智能時代的教育革新：人工智能在小學數(shù)學教學中的應(yīng)用

步入21世紀以來，以人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)呈加速發(fā)展態(tài)勢，深刻地影響并改變著人類社會的各個層面。人工智能技術(shù)憑借其直觀性、交互性、智能性以及個性化等優(yōu)勢特征，為小學數(shù)學教學變革開辟了嶄新路徑。小學階段的數(shù)學學習對于學生后續(xù)學業(yè)發(fā)展及終身發(fā)展起著奠基性作用。不過，鑒于數(shù)學知識具有抽象性，許多學生在學習過程中易滋生畏難情緒，致使學習興趣低迷、學習效果欠佳。傳統(tǒng)的小學數(shù)學教學模式相對單一，教學互動遺乏，教學內(nèi)容疏離生活實際，難以契合不同學生的個性化學習訴求，亟待變革創(chuàng)新。在此背景下，加速推進智能技術(shù)與數(shù)學教學的融合創(chuàng)新，成為當下的關(guān)鍵議題。

一、人工智能應(yīng)用于小學數(shù)學教學的優(yōu)勢

在小學數(shù)學教學中引人人工智能，需立足小學生的認知發(fā)展水平，充分發(fā)揮其直觀性、交互性、智能性和個性化優(yōu)勢，為學生營造有趣且個性化的學習情境。結(jié)合小學數(shù)學的學科特點，人工智能主要有以下優(yōu)勢：

（一）具象化抽象數(shù)學概念

小學生處于具體形象思維向抽象邏輯思維過渡的階段，對數(shù)學概念的理解依賴直觀感知。人工智能通過虛擬現(xiàn)實、動畫等技術(shù)，將數(shù)與形、算理等抽象概念轉(zhuǎn)化為生動情境。例如，學習鐘表時，AI生成三維旋轉(zhuǎn)模型，學生通過撥動時針、分針感知時間流逝；學習平面圖形面積時，AI展示七巧板拼接變換，幫助學生理解等積關(guān)系。這種情境化教學能提升學生的學習興趣。

（二）智能生成基礎(chǔ)計算題，助力查漏補缺

扎實的計算技能是數(shù)學學習的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)練習題量有限，而人工智能基于知識圖譜和學情數(shù)據(jù)，針對四則運算、分數(shù)、小數(shù)等易錯點，智能生成變式題供學生反復(fù)練習。AI還能精準定位學生薄弱環(huán)節(jié)，增加訓練頻次，直至學生掌握。這種個性化練習夯實了學生基本功，為進階學習奠定基礎(chǔ)。

（三）創(chuàng)設(shè)沉浸式數(shù)學游戲，實現(xiàn)寓教于樂

小學生天性活潑，喜歡在玩中學。將數(shù)學知識融入游戲情境，能夠充分調(diào)動其學習積極性。人工智能可生成數(shù)學游戲，讓學生在輕松氛圍中掌握知識。例如，學習幾何體時，AI生成“趣味立體七巧板”游戲，學生在虛擬空間中搭建幾何體；學習概率時，AI創(chuàng)設(shè)“摸球猜顏色”游戲，幫助學生理解概率概念。游戲化學習將枯燥知識變得生動有趣，提升學習效果。

（四）提供即時個性化指導，培養(yǎng)自主學習能力

小學生自控力較弱，遇到問題易產(chǎn)生畏難情緒。人工智能可隨時提供個性化指導。當學生做錯題時，AI精準分析錯因并給出圖文講解；當學生提問時，AI用通俗語言解答。針對不同學習程度的學生，AI因材施教，幫助基礎(chǔ)較弱的學生逐步養(yǎng)成自主思考的習慣。

二、人工智能在小學數(shù)學教學中應(yīng)用的案例

黨的二十大報告明確指出，要推進教育數(shù)字化，建設(shè)全民終身學習的學習型社會、學習型大國。那么，如何發(fā)揮人工智能優(yōu)勢，助推小學數(shù)學教學變革呢？基于一線教學實踐，筆者以“小數(shù)乘除法”單元教學為例，從智能化教學設(shè)計、個性化學習指導、趣味化游戲創(chuàng)設(shè)以及主體化學習方式四個維度探索人工智能賦能小學數(shù)學教學的路徑。

（一）智能化教學設(shè)計：構(gòu)筑“AI數(shù)學實驗室”

教學設(shè)計是提升課堂教學質(zhì)量的核心要素。傳統(tǒng)教學設(shè)計往往依賴教師個人經(jīng)驗，難以周全顧及學生差異。將人工智能引入教學設(shè)計環(huán)節(jié)，能夠依據(jù)學情大數(shù)據(jù)，智能生成個性化教學方案。以“小數(shù)乘除法”教學設(shè)計為例，教師首先借助人工智能備課系統(tǒng)，分析學生已掌握的小數(shù)加減運算知識，挖掘共性問題，如對除法的“包含”含義理解不足。據(jù)此，教師在教學設(shè)計中著重強化小數(shù)除法在分配場景中的實際運用，并創(chuàng)設(shè)“小數(shù)檸檬水攤”這一鮮活情境，引導學生分組探究，深化對小數(shù)除法的理解。隨后，教師利用智能備課助手進一步優(yōu)化教學設(shè)計，增加測試題的難度梯度，補充學生易錯題型的微課視頻。最終形成的個性化“AI教學方案”，既兼顧學生共性需求，又照應(yīng)個體差異，彰顯精準備課的全新范式。課堂教學中，教師依托VR/AR技術(shù)，為學生搭建沉浸式的“小數(shù)乘除法實驗室”。學生佩戴VR眼鏡，在虛擬乘法陣列棋盤中跳躍格子，感知小數(shù)乘法；運用AR技術(shù)觀察圓形蛋糕的切分過程，直觀理解小數(shù)除法。生動形象的虛擬場景加深了學生對小數(shù)運算法則的理解。課后，學生還可借助智能作業(yè)系統(tǒng)開展個性化練習，及時查漏補缺。人工智能與教學設(shè)計的深度融合，讓小數(shù)乘除法的教與學更高效、精準、有趣，為培養(yǎng)學生數(shù)學核心素養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

（二）個性化學習指導：推行“AI學習伴侶”計劃

因材施教、提供個性化學習指導是《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》的重要理念。然而，在傳統(tǒng)大班教學模式下，教師難以兼顧每位學生的個性化需求。人工智能為破解這一難題提供了創(chuàng)新思路。教師可依托學習分析技術(shù)，為每個學生配備專屬的“AI學習伴侶”。“AI伴侶”能夠借助智能測評，精準診斷學生在小數(shù)乘除法學習中的優(yōu)勢與短板，推送個性化學習資源。例如，對于理解能力強但計算能力較弱的學生，“AI伴侶”會重點推送口算題與計算技巧視頻；對于數(shù)學學習過程中焦慮情緒較為嚴重的學生，“AI伴侶”則會生成鼓勵性反饋，增強其學習信心。學生還可隨時喚醒“AI伴侶”展開對話交流。面對“小數(shù)乘除法的本質(zhì)是什么”“為何除法不能化簡”等問題，“AI伴侶”能夠給出深入淺出的解答，并實時判斷學生的理解程度，必要時進一步深入講解。在“AI伴侶”的陪伴下，學生能以最適合自身的節(jié)奏和方式學習小數(shù)乘除法，逐步養(yǎng)成獨立思考、舉一反三的優(yōu)良學習習慣。“AI伴侶”打破了班級教學的同質(zhì)化局限，真正實現(xiàn)“千人千面”。每個學生在專屬學習路徑引領(lǐng)下，找到契合自身的最佳學習方式，激發(fā)內(nèi)在學習動機，達成更佳學習效果，進而促進數(shù)學素養(yǎng)的全面提升。

（三）趣味化游戲創(chuàng)設(shè)：開展智能化“數(shù)學游戲創(chuàng)客”

素質(zhì)教育的核心要義在于促進學生全面且個性化發(fā)展，培育學生的創(chuàng)新精神與實踐能力。傳統(tǒng)應(yīng)試教育模式難以充分調(diào)動學生學習興趣，遑論創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而將人工智能技術(shù)與游戲化學習有機結(jié)合，則為素質(zhì)教育實施開辟了全新路徑。教師可利用人工智能游戲開發(fā)平臺，引領(lǐng)學生協(xié)同創(chuàng)作“小數(shù)乘除法大冒險”游戲。學生扮演不同的角色：關(guān)卡設(shè)計師負責構(gòu)思探險任務(wù)及其蘊含的數(shù)學問題，如“第一關(guān)找到丟失的3.5倍數(shù)寶藏”；程序員負責編寫代碼，判定玩家答案正誤，正確方可晉級；游戲畫師負責設(shè)計關(guān)卡場景，并融入數(shù)學元素，如在3.5倍數(shù)寶藏上繪制“0.5、1.75、3.5、10.5”等數(shù)字。在分工協(xié)作過程中，學生創(chuàng)造性地運用所學知識，深化對小數(shù)乘除法的理解。課后，學生還可邀請家長、同學體驗自己開發(fā)的游戲，在切磋較量中強化知識掌握。游戲化學習將枯燥的小數(shù)計算轉(zhuǎn)化為趣味盎然的探險之旅，學生在輕松愉悅中掌握知識技能。尤為可貴的是，游戲創(chuàng)作培育了學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、創(chuàng)造性解決問題的能力。研究表明，融合智能技術(shù)的STEM創(chuàng)客活動能夠顯著提升小學生的計算思維能力，這表明智能化的游戲創(chuàng)客是培養(yǎng)小學生創(chuàng)新能力的有效途徑。作為游戲的創(chuàng)造者和體驗者，學生真正成為學習的主人，從而激發(fā)更強的自主性，培育創(chuàng)新能力，在快樂中習得終身發(fā)展的關(guān)鍵能力。

（四）主體化學習方式：搭建協(xié)作式“AI數(shù)學創(chuàng)客坊”

創(chuàng)客教育強調(diào)動手實踐、創(chuàng)意設(shè)計與協(xié)同探究，倡導在創(chuàng)造中學習。將創(chuàng)客理念引入小學數(shù)學教育，需構(gòu)建協(xié)作式的“AI數(shù)學創(chuàng)客坊”。在創(chuàng)客坊中，學生運用3D打印機、激光雕刻機等智能設(shè)備，將數(shù)學知識創(chuàng)造性地轉(zhuǎn)化為實體作品；利用Scratch等圖形化編程工具，開發(fā)富含數(shù)學元素的游戲、動畫和學習軟件。創(chuàng)客活動突破了傳統(tǒng)學習方式的桎梏，讓學生成為數(shù)學知識的主動建構(gòu)者和應(yīng)用者。

以開發(fā)“小數(shù)大冒險”游戲為例，學生需運用所學小數(shù)知識，通過編程創(chuàng)設(shè)游戲關(guān)卡。游戲以主角闖關(guān)情節(jié)展開，每一關(guān)都設(shè)置小數(shù)加減問題，答對才能開啟通關(guān)門。學生分工協(xié)作，扮演不同角色：關(guān)卡組負責設(shè)計每一關(guān)的闖關(guān)任務(wù)，如“第一關(guān)找到藏寶圖的密碼： ；程序組負責編寫代碼，判斷用戶輸入的小數(shù)是否等于密碼；美工組負責游戲界面設(shè)計，并用數(shù)學知識設(shè)計精美的游戲元素，如寶藏箱。在協(xié)作式項目學習中，學生相互啟迪，群策群力，在合作中加深對小數(shù)的理解。創(chuàng)客過程化整為零、將數(shù)學嵌人編程的思維，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、簡化問題、求解問題的數(shù)學思維能力。成功開發(fā)出游戲作品，亦能極大激發(fā)學生的成就感，提升數(shù)學學習的效能感。在AI創(chuàng)客坊中，學生跨學科運用數(shù)學、編程、工程等知識，將數(shù)學抽象具體化，在創(chuàng)造實踐中體悟數(shù)學的應(yīng)用價值，涵養(yǎng)數(shù)學核心素養(yǎng)。此外，還可引導學生參加創(chuàng)客大賽，與跨校同伴開展協(xié)作探究，在交流碰撞中拓寬數(shù)學視野。

三、實踐效果及反思

將人工智能技術(shù)融入小學數(shù)學教學，是順應(yīng)智能時代發(fā)展潮流，積極探索教育教學變革的創(chuàng)新之舉。國內(nèi)外諸多學校和機構(gòu)紛紛開展人工智能在小學數(shù)學教學中的實踐探索，取得了一定成效，積累了寶貴經(jīng)驗，但也暴露出一些問題與挑戰(zhàn)，亟待進一步反思與完善。AI輔助備課系統(tǒng)能夠依據(jù)課程標準和學情數(shù)據(jù)，智能推薦教學資源，自動生成教學案例和學案，減輕教師備課負擔，使教師有更多時間與精力投入創(chuàng)造性教學設(shè)計。據(jù)調(diào)查，使用備課系統(tǒng)的教師備課時間平均縮短 30 % ，備課質(zhì)量顯著提升。借助VR/AR等技術(shù)，將數(shù)學知識轉(zhuǎn)化為沉浸式的游戲化學習情境，能讓學生在虛擬場景中探索數(shù)學原理，在交互操作中理解數(shù)學概念，寓教于樂，激發(fā)學生的數(shù)學學習興趣。

實踐表明，沉浸式教學能夠顯著提升學生的課堂專注度和參與度，促使學習動機更加內(nèi)在化。盡管人工智能已初步應(yīng)用于小學數(shù)學教學的各個環(huán)節(jié)，但技術(shù)尚未成熟，系統(tǒng)功能有待優(yōu)化完善。例如，自動批改程序?qū)W生解題過程的分析還不夠精準，偶有識別錯誤發(fā)生；學習路徑推薦的個性化程度仍需提高；虛擬場景的真實度與交互性尚需加強。當前，多數(shù)學校的AI應(yīng)用還局限于課下作業(yè)和課外輔導，真正將人工智能融人課堂教學的情形尚不普遍，教學模式依舊較為傳統(tǒng)。如何在40分鐘的課堂內(nèi)科學合理地應(yīng)用人工智能，充分發(fā)揮其優(yōu)勢特性，調(diào)動學生參與度，提升教學創(chuàng)新水平，是當前亟待深人探索的課題。

在智能時代的浪潮中，人工智能正以史無前例的速度滲透至教育的各個領(lǐng)域。小學數(shù)學作為學生學習旅程的基石，理應(yīng)積極擁抱這場變革，探索人工智能助力教學的創(chuàng)新路徑。綜觀全文，人工智能憑借其獨特優(yōu)勢，為小學數(shù)學教學帶來了生動直觀的情境呈現(xiàn)、智能精準的學習訓練、個性化的學習輔導、趣味化的游戲競賽以及跨學科融合的創(chuàng)客實踐，從多維度賦能傳統(tǒng)教學模式的變革創(chuàng)新。總之，人工智能有效提升了教學效率，優(yōu)化了學習體驗，激發(fā)了學習興趣，在培育學生核心素養(yǎng)方面展現(xiàn)出廣闊前景。

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