人工智能技術(shù)與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的深度融合策略

王建華　張靜

［摘 要］科技的發(fā)展帶動(dòng)了學(xué)校教育教學(xué)方面的深層改革，人工智能技術(shù)的出現(xiàn)讓小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)得到了多角度、全方位的優(yōu)化。小學(xué)數(shù)學(xué)教師應(yīng)該緊跟新課程目標(biāo)改革要求，將人工智能技術(shù)和小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)深度融合，充分發(fā)揮人工智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展。文章將對(duì)小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題和人工智能技術(shù)在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的作用進(jìn)行論述，并針對(duì)人工智能技術(shù)與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的深度融合策略展開探究。

［關(guān)鍵詞］人工智能技術(shù)；深度融合；小學(xué)數(shù)學(xué)

［中圖分類號(hào)］ G623.5［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1007-9068（2023）05-0004-03

2017 年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出要“實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程”?！读x務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》也提出“合理利用現(xiàn)代信息技術(shù)，提供豐富的學(xué)習(xí)資源，設(shè)計(jì)生動(dòng)的教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)數(shù)學(xué)教學(xué)方式方法的變革”的理念。人工智能技術(shù)正是現(xiàn)代信息技術(shù)中極具代表性的技術(shù)方法，因此教師應(yīng)充分發(fā)揮人工智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將人工智能技術(shù)與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)深度融合，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，幫助學(xué)生樹立學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)的自信心。

一、現(xiàn)狀：小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.教學(xué)模式單調(diào)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣缺失

受應(yīng)試教育的影響，一些教師采取填鴨式的教學(xué)模式，導(dǎo)致學(xué)生“高分低能”的現(xiàn)象屢見不鮮。教師以講代思使得學(xué)生只會(huì)被動(dòng)地獲取知識(shí)，缺乏主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)，主動(dòng)性和求知欲沒有被激發(fā)。這樣必然導(dǎo)致師生間缺少情感交流，沒有思維的碰撞，學(xué)生也會(huì)缺少成功的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，進(jìn)而造成學(xué)習(xí)效率低下，認(rèn)知能力得不到發(fā)展，綜合素養(yǎng)得不到提升。

2.教學(xué)評(píng)價(jià)方式單一，學(xué)生學(xué)習(xí)效能低下

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教學(xué)評(píng)價(jià)主要是教師根據(jù)學(xué)生的課堂反饋、課堂練習(xí)情況或書面測(cè)試情況得出的主觀判讀。這樣的評(píng)價(jià)受課堂觀察角度、觀察時(shí)間等因素的影響，依賴于評(píng)價(jià)者本身的經(jīng)驗(yàn)，因此缺乏對(duì)學(xué)生綜合能力、素質(zhì)發(fā)展過(guò)程以及個(gè)性化差異的形成性評(píng)價(jià)，在評(píng)價(jià)的全面性、客觀性、有效性等方面可能會(huì)有所欠缺。

3.教學(xué)觀念落后，教師專業(yè)能力不足

一些教師是憑借自身多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)，沒有及時(shí)更新知識(shí)庫(kù)，對(duì)現(xiàn)代化的教學(xué)技術(shù)缺乏認(rèn)識(shí)，完全沒想過(guò)把人工智能技術(shù)應(yīng)用到課堂教學(xué)中去。另外，一些教師缺乏系統(tǒng)、專業(yè)的知識(shí)培訓(xùn)，再加上為了節(jié)約時(shí)間，課堂上很少利用人工智能技術(shù)將抽象的數(shù)學(xué)知識(shí)直觀化，導(dǎo)致課堂教學(xué)較為抽象。

但是，在素質(zhì)教育的持續(xù)推行下，隨著人工智能技術(shù)時(shí)代的到來(lái)，社會(huì)對(duì)人才的需求也會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)性變化，這些必然導(dǎo)致教育目標(biāo)和教學(xué)模式發(fā)生變化。

二、思考：人工智能技術(shù)在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的作用

1.突顯學(xué)生主體地位

人工智能作為一門先進(jìn)的技術(shù)，學(xué)生可以借助其搜集大量的學(xué)習(xí)資源，從而進(jìn)行探究和反思，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。另外，人工智能技術(shù)還便于教師根據(jù)學(xué)情及時(shí)調(diào)整學(xué)生的學(xué)習(xí)方案和學(xué)習(xí)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用能力，使學(xué)生能更加專注于學(xué)習(xí)，極大提升學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，充分突顯學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

2.激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

人工智能技術(shù)與數(shù)學(xué)教學(xué)融合能使知識(shí)的呈現(xiàn)形式更加豐富，以聲像結(jié)合、圖文并茂的方式呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，能使枯燥乏味的知識(shí)生動(dòng)化和趣味化，更能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，人工智能技術(shù)可以使學(xué)生通過(guò)教育平臺(tái)、電子教材、虛擬課堂等在線學(xué)習(xí)知識(shí)，讓學(xué)生對(duì)知識(shí)的獲取可以隨時(shí)隨地進(jìn)行，帶給學(xué)生新鮮的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

3.豐富課堂教學(xué)評(píng)價(jià)方式

人工智能技術(shù)的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)方式，讓教學(xué)評(píng)價(jià)更富靈性。人工智能技術(shù)可以提供多元的過(guò)程化教學(xué)評(píng)價(jià)，使評(píng)價(jià)手段更加豐富、評(píng)價(jià)過(guò)程更加科學(xué)、評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確。人工智能技術(shù)教學(xué)助手和人工智能技術(shù)評(píng)測(cè)系統(tǒng)的協(xié)同，可以為學(xué)生提供全面的學(xué)習(xí)診斷，并配以及時(shí)精準(zhǔn)的學(xué)習(xí)干預(yù)，從而真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)規(guī)?；c個(gè)性化的統(tǒng)一。

4.提高教學(xué)實(shí)效

小學(xué)生邏輯思維能力比較弱，對(duì)于抽象的數(shù)量關(guān)系，他們理解起來(lái)往往比較困難。而人工智能技術(shù)可以把抽象、復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗蠡⒕唧w化、易被學(xué)生接受的知識(shí)，讓學(xué)生更容易、更直觀地理解轉(zhuǎn)化的過(guò)程，突破學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)好數(shù)學(xué)的信心，提高教學(xué)效率。

三、實(shí)踐：人工智能技術(shù)與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的深度融合策略

1.人工智能技術(shù)有效創(chuàng)設(shè)情境

人工智能技術(shù)不但可以將數(shù)學(xué)情境進(jìn)行生活化模擬，而且結(jié)合VR技術(shù)還能創(chuàng)設(shè)虛擬情境，把學(xué)生難以理解的知識(shí)簡(jiǎn)便化，使學(xué)生自然而然對(duì)所學(xué)知識(shí)產(chǎn)生濃厚的興趣和強(qiáng)烈的求知欲。例如，看動(dòng)畫是學(xué)生喜歡的活動(dòng)，教師應(yīng)充分利用學(xué)生這一愛好，將數(shù)學(xué)問(wèn)題融入生動(dòng)有趣的動(dòng)畫中，讓數(shù)學(xué)問(wèn)題兼具情節(jié)性和生命力。

【教學(xué)案例】二年級(jí)下冊(cè)“圖形的運(yùn)動(dòng)”

教師的講解和多媒體課件的展示，雖然能在一定程度上直觀展示知識(shí)，但是學(xué)生參與互動(dòng)的機(jī)會(huì)有限，而通過(guò)人工智能和VR技術(shù)創(chuàng)設(shè)虛擬情境，則能收獲意想不到的效果。一方面，在場(chǎng)景的創(chuàng)設(shè)上，可以通過(guò)各種圖形的衍生構(gòu)建一個(gè)夢(mèng)幻的卡通世界，激起學(xué)生學(xué)習(xí)新知的興趣。在這個(gè)夢(mèng)幻的卡通世界中，教師和學(xué)生可以隨意將圖形自由移動(dòng)和變化，使學(xué)習(xí)過(guò)程充滿樂趣。另一方面，以虛擬情境中的各種事物作為道具進(jìn)行良好的師生互動(dòng)，可促進(jìn)學(xué)生對(duì)軸對(duì)稱、平移和旋轉(zhuǎn)概念的深度理解，使得師生互動(dòng)的方式朝著多元化的方向發(fā)展。

2.人工智能技術(shù)優(yōu)化教學(xué)方式

人工智能技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的產(chǎn)物，課堂教學(xué)應(yīng)充分利用人工智能技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，將教師、學(xué)生、知識(shí)串聯(lián)起來(lái)。教師課前可以利用微課視頻、網(wǎng)絡(luò)資源引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自主預(yù)習(xí)了解學(xué)習(xí)內(nèi)容，使學(xué)生課前就能基本完成基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)把難點(diǎn)和疑惑點(diǎn)都記錄下來(lái)，待教師課堂上重點(diǎn)解決。教師可以將教學(xué)重點(diǎn)放在對(duì)新知的拓展上，讓學(xué)生有更多深入思考和合作學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、逆向思維等高階思維。

【教學(xué)案例】六年級(jí)上冊(cè)“長(zhǎng)方體和正方體的認(rèn)識(shí)”

本節(jié)課的知識(shí)是學(xué)生學(xué)習(xí)其他立體圖形的根基，也是學(xué)生對(duì)圖形認(rèn)識(shí)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。從平面圖形過(guò)渡到立體圖形，對(duì)于學(xué)生空間觀念的形成更是一個(gè)挑戰(zhàn)。雖然說(shuō)長(zhǎng)方體隨處可見，但是要?dú)w納它的特征對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)并不容易，特別是對(duì)于空間觀念薄弱的學(xué)生來(lái)說(shuō)，本單元的學(xué)習(xí)是有一定難度的。課前，教師先通過(guò)任務(wù)單呈現(xiàn)本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)以及目標(biāo)，再讓學(xué)生通過(guò)觀看微課進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。通過(guò)觀察生活中的實(shí)物、微課中的動(dòng)畫，以及教師的講解，學(xué)生初步了解了長(zhǎng)方體和正方體的相關(guān)知識(shí)。課上，教師利用交流展示工具分析學(xué)生課前的自主學(xué)習(xí)情況，并針對(duì)共性問(wèn)題進(jìn)行講解。由于掌握長(zhǎng)方體和正方體的特征是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在啟發(fā)指導(dǎo)階段，教師可以利用多媒體、VR和AR等技術(shù)加深學(xué)生對(duì)長(zhǎng)方體和正方體的面、棱、頂點(diǎn)的理解，將抽象知識(shí)轉(zhuǎn)化為直觀生動(dòng)的形態(tài)，并提供知識(shí)應(yīng)用的虛擬場(chǎng)景，為學(xué)生的探究提供必要支撐。在總結(jié)階段，學(xué)生在教師和同伴的指導(dǎo)與幫助下再次內(nèi)化知識(shí)與技能，不斷重組、修改和優(yōu)化自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。

3.人工智能技術(shù)打造個(gè)性化課堂

人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化課堂奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。利用人工智能技術(shù)的人機(jī)交互特色功能，能使學(xué)生有效地融合不同的知識(shí)，構(gòu)建富有個(gè)性的數(shù)學(xué)知識(shí)系統(tǒng)。例如，借助人工智能技術(shù)的計(jì)算功能采集、加工、處理、分析數(shù)據(jù)，并用智能機(jī)器人模擬教師的角色。智能機(jī)器人作為一種新型教學(xué)工具，擁有對(duì)話、知識(shí)檢索等能力，可以與人進(jìn)行簡(jiǎn)單的語(yǔ)言互動(dòng)。與智能機(jī)器人互動(dòng)，動(dòng)靜結(jié)合、聲色俱備，能調(diào)動(dòng)學(xué)生的各種感官，從而打造多維而立體的數(shù)學(xué)課堂。

【教學(xué)案例】四年級(jí)上冊(cè)“條形統(tǒng)計(jì)圖”

把智能機(jī)器人引進(jìn)課堂：將學(xué)生喜歡看的電視節(jié)目錄入機(jī)器人智能游戲中，學(xué)生在游戲中分類整理、繪制圖表，得到條形統(tǒng)計(jì)圖。這個(gè)多元智能的空間能夠培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，學(xué)生的綜合能力也能在輕松的教學(xué)環(huán)境下得到更好的發(fā)展。教學(xué)中利用智能機(jī)器人的對(duì)話功能對(duì)學(xué)生進(jìn)行提問(wèn)，當(dāng)學(xué)生回答正確時(shí)，智能機(jī)器人就會(huì)實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)“恭喜你回答正確”；當(dāng)學(xué)生回答錯(cuò)誤時(shí)，智能機(jī)器人就會(huì)發(fā)出嘀嘀聲，然后給出提示。這樣能夠使學(xué)生一步步掌握知識(shí)，從而構(gòu)建自己的數(shù)學(xué)知識(shí)系統(tǒng)。

4.人工智能技術(shù)完善評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)往往以學(xué)生的書面成績(jī)作為評(píng)價(jià)的主要標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)方式較為單一，而人工智能技術(shù)的自動(dòng)化測(cè)評(píng)系統(tǒng)則為全面深化教育評(píng)價(jià)體系改革，推進(jìn)新時(shí)代教育評(píng)價(jià)體系創(chuàng)新提供了契機(jī)?；谌斯ぶ悄芗夹g(shù)的海量?jī)?chǔ)存和邏輯分析功能，可利用大數(shù)據(jù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和考試成績(jī)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)給予及時(shí)評(píng)價(jià)和反饋。教師可以根據(jù)學(xué)生的個(gè)體差異對(duì)教學(xué)進(jìn)行調(diào)整，在提升課堂教學(xué)評(píng)價(jià)實(shí)效的同時(shí)促進(jìn)師生教與學(xué)的改進(jìn)。

【教學(xué)案例】六年級(jí)上冊(cè)“解決問(wèn)題的策略”

借助人工智能技術(shù)的自動(dòng)化測(cè)評(píng)系統(tǒng)可獲取學(xué)生對(duì)數(shù)量關(guān)系的掌握情況。在測(cè)驗(yàn)結(jié)束之后，教師根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)以及問(wèn)題回答情況對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合打分。打分結(jié)束之后，系統(tǒng)自動(dòng)篩選出每個(gè)學(xué)生沒有掌握的知識(shí)點(diǎn)以及掌握較好的地方，以便學(xué)生能夠有針對(duì)性地復(fù)習(xí)，從而完善認(rèn)知結(jié)構(gòu)。人工智能技術(shù)還可以為教師分析在線課程中的各種問(wèn)題，真正使教育評(píng)價(jià)信息“活”起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)教育評(píng)價(jià)信息的充分利用。

5.人工智能技術(shù)賦能核心素養(yǎng)

利用人工智能技術(shù)極強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析功能因材施教，根據(jù)學(xué)生的個(gè)人特點(diǎn)精準(zhǔn)分析學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱環(huán)節(jié)，能幫助學(xué)生制訂個(gè)性化和具有針對(duì)性的學(xué)習(xí)計(jì)劃，進(jìn)而結(jié)合相應(yīng)的教學(xué)需求，建立數(shù)學(xué)知識(shí)圖譜。學(xué)生可以在智能學(xué)習(xí)伴侶、個(gè)性智能教學(xué)機(jī)器的陪伴下自主完成學(xué)習(xí)。值得注意的是，這樣一來(lái)，教師將面臨一個(gè)全新的工作環(huán)境，既要實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同，提供個(gè)性化、多樣化的教學(xué)內(nèi)容，又要關(guān)注學(xué)生思維方式和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，而后者尤為重要。

【教學(xué)案例】五年級(jí)下冊(cè)“圓的認(rèn)識(shí)”

根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和教材內(nèi)容，教師可以借助人工智能技術(shù)將知識(shí)點(diǎn)分層。首先將知識(shí)目標(biāo)分別放在回憶、整理、拓展教學(xué)活動(dòng)中，然后將圓的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)講解放到智能平臺(tái)上，以便學(xué)生根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況隨時(shí)隨地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。當(dāng)然，還可以借助人工智能技術(shù)精密的算法，對(duì)知識(shí)進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)量和評(píng)價(jià)，以便分析出每個(gè)學(xué)生適合學(xué)習(xí)的知識(shí)難度，有效開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

總而言之，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用日趨成熟，有了人工智能技術(shù)的加入，小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)從數(shù)據(jù)搜集、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果反饋到教學(xué)評(píng)價(jià)方式等都變得多元化，不但小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量得到大幅提升，而且學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)也得到迅猛發(fā)展。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 楊文榮.“互聯(lián)網(wǎng)+”有效推動(dòng)小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)[J].基礎(chǔ)教育研究，2019（12）：48，50.

[2] 高建林，李小寧.試論人工智能與數(shù)學(xué)教學(xué)的深度融合：以農(nóng)村小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)為例 [J]. 才智，2020（19）：133-134.

[3] 劉澤君.小學(xué)數(shù)學(xué)智慧課堂教學(xué)策略的淺析：基于AI+教育的思考[J].科技資訊，2020，18（13）：21-22.

【本文系連云港市第六期“521工程”科研資助項(xiàng)目“人工智能技術(shù)與學(xué)科教學(xué)深度融合的應(yīng)用研究”（ LYG06521202112）的部分研究成果?！?/p>

（責(zé)編 金 鈴）