AI遇上小學(xué)數(shù)學(xué)
——低年級空間思維能力啟蒙與培養(yǎng)

林建全

（廈門外國語學(xué)校海滄附屬學(xué)校，福建廈門 361000）

引 言

AI 技術(shù)，是指Artificial Intelligence，是人工智能技術(shù)的縮寫，它是研究和開發(fā)用于模擬、延伸與擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)，為我們的生活和工作帶來了很大的便利。隨著教育的改革，AI 技術(shù)開始逐漸滲透到教育環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)知識、拓展技能，實現(xiàn)了教育行業(yè)和人工智能的雙向發(fā)展。因此，作為數(shù)學(xué)教師，我們也要分析如何將人工智能融入數(shù)學(xué)教學(xué)中，以提升學(xué)生的空間思維能力[1]。

一、AI 助教，構(gòu)建空間框架

人工智能為教育帶來了很多變革和創(chuàng)新思路，其中AI 助教集計算、出題、朗讀、講解于一體，并能以卡通的虛擬形象呈現(xiàn)在課堂上。在AI 助教課堂上，教師不僅可以借助人工智能的功能進行遠程教育、線上教育，還可以借助人工智能進行課堂實踐、課后練習(xí)等。人工智能的引入，為教學(xué)帶來了無限的可能。在這樣的環(huán)境下，數(shù)學(xué)教師更要認(rèn)真進行學(xué)科教研，分析數(shù)學(xué)學(xué)科的特征和本質(zhì)，并結(jié)合數(shù)學(xué)學(xué)科的邏輯性、嚴(yán)謹(jǐn)性、創(chuàng)造性、實踐性等特點，來引入人工智能，讓AI 服務(wù)于數(shù)學(xué)學(xué)科，從而豐富學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)途徑和方式[2]。

但是，當(dāng)前的人工智能教學(xué)，仍然存在很多不同方面的問題，很多數(shù)學(xué)教師沒有對人工智能做充分的調(diào)查和分析，對它的功能、作用、優(yōu)點、運用途徑等沒有進行全方位的分析和思考，在課堂上，往往只是簡單地用AI 技術(shù)進行資料的展示，沒有充分實現(xiàn)AI 技術(shù)的運用價值。因此，數(shù)學(xué)教師應(yīng)認(rèn)真分析傳統(tǒng)的課堂教學(xué)形式，并探索AI 技術(shù)對傳統(tǒng)課堂造成的影響，重新改變自己的教育理念、教學(xué)模式、教學(xué)目標(biāo)，以實現(xiàn)課堂的翻轉(zhuǎn)和改革，讓AI 全面滲透到數(shù)學(xué)課堂中，進而提升數(shù)學(xué)教學(xué)的水平。在具體的實際教學(xué)中，教師可以通過轉(zhuǎn)變的角色、調(diào)整教學(xué)的策略和形式、優(yōu)化學(xué)習(xí)的方式等打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，突破學(xué)生的思維局限性，構(gòu)建更高效的課堂，為學(xué)生的思維發(fā)展助力。

教師可以轉(zhuǎn)變教學(xué)的角色，并借助AI 助教，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生成為課堂的主人，同時教師應(yīng)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的輔助者。例如，在教授一年級上冊“認(rèn)識圖形”時，教師便借助AI 技術(shù)，讓AI 助教充當(dāng)課堂的小老師，充分激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。AI 助教根據(jù)學(xué)生之前的課堂、居家表現(xiàn)對班級的學(xué)生進行分組，每個小組5 名成員，且每個小組的成員在學(xué)習(xí)能力、成績、性格、愛好等各個方面能夠形成良好的互補。之后，教師為每位學(xué)生配備一臺教學(xué)平板，讓學(xué)生在AI 助教的輔導(dǎo)下進行認(rèn)識圖形的探究。AI 助教會分別展示不同的物體及各種各樣的組合形狀，并對每個物體和組合形狀進行介紹、分解、立體展示。學(xué)生通過AI 助教的講解，了解了每個圖形的特點、性質(zhì)，充分發(fā)揮了AI 技術(shù)的作用。一年級學(xué)生第一次接觸空間與圖形領(lǐng)域的知識，這個時候，教師通過AI 助教進行全方位的講解，能使學(xué)生有效地感知、體驗空間與圖形，在認(rèn)知空間過程中正確地構(gòu)建知識框架，為學(xué)生種下一顆探索空圖形領(lǐng)域的種子。教師要學(xué)會轉(zhuǎn)變自己的角色，成為課堂的輔助者，同時觀察每個小組的學(xué)習(xí)情況，并對沒有及時跟上的小組進行引導(dǎo)。

二、AI 情境，充實空間想象

情境教學(xué)法，指的是在教學(xué)的過程中，教師借助一些方法和手段，再現(xiàn)一些知識點對應(yīng)的情境和畫面，讓學(xué)生進入情境里開展學(xué)習(xí)，拉近與知識的距離，從而幫助學(xué)生更加便捷地理解和掌握知識，提升學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。AI 具有將虛擬的情境進行立體化再現(xiàn)的功能，能夠使一些抽象的、復(fù)雜的概念直觀化和具體化，這樣學(xué)生便能夠清晰地看到具體的空間邏輯、空間形態(tài)，從而提升其空間邏輯思維能力。

例如，在教學(xué)二年級上冊“觀察物體（一）”時，教師便借助AI 技術(shù)的功能，將立體圖形進行還原，讓學(xué)生通過眼睛去全方位地感受這些物體的形狀、特征。在教學(xué)之前，教師為學(xué)生布置了任務(wù)，讓學(xué)生以分組的形式進行學(xué)習(xí)，之后，教師為不同的小組準(zhǔn)備幾個不同的立體圖形，讓學(xué)生進行自主分工，并對觀察的情況進行記錄，包括從正面、側(cè)面、上面等多個角度觀察出來的形狀。教師通過這樣借助AI 技術(shù)進行情境再現(xiàn)，讓學(xué)生們加真實、親切地感受到數(shù)學(xué)知識，培養(yǎng)了學(xué)生的空間邏輯思維，有效地促進了數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)質(zhì)量的提升。

三、AI 數(shù)據(jù)分析，拓展空間思維

數(shù)據(jù)分析，是AI 技術(shù)的一個重要功能，憑借著強大的運算功能和處理功能，AI 技術(shù)能夠?qū)σ恍?shù)學(xué)數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)邏輯進行分析、處理和計算，并將其展現(xiàn)出來。而計算、數(shù)據(jù)處理，正是數(shù)學(xué)學(xué)科的一項重要內(nèi)容，它貫穿于整個小學(xué)時期的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程，是學(xué)生必須掌握的技能。因此，教師在運用AI 技術(shù)進行數(shù)學(xué)教學(xué)時，要發(fā)揮出AI 技術(shù)的計算能力、數(shù)據(jù)處理能力，并借助AI技術(shù)來處理數(shù)學(xué)課本里的一些知識和數(shù)據(jù)，以此來幫助學(xué)生檢驗自己的數(shù)據(jù)分析正確率，逐漸提升學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力。

例如，在教學(xué)三年級下冊“位置與方向（一）”時，教師可以結(jié)合AI 技術(shù)進行數(shù)據(jù)的處理，幫助學(xué)生更好地分析不同位置和方向的特點，從而加深學(xué)生對位置和方向的記憶和認(rèn)知，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。同時，教師可以讓學(xué)生將自己完成的作業(yè)和AI 得出的答案進行對比，分析自己出現(xiàn)錯誤的原因，通過這樣的思維碰撞，拓展學(xué)生的空間思維。借助AI 技術(shù)，學(xué)生也能認(rèn)識到自己的不足，并及時進行彌補，不斷地完善自己的空間思維、邏輯思維，實現(xiàn)數(shù)學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)目標(biāo)。

除運用AI 進行課堂數(shù)據(jù)分析外，教師還可以借助AI 技術(shù)對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行分析，如輸入學(xué)生的成績、能力等數(shù)據(jù)信息，讓AI 技術(shù)對學(xué)生的數(shù)據(jù)信息進行分析，并按照不同的等級進行劃分，將同一個等級的學(xué)生分成一個小組。教師可以根據(jù)分組的情況，進行分層教學(xué)，在日后的課堂學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生進行分層練習(xí)、分層探究、分層實踐，這樣能夠讓學(xué)生得到更有效的訓(xùn)練，從而逐漸拓展他們的空間思維。

四、AI 賦能教育，改變?nèi)沃氐肋h

為了讓低年級學(xué)生的空間思維能力得到進一步的提升，在設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)時，教師要結(jié)合AI 技術(shù)對課程進行全面的、系統(tǒng)性的創(chuàng)新和改革，讓AI 賦能數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)，促進數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)進步和創(chuàng)新，改變傳統(tǒng)的空間圖形領(lǐng)域教學(xué)方法。

為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，數(shù)學(xué)教師就需要從課程的形式、教學(xué)的內(nèi)容、實踐的形式、課后的作業(yè)、教學(xué)的理念等方面進行創(chuàng)新。例如，在課程的形式上，教師可以結(jié)合AI 技術(shù)進行線上線下混合式教學(xué)；在教學(xué)內(nèi)容上，教師可以借助AI 技術(shù)來進行教學(xué)資源拓展、教學(xué)內(nèi)容延伸等。通過這樣更加全面、系統(tǒng)性的AI 教學(xué)模式，教師能提升數(shù)學(xué)學(xué)科的教學(xué)質(zhì)量，達成數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生空間思維、解決問題能力等綜合素質(zhì)的目標(biāo)，進而促進學(xué)生的全面發(fā)展。

結(jié) 語

綜上所述，AI 技術(shù)是當(dāng)前教育發(fā)展的方向，作為數(shù)學(xué)教師，我們要結(jié)合學(xué)生的實際情況及數(shù)學(xué)學(xué)科的特點，設(shè)計良好的教學(xué)策略，讓AI 技術(shù)和數(shù)學(xué)學(xué)科實現(xiàn)完美的融合，從而有效地促進數(shù)學(xué)學(xué)科發(fā)展，進而提升學(xué)生的數(shù)學(xué)空間思維和邏輯思維能力。