人工智能技術(shù)在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用分析

伴隨人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的不斷普及，教育數(shù)智化是新時(shí)期教育教學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)。在高中數(shù)學(xué)課堂引入人工智能技術(shù)，能夠使數(shù)學(xué)課堂煥發(fā)新的活力與生機(jī)，有利于提高教學(xué)質(zhì)量，提升課堂教學(xué)效果。因此，在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)依據(jù)課程特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，充分利用人工智能平臺(tái)與技術(shù)，將其與傳統(tǒng)教學(xué)方式有機(jī)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)資料和多樣化的學(xué)習(xí)途徑，為“教”與“學(xué)”提供便利[1]。

一、人工智能技術(shù)在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值

（一）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在人工智能技術(shù)的支持下，教師可以為學(xué)生構(gòu)建沉浸式認(rèn)知體驗(yàn)，由此激發(fā)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣。比如，利用人工智能生成情境化問題，通過輸入“三角函數(shù) + 天文現(xiàn)象”等關(guān)鍵詞，AI可即時(shí)生成日晷投影軌跡計(jì)算、潮汐周期預(yù)測(cè)等跨學(xué)科案例，將抽象公式轉(zhuǎn)化為可感知的現(xiàn)實(shí)問題，幫助學(xué)生理解。又如，利用人工智能創(chuàng)設(shè)游戲情境，動(dòng)態(tài)生成數(shù)獨(dú)矩陣、拓?fù)涿詫m等數(shù)學(xué)游戲，引導(dǎo)學(xué)生用概率模擬“大富翁”游戲策略選擇，讓學(xué)生在決策過程中自然掌握條件概率的計(jì)算，激發(fā)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)熱情。

（二）強(qiáng)化學(xué)生數(shù)學(xué)審美與應(yīng)用能力

在高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)實(shí)踐中，人工智能可以為學(xué)生提供豐富多樣的學(xué)習(xí)資料，可以有效融入多媒體技術(shù)，將文字、圖片、視頻、音頻等資料結(jié)合起來，精準(zhǔn)、直觀地呈現(xiàn)數(shù)學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生感受數(shù)學(xué)知識(shí)的奇妙，促使他們形成數(shù)學(xué)審美。例如，在立體幾何教學(xué)中，教師可借助Geogebra（幾何代數(shù)系統(tǒng)）軟件，高度整合幾何、微積分、代數(shù)等數(shù)學(xué)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)可視化教學(xué)，讓學(xué)生感受數(shù)學(xué)的魅力。此外，將人工智能工具引入數(shù)學(xué)解題實(shí)踐中，輸入題目關(guān)鍵詞和關(guān)鍵信息，能夠?yàn)閷W(xué)生提供不同的解題思路或方法。比如，利用ChatGPT（聊天GPT）分析學(xué)生的解題步驟和答案，指出其中的不足與錯(cuò)誤，提高學(xué)生的問題解決能力與數(shù)學(xué)應(yīng)用能力[2]。

（三）有助于知識(shí)體系的精準(zhǔn)構(gòu)建

在人工智能技術(shù)的支持下，高中數(shù)學(xué)課程中的圖形教學(xué)、幾何教學(xué)變得更加直觀、具體，學(xué)生不再只是靜態(tài)平面地感知知識(shí)，而是以動(dòng)態(tài)、變化的視角看待數(shù)學(xué)問題，將數(shù)學(xué)知識(shí)可視化，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)，可以幫助學(xué)生建立系統(tǒng)、精準(zhǔn)的知識(shí)體系。比如，在“隨機(jī)事件與概率”教學(xué)中，教師可利用人工智能為學(xué)生構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境一蒙特卡羅模擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生通過調(diào)整骰子面數(shù)、抽樣次數(shù)等參數(shù)，直觀觀察大數(shù)定律的收斂過程，完成從直覺認(rèn)知到數(shù)學(xué)建模的思維跨越，使自身知識(shí)體系更加完整，同時(shí)使數(shù)學(xué)課堂活動(dòng)更加豐富、生動(dòng)，有助于構(gòu)建高效課堂。

（四）培育學(xué)生的核心素養(yǎng)

此外，人工智能技術(shù)可以為學(xué)生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)因材施教，提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的有效培育。比如，在實(shí)際教學(xué)中，教師可借助人工智能科學(xué)分析學(xué)生的試卷、錯(cuò)題和課堂表現(xiàn)，自動(dòng)生成符合學(xué)生需求的學(xué)習(xí)資料和學(xué)習(xí)策略；或者通過人工智能工具的交互式問答功能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生調(diào)整思路，找到關(guān)鍵信息，一步步解決問題，自主構(gòu)建解題策略。通過相關(guān)軟件的應(yīng)用，幫助學(xué)生有效突破數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中的重難點(diǎn)問題，發(fā)展數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)，全面提高學(xué)習(xí)效率與質(zhì)量。

二、人工智能技術(shù)在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用策略

為充分發(fā)揮人工智能技術(shù)在數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值，下文將探究應(yīng)用策略，分析人工智能在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)、資源準(zhǔn)備環(huán)節(jié)、課堂教學(xué)實(shí)踐，以及課堂評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，將人工智能技術(shù)貫穿課堂教學(xué)全過程，切實(shí)提高數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量。

（一）借助人工智能技術(shù)，優(yōu)化課前預(yù)習(xí)活動(dòng)

在高中數(shù)學(xué)教學(xué)過程中，良好的課前預(yù)習(xí)會(huì)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)事半功倍的教學(xué)效果。因此，在智能化、信息化的教學(xué)背景下，教師應(yīng)學(xué)會(huì)合理利用人工智能技術(shù)，借助AI優(yōu)化課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，精心設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)活動(dòng)，提供預(yù)習(xí)資料，以指導(dǎo)學(xué)生高效預(yù)習(xí)，為接下來的課堂活動(dòng)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

例如，在教授“函數(shù)單調(diào)性”時(shí)，為幫助學(xué)生在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中準(zhǔn)確掌握函數(shù)單調(diào)性的概念，經(jīng)過課堂學(xué)習(xí)學(xué)會(huì)判斷、證明函數(shù)單調(diào)性，教師可充分利用人工智能。首先，利用人工智能分析單元課程內(nèi)容，充分把握學(xué)時(shí)，精心安排預(yù)習(xí)活動(dòng)。緊接著，結(jié)合課程內(nèi)容，依據(jù)本班學(xué)生的認(rèn)知水平和接受能力，借助生成式AI制作微課、動(dòng)畫、慕課等在線課程，介紹函數(shù)單調(diào)性的概念，使學(xué)生對(duì)增、減函數(shù)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)興趣。其次，鼓勵(lì)學(xué)生匯報(bào)分享自己的預(yù)習(xí)成果，以思維導(dǎo)圖的方式呈現(xiàn)出來，隨后教師可借用人工智能分析評(píng)價(jià)學(xué)生的預(yù)習(xí)成果，指出他們?cè)陬A(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中的知識(shí)性問題（如對(duì)概念認(rèn)識(shí)不清、在判斷函數(shù)單調(diào)性時(shí)經(jīng)常忽略函數(shù)定義域），給學(xué)生量身定做教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容，以提高教學(xué)質(zhì)量。或者，教師可指導(dǎo)學(xué)生利用ChatGPT生成“函數(shù)單調(diào)性”預(yù)習(xí)單，輸入此章節(jié)的主要內(nèi)容、學(xué)習(xí)目標(biāo)和自身基礎(chǔ)概況，經(jīng)過ChatGPT（聊天GPT）的深度分析，生成具有單元學(xué)習(xí)特色且符合學(xué)生需求的預(yù)習(xí)單，確保學(xué)生高效預(yù)習(xí)。

（二）利用人工智能技術(shù)，豐富課堂教學(xué)資源

在數(shù)智時(shí)代背景下，無論是教師教學(xué)，還是學(xué)生學(xué)習(xí)，都可借助網(wǎng)絡(luò)、智能技術(shù)等獲取豐富的信息資源。為切實(shí)提升高中數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，教師可借助生成式人工智能來收集、拓展教學(xué)資源，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，使高中數(shù)學(xué)課堂更加豐富、立體。

例如，在教授“二次項(xiàng)定理”相關(guān)內(nèi)容時(shí)，為幫助學(xué)生掌握其中的計(jì)算原理，解決近似計(jì)算、證明恒等式、整除等數(shù)學(xué)問題，教師可借助人工智能引入“楊輝三角”知識(shí)。結(jié)合實(shí)際教學(xué)需求合理利用人工智能拆分、整合國(guó)家基礎(chǔ)教育部級(jí)精品課中的數(shù)智資源，將“楊輝三角”知識(shí)與“二次項(xiàng)定理”聯(lián)系在一起，生成新的教學(xué)視頻，為學(xué)生提供新的學(xué)習(xí)資料，幫助學(xué)生理解應(yīng)用二次項(xiàng)定理。與此同時(shí)，在實(shí)際教學(xué)過程中，教師可利用人工智能的生成功能一鍵拆分、編輯、優(yōu)化教學(xué)課件，引入更多與教學(xué)主題相關(guān)的課外資料，使課件教學(xué)資源更加豐富，內(nèi)容更完善[3]。通過這種方式，一方面優(yōu)化了課堂教學(xué)內(nèi)容，由教材延伸到課外，有利于拓寬學(xué)生數(shù)學(xué)視野；另一方面提高了優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的使用率，促進(jìn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的遷移，讓更多學(xué)生享受更高質(zhì)量的教育，推動(dòng)數(shù)學(xué)教學(xué)進(jìn)步。

（三）利用人工智能技術(shù)，優(yōu)化教學(xué)實(shí)踐

1.利用AI豐富課堂教學(xué)活動(dòng)

在高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中運(yùn)用人工智能技術(shù)，可以將抽象的數(shù)學(xué)知識(shí)具體化、形象化，不僅豐富了課堂活動(dòng)，還有助于學(xué)生理解應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)，提升數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)效果。因此在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)充分利用AI（人工智能）技術(shù)，借助人工智能創(chuàng)新教學(xué)形式，設(shè)計(jì)組織形式多樣的課堂活動(dòng)，將傳統(tǒng)教學(xué)方式與現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，增強(qiáng)數(shù)學(xué)函數(shù)教學(xué)的直觀性，以及幾何教學(xué)的空間感，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化教學(xué)。例如，在《空間幾何體的三視圖和直觀圖》一課教學(xué)中，對(duì)于部分幾何空間思維較弱的學(xué)生，教師在教學(xué)中可引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它是一種以AI為主的技術(shù)。在人工智能對(duì)話框內(nèi)輸入“幾何空間圖形的三維立體圖”關(guān)鍵詞，借助虛擬技術(shù)為學(xué)生構(gòu)建一個(gè)虛擬的空間環(huán)境，讓學(xué)生進(jìn)入立體空間，增強(qiáng)視覺空間感，使數(shù)學(xué)知識(shí)具象化，幫助學(xué)生掌握空間幾何體三視圖和直觀圖的繪制方法，培養(yǎng)空間想象力，發(fā)展數(shù)學(xué)幾何直觀素養(yǎng)[4]

又如，在學(xué)習(xí)“函數(shù)與導(dǎo)數(shù)”專題內(nèi)容時(shí)，為幫助學(xué)生掌握函數(shù)與導(dǎo)數(shù)的正確解題思路，建立函數(shù)模型，教師可借助AI工具生成幾道包含典型錯(cuò)誤的導(dǎo)數(shù)綜合題，如復(fù)合函數(shù)求導(dǎo)錯(cuò)誤、極值點(diǎn)判定失誤等。組織“數(shù)學(xué)找茬”活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生探究興趣，讓學(xué)生根據(jù)AI的解題步驟找出其中的錯(cuò)誤和邏輯漏洞，培養(yǎng)學(xué)生逆向思維，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)易錯(cuò)題型的記憶與理解，以防學(xué)生出現(xiàn)此類錯(cuò)誤。或者，在《立體幾何》章節(jié)教學(xué)中，教師可借助人工智能設(shè)計(jì)“幾何證明辯論賽”活動(dòng)，以AI生成的非常規(guī)幾何證明思路，如以“用向量法證明傳統(tǒng)幾何命題”為辯題，引導(dǎo)學(xué)生思考探究，鼓勵(lì)他們多角度思考問題，通過討論、實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)該證明思路是否可行，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)思維，加深他們對(duì)數(shù)學(xué)本質(zhì)的理解。

2.利用人工智能技術(shù)促進(jìn)小組討論

小組討論是數(shù)學(xué)課堂中的一種常用策略，能夠啟發(fā)學(xué)生積極思考，促使他們主動(dòng)探究數(shù)學(xué)問題。數(shù)智時(shí)代背景下，將人工智能技術(shù)與小組討論教學(xué)緊密結(jié)合，更有助于激發(fā)小組討論的活力，提升課堂教學(xué)效果。為此，教師可以借助人工智能技術(shù)來優(yōu)化小組討論，比如，在探究“三角函數(shù)應(yīng)用”這一內(nèi)容時(shí)，教師可引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位展開探究，分工協(xié)作，一位同學(xué)負(fù)責(zé)用人工智能收集資料，另一位負(fù)責(zé)整理信息，最后選取一位學(xué)生來做報(bào)告。通過這種方式，協(xié)調(diào)學(xué)生之間的配合，讓學(xué)生意識(shí)到三角函數(shù)在實(shí)際生活中應(yīng)用廣泛，如周期問題、潮汐問題、太陽(yáng)影長(zhǎng)問題等，由此增強(qiáng)學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用意識(shí)，提高解決問題的能力，同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，充分展現(xiàn)小組討論的魅力[5]。

3.利用人工智能的“識(shí)別技術(shù)”，開展個(gè)性化教學(xué)

在高中數(shù)學(xué)教學(xué)過程中，為準(zhǔn)確掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)情況，教師可借助人工智能的“識(shí)別技術(shù)”來監(jiān)督管理學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，方便教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的各種問題，提供針對(duì)性的指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。比如在上課時(shí)，教師可以通過人工智能技術(shù)讓學(xué)生進(jìn)行人臉識(shí)別，將人臉圖像保存到服務(wù)器中，這樣就能時(shí)刻監(jiān)測(cè)學(xué)生的課堂表現(xiàn)，生成符合學(xué)生個(gè)性需求的教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)教學(xué)監(jiān)督與教學(xué)調(diào)整，不斷優(yōu)化課堂教學(xué)。

其次，教師可借助人工智能技術(shù)進(jìn)行一對(duì)一輔導(dǎo)，基于人工智能的分析功能科學(xué)評(píng)估學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)潛力，隨后生成符合學(xué)生個(gè)體差異和學(xué)習(xí)能力的個(gè)性化課程，幫助學(xué)生更好地理解復(fù)雜的數(shù)學(xué)概念，解決抽象的數(shù)學(xué)問題。例如，在《統(tǒng)計(jì)與概率》一課教學(xué)中，教師可運(yùn)用人工智能教學(xué)系統(tǒng)，基于學(xué)生以往在統(tǒng)計(jì)與概率學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)和學(xué)習(xí)成績(jī)，自動(dòng)生成一套個(gè)性化的微視頻課程或練習(xí)題，由基本的概率問題入手，逐漸延伸出更復(fù)雜的概率模型，引入更多實(shí)際案例，增強(qiáng)數(shù)學(xué)知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系，逐步提升學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。或者，在作業(yè)練習(xí)中，人工智能會(huì)根據(jù)學(xué)生的作業(yè)情況和高頻錯(cuò)點(diǎn)，生成相應(yīng)的教學(xué)視頻，并推送對(duì)應(yīng)的練習(xí)題，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的指導(dǎo)服務(wù)，幫助學(xué)生突破自身學(xué)習(xí)障礙，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化發(fā)展。

三、運(yùn)用“人工智能助教”，優(yōu)化課堂教學(xué)評(píng)價(jià)

智能輔助教師是人工智能背景下信息化教學(xué)的一個(gè)重要特征，它不僅能夠減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，還能減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，輔助教師高效開展課堂教學(xué)，推進(jìn)“教”與“學(xué)”共同進(jìn)步。比如，在《三角函數(shù)》一課教學(xué)中，基于人工智能對(duì)本班學(xué)情的分析結(jié)果，運(yùn)用“人工智能助教”生成豐富的教學(xué)資源，輔助教師完成如下教學(xué)任務(wù)：在函數(shù)圖像教學(xué)中，為學(xué)生提供互動(dòng)仿真工具，讓其通過變化函數(shù)參數(shù)，找出函數(shù)曲線的變化規(guī)律；在函數(shù)應(yīng)用教學(xué)中，提供各種蘊(yùn)含三角函數(shù)知識(shí)的實(shí)際案例，讓學(xué)生思考、探究，掌握三角函數(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用規(guī)律[6]。在此基礎(chǔ)上，教師還可借助“人工智能助教”進(jìn)一步優(yōu)化、完善課堂評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)。引導(dǎo)學(xué)生就課程內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)概括，全面概括本課堂的主要內(nèi)容，分享自己的學(xué)習(xí)收獲和學(xué)習(xí)體驗(yàn)，學(xué)生回答完畢后，使用“人工智能助教”來分析學(xué)生的答案，科學(xué)判斷學(xué)生對(duì)課堂內(nèi)容的掌握程度，評(píng)估其在知識(shí)、技能、核心素養(yǎng)等方面的發(fā)展程度。同時(shí)針對(duì)學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)提供一些專業(yè)的、切實(shí)可行的學(xué)習(xí)意見，幫助學(xué)生鞏固課程知識(shí)，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定良好基礎(chǔ)，促進(jìn)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)與智能輔導(dǎo)的完美融合。

結(jié)束語

綜上所述，在數(shù)智時(shí)代背景下，基于人工智能技術(shù)逐步普及的教學(xué)趨勢(shì)，高中數(shù)學(xué)教師應(yīng)合理應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)。利用人工智能優(yōu)化課前預(yù)習(xí)活動(dòng)；為學(xué)生提供豐富多樣的學(xué)習(xí)資源，拓寬學(xué)生知識(shí)視野；組織各種教學(xué)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題；進(jìn)行一對(duì)一輔導(dǎo)，開展個(gè)性化教學(xué)。有效借用人工智能平臺(tái)與技術(shù)，為“教”與“學(xué)”提供更加有力的支持，將人工智能定位為“智能助教”，輔助教師精準(zhǔn)教學(xué)，助力學(xué)生全面發(fā)展。

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