智能教學(xué)軟件促進(jìn)初中數(shù)學(xué)教與學(xué)改革的研究和實(shí)踐

摘? ?要：在教育信息化高速發(fā)展的背景下，幾何畫板、一起中學(xué)、洋蔥數(shù)學(xué)、希沃白板等智能教學(xué)軟件已逐步改變師生教與學(xué)的方式。針對當(dāng)前初中數(shù)學(xué)教學(xué)存在的問題、國內(nèi)外研究情況及部分地區(qū)開始試行分層教學(xué)等現(xiàn)狀，作者對智能教學(xué)軟件促進(jìn)初中數(shù)學(xué)教與學(xué)改革的策略與模式進(jìn)行了研究和實(shí)踐。文章詳盡分析了智能教學(xué)軟件在初中數(shù)學(xué)教與學(xué)中的應(yīng)用情況，制定了用于促進(jìn)課堂教學(xué)的評價(jià)表，形成了三大改革策略，建構(gòu)了多維融合的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：智能教學(xué)軟件;初中數(shù)學(xué)教與學(xué);大數(shù)據(jù)+人工智能;精準(zhǔn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G635.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2021）12-0092-05

一、引言

隨著教育信息化的發(fā)展，各類智能教學(xué)軟件正逐步改變著師生教與學(xué)的方式。各國積極探索新模式，推進(jìn)新技術(shù)支持下的教育教學(xué)創(chuàng)新。目前，我國已初步完成了中小學(xué)信息化教學(xué)的硬件設(shè)施配置，為教育信息化構(gòu)筑了強(qiáng)大的物質(zhì)保障基礎(chǔ)。近年來，北京、廣東、上海等教育較發(fā)達(dá)地區(qū)對翻轉(zhuǎn)課堂、智慧課堂等進(jìn)行了卓有成效的探索和試驗(yàn)。廣州市的初中數(shù)學(xué)教研活動(dòng)也基于一起中學(xué)、洋蔥數(shù)學(xué)等軟件來進(jìn)行。智能教學(xué)軟件專為教師的教和學(xué)生的學(xué)而生，受到越來越多教師、學(xué)生和家長的青睞。

當(dāng)前，傳統(tǒng)的初中數(shù)學(xué)教學(xué)方式仍存在一定問題，如課堂教學(xué)形式較單一、先進(jìn)教學(xué)輔助設(shè)備在數(shù)學(xué)課堂使用率較低、部分學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)求知的欲望仍待提高、題海戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)致部分題目的練習(xí)機(jī)械重復(fù)。在新形勢下，涌現(xiàn)了一系列針對這些問題的探索和嘗試，一些地區(qū)開始試行分層教學(xué)、小班化教學(xué)、微課融入教學(xué)等，以尋找實(shí)時(shí)反饋學(xué)情、提高課堂效率、作業(yè)分層布置、個(gè)性化輔導(dǎo)的策略。

分析現(xiàn)有研究文獻(xiàn)可知，目前國內(nèi)外與本成果相關(guān)的成熟研究極少，智能教學(xué)軟件尤其是新型軟件在初中數(shù)學(xué)教與學(xué)領(lǐng)域的研究較少，研究不夠深入，實(shí)用性較低。開展智能教學(xué)軟件促進(jìn)教與學(xué)改革的研究能為解決當(dāng)前存在的問題提供可行方案，對相關(guān)領(lǐng)域的研究也具有豐富的理論和應(yīng)用價(jià)值。

二、智能教學(xué)軟件促進(jìn)初中數(shù)學(xué)教與學(xué)改革的研究

1.數(shù)學(xué)智能教學(xué)軟件

智能教學(xué)軟件是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)、表現(xiàn)特定的教學(xué)內(nèi)容、反映一定教學(xué)策略的計(jì)算機(jī)智能教學(xué)程序，一般具備存儲(chǔ)、傳遞和演示教學(xué)信息、進(jìn)行交互操作等功能。師生常用的面向數(shù)學(xué)學(xué)科的智能教學(xué)軟件有幾何畫板、希沃白板，還有近年推出的基于“互聯(lián)網(wǎng)+”大數(shù)據(jù)的一起中學(xué)、洋蔥數(shù)學(xué)、UMU互動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)等。在2020年上半年線上教學(xué)期間，各類智能教學(xué)軟件及平臺(tái)得到了快速發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了教與學(xué)改革研究的實(shí)施。

2.初中數(shù)學(xué)教與學(xué)的一般流程

師生參與的初中數(shù)學(xué)教與學(xué)全過程各階段主要包括：①課前布置預(yù)習(xí)和前測任務(wù)，根據(jù)前測情況設(shè)計(jì)實(shí)施教學(xué);②課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，包括不同課型（新授課、專題課、復(fù)習(xí)課和習(xí)題課）、不同生源、不同教學(xué)內(nèi)容及授課過程中的不同環(huán)節(jié);③根據(jù)教學(xué)情況布置課后練習(xí)、分層作業(yè)和測試，學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí);④結(jié)合作業(yè)及學(xué)情調(diào)整下一階段的教學(xué)策略，形成閉環(huán)。根據(jù)初中數(shù)學(xué)學(xué)段及學(xué)科特征，采取合適的教學(xué)方式有效培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。

3.智能教學(xué)軟件促進(jìn)初中數(shù)學(xué)教與學(xué)的改革

分析各類智能教學(xué)軟件應(yīng)用于初中數(shù)學(xué)教與學(xué)的現(xiàn)狀，結(jié)合軟件特性及初中數(shù)學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，發(fā)揮各種智能教學(xué)軟件資源的長處并進(jìn)行最優(yōu)搭配整合，融入到初中數(shù)學(xué)教與學(xué)的各個(gè)階段。梳理復(fù)雜的教學(xué)環(huán)節(jié)，全面提升信息化教育教學(xué)水平，對傳統(tǒng)初中數(shù)學(xué)教與學(xué)的內(nèi)容和實(shí)施方式進(jìn)行有效的改革創(chuàng)新，如表1所示。

三、智能教學(xué)軟件促進(jìn)初中數(shù)學(xué)教與學(xué)改革的實(shí)踐與成效

1.文獻(xiàn)現(xiàn)狀及使用情況分析

（1）研究文獻(xiàn)現(xiàn)狀分析

研究者在中國知網(wǎng)、維普、萬方數(shù)據(jù)等平臺(tái)檢索2015—2020年間與一起中學(xué)、洋蔥數(shù)學(xué)、希沃系列軟件、UMU互動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)相關(guān)的研究文獻(xiàn)（截至2020年12月25日），得到中國知網(wǎng)文獻(xiàn)548篇、維普文獻(xiàn)498篇、萬方數(shù)據(jù)文獻(xiàn)524篇（部分文獻(xiàn)在兩個(gè)及以上平臺(tái)中均有收錄），各年度篇數(shù)如表2所示。

以此作為研究樣本，采用內(nèi)容分析法對四類軟件研究文獻(xiàn)的年度分布情況（使用折線圖呈現(xiàn)）、針對軟件特性的研究情況（使用表格呈現(xiàn)）進(jìn)行了分析。

以一起中學(xué)為例，圖1所示為軟件相關(guān)文獻(xiàn)年度分布表，從中可以發(fā)現(xiàn)，一起中學(xué)的研究文獻(xiàn)總體數(shù)量較少，自2016年起每年數(shù)量基本維持在10到15篇，未見明顯的上升趨勢，其中2017年及2019年的數(shù)量更有所下降，研究熱度不足。表3所示為一起中學(xué)在教與學(xué)各階段的研究文獻(xiàn)分布，可見大部分研究都集中在課后階段，以作業(yè)布置和練習(xí)后測為主，課前、課中階段的研究較少。在學(xué)段學(xué)科方面，多數(shù)面向小學(xué)語文、英語學(xué)科，數(shù)學(xué)方向尤其是初中數(shù)學(xué)方向的相關(guān)文獻(xiàn)極少，涉及課前、課中的文獻(xiàn)僅有1篇，涉及課后的文獻(xiàn)不足8篇。暫未見指向軟件整合運(yùn)用的研究，說明智能教學(xué)軟件應(yīng)用于初中數(shù)學(xué)教與學(xué)仍有較大的研究空間。

（2）智能教學(xué)軟件在初中數(shù)學(xué)教與學(xué)中的使用情況分析

筆者通過三類網(wǎng)上問卷的形式，對廣州市荔灣、越秀、海珠三大中心城區(qū)的教師、學(xué)生及家長群體展開調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容主要是新型智能教學(xué)軟件在初中數(shù)學(xué)教與學(xué)各階段的使用率、優(yōu)勢與不足、期望值等。在回收的有效問卷中，包括教師763份、學(xué)生2240份、家長2023份。筆者對調(diào)查情況進(jìn)行了詳盡分析[1]。

以師生在課堂教學(xué)階段及家長反饋的孩子在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中的軟件使用情況為例。如圖2、3所示，使用率較高的前三種軟件有洋蔥數(shù)學(xué)、一起中學(xué)和希沃系列產(chǎn)品。其中教師使用洋蔥數(shù)學(xué)和一起中學(xué)的人數(shù)相近，而學(xué)生使用洋蔥數(shù)學(xué)的人數(shù)（占73.4%）要遠(yuǎn)高于使用一起中學(xué)的人數(shù)（占39.7%），家長也反饋出類似的情況，說明洋蔥數(shù)學(xué)這類具備微課講解和練習(xí)輔導(dǎo)雙重功能的智能軟件更受學(xué)習(xí)者的歡迎。通過智能教學(xué)軟件使用情況的調(diào)查，進(jìn)一步明晰在混合教學(xué)中積極探索多維融合的教學(xué)模式。

2.智能教學(xué)軟件促進(jìn)初中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)評價(jià)表

通過研究智能教學(xué)軟件特性及初中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的特點(diǎn)，對相關(guān)課例進(jìn)行實(shí)際評價(jià)與分析，參考省級(jí)優(yōu)秀信息技術(shù)課例的評價(jià)指標(biāo)與細(xì)則，制定出智能教學(xué)軟件促進(jìn)初中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的專屬評價(jià)表。保留常規(guī)課堂評價(jià)表的評價(jià)項(xiàng)目，加入不同課型定位及使用軟件效果的評價(jià)，對教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)方法、教學(xué)互動(dòng)及教學(xué)效果等評價(jià)項(xiàng)目增加評價(jià)指標(biāo)，具體如表4所示。評價(jià)表經(jīng)過各個(gè)實(shí)踐單位的多次修訂、檢驗(yàn)和完善，呈現(xiàn)出課堂評價(jià)實(shí)用性較高的特點(diǎn)。

3.智能教學(xué)軟件促進(jìn)初中數(shù)學(xué)教與學(xué)的三大改革策略

研究者結(jié)合各類智能教學(xué)軟件的應(yīng)用特性，探索其促進(jìn)初中數(shù)學(xué)教與學(xué)改革的有效策略，形成了基于幾何畫板培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究能力、基于希沃白板推進(jìn)課堂教學(xué)、基于一起中學(xué)等“大數(shù)據(jù)+人工智能”平臺(tái)精準(zhǔn)教學(xué)的三大策略。

（1）基于幾何畫板的學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究能力培養(yǎng)策略

如圖4所示，依托幾何畫板強(qiáng)大的交互功能，在“做中玩，玩中學(xué)”理念引領(lǐng)下，形成了培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究能力和創(chuàng)新意識(shí)的五項(xiàng)策略[2]。策略如下：一是發(fā)揮學(xué)生的主體性和創(chuàng)造性，利用軟件在課前預(yù)習(xí)、課堂互動(dòng)、課后研討中進(jìn)行簡單的自主探索，轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)的方式;二是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高動(dòng)手能力，師生共用幾何畫板突破教學(xué)重難點(diǎn)[3];三是讓學(xué)生經(jīng)歷提出問題、驗(yàn)證猜想、歸納小結(jié)的知識(shí)形成過程，點(diǎn)燃數(shù)學(xué)研究熱情;四是教會(huì)學(xué)生利用軟件創(chuàng)作課件，在教與學(xué)的實(shí)踐中訓(xùn)練學(xué)生數(shù)學(xué)思維，滲透重要思想方法;五是借助軟件平臺(tái)組織學(xué)生開展探究性試驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力。

（2）基于希沃白板的初中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)推進(jìn)策略

如圖5所示，將希沃白板的各項(xiàng)常態(tài)化功能與課堂教學(xué)有效結(jié)合，形成了基于希沃白板的初中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)推進(jìn)五項(xiàng)策略。策略如下：一是在新知定義等教學(xué)中，利用蒙層、克隆、橡皮等授課工具助力生成性教學(xué);二是在面積公式等教學(xué)中，利用幾何、形狀、尺規(guī)、公式編輯器等便捷工具提高教學(xué)的自由度;三是在圖形性質(zhì)等教學(xué)中，利用函數(shù)、數(shù)學(xué)畫板等課件動(dòng)畫工具提升知識(shí)的深廣度;四是在微課主導(dǎo)的教學(xué)中，利用課程視頻、題庫、數(shù)學(xué)小測等學(xué)科工具助力授課與練習(xí);五是利用課堂活動(dòng)功能設(shè)計(jì)分類、判斷、填空等練習(xí)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)師生之間、生生之間、生板之間的三方互動(dòng);六是在教學(xué)的階段小結(jié)中，利用思維導(dǎo)圖工具將知識(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、動(dòng)態(tài)化呈現(xiàn)。

（3）基于“大數(shù)據(jù)+人工智能”的初中數(shù)學(xué)精準(zhǔn)教學(xué)策略

“大數(shù)據(jù)+人工智能”教學(xué)軟件為精準(zhǔn)教學(xué)的實(shí)施提供了可行方案。如圖6所示，基于一起中學(xué)提供的功能，形成了促進(jìn)教師精準(zhǔn)教學(xué)與學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的五項(xiàng)策略。策略如下：一是借助對預(yù)習(xí)和前測的精準(zhǔn)診斷功能，更科學(xué)合理地制定教學(xué)目標(biāo)和安排教學(xué)內(nèi)容;二是借助精準(zhǔn)學(xué)情報(bào)告反饋課堂練習(xí)和小測的效果，幫助教師及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，做到有針對性地進(jìn)行講評;三是借助智能閱卷評卷功能，生成精準(zhǔn)考試報(bào)告，助力考試質(zhì)量分析;四是通過布置精準(zhǔn)高效的課后分層作業(yè)，助力學(xué)生查漏補(bǔ)缺，攻克薄弱知識(shí)點(diǎn);五是借助錯(cuò)題本及答題修煉功能，幫助學(xué)生精準(zhǔn)定制并實(shí)施個(gè)性化學(xué)習(xí)。

4.智能教學(xué)軟件促進(jìn)初中數(shù)學(xué)教與學(xué)的多維融合教學(xué)模式

根據(jù)各類智能教學(xué)軟件的功能優(yōu)勢及應(yīng)用場景，結(jié)合初中數(shù)學(xué)教與學(xué)各階段的特征與技術(shù)融合需求，得出了如圖7所示的最優(yōu)應(yīng)用模式圖。由圖7可知：幾何畫板主要用于預(yù)習(xí)探究及教學(xué)動(dòng)態(tài)演示;希沃白板主要用于新知互動(dòng)教學(xué)及課堂練習(xí);一起中學(xué)在課前小測、當(dāng)堂檢測、課后作業(yè)及個(gè)性化學(xué)習(xí)中具有較大優(yōu)勢;樂樂課堂和洋蔥數(shù)學(xué)的微課和配套練習(xí)在預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)等方面能發(fā)揮較大作用。

在此基礎(chǔ)上，研究者將各類智能教學(xué)軟件的不同功能優(yōu)勢有機(jī)組合，與初中數(shù)學(xué)的不同課型、教與學(xué)的不同階段進(jìn)行多維度深度融合，建構(gòu)出智能教學(xué)軟件促進(jìn)初中數(shù)學(xué)新授課、專題課、復(fù)習(xí)課和習(xí)題課的多維融合教學(xué)模式。下文以基于希沃白板及一起中學(xué)的新授課及線上復(fù)習(xí)課教學(xué)模式為例。

（1）基于希沃及一起中學(xué)的新授課教學(xué)模式

以“三角形的邊”新授課為例。如圖8所示，基于希沃白板及一起中學(xué)平臺(tái)，建構(gòu)了幾何畫板、洋蔥數(shù)學(xué)、樂樂課堂及希沃授課助手多維融合的新授課教學(xué)模式[4]。

新知教學(xué)部分以希沃白板課件為核心，在創(chuàng)設(shè)情境環(huán)節(jié)嵌入洋蔥數(shù)學(xué)微課，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;在講授新知環(huán)節(jié)，通過希沃的蒙層、克隆、幾何等工具生成三角形定義，厘清三角形的分類，嵌入樂樂課堂微課，有效突破三邊關(guān)系的教學(xué)重難點(diǎn)。利用選詞填空、分組競爭等課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)配套練習(xí)，增強(qiáng)課堂的趣味性和交互性。

當(dāng)堂檢測部分以一起中學(xué)平臺(tái)為核心，學(xué)生在手機(jī)端進(jìn)行線上答題、重做錯(cuò)題，教師利用希沃授課助手將有示范性的解答拍照上傳，插入白板進(jìn)行展示。同時(shí)，教師根據(jù)大數(shù)據(jù)分析得出的學(xué)情報(bào)告，有針對性地在白板上進(jìn)行講解和點(diǎn)評。最后利用希沃白板的思維導(dǎo)圖工具進(jìn)行結(jié)構(gòu)化小結(jié)。

（2）基于希沃白板及一起中學(xué)的線上復(fù)習(xí)課教學(xué)模式

以“一次函數(shù)”線上復(fù)習(xí)課為例。如圖9所示，基于希沃白板及一起中學(xué)平臺(tái)，建構(gòu)了與樂樂課堂、騰訊QQ群多維融合的三方互動(dòng)線上復(fù)習(xí)課教學(xué)模式[5]，有效破解了師生時(shí)空分離、互動(dòng)性不足的線上教學(xué)難題。

線上復(fù)習(xí)課以希沃白板（云課堂）為載體，在知識(shí)復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)兩次融入樂樂課堂微課，配合教師講解，有效鞏固重難點(diǎn)內(nèi)容。多次使用希沃的畫筆、遮罩、思維導(dǎo)圖工具，將一次函數(shù)的概念、圖象、性質(zhì)等知識(shí)考點(diǎn)逐一梳理，將配套練習(xí)的解答要點(diǎn)進(jìn)行分步呈現(xiàn)，搭建復(fù)習(xí)框架。在當(dāng)堂檢測環(huán)節(jié)中，學(xué)生在線作答并查漏補(bǔ)缺，教師在網(wǎng)頁端收看反饋并進(jìn)行高效講評。

依托云課堂特有的交互功能，教師授權(quán)多名學(xué)生連麥并進(jìn)行觸屏操作，主動(dòng)參與分組競爭、趣味分類等課堂活動(dòng)，同時(shí)利用答題板、討論區(qū)、騰訊QQ群進(jìn)行實(shí)時(shí)的師生間、生生間的交流互助，有效實(shí)現(xiàn)線上教學(xué)的三方互動(dòng)。

多維融合教學(xué)模式讓智能軟件與數(shù)學(xué)知識(shí)得以形成有機(jī)整體，創(chuàng)設(shè)出“數(shù)學(xué)味”濃、生成性強(qiáng)的初中數(shù)學(xué)課堂。該模式體現(xiàn)了師生共同探究新知、多向互動(dòng)、提升思維品質(zhì)的過程，有效促進(jìn)了學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的提高。

四、反思與展望

本文的研究與實(shí)踐體現(xiàn)了信息化教育發(fā)展的新趨勢，促進(jìn)了學(xué)科骨干教師的專業(yè)成長及個(gè)性化教學(xué)風(fēng)格的形成，培養(yǎng)了學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)能力與信息素養(yǎng)。同時(shí)，通過市區(qū)、城鄉(xiāng)各類示范課及專題講座提升了區(qū)域信息化應(yīng)用水平與教學(xué)教研質(zhì)量。

未來應(yīng)面向更多實(shí)踐單位和區(qū)域，進(jìn)一步對智能教學(xué)軟件、“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的智能教學(xué)平臺(tái)促進(jìn)混合教學(xué)的實(shí)施案例、特色策略構(gòu)建進(jìn)行專項(xiàng)研究，形成多維立體的研究路徑。目前，部分智能教學(xué)軟件的研究呈現(xiàn)多學(xué)段、多學(xué)科的特點(diǎn)，應(yīng)重視學(xué)科之間的相互借鑒，結(jié)合其他學(xué)科現(xiàn)有研究方法與研究成果，拓寬思路，開展更多“同型異構(gòu)”的學(xué)科研究與實(shí)施推廣。

要進(jìn)一步探索“互聯(lián)網(wǎng)+”大數(shù)據(jù)下數(shù)學(xué)教與學(xué)方式的變革，通過設(shè)計(jì)多維評價(jià)量表改進(jìn)課堂評價(jià)方式，對師生行為、課堂活動(dòng)、課堂結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)效果等進(jìn)行全景性評價(jià)，促進(jìn)教與學(xué)策略的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)新。還要充分整合各類新型智能教學(xué)軟件的優(yōu)勢，探索改進(jìn)教學(xué)軟件與教學(xué)深度融合的策略模式，形成更具代表性的線上線下混合教學(xué)新模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇國東，吳海彬.新型教學(xué)軟件在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中使用情況的調(diào)查分析——以廣州市老三區(qū)為例[J].數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究，2020（20）：55-57.

[2]蘇國東.做中玩，玩中學(xué)——以幾何畫板培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究能力為例[J].中學(xué)數(shù)學(xué)研究，2017（14）：10-11+4.

[3]蘇國東.引導(dǎo)學(xué)生活用幾何畫板——以“四邊形中的動(dòng)態(tài)問題”為例[J].初中數(shù)學(xué)教與學(xué)，2020（16）：9-12.

[4]蘇國東.基于希沃、一起中學(xué)等新媒體新技術(shù)的教學(xué)創(chuàng)新[J].數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究，2020（25）：76-78.

[5]蘇國東.基于三方互動(dòng)的中考線上復(fù)習(xí)課——以“一次函數(shù)復(fù)習(xí)”為例[J].數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與研究，2020（16）：69-71.

（編輯：王曉明）

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