實踐中不斷地加強自身學習能力.可見，人工智能支持下，既能加深學生對集合論知識的學習程度，又能使其更具適應性與效率，極大程度地提高學生的數學學習效果，積累豐富的數學學習經驗.

3 結束語

綜上所述，將人工智能技術運用于高中數學教學具有廣闊的發展前景.人工智能是一種有效的輔助教學手段，既可以幫助師生突破傳統教學模式的局限，又可以通過個性化學習方法來激發學生的學習興趣.日后隨著科技發展，人工智能將會在更多的教育領域中扮演重要角色，為學生學習與教師的教學提供更加有力的支持！

參考文獻：

［1］ 安彥斌.韓國高中數學跨學科選修課程的設計與啟示：基于“經濟數學”和“人工智能數學”課程［J］.內蒙古師范大學學報（教育科學版），2023，36（3）：129-136.

［2］ 楊振平.數學軟件在高中數學教學中的應用分析［J］.嘉應學院學報，2022，40（3）：100-104.

［3］ 白雪峰，車菲.人工智能時代推進個性化教學的研究與實踐：以高中數學教學為例［J］.華夏教師，2018（34）：2-4.

［責任編輯：李 璟］