人工智能技術在高中數學教學中的應用分析

伴隨人工智能技術在教育領域的不斷普及，教育數智化是新時期教育教學發展的必然趨勢。在高中數學課堂引入人工智能技術，能夠使數學課堂煥發新的活力與生機，有利于提高教學質量，提升課堂教學效果。因此，在實際教學中，教師應依據課程特點，結合學生的學習需求，充分利用人工智能平臺與技術，將其與傳統教學方式有機結合，激發學生學習興趣，為學生提供豐富的學習資料和多樣化的學習途徑，為“教”與“學”提供便利[1]。

一、人工智能技術在高中數學教學中的應用價值

（一）激發學生的學習興趣

在人工智能技術的支持下，教師可以為學生構建沉浸式認知體驗，由此激發學生數學學習興趣。比如，利用人工智能生成情境化問題，通過輸入“三角函數 + 天文現象”等關鍵詞，AI可即時生成日晷投影軌跡計算、潮汐周期預測等跨學科案例，將抽象公式轉化為可感知的現實問題，幫助學生理解。又如，利用人工智能創設游戲情境，動態生成數獨矩陣、拓撲迷宮等數學游戲，引導學生用概率模擬“大富翁”游戲策略選擇，讓學生在決策過程中自然掌握條件概率的計算，激發數學學習熱情。

（二）強化學生數學審美與應用能力

在高中數學課堂教學實踐中，人工智能可以為學生提供豐富多樣的學習資料，可以有效融入多媒體技術，將文字、圖片、視頻、音頻等資料結合起來，精準、直觀地呈現數學內容，讓學生感受數學知識的奇妙，促使他們形成數學審美。例如，在立體幾何教學中，教師可借助Geogebra（幾何代數系統）軟件，高度整合幾何、微積分、代數等數學知識，實現可視化教學，讓學生感受數學的魅力。此外，將人工智能工具引入數學解題實踐中，輸入題目關鍵詞和關鍵信息，能夠為學生提供不同的解題思路或方法。比如，利用ChatGPT（聊天GPT）分析學生的解題步驟和答案，指出其中的不足與錯誤，提高學生的問題解決能力與數學應用能力[2]。

（三）有助于知識體系的精準構建

在人工智能技術的支持下，高中數學課程中的圖形教學、幾何教學變得更加直觀、具體，學生不再只是靜態平面地感知知識，而是以動態、變化的視角看待數學問題，將數學知識可視化，以實現精準教學，可以幫助學生建立系統、精準的知識體系。比如，在“隨機事件與概率”教學中，教師可利用人工智能為學生構建虛擬實驗環境一蒙特卡羅模擬實驗室，學生通過調整骰子面數、抽樣次數等參數，直觀觀察大數定律的收斂過程，完成從直覺認知到數學建模的思維跨越，使自身知識體系更加完整，同時使數學課堂活動更加豐富、生動，有助于構建高效課堂。

（四）培育學生的核心素養

此外，人工智能技術可以為學生提供個性化的學習體驗，實現因材施教，提升學生的綜合素養，實現數學核心素養的有效培育。比如，在實際教學中，教師可借助人工智能科學分析學生的試卷、錯題和課堂表現，自動生成符合學生需求的學習資料和學習策略；或者通過人工智能工具的交互式問答功能，實現人機互動，引導學生調整思路，找到關鍵信息，一步步解決問題，自主構建解題策略。通過相關軟件的應用，幫助學生有效突破數學學習中的重難點問題，發展數學核心素養，全面提高學習效率與質量。

二、人工智能技術在高中數學教學中的應用策略

為充分發揮人工智能技術在數學教學中的應用價值，下文將探究應用策略，分析人工智能在課前預習環節、資源準備環節、課堂教學實踐，以及課堂評價環節中的應用，將人工智能技術貫穿課堂教學全過程，切實提高數學教學質量。

（一）借助人工智能技術，優化課前預習活動

在高中數學教學過程中，良好的課前預習會促進學生學習，實現事半功倍的教學效果。因此，在智能化、信息化的教學背景下，教師應學會合理利用人工智能技術，借助AI優化課前預習環節，精心設計預習活動，提供預習資料，以指導學生高效預習，為接下來的課堂活動奠定扎實的基礎。

例如，在教授“函數單調性”時，為幫助學生在預習環節中準確掌握函數單調性的概念，經過課堂學習學會判斷、證明函數單調性，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容，充分把握學時，精心安排預習活動。緊接著，結合課程內容，依據本班學生的認知水平和接受能力，借助生成式AI制作微課、動畫、慕課等在線課程，介紹函數單調性的概念，使學生對增、減函數有一個初步的認識，幫助學生建立學習興趣。其次，鼓勵學生匯報分享自己的預習成果，以思維導圖的方式呈現出來，隨后教師可借用人工智能分析評價學生的預習成果，指出他們在預習環節中的知識性問題（如對概念認識不清、在判斷函數單調性時經常忽略函數定義域），給學生量身定做教學方式和教學內容，以提高教學質量。或者，教師可指導學生利用ChatGPT生成“函數單調性”預習單，輸入此章節的主要內容、學習目標和自身基礎概況，經過ChatGPT（聊天GPT）的深度分析，生成具有單元學習特色且符合學生需求的預習單，確保學生高效預習。

（二）利用人工智能技術，豐富課堂教學資源

在數智時代背景下，無論是教師教學，還是學生學習，都可借助網絡、智能技術等獲取豐富的信息資源。為切實提升高中數學教學質量，促進學生學習，教師可借助生成式人工智能來收集、拓展教學資源，豐富課堂教學內容，使高中數學課堂更加豐富、立體。

例如，在教授“二次項定理”相關內容時，為幫助學生掌握其中的計算原理，解決近似計算、證明恒等式、整除等數學問題，教師可借助人工智能引入“楊輝三角”知識。結合實際教學需求合理利用人工智能拆分、整合國家基礎教育部級精品課中的數智資源，將“楊輝三角”知識與“二次項定理”聯系在一起，生成新的教學視頻，為學生提供新的學習資料，幫助學生理解應用二次項定理。與此同時，在實際教學過程中，教師可利用人工智能的生成功能一鍵拆分、編輯、優化教學課件，引入更多與教學主題相關的課外資料，使課件教學資源更加豐富，內容更完善[3]。通過這種方式，一方面優化了課堂教學內容，由教材延伸到課外，有利于拓寬學生數學視野；另一方面提高了優質教學資源的使用率，促進優質教學資源的遷移，讓更多學生享受更高質量的教育，推動數學教學進步。

（三）利用人工智能技術，優化教學實踐

1.利用AI豐富課堂教學活動

在高中數學課堂教學中運用人工智能技術，可以將抽象的數學知識具體化、形象化，不僅豐富了課堂活動，還有助于學生理解應用數學知識，提升數學學習效果。因此在實際教學中，教師應充分利用AI（人工智能）技術，借助人工智能創新教學形式，設計組織形式多樣的課堂活動，將傳統教學方式與現代教學技術有機結合，增強數學函數教學的直觀性，以及幾何教學的空間感，實現最優化教學。例如，在《空間幾何體的三視圖和直觀圖》一課教學中，對于部分幾何空間思維較弱的學生，教師在教學中可引入虛擬現實技術，它是一種以AI為主的技術。在人工智能對話框內輸入“幾何空間圖形的三維立體圖”關鍵詞，借助虛擬技術為學生構建一個虛擬的空間環境，讓學生進入立體空間，增強視覺空間感，使數學知識具象化，幫助學生掌握空間幾何體三視圖和直觀圖的繪制方法，培養空間想象力，發展數學幾何直觀素養[4]

又如，在學習“函數與導數”專題內容時，為幫助學生掌握函數與導數的正確解題思路，建立函數模型，教師可借助AI工具生成幾道包含典型錯誤的導數綜合題，如復合函數求導錯誤、極值點判定失誤等。組織“數學找茬”活動，激發學生探究興趣，讓學生根據AI的解題步驟找出其中的錯誤和邏輯漏洞，培養學生逆向思維，強化學生對易錯題型的記憶與理解，以防學生出現此類錯誤。或者，在《立體幾何》章節教學中，教師可借助人工智能設計“幾何證明辯論賽”活動，以AI生成的非常規幾何證明思路，如以“用向量法證明傳統幾何命題”為辯題，引導學生思考探究，鼓勵他們多角度思考問題，通過討論、實驗，檢驗該證明思路是否可行，培養學生數學思維，加深他們對數學本質的理解。

2.利用人工智能技術促進小組討論

小組討論是數學課堂中的一種常用策略，能夠啟發學生積極思考，促使他們主動探究數學問題。數智時代背景下，將人工智能技術與小組討論教學緊密結合，更有助于激發小組討論的活力，提升課堂教學效果。為此，教師可以借助人工智能技術來優化小組討論，比如，在探究“三角函數應用”這一內容時，教師可引導學生以小組為單位展開探究，分工協作，一位同學負責用人工智能收集資料，另一位負責整理信息，最后選取一位學生來做報告。通過這種方式，協調學生之間的配合，讓學生意識到三角函數在實際生活中應用廣泛，如周期問題、潮汐問題、太陽影長問題等，由此增強學生的數學應用意識，提高解決問題的能力，同時，培養學生的溝通能力和團隊協作能力，充分展現小組討論的魅力[5]。

3.利用人工智能的“識別技術”，開展個性化教學

在高中數學教學過程中，為準確掌握學生的學習進度和學習情況，教師可借助人工智能的“識別技術”來監督管理學生的學習過程，方便教師及時發現學生學習過程中的各種問題，提供針對性的指導，實現個性化教學。比如在上課時，教師可以通過人工智能技術讓學生進行人臉識別，將人臉圖像保存到服務器中，這樣就能時刻監測學生的課堂表現，生成符合學生個性需求的教學策略，實現教學監督與教學調整，不斷優化課堂教學。

其次，教師可借助人工智能技術進行一對一輔導，基于人工智能的分析功能科學評估學生的數學學習潛力，隨后生成符合學生個體差異和學習能力的個性化課程，幫助學生更好地理解復雜的數學概念，解決抽象的數學問題。例如，在《統計與概率》一課教學中，教師可運用人工智能教學系統，基于學生以往在統計與概率學習中的表現和學習成績，自動生成一套個性化的微視頻課程或練習題，由基本的概率問題入手，逐漸延伸出更復雜的概率模型，引入更多實際案例，增強數學知識與現實生活的聯系，逐步提升學生數學學科核心素養?；蛘撸谧鳂I練習中，人工智能會根據學生的作業情況和高頻錯點，生成相應的教學視頻，并推送對應的練習題，實現一對一的指導服務，幫助學生突破自身學習障礙，實現個性化發展。

三、運用“人工智能助教”，優化課堂教學評價

智能輔助教師是人工智能背景下信息化教學的一個重要特征，它不僅能夠減輕教師的教學負擔，還能減輕學生的學習壓力，輔助教師高效開展課堂教學，推進“教”與“學”共同進步。比如，在《三角函數》一課教學中，基于人工智能對本班學情的分析結果，運用“人工智能助教”生成豐富的教學資源，輔助教師完成如下教學任務：在函數圖像教學中，為學生提供互動仿真工具，讓其通過變化函數參數，找出函數曲線的變化規律；在函數應用教學中，提供各種蘊含三角函數知識的實際案例，讓學生思考、探究，掌握三角函數在現實生活中的應用規律[6]。在此基礎上，教師還可借助“人工智能助教”進一步優化、完善課堂評價環節。引導學生就課程內容進行總結概括，全面概括本課堂的主要內容，分享自己的學習收獲和學習體驗，學生回答完畢后，使用“人工智能助教”來分析學生的答案，科學判斷學生對課堂內容的掌握程度，評估其在知識、技能、核心素養等方面的發展程度。同時針對學生的后續學習提供一些專業的、切實可行的學習意見，幫助學生鞏固課程知識，為后續學習奠定良好基礎，促進數學課堂教學與智能輔導的完美融合。

結束語

綜上所述，在數智時代背景下，基于人工智能技術逐步普及的教學趨勢，高中數學教師應合理應用此項技術。利用人工智能優化課前預習活動；為學生提供豐富多樣的學習資源，拓寬學生知識視野；組織各種教學活動，引導學生發現問題、解決問題；進行一對一輔導，開展個性化教學。有效借用人工智能平臺與技術，為“教”與“學”提供更加有力的支持，將人工智能定位為“智能助教”，輔助教師精準教學，助力學生全面發展。

參考文獻

[1]馬云輝.人工智能賦能高中數學個性化教學探索[J].數理化解題研究，2024（30）：83-85.

[2]張欽芬.人工智能技術在高中數學教學中的應用[].中國新通信，2024，26（18）：170-172.

[3]楊偉.人工智能技術：高中數學教學新模式[J].第二課堂 （D），2024（8）：37.

[4]姚娟.“大數據 + 人工智能”技術與高中數學教學融合路徑探究Ⅲ中小學電教（教學），2023（8）：7-9.

[5]趙亮，劉美麗.高中數學與人工智能交叉融合的教學案例研究].數學通報，2022，61（11）：6-8.

[6]朱增利.人工智能技術在高中數學教學中的應用策略分析[].高考，2022（15）：114-116.