智能教學軟件促進初中數(shù)學教與學改革的研究和實踐

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、洋蔥數(shù)學、希沃白板等智能教學軟件已逐步改變師生教與學的方式。針對當前初中數(shù)學教學存在的問題、國內外研究情況及部分地區(qū)開始試行分層教學等現(xiàn)狀，作者對智能教學軟件促進初中數(shù)學教與學改革的策略與模式進行了研究和實踐。文章詳盡分析了智能教學軟件在初中數(shù)學教與學中的應用情況，制定了用于促進課堂教學的評價表，形成了三大改革策略，建構了多維融合的教學模式。

關鍵詞：智能教學軟件;初中數(shù)學教與學;大數(shù)據+人工智能;精準教學

中圖分類號：G635.1 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2021）12-0092-05

一、引言

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

當前，傳統(tǒng)的初中數(shù)學教學方式仍存在一定問題，如課堂教學形式較單一、先進教學輔助設備在數(shù)學課堂使用率較低、部分學生數(shù)學學習的興趣和主動求知的欲望仍待提高、題海戰(zhàn)術導致部分題目的練習機械重復。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、小班化教學、微課融入教學等，以尋找實時反饋學情、提高課堂效率、作業(yè)分層布置、個性化輔導的策略。

分析現(xiàn)有研究文獻可知，目前國內外與本成果相關的成熟研究極少，智能教學軟件尤其是新型軟件在初中數(shù)學教與學領域的研究較少，研究不夠深入，實用性較低。開展智能教學軟件促進教與學改革的研究能為解決當前存在的問題提供可行方案，對相關領域的研究也具有豐富的理論和應用價值。

二、智能教學軟件促進初中數(shù)學教與學改革的研究

1.數(shù)學智能教學軟件

智能教學軟件是根據教學目標設計、表現(xiàn)特定的教學內容、反映一定教學策略的計算機智能教學程序，一般具備存儲、傳遞和演示教學信息、進行交互操作等功能。師生常用的面向數(shù)學學科的智能教學軟件有幾何畫板、希沃白板，還有近年推出的基于“互聯(lián)網+”大數(shù)據的一起中學、洋蔥數(shù)學、UMU互動學習平臺等。在2020年上半年線上教學期間，各類智能教學軟件及平臺得到了快速發(fā)展，進一步促進了教與學改革研究的實施。

2.初中數(shù)學教與學的一般流程

師生參與的初中數(shù)學教與學全過程各階段主要包括：①課前布置預習和前測任務，根據前測情況設計實施教學;②課堂教學環(huán)節(jié)，包括不同課型（新授課、專題課、復習課和習題課）、不同生源、不同教學內容及授課過程中的不同環(huán)節(jié);③根據教學情況布置課后練習、分層作業(yè)和測試，學生進行個性化學習;④結合作業(yè)及學情調整下一階段的教學策略，形成閉環(huán)。根據初中數(shù)學學段及學科特征，采取合適的教學方式有效培養(yǎng)學生的數(shù)學核心素養(yǎng)。

3.智能教學軟件促進初中數(shù)學教與學的改革

分析各類智能教學軟件應用于初中數(shù)學教與學的現(xiàn)狀，結合軟件特性及初中數(shù)學學科的特點，發(fā)揮各種智能教學軟件資源的長處并進行最優(yōu)搭配整合，融入到初中數(shù)學教與學的各個階段。梳理復雜的教學環(huán)節(jié)，全面提升信息化教育教學水平，對傳統(tǒng)初中數(shù)學教與學的內容和實施方式進行有效的改革創(chuàng)新，如表1所示。

三、智能教學軟件促進初中數(shù)學教與學改革的實踐與成效

1.文獻現(xiàn)狀及使用情況分析

（1）研究文獻現(xiàn)狀分析

研究者在中國知網、維普、萬方數(shù)據等平臺檢索2015—2020年間與一起中學、洋蔥數(shù)學、希沃系列軟件、UMU互動學習平臺相關的研究文獻（截至2020年12月25日），得到中國知網文獻548篇、維普文獻498篇、萬方數(shù)據文獻524篇（部分文獻在兩個及以上平臺中均有收錄），各年度篇數(shù)如表2所示。

以此作為研究樣本，采用內容分析法對四類軟件研究文獻的年度分布情況（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)）進行了分析。

以一起中學為例，圖1所示為軟件相關文獻年度分布表，從中可以發(fā)現(xiàn)，一起中學的研究文獻總體數(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所示為一起中學在教與學各階段的研究文獻分布，可見大部分研究都集中在課后階段，以作業(yè)布置和練習后測為主，課前、課中階段的研究較少。在學段學科方面，多數(shù)面向小學語文、英語學科，數(shù)學方向尤其是初中數(shù)學方向的相關文獻極少，涉及課前、課中的文獻僅有1篇，涉及課后的文獻不足8篇。暫未見指向軟件整合運用的研究，說明智能教學軟件應用于初中數(shù)學教與學仍有較大的研究空間。

（2）智能教學軟件在初中數(shù)學教與學中的使用情況分析

筆者通過三類網上問卷的形式，對廣州市荔灣、越秀、海珠三大中心城區(qū)的教師、學生及家長群體展開調查。調查內容主要是新型智能教學軟件在初中數(shù)學教與學各階段的使用率、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、學生2240份、家長2023份。筆者對調查情況進行了詳盡分析[1]。

以師生在課堂教學階段及家長反饋的孩子在數(shù)學學習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、一起中學和希沃系列產品。其中教師使用洋蔥數(shù)學和一起中學的人數(shù)相近，而學生使用洋蔥數(shù)學的人數(shù)（占73.4%）要遠高于使用一起中學的人數(shù)（占39.7%），家長也反饋出類似的情況，說明洋蔥數(shù)學這類具備微課講解和練習輔導雙重功能的智能軟件更受學習者的歡迎。通過智能教學軟件使用情況的調查，進一步明晰在混合教學中積極探索多維融合的教學模式。

2.智能教學軟件促進初中數(shù)學課堂教學評價表

通過研究智能教學軟件特性及初中數(shù)學課堂教學的特點，對相關課例進行實際評價與分析，參考省級優(yōu)秀信息技術課例的評價指標與細則，制定出智能教學軟件促進初中數(shù)學課堂教學的專屬評價表。保留常規(guī)課堂評價表的評價項目，加入不同課型定位及使用軟件效果的評價，對教學目標、教學設計、教學方法、教學互動及教學效果等評價項目增加評價指標，具體如表4所示。評價表經過各個實踐單位的多次修訂、檢驗和完善，呈現(xiàn)出課堂評價實用性較高的特點。

3.智能教學軟件促進初中數(shù)學教與學的三大改革策略

研究者結合各類智能教學軟件的應用特性，探索其促進初中數(shù)學教與學改革的有效策略，形成了基于幾何畫板培養(yǎng)學生自主學習探究能力、基于希沃白板推進課堂教學、基于一起中學等“大數(shù)據+人工智能”平臺精準教學的三大策略。

（1）基于幾何畫板的學生自主學習探究能力培養(yǎng)策略

如圖4所示，依托幾何畫板強大的交互功能，在“做中玩，玩中學”理念引領下，形成了培養(yǎng)學生自主學習探究能力和創(chuàng)新意識的五項策略[2]。策略如下：一是發(fā)揮學生的主體性和創(chuàng)造性，利用軟件在課前預習、課堂互動、課后研討中進行簡單的自主探索，轉變學習的方式;二是激發(fā)學生的學習興趣，提高動手能力，師生共用幾何畫板突破教學重難點[3];三是讓學生經歷提出問題、驗證猜想、歸納小結的知識形成過程，點燃數(shù)學研究熱情;四是教會學生利用軟件創(chuàng)作課件，在教與學的實踐中訓練學生數(shù)學思維，滲透重要思想方法;五是借助軟件平臺組織學生開展探究性試驗，培養(yǎng)學生的數(shù)學創(chuàng)新能力。

（2）基于希沃白板的初中數(shù)學課堂教學推進策略

如圖5所示，將希沃白板的各項常態(tài)化功能與課堂教學有效結合，形成了基于希沃白板的初中數(shù)學課堂教學推進五項策略。策略如下：一是在新知定義等教學中，利用蒙層、克隆、橡皮等授課工具助力生成性教學;二是在面積公式等教學中，利用幾何、形狀、尺規(guī)、公式編輯器等便捷工具提高教學的自由度;三是在圖形性質等教學中，利用函數(shù)、數(shù)學畫板等課件動畫工具提升知識的深廣度;四是在微課主導的教學中，利用課程視頻、題庫、數(shù)學小測等學科工具助力授課與練習;五是利用課堂活動功能設計分類、判斷、填空等練習環(huán)節(jié)，實現(xiàn)師生之間、生生之間、生板之間的三方互動;六是在教學的階段小結中，利用思維導圖工具將知識進行結構化、動態(tài)化呈現(xiàn)。

（3）基于“大數(shù)據+人工智能”的初中數(shù)學精準教學策略

“大數(shù)據+人工智能”教學軟件為精準教學的實施提供了可行方案。如圖6所示，基于一起中學提供的功能，形成了促進教師精準教學與學生個性化學習的五項策略。策略如下：一是借助對預習和前測的精準診斷功能，更科學合理地制定教學目標和安排教學內容;二是借助精準學情報告反饋課堂練習和小測的效果，幫助教師及時調整教學策略，做到有針對性地進行講評;三是借助智能閱卷評卷功能，生成精準考試報告，助力考試質量分析;四是通過布置精準高效的課后分層作業(yè)，助力學生查漏補缺，攻克薄弱知識點;五是借助錯題本及答題修煉功能，幫助學生精準定制并實施個性化學習。

4.智能教學軟件促進初中數(shù)學教與學的多維融合教學模式

根據各類智能教學軟件的功能優(yōu)勢及應用場景，結合初中數(shù)學教與學各階段的特征與技術融合需求，得出了如圖7所示的最優(yōu)應用模式圖。由圖7可知：幾何畫板主要用于預習探究及教學動態(tài)演示;希沃白板主要用于新知互動教學及課堂練習;一起中學在課前小測、當堂檢測、課后作業(yè)及個性化學習中具有較大優(yōu)勢;樂樂課堂和洋蔥數(shù)學的微課和配套練習在預習、課堂教學等方面能發(fā)揮較大作用。

在此基礎上，研究者將各類智能教學軟件的不同功能優(yōu)勢有機組合，與初中數(shù)學的不同課型、教與學的不同階段進行多維度深度融合，建構出智能教學軟件促進初中數(shù)學新授課、專題課、復習課和習題課的多維融合教學模式。下文以基于希沃白板及一起中學的新授課及線上復習課教學模式為例。

（1）基于希沃及一起中學的新授課教學模式

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平臺，建構了幾何畫板、洋蔥數(shù)學、樂樂課堂及希沃授課助手多維融合的新授課教學模式[4]。

新知教學部分以希沃白板課件為核心，在創(chuàng)設情境環(huán)節(jié)嵌入洋蔥數(shù)學微課，以激發(fā)學生的學習興趣;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，有效突破三邊關系的教學重難點。利用選詞填空、分組競爭等課堂活動設計配套練習，增強課堂的趣味性和交互性。

當堂檢測部分以一起中學平臺為核心，學生在手機端進行線上答題、重做錯題，教師利用希沃授課助手將有示范性的解答拍照上傳，插入白板進行展示。同時，教師根據大數(shù)據分析得出的學情報告，有針對性地在白板上進行講解和點評。最后利用希沃白板的思維導圖工具進行結構化小結。

（2）基于希沃白板及一起中學的線上復習課教學模式

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

線上復習課以希沃白板（云課堂）為載體，在知識復習環(huán)節(jié)兩次融入樂樂課堂微課，配合教師講解，有效鞏固重難點內容。多次使用希沃的畫筆、遮罩、思維導圖工具，將一次函數(shù)的概念、圖象、性質等知識考點逐一梳理，將配套練習的解答要點進行分步呈現(xiàn)，搭建復習框架。在當堂檢測環(huán)節(jié)中，學生在線作答并查漏補缺，教師在網頁端收看反饋并進行高效講評。

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

多維融合教學模式讓智能軟件與數(shù)學知識得以形成有機整體，創(chuàng)設出“數(shù)學味”濃、生成性強的初中數(shù)學課堂。該模式體現(xiàn)了師生共同探究新知、多向互動、提升思維品質的過程，有效促進了學生數(shù)學核心素養(yǎng)的提高。

四、反思與展望

本文的研究與實踐體現(xiàn)了信息化教育發(fā)展的新趨勢，促進了學科骨干教師的專業(yè)成長及個性化教學風格的形成，培養(yǎng)了學生的數(shù)學學習能力與信息素養(yǎng)。同時，通過市區(qū)、城鄉(xiāng)各類示范課及專題講座提升了區(qū)域信息化應用水平與教學教研質量。

未來應面向更多實踐單位和區(qū)域，進一步對智能教學軟件、“互聯(lián)網+”背景下的智能教學平臺促進混合教學的實施案例、特色策略構建進行專項研究，形成多維立體的研究路徑。目前，部分智能教學軟件的研究呈現(xiàn)多學段、多學科的特點，應重視學科之間的相互借鑒，結合其他學科現(xiàn)有研究方法與研究成果，拓寬思路，開展更多“同型異構”的學科研究與實施推廣。

要進一步探索“互聯(lián)網+”大數(shù)據下數(shù)學教與學方式的變革，通過設計多維評價量表改進課堂評價方式，對師生行為、課堂活動、課堂結構、學習效果等進行全景性評價，促進教與學策略的進一步發(fā)展創(chuàng)新。還要充分整合各類新型智能教學軟件的優(yōu)勢，探索改進教學軟件與教學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新模式。

參考文獻：

[1]蘇國東，吳海彬.新型教學軟件在初中數(shù)學教學中使用情況的調查分析——以廣州市老三區(qū)為例[J].數(shù)學學習與研究，2020（20）：55-57.

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

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

[4]蘇國東.基于希沃、一起中學等新媒體新技術的教學創(chuàng)新[J].數(shù)學學習與研究，2020（25）：76-78.

[5]蘇國東.基于三方互動的中考線上復習課——以“一次函數(shù)復習”為例[J].數(shù)學學習與研究，2020（16）：69-71.

（編輯：王曉明）