人工智能對(duì)中學(xué)數(shù)學(xué)“教”與“學(xué)”的作用

孫春云

摘 要：自2016年AlphaGo戰(zhàn)勝了韓國(guó)最強(qiáng)圍棋選手后，“人工智能”便人盡皆知。人工智能被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，教育領(lǐng)域也不例外。人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅能解決學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中遇到的難題，而且對(duì)教師的教學(xué)也有很大的促進(jìn)作用，使教師和學(xué)生可以得到雙向發(fā)展，在教學(xué)中形成一個(gè)良好的動(dòng)態(tài)循環(huán)。

關(guān)鍵詞：人工智能;數(shù)學(xué)學(xué)習(xí);數(shù)學(xué)教學(xué)

我國(guó)的教育長(zhǎng)期籠罩在“應(yīng)試教育”的陰影之下，要實(shí)現(xiàn)從應(yīng)試教育到素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)變，就要改變教師為了教而教，學(xué)生為了學(xué)而學(xué)的現(xiàn)狀。人工智能可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，準(zhǔn)確捕捉學(xué)生學(xué)習(xí)的弱點(diǎn)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行專項(xiàng)訓(xùn)練，為其制定適合自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃，大幅度減少學(xué)習(xí)時(shí)間，有效提高學(xué)習(xí)效率，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。同時(shí)，人工智能也可以減少教師的工作量，從而讓他們有時(shí)間和精力專注于專業(yè)技能的發(fā)展[1]。

一、中學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的困難

（一）對(duì)數(shù)學(xué)缺乏興趣，沒(méi)有求知欲

在傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課堂中往往采用的是單一的“教師-學(xué)生傳授-接受知識(shí)”教學(xué)模式，是以教師為主導(dǎo)，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的方式。這種枯燥單調(diào)的教育方式，使學(xué)生無(wú)法感受到自身是學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體，也無(wú)法體會(huì)到課堂的參與感，因此從一定程度上其實(shí)是打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

數(shù)學(xué)本身是一門抽象的學(xué)科，它并不像其他學(xué)科一樣，研究對(duì)象是現(xiàn)實(shí)生活中客觀存在的事物，在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠得到具體事物的支持，給學(xué)生直觀性的感受，有助于加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。例如：物理學(xué)科研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物質(zhì)最基本的運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律;生物學(xué)科研究生物（包括植物動(dòng)物和微生物）的結(jié)構(gòu)，功能，發(fā)生和發(fā)展規(guī)律的科學(xué)。而數(shù)學(xué)研究的是抽象的形式化的思想材料，例如：數(shù)、式、方程、函數(shù)等。對(duì)于學(xué)生而言，在沒(méi)有具體事物的支持下，沒(méi)有經(jīng)歷知識(shí)的發(fā)生發(fā)展過(guò)程，他們對(duì)一連串冰冷的數(shù)學(xué)符號(hào)所代表的實(shí)際含義是難以理解的[2]。

（二）對(duì)教師的授課節(jié)奏和風(fēng)格難以適應(yīng)

每個(gè)學(xué)生都是一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，他們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中所體現(xiàn)出來(lái)的觀察力，注意力，記憶力，空間想象能力，邏輯思維能力等都是不同的，并且通過(guò)長(zhǎng)期的數(shù)學(xué)知識(shí)積累，頭腦中的數(shù)學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)也存在著千差萬(wàn)別。不同的學(xué)生接受新知識(shí)的能力，速度，難度等也都存在著差異，因此在一個(gè)班級(jí)中，有些學(xué)生能夠較快適應(yīng)教師的講課節(jié)奏，也較容易吸收新知識(shí)，并將其整合到自己已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)當(dāng)中;有些學(xué)生基礎(chǔ)較差，他們的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中沒(méi)有能同化新知識(shí)的知識(shí)，在理解新知識(shí)的過(guò)程中就會(huì)有一定的障礙。在中國(guó)傳統(tǒng)的教學(xué)組織形式（班級(jí)授課制）下，注定教師在課堂中無(wú)法顧及到所有學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，只能照顧到成績(jī)居中的大多數(shù)學(xué)生。盡管課程改革一直強(qiáng)調(diào)要因材施教，注重每個(gè)學(xué)生的全面發(fā)展，但是仍然難以落實(shí)到實(shí)踐當(dāng)中[3]。

教師的專業(yè)知識(shí)水平，人格魅力等都會(huì)影響學(xué)生對(duì)老師的態(tài)度，進(jìn)而影響學(xué)生對(duì)這門課程的喜愛(ài)程度。

二、中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的困難

（一）多重角色，負(fù)擔(dān)較重

教師這一職業(yè)天生自帶責(zé)任感和使命感，讓人常常忘記在講臺(tái)下，摘掉教師的稱呼，他們也是一個(gè)社會(huì)人，有自己的生活。尤其對(duì)于女老師，繁忙的工作與家庭瑣事使他們應(yīng)接不暇，對(duì)工作的熱情和積極的態(tài)度也會(huì)逐漸被消磨殆盡。在他人眼中，教師這一職業(yè)代表著輕松，其實(shí)不然。呈現(xiàn)在學(xué)生面前的一節(jié)課，看似只是短短的四十分鐘，背會(huì)卻是由多少個(gè)四十分鐘匯聚而成的。根據(jù)教學(xué)大綱的重難點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，考慮如何設(shè)計(jì)才能使整個(gè)課程環(huán)環(huán)相扣引人深思，如何激發(fā)學(xué)生的興趣，如何引導(dǎo)學(xué)生向正確的方向進(jìn)行思考，如何應(yīng)對(duì)課堂上可能會(huì)出現(xiàn)的各種突發(fā)情況，如何在有限的時(shí)間內(nèi)完成一節(jié)課的教學(xué)任務(wù)……這都需要時(shí)間的付出，才能最終展現(xiàn)給學(xué)生[4]。

教師的教育對(duì)象是一個(gè)個(gè)鮮活靈動(dòng)的人，學(xué)生都有自己的情緒，愛(ài)好，興趣，感受，體驗(yàn)等，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，不僅知識(shí)積累逐漸豐富，心理也變得復(fù)雜，教師應(yīng)時(shí)刻關(guān)注了解學(xué)生的心理狀況，及時(shí)進(jìn)行疏導(dǎo)與溝通，確保學(xué)生順利有效的進(jìn)行學(xué)習(xí)。

（二）難以因材施教

因班級(jí)人數(shù)太多，教師無(wú)法及時(shí)了解每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，也無(wú)法及時(shí)知道那些知識(shí)他們已經(jīng)掌握，那些知識(shí)是他們的薄弱點(diǎn)，從而無(wú)法根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)進(jìn)度進(jìn)行指導(dǎo)，為他們制定適合自己的學(xué)習(xí)方法和目標(biāo)。

三、人工智能對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的促進(jìn)作用

（一）哪里不會(huì)學(xué)哪里

人工智能可以像基因檢測(cè)一樣準(zhǔn)確找到學(xué)生的學(xué)習(xí)漏洞，及時(shí)反饋給學(xué)生自己的學(xué)習(xí)情況，讓學(xué)生清楚的了解哪些知識(shí)是自己沒(méi)有掌握的，繼而進(jìn)行專題訓(xùn)練。例如：二次函數(shù)的知識(shí)點(diǎn)主要包括二次函數(shù)的定義，表示形式，性質(zhì)，圖像，三要素等。在學(xué)完有關(guān)二次函數(shù)的知識(shí)后，可以讓學(xué)生練習(xí)人工智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)篩選出的相關(guān)習(xí)題，之后系統(tǒng)會(huì)準(zhǔn)確診斷出學(xué)習(xí)的弱點(diǎn)。如果學(xué)生對(duì)二次函數(shù)的性質(zhì)不熟悉，可以專門針對(duì)這部分內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，達(dá)到讓學(xué)生只學(xué)不會(huì)的知識(shí)點(diǎn)，節(jié)省80%的刷題時(shí)間，輕松提高學(xué)習(xí)效率[5]。

（二）追根溯源，找到知識(shí)漏洞

一個(gè)九年級(jí)的知識(shí)點(diǎn)學(xué)不會(huì)可能是因?yàn)榱?，七年?jí)的某些知識(shí)點(diǎn)沒(méi)有掌握而導(dǎo)致的。例如：高中學(xué)習(xí)二次函數(shù)時(shí)，會(huì)有求函數(shù)值為零時(shí)自變量的值，其中一種方法是將求函數(shù)自變量的值轉(zhuǎn)化為求二元一次方程的根，這時(shí)考察的就是初中學(xué)過(guò)的有關(guān)二元一次方程求根的知識(shí)點(diǎn)。如果學(xué)生在解方程中遇到困難，那么初中這部分內(nèi)容就沒(méi)有掌握。人工智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以幫助學(xué)生從源頭找準(zhǔn)知識(shí)漏洞，查漏補(bǔ)缺，確保學(xué)生之后的學(xué)習(xí)可以順利有效的進(jìn)行。

（三）根據(jù)目標(biāo)放棄

不同學(xué)生的學(xué)習(xí)能力是有懸殊的。在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中，有些學(xué)生的空間想象能力較好，那么他可能對(duì)空間幾何方面的知識(shí)點(diǎn)掌握的就比較好;而有些學(xué)生的邏輯抽象能力較強(qiáng)，那么他可能在學(xué)方程和函數(shù)時(shí)的成績(jī)就比較突出。通過(guò)系統(tǒng)檢測(cè)，可以分析出學(xué)生哪方面的能力較強(qiáng)，有效地幫助學(xué)生找到對(duì)他們來(lái)說(shuō)容易學(xué)會(huì)的知識(shí)點(diǎn)，使他們快速建立成就感，戰(zhàn)略性放棄難度大耗時(shí)間長(zhǎng)的知識(shí)點(diǎn)，在短時(shí)間內(nèi)快速掌握盡可能多的內(nèi)容。

（四）動(dòng)態(tài)規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑

實(shí)時(shí)捕捉學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)每位學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度的不同，制定個(gè)性化學(xué)習(xí)方案，將時(shí)間有效花在薄弱的知識(shí)點(diǎn)上，輔助教師將因材施教真正落實(shí)到實(shí)處，讓每個(gè)孩子的能力得到最大程度的發(fā)展與提升[6]。

（五）難度實(shí)時(shí)調(diào)控

讓成績(jī)優(yōu)異的學(xué)生根據(jù)自身能力學(xué)習(xí)具有挑戰(zhàn)的內(nèi)容，成績(jī)一般或者成績(jī)不佳的學(xué)生學(xué)習(xí)容易聽(tīng)懂的并能夠接受的知識(shí)。

（六）激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣

人工智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以向?qū)W生呈現(xiàn)每一個(gè)抽象復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)的來(lái)源發(fā)展過(guò)程，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索知識(shí)的欲望，讓學(xué)生了解足夠的數(shù)學(xué)文化，在數(shù)學(xué)文化背景下進(jìn)行學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生理解抽象的數(shù)學(xué)概念，命題和定義等。

（七）整合教育資源，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育公平化

我國(guó)優(yōu)秀教育資源分配是極度不平衡的，大多高學(xué)歷有經(jīng)驗(yàn)的名師都聚集在北上廣這樣的一線城市，其他城市由于受地理位置，發(fā)展前景以及經(jīng)濟(jì)條件等的制約，難以吸引到優(yōu)秀的教師，學(xué)生就無(wú)法受到良好的教育。人工智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將優(yōu)秀教育資源整合，打破時(shí)間和空間的限制，讓每位學(xué)生都可以根據(jù)自己的興趣和學(xué)習(xí)能力選擇適合自己的教師，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育公平化。

四、人工智能對(duì)數(shù)學(xué)教師教學(xué)的輔助作用

（一）通過(guò)檢測(cè)出來(lái)的學(xué)習(xí)報(bào)告，教師可以及時(shí)獲取每位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和能力發(fā)展趨勢(shì)，有利于教師改進(jìn)自己的教學(xué)方式和進(jìn)度，盡可能照顧到更多的學(xué)生。

（二）減輕教師的負(fù)擔(dān)，代替教師完成沒(méi)有技術(shù)含量的工作，讓教師有更多的時(shí)間和精力提升自身教學(xué)能力，積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)大知識(shí)面，鉆研中學(xué)數(shù)學(xué)教材，進(jìn)行有創(chuàng)造性的教學(xué)設(shè)計(jì)，了解當(dāng)下中學(xué)生的心理和學(xué)習(xí)進(jìn)度等，給學(xué)生們提供更精彩的課堂展示[7]。

五、結(jié)束語(yǔ)

人工智能在教育領(lǐng)域的逐步普及，使得長(zhǎng)久以來(lái)未得到解決的教育難題迎刃而解，即便如此，人工智能也無(wú)法完全取代傳統(tǒng)的課堂教學(xué)。在未來(lái)，教師和人工智能的相互配合，相輔相成，使數(shù)學(xué)不再是讓中學(xué)生感到困難的一門學(xué)科，而是能讓學(xué)生深刻感受到數(shù)學(xué)的魅力所在，切身體會(huì)到學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的樂(lè)趣[8]。

參考文獻(xiàn)：

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[2]宋靈青，許林.人工智能教育應(yīng)用的邏輯起點(diǎn)與邊界—以知識(shí)學(xué)習(xí)為例[J].中國(guó)電化教育，2019（6）：14-20.

[3]孫田琳子，沈書(shū)生.論人工智能的教育尺度—來(lái)自得雷福斯的現(xiàn)象學(xué)反思[J].中國(guó)電化教育，2019（11）.

[4]呂愷悅，孫眾.“人工智能+教師現(xiàn)狀”的現(xiàn)狀，動(dòng)態(tài)與問(wèn)題[J].現(xiàn)代教育技術(shù).2019（11）.

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[7]閆小葉.淺析“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下高校青年教師專業(yè)成長(zhǎng)問(wèn)題[J]西部學(xué)刊.2019（14）.

[8]顧建軍.技術(shù)的現(xiàn)代維度與教育價(jià)值[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2018：1-18.