基于人工智能的小學數(shù)學高效課堂構建分析

王榮華

摘 要：人工智能是新一代信息技術，如今已經(jīng)在各行各業(yè)普遍運用，給我們的工作生活帶來了非常深刻的影響，更在教育領域扎根，成為影響教育事業(yè)發(fā)展以及推動教育事業(yè)蓬勃進步的推動力。在新一輪課程改革當中，就特別強調要積極開設和人工智能相關的課程，并且把人工智能巧妙融入學科教育當中，以便為專業(yè)素質人才培養(yǎng)提供明確方向，促進我國現(xiàn)代教育的智能化和高效化發(fā)展。在小學數(shù)學教學當中，為了打造高效課堂，教師可以根據(jù)教學需要靈活引入人工智能技術，通過發(fā)揮科技力量改進傳統(tǒng)的數(shù)學教育模式，讓小學數(shù)學教育走在前沿，不斷吸收優(yōu)秀的數(shù)學成果，實現(xiàn)技術和知識技巧教學的完美交融。

關鍵詞：人工智能;小學數(shù)學;高效課堂;構建方法

在數(shù)學教育改革當中，為促進學生數(shù)學核心素養(yǎng)的發(fā)展，促使學生抓住數(shù)學本質，掌握數(shù)學思想方法，就必須思考新型教學手段和現(xiàn)代化教學模式的運用。信息技術和數(shù)學課程結合，就是完善學生數(shù)學綜合素質的重要策略，通過對先進信息技術手段進行創(chuàng)造性運用，可以將其轉變成為有效的教育工具。毋庸置疑，人工智能就是現(xiàn)代信息技術當中極具代表性的技術方法，通過人工智能和小學數(shù)學教學的結合除了可以減少教師工作量之外，還能夠面向學生實施因材施教，兼顧學生不同層面的發(fā)展，讓學生獲得個性化指導，減少不必要的時間浪費，在課程學習當中獲得更大的進步。小學數(shù)學教師要基于人工智能構建數(shù)學高效課堂，必須深入思考現(xiàn)代科技在數(shù)學教學當中的應用優(yōu)勢和教育方法，提高人工智能和數(shù)學教育融合的緊密度和契合度。

一、人工智能概述

隨著科學研究的深入，科技已經(jīng)改變了人類生產生活的面貌，而在科技發(fā)展當中，一個影響深遠的信息技術就是人工智能。國內外的諸多學術研究結果指出，未來的科技社會將會處處布滿人工智能技術的影子，而人工智能也會滲透在生產生活的各個方面，引起全新的技術變革。人工智能學科最早被提出是在1956年，提出者是科學家約翰·麥卡錫。一直到現(xiàn)在都沒有針對人工智能提出一個明確而又統(tǒng)一的定義，不過對于人工智能的研究和探索，一直都沒有停止。開始人工智能的定義是具備模擬可被精確描述的學習或是智能特征能力的機器。不過隨著研究的深入，人工智能的含義也在不斷豐富和完善。現(xiàn)如今能夠獲得人們普遍共識的認識是：人工智能是一門以計算機科學學科為主，同時融合多元學科，憑借機器學習人機交互等核心技術方法，利用計算機研究智能工作任務的新型技術。人工智能關鍵技術主要包括7個大的類別，分別指向人機交互機器學習、知識圖譜、計算機視覺、自然語言處理、生物特征識別、虛擬/增強現(xiàn)實。正是憑借這些關鍵技術，人工智能在國家的教育事業(yè)發(fā)展當中廣泛運用，成為教育界的寵兒，應促進智慧校園、智能評價等成果的產生。比如智慧校園當中所具備的智能安全預警功能，可以有效識別校外非法分子，及時發(fā)出預警，維護校園安全。智能評價可以智能化評估學生知識掌握水平，了解學生的身心健康情況，以便實現(xiàn)對學生的全面點評，減少教師的工作量和工作負擔。

二、人工智能在小學數(shù)學課堂教學中應用的作用

人工智能是在現(xiàn)代科技蓬勃發(fā)展背景之下進入人們視野，逐步融入人們實際生活的技術手段，主要可以用在延伸、拓展、模擬等不同層面，滿足人們生產生活要求的同時，也可以給如今的教育教學帶來生機和活力，促進教育改革的深入落實。在課程改革背景下，在現(xiàn)代科技的蓬勃發(fā)展條件下，數(shù)學教師應該認清現(xiàn)代科技的利用價值，巧妙運用人工智能技術調控教學結構，補充教育資源，解決好以往數(shù)學教學當中的枯燥單一問題，促進學生數(shù)學知識的科學化和廣泛化運用。人工智能在構建小學數(shù)學高效課堂當中有著很高的應用價值，是提高教學質量與效率的有效方法。具體體現(xiàn)在：第一，地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展存在著明顯的不均衡性，城鄉(xiāng)教育水平也有著很大差距，這就導致落后地區(qū)學校的教育資源與師資水平無法到達較高要求，從而給學生的綜合發(fā)展帶來影響。人工智能的出現(xiàn)與運用能夠有效解決教育不公的問題，可以基于網(wǎng)絡平臺進行優(yōu)質資源共享，讓各地學生得到豐富的資源儲備，在推動資源整合拓展當中提高課堂教學質量。第二，教師在數(shù)學教學中往往要花費很多的時間精力做好教學準備，會給教學效率帶來影響，而有了人工智能的輔助，可以智能化以及高效化協(xié)助教師完成作業(yè)與試卷批改，節(jié)約教師時間，讓教師有更多的精力放在優(yōu)化課堂上。此外人工智能具備人機交互的特點，可以有效滿足學生的個性化學習，需要推動學生自學能力的發(fā)展。第三，人工智能技術擁有極強的數(shù)據(jù)分析功能，可以就不同學生的學習表現(xiàn)進行綜合研究，了解學生的學習層次和發(fā)展要求以便在此基礎之上，面向學生確定出個性化和針對性的學習計劃，確保學生的綜合學習質量。

三、基于人工智能的小學數(shù)學高效課堂建構策略

（一）利用人工智能技術設計教學情境

小學生在數(shù)學學習當中遇到的一個巨大難題就是因為欠缺良好的抽象思維，無法對大量抽象復雜的數(shù)學知識進行輕松理解與靈活掌握。解決這一難題的重要方法就是設計教學情境，利用生動直觀的教學情境彌補由于數(shù)學教學抽象內容過多給實際教學帶來的問題。人工智能技術在數(shù)學情境設計當中有著非常獨特的優(yōu)勢，尤其是人工智能技術當中的虛擬現(xiàn)實技術與增強現(xiàn)實技術，能夠給教學情景模擬帶來極大便利，可以模擬真實環(huán)境與事物，打造一個三維立體化空間，能夠明顯增加學生的學習真實感，促使學生真正沉浸在數(shù)學學習當中，有效鍛煉思維。這種教學手段和過去死板的教學方法相比，可以減輕學生的學習負擔，讓學生的知識學習事半功倍。例如，在教學圓柱與圓錐時，以往這部分內容是教學當中的難點，主要是因為知識比較復雜，需要依靠學生的抽象理解能力解決學習難題。有了人工智能技術，特別是虛擬技術的支持，教師可以利用虛擬技術，在多媒體上構建圓柱與圓錐3D立體模型輔助學生認識圓柱與圓錐的每個部分，歸納總結立體圖形的特征。緊接著教師可用虛擬技術動態(tài)呈現(xiàn)圓柱與圓錐展開圖，促使學生能夠順利觀察到不同角度與高度之下的立體圖形形狀，增強學生數(shù)學觀察與空間想象力。

（三）利用人工智能技術優(yōu)化數(shù)學預習

伴隨著社會的發(fā)展以及數(shù)學在各個領域的廣泛運用，越來越多的人認識到數(shù)學學科的意義，也開始在數(shù)學教學當中加大研究力度，以便對學生的數(shù)學知識能力以及運用能力進行培養(yǎng)。不過在當前的數(shù)學教學當中，課程改革提出了輕負高質的要求，強調在確保學生學習水平的同時，盡可能減少學生的學習負擔，讓學生能夠擺脫傳統(tǒng)學習思維模式的影響。人工智能技術手段的運用為達成這一目標提供了重要策略，使得教師可以真正把人工智能技術作為一種知識整合與利用的科學手段，促進學生綜合素質的完善。特別值得一提的是，在數(shù)學預習環(huán)節(jié)，教師可以以人工智能技術為輔助，推動學生自主學習能力的發(fā)展，改變學生盲目學習的現(xiàn)狀，達成高效課堂建設目標。例如，在教學圖形的平移、旋轉、軸對稱這一模塊的內容時，為了讓學生對整個模塊的知識點形成更加深刻全面的了解，教師可先借助人工智能手段整合這部分知識點，讓學生學會進行區(qū)分，讓學生對這部分內容進行提前預習，并布置預習題，利用人工智能手段分析學生的預習情況，及時發(fā)現(xiàn)學生的薄弱點。如你知道以下三個圖案分別是用怎樣的方法設計出來的嗎？請詳細說明。

（三）利用人工智能技術改進作業(yè)環(huán)節(jié)

人工智能在數(shù)據(jù)信息分析當中有著非常獨特的優(yōu)勢，可以結合學生近期的作業(yè)完成度與練習完成情況剖析學生的學習成績，準確發(fā)現(xiàn)并且指出不同學生的優(yōu)缺點，從而針對性設計課下作業(yè)，指導學生找到最佳的自主學習方案，確保教學評價的針對性和有效性。在數(shù)學高效課堂建構當中，教師為確保教學質量的綜合提高，就可以發(fā)揮人工智能技術在教育評價當中的優(yōu)勢，客觀評估學生的學習成果。例如，在教學分數(shù)應用題時，教師就可以先借助智能教學平臺為學生布置典型性的練習題，激勵學生總結分數(shù)應用題的思考和解決方法如：（1）已知牧場總共是養(yǎng)了900頭肉牛，奶牛的數(shù)量比肉牛的數(shù)量多1/4，請問奶牛有多少頭？（2）電視機降價大促銷時總共下降200元，比原來便宜了2/11，請問電視機如今的價格是多少？（3）長方形菜地的長度是60米，寬度是長的1/4，請問整塊菜地的面積是多少？等到學生答完問題之后，教師可利用人工智能批閱學生完成的作業(yè)歸納出易錯點，為教學指導提供有效依據(jù)。

（四）利用人工智能技術實施智能授課

利用人工智能技術進行數(shù)學教育的創(chuàng)新和優(yōu)化是人工智能發(fā)展過程當中的必要措施，因為只有加強技術運用，發(fā)揮技術運用優(yōu)勢，才能夠真正發(fā)揮技術的創(chuàng)新驅動力，使得教育教學和人工智能協(xié)同發(fā)展。過去的數(shù)學上課方式往往是黑板板書、知識講解、課后鞏固這幾個模塊相結合。學生已經(jīng)熟悉了這種學習模式，也會因此在數(shù)學學習當中出現(xiàn)厭倦困頓的不良問題。所以教師在數(shù)學教學改革和高效課堂建設當中，應該選用學生感興趣的方法，真正抓住學生的注意力，帶領學生暢游于知識海洋，真正達成綜合學習目標。人工智能和數(shù)學授課的結合可以提高授課智能化，讓教師不再是主導講師，而是課堂輔助，讓智能軟件成為主講人，給學生新穎的學習感受。比如在教學認識時間時，教師可以讓智能軟件成為本課主講人，然后把主講人聲音確定為童聲，讓學生在同齡人的知識講解當中迅速掌握所學內容。

人工智能的迅猛發(fā)展讓小學教育階段的各個學科加快了改革發(fā)展的進程，運用人工智能技術對小學數(shù)學教育進行優(yōu)化創(chuàng)新促進二者有機整合是大勢所趨，是改變數(shù)學教育不良現(xiàn)狀的重要做法。人工智能技術的快速發(fā)展本身就帶動了學校教育改革，有了這種先進技術的支撐，能夠讓數(shù)學教學實現(xiàn)全方位優(yōu)化，創(chuàng)新學生的教育過程，讓學生在每個學習環(huán)節(jié)都能夠把握正確的學習思路與方法。小學數(shù)學教師在探究人工智能和數(shù)學教學結合策略的過程中，一方面要注意探索人工智能技術的應用優(yōu)勢，另一方面要思考技術和數(shù)學交融的最佳策略，在改變傳統(tǒng)教學思維的同時，引入多種先進的教學模式，在智能技術輔助之下，幫助學生建構數(shù)學知識體系，最終實現(xiàn)科技產業(yè)與教育事業(yè)完美契合。

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