AI智能技術支持下的初中數學教學跨界融合探索

2024年12月，《教育部辦公廳關于加強中小學人工智能教育的通知》強調，中小學應積極探索人工智能在學科教學中的應用，培養學生的數字素養與創新能力.2025年4月，教育部等九部門發布的《關于加快推進教育數字化的意見》明確提出，要推動人工智能、大數據等新一代信息技術與教育教學深度融合，創新人才培養模式.《義務教育數學課程標準（2022年版）》指出，義務教育階段數學課程要落實立德樹人根本任務，發展學生的核心素養.面對智能化時代，數學教學應擺脫傳統課堂模式，借助信息技術賦能課堂教學，在實際問題中發展學生的數學與科學能力，以提升學生核心素養.

1AI時代初中數學整合教學的現實困境

1. 1 缺乏系統規劃，整合內容碎片化

初中數學與信息技術的整合教學缺乏縱向遞進、橫向貫通的課程體系構建，不少初中數學教師對AI技術的應用不夠深入，只是在上課時簡單地使用信息技術對相關數學知識進行呈現，沒有充分凸顯AI技術在數學課堂中的應用價值，授課內容的設計缺乏系統規劃，這種碎片化的AI技術整合方式影響了學生對授課知識的深入理解.

1.2教師AI素養不高，難以靈活利用AI技術

教師是將AI技術和初中數學教學融合的關鍵執行者，但不少初中數學教師對AI教學的要領缺乏理解，在AI教學平臺使用、數據分析等方面不夠熟練，導致AI技術在數學課堂中的應用流于形式、浮于表面.這些問題嚴重影響了二者整合教學的效果，也阻礙了學生數學素養的提升及濃厚學習興趣的形成.

2初中數學與信息技術整合的教學實踐對策

2.1教學情境創設：AI驅動的真實問題解決

構建教學情境具有重要的作用.設計富有趣味性和吸引力的教學情境能夠實現數學知識的形象化、直觀化呈現，使學生更好地掌握數學概念，激發學生探究數學知識的興趣，鼓勵學生去探究課堂上所學的數學知識.新時代教學情境的有效構建需要教師以人工智能技術為依托，構建能讓學生身臨其境的探究情境，調動學生的多個感覺器官，加深學生的學習體驗，促使學生在大腦中形成更深刻的記憶痕跡，便于學生對授課知識進行有效記憶、內化、運用[1].

（1）數學建模與數據分析能力培養

例如 以七年級下冊（均為人教版教材，下同）“坐標方法的簡單應用”的教學為例，教師可以設計下述授課情境：“學校準備在教學樓各樓層設置智能飲水機，如何利用坐標系優化布點，使各班級學生到達飲水機的行走距離最短？學生使用Scratch（或Mind +i ，通過拖拽積木塊模擬不同布點方案，結合數學中的兩點間距離公式和機器學習中的路徑優化算法，進行數據分析與結果可視化呈現”[2].

該案例中，教師通過人工智能引入學生所熟悉的生活背景，設計真實的教學情境，引導學生在編程實踐中體驗數學知識的應用價值，激發學生的探究興趣.學生通過Scratch編程模擬核酸檢測點布點優化，需經歷“問題抽象—數據采集—模型構建—結果驗證”的系列環節，這不僅要求學生運用兩點間距離公式，還需結合路徑優化算法進行多變量分析.比如考慮居民密度以及道路通暢程度等一系列真實情形下的影響，將現實情形抽象為數學模型，并利用數據可視化驗證方案的合理性.學生經歷這一過程可以進一步提升數學模型建構素養，感受數學實際應用的思維方式，學會從現實問題中獲取數學素材；同時數據分析素養通過人工智能算法中的機器學習，實現了用數據進行決策，認知數學和信息技術的相互融合.

（2）直觀想象與空間觀念具象化形成

教師還可以借助VR/AR等技術，通過人機交互為學生提供身臨其境的學習體驗，引導學生在虛擬情境中主動探索數學知識、發現數學規律、解答數學問題，突破傳統初中數學課堂在時空方面的限制，提高數學學習效果.

例如以九年級下冊\"三視圖”的教學為例，該節要求學生從二維視圖分解進階到掌握三維物體結構.對學生來說，這有賴于直觀想象素養的支持.傳統的教學讓學生因空間感不足而難以掌握三視圖的對應關系，造成將三視圖還原成幾何體時存在困難.

作為情境導人，教師可以使用VR設備讓學生動態觀察一組幾何體，直觀感受“橫看成嶺側成峰”的多維視角差異，引導學生樹立起從不同方向觀察物體的意識.在此基礎上，教師讓學生描述和用筆簡單繪制所看到的視圖.當學生完成觀察之后，教師讓學生佩戴VR頭顯，進入虛擬環境，借助控制臺引導學生對主視圖等進行觀察，讓學生判斷幾何體在不同方向的投影.

在三視圖繪制與練習環節，教師使用AR平臺，引導學生用手機掃描課本中的立方體插圖，得到三維立方體.學生拖動手機轉動角度后，可以看到改變后的投影圖效果，并且可以同時在相應的網絡畫板上畫出三視圖.系統會自動判斷三視圖繪制結果與標準投影圖的誤差，并給予提示.

該案例中，通過VR/AR技術開展“三視圖”的情境教學能夠為學生提供沉浸式的三維學習環境，增強學生對三視圖知識的理解，強化學生的空間聯想能力，使其逐步建立“空間位置一平面投影”的邏輯映射.這種沉浸式體驗將抽象的空間觀念具象化，使學生的空間推理能力從經驗層面躍升至結構化認知.學生在不斷嘗試與操作中能夠深入探究視圖與投影知識具有的內在聯系，強化課堂探究體驗，提升對數學的強烈興趣[3].

2.2 數字化資源開發：AI工具賦能個性化學習

初中數學教師應充分運用人工智能技術開發數字化、智能化學習資源，結合AI自適應學習平臺自動生成、推送適合學生練習的作業資源，并通過分析學生答題行為數據對學生進行學習診斷，為學生提供個性化學習資源，保證學生的個性化學習效果.

（1）精準推送與邏輯推理能力培養

例如以八年級下冊“勾股定理”的教學為例，該部分知識教學的重點是確保學生理解勾股定理的原理，能夠熟練應用其證明方法；難點部分是借助勾股定理知識對數學題目進行快速解答.教師首先展示教學問題：“在墻上斜靠著一個梯子，其長度和墻的高度分別為2.6米和2.4米，如何得出該梯子底部到墻的距離？”在提出問題之后，教師引導學生開展討論，讓學生調動以往所學知識對這個問題進行探究.在學生討論結束之后，教師再引入勾股定理，簡要介紹本節課的學習目標，然后借助信息技術對直角三角形的形成過程進行動畫呈現，讓學生觀看勾股定理的證明步驟，深入理解勾股定理的內涵.

在學生初步明白勾股定理求證過程之后，教師可借助科大訊飛AI學習機幫助學生開展自適應練習.科大訊飛學習機既可實時查看學生的答題情況，為學生提供詳細的解析，又可以根據學生的答題情況，針對性改變題目的難度，實現個性化的學習指導，確保學生能夠逐步掌握定理的應用.

該案例中，系統根據學生答題數據動態調整題目難度，實質上是基于邏輯推理素養的分層設計.例如，基礎層題自側重公式的直接應用（如已知兩直角邊求斜邊）；進階層題目則引入實際問題（如梯子滑落問題），要求學生結合幾何圖形進行多步推理.AI工具的即時反饋機制，能精準定位學生的思維斷點：若學生在“定理應用”中頻繁出錯，系統可推送包含分步引導的微課視頻，幫助學生厘清條件與結論的邏輯關系.這種“診斷—干預—強化”的閉環訓練，使學生數學運算與邏輯推理能力實現螺旋式提升.

在教學結束之后，教師可借助科大訊飛學習機進行過程性評價，分析AI工具記錄中學生參與度、互動情況、練習成績等有關學生學習過程表現的數據，評價學生對勾股定理及其逆定理的掌握程度，并結合評價結果為學生提供與勾股定理相關的針對性學習資料.這種個性化的學習指導，可培養學生的自主學習能力，增強學生解決實際問題的意識，促進學生數學素養和信息素養的全面培育.

（2）優化反饋與數學抽象素養提升

例如以九年級上冊“弧長和扇形面積”的教學為例，教師可提出如下問題：“圓周長可以視為度數為多少的圓心角所對應的弧長？ 3^° 的圓心角對應弧長怎么計算？”隨后，讓學生自由組成小組，開展分組討論.當各小組匯報討論結果后，教師根據學生在討論中的表現，分析其對公式的理解程度.在此基礎上，教師借助多媒體工具展示扇形的動態生成過程，并讓學生仔細觀察扇形的構成，確保學生深刻理解章節知識.如果部分學生僅套用公式 ι= nπr/180 ，而未能抽象出“圓心角與圓周比例”的本質時，教師可借助動態數學工具GeoGebra，讓學生通過滑動條調整參數，動態展示圓心角變化與弧長比例關系，使其直觀發現并理解“弧長即圓周的局部比例”這一數學本質，從而深化數學抽象素養.

在教學結束之后，教師可以借助科大訊飛AI學習機評估學生在課堂上的表現和練習情況，識別其對公式的機械記憶或深層理解差異，為不同學習階段的學生制訂個性化的學習計劃：對于“弧長和扇形面積”部分掌握較好的學生，為其提供挑戰性的習題和訓練問題，并推送拓展知識；而對于“弧長和扇形面積”掌握較弱的學生，可為其提供更多的基礎練習題目，同時在學生學習過程中給予詳細的解題指導[4.借助AI工具賦能的教學過程能更好地滿足學生的個性化學習需求，提高“弧長和扇形面積”部分的教學效果，實現AI技術助力初中數學課堂提質增效.

2.3探究活動設計：AI技術支持的跨學科項目

教師要精心設計教學任務，尤其是要設計富有挑戰性的跨學科探究項目，引導學生在真實問題解決中體驗人工智能的應用價值，讓學生深度參與數學建模、算法設計、編程實現等環節深度參與，在動手實踐中掌握數學與信息技術的融會貫通之道.

（1）學科融合項目與計算思維培養

例如以九年級上冊“實際問題與二次函數”的教學為例，教師可以設計一個“AI籃球拋物線預測”的探究項目.學生首先利用手機攝像頭采集投籃視頻素材，然后通過百度AIStudio教育版軟件提取籃球運動軌跡的坐標數據，再與教師合作利用二次函數知識建立籃球運動的數學模型.同時，學生還要嘗試利用該AI平臺，上傳多段籃球入籃視頻片段，訓練出一個簡單的人工智能籃球軌跡預測模型.隨后，學生對比數學模型與人工智能AI模型的預測結果，分析其優劣，再思考人工智能在體育運動中可能的應用等.這一項自充分體現了“做中學”的理念：學生在任務驅動下，主動探究二次函數與拋物線運動的內在聯系，并初步接觸人工智能中的機器學習方法，在數據采集、數學建模、算法實現的過程中，不僅強化了數學建模素養，還培養了計算思維一學會將復雜問題分解為數據輸人、算法設計、結果輸出等模塊.

這一項目具有如下特點：基于學生熟悉且感興趣的體育運動話題，以親身經歷喚起學習的原動力，從熟悉的領域切入發現陌生的知識，在新舊經驗的連接中實現理解的提升；該項目融合了數學、物理、體育、信息技術等多個學科知識，需要學生在探究過程中將不同學科的知識整合遷移、交叉運用，有利于培養學生的創新意識和跨界思維，讓他們認識到數學在不同領域的應用價值.對比“專家知識”驅動下的數學建模和“數據驅動”的人工智能方法的異同，有助于學生對問題的解決路徑和人工智能的優劣有更全面的理解，對培養學生正確的智能化學習觀有十分重要的指導作用.同時，這也能促進教師深入思考人工智能背景下傳統數學教育的變革方向.

（2）跨界拓展與人文思辨精神培育

除了體育運動領域外，教師還可以結合音樂、美術等人文學科，設計基于人工智能的跨界探究項目.

例如為進一步激發學生學習熱情，教師可開展“概率與統計”的拓展學習.在該項目中，學生需要運用大數據分析方法，調查研究流行音樂的數學特征，并嘗試用AI生成音樂.這將概率分布、隨機變量等抽象概念轉化為可操作的探究任務，使數據分析素養扎根于真實情境.這一項目利用大數據分析工具，讓看似遙遠的概率統計知識“飛人尋常百姓家”，使學生在探究音樂喜好、把玩智能音樂的過程中潛移默化地理解了數學原理，讓學習過程妙趣橫生.此類活動更關鍵的是，當學生發現AI生成的音樂缺乏“情感溫度”時，教師可引導其反思“數據驅動”與“人文創作”的邊界，從而培養其批判性思維一技術工具應該始終服務于人類，而非替代人類獨有的蘊含情感的創造性表達.

人文與科技的交叉融合，能創設豐富多樣的跨學科探究情境，讓學習回歸生活實踐，使學生在美的熏陶和智的啟迪中實現全面發展.

2.4素養評價創新：AI賦能的多元評估探索

（1）以過程性數據支撐素養動態測評

AI技術不僅豐富了教學方式，也能提供較為快速和可靠的素養評價方法.例如，在VR幾何體觀察任務中，系統可記錄學生的視角切換頻率、繪圖修正次數等行為數據，量化其空間想象能力的發展水平；

在跨學科項目中，學生的代碼注釋質量、模型優化策略等可反映其計算思維與元認知能力.這些借助AI積累的數據與傳統紙筆測試相結合，是對“知識一能力—素養”評價模式的有益補充[5].

（2）通過反思日志建立素養成長檔案

提倡學生通過撰寫反思日志來記錄探究活動中的思考和改進.反思將社會責任素養融入數學學習，極大彰顯了學科育人價值.教師可結合AI分析報告與學生自評，建立個性化素養成長檔案，為學生終身學習奠定基礎

3結語

人工智能與數學教學的深度融合，本質是以技術為載體，實現核心素養的落地生根.基于教師專業發展是技術賦能教學的重要支撐這一認識，學校需建立常態化培訓機制，組織教師通過國家中小學智慧教育平臺學習和使用AI工具，組建“跨學科教研共同體”，指導教師掌握技術操作方法，讓其理解技術與素養目標的內在關系.因為無論是情境創設中的數學建模，還是跨學科項目中的批判性思考，均需以素養目標為設計初衷.所以，初中數學教師唯有以開放的心態擁抱科技發展，實現“技術賦能”與“素養引領”的平衡，才能幫助學生在解決真實問題的過程中，既成為數學工具的熟練使用者，更成為具有跨界思維與人文關懷的創新型人才.

參考文獻：

[1]李元杰.信息技術深度融入初中數學課堂的教學實踐[J].中小學電教（教學），2024（12）：43-45.

[2]朱錦灶.Scratch在初中數學教學中的應用[J].數理天地（初中版），2024（9）：127—129.

[3]代利華.信息技術助力直觀想象核心素養提升——初中數學解題教學實踐研究[J].數學學習與研究，2022（26）：71-73.

[4]鐘雪梅.人工智能在數學作業布置中的應用[J].中小學信息技術教育，2021（1）：76—77.

[5]朱雨軒，朱哲.人工智能時代計算思維發展學生數學核心素養的價值一兼談對我國初中數學課程改革的啟示[J].中學數學雜志，2024（4）：1-5.

[6]楊洋.數字化時代下初中數學素養培養的策略分析[J]數理天地（初中版），2024（14）：127－129.