借人工智能技術(shù)，促學生數(shù)學眼光發(fā)展

黃金剛　王建華

［摘 要］《義務教育數(shù)學課程標準（2022年版）》對小學數(shù)學教學提出了新的目標指向，旨在讓學生在小學數(shù)學學習中養(yǎng)成綜合性的數(shù)學思維與能力。以“圓的認識”教學為例，闡述推動人工智能技術(shù)與小學數(shù)學教學相結(jié)合有助于培養(yǎng)學生的數(shù)學眼光，提升學生的數(shù)學思維能力，有利于培養(yǎng)學生的必備品格和關鍵能力，更好地培育新時代青少年。

［關鍵詞］圓的認識；數(shù)學眼光；人工智能技術(shù)

［中圖分類號］ G623.5［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1007-9068（2023）05-0007-03

數(shù)學眼光是學生在進行數(shù)學學習時不可缺少的一種關鍵意識，指的是對數(shù)學抽象要素，即數(shù)感、量感、形感的形象化表述。目前，小學生數(shù)學眼光的培養(yǎng)還存在著諸多問題。首先，從學情來看，小學生受制于認知水平，數(shù)學建模、邏輯推理能力有限，當教師在講解需要進行復雜計算和難以理解的內(nèi)容時，很多學生往往會由于無法理解而失去學習興趣，最終造成了課堂教學目標難以完全落實的情況。其次，一些教師教學缺少創(chuàng)新性，基礎差的學生容易產(chǎn)生厭倦感，不利于學生數(shù)學眼光的有效培養(yǎng)。對此，在小學數(shù)學課堂教學中積極應用人工智能技術(shù)，是培養(yǎng)學生數(shù)學眼光的重要方式。

【案例背景】

“圓的認識”是蘇教版教材五年級下冊的內(nèi)容，是學生首次學習圓的相關知識，對學生將來學習圓的性質(zhì)、周長（面積）計算以及球的知識有著基礎性作用。在平時的生活中，圓是常見的圖案，學生對圓的圖形已經(jīng)有初步認識，但還不夠系統(tǒng)。結(jié)合教學內(nèi)容及學生學情，可將本節(jié)課的教學目標設定為：能夠形成對圓的初步認識，認識到圓是軸對稱圖形；能夠通過圓規(guī)完成圓的繪制，并在繪制中體驗到圓的圖形特性；能夠形成觀察、分析和操作的能力，具有一定的繪圖能力。

圓作為一種抽象的圖形，與學生之前學習的正方形、長方形、三角形等平面圖形有明顯差異?？紤]到這些因素，借助希沃反饋器、班級優(yōu)化大師等人工智能技術(shù)將教學分為轉(zhuǎn)換看“圓”的眼光、鞏固看“圓”的眼光、拓展看“圓”的眼光三個部分，試圖引領學生建構(gòu)現(xiàn)實生活中的“圓”與數(shù)學中的“圓”之間的聯(lián)系，更好地培養(yǎng)學生的模型思想、推理能力和應用意識。在授課前一天，筆者將本課的導學案通過學習平臺推送給了學生，要求學生在預習教材之后完成，同時要求學生準備好圓規(guī)、直尺、白紙、剪刀等學習工具。

【案例再現(xiàn)】

1.轉(zhuǎn)換看“圓”的眼光，讓“圓”無中生有

（1）生活中的“圓”

師（借助希沃白板向?qū)W生展示生活中常見的圓形圖案，如車輪、奧運五環(huán)、鐘表、杯口、紐扣等）：這些圖案有什么共同特征？

生：它們都是圓形的。

師：什么是圓？圓有什么樣的性質(zhì)和特征？本節(jié)課，老師就帶領大家一起探究這些問題。

（2）數(shù)學中的“圓”

師（借助幾何畫板的交互功能，通過拖拽、復制、放大等繪制圓、三角形、長方形和平行四邊形，然后在圖片下面注明序號1、2、3、4）：哪一張圖是圓？

（學生應用希沃反饋器進行選擇。希沃后臺及時生成的數(shù)據(jù)顯示學生對圓有了初步的認識）

師：小組合作，觀察圓的圖形特性，感受圓的曲線特征。

（3）“圓”的初印象

師：想一想，圓有哪些顯而易見的特征？

組1：圓由一條光滑的曲線構(gòu)成，這條曲線不存在任何的角度。

組2：圓的曲線構(gòu)成了一個封閉空間，這個空間就是圓形。

組3：圓看起來既是軸對稱圖形也是中心對稱圖形。

師：大家說的都很準確。通過觀察圓形實物圖和抽象圖片，大家對圓有了一定的了解，接下來我們就正式學習圓。先拿出圓規(guī)、直尺和一張空白的紙，再將圓規(guī)的兩個腳掰開4厘米的寬度，然后將圓規(guī)的針腳插到紙上固定，最后將圓規(guī)旋轉(zhuǎn)一圈。

（為了幫助學生更好地理解圓，教師在希沃白板課件中加入了FLASH動畫，以“小人畫圓”的方式展示了圓的畫法）

【評析：數(shù)學眼光作為數(shù)學核心素養(yǎng)的重要組成部分，教師在教學中要善于引導學生“會用數(shù)學的眼光觀察現(xiàn)實世界”。然而，數(shù)學教學是通過一種間接的方式帶領學生認識真實世界、解決真實問題的。在以上教學環(huán)節(jié)中，教師充分應用希沃白板中的人工智能技術(shù)展開教學活動，引導學生通過“剝離”表象，找到真實對象中的本質(zhì)屬性，進而得到數(shù)學的研究對象?！?/p>

2.鞏固看“圓”的眼光，提升對“圓”的認識

（1）認識圓的圖形特征

師：請看屏幕，中心有一個被按下去的點，這個點就叫作圓心，用字母O表示；從圓心任意畫一條到圓上的線段，叫作半徑，用字母r表示；將半徑延長，使其兩端都在圓上，這樣，通過圓心，并且兩端都在圓上的線段叫作直徑，用字母d表示。請在自己畫的圓上用直尺和鉛筆畫出圓的半徑和直徑。

（2）通過繪制鞏固認識

師：大家能夠看出圓的直徑和半徑的關系嗎？

生1：同一個圓的直徑是半徑的2倍，即d=2r。

師：接下來我們再繪制一個半徑是5厘米的圓，畫完之后用O、r、d分別表示圓心、半徑和直徑，注意直徑和半徑不要畫重合。

生2：我發(fā)現(xiàn)圓的大小由半徑（直徑）決定，半徑（直徑）越大，圓就越大；半徑（直徑）越小，圓就越小

【評析：數(shù)學眼光本身不是被動接受的結(jié)果，必須由學生通過親歷實踐、獨立思考，一點一點積累。在以上教學環(huán)節(jié)中，教師充分應用希沃白板的交互功能展開教學活動，學生通過一次次操作實踐，在問題情境中提煉數(shù)學對象，在一次次交流與表達中提升自己的數(shù)學眼光。】

3.拓展看“圓”的眼光，豐富對“圓”的認識

（1）小組合作，共破難點

師：“圓”這個詞語既是一個名詞，也是一個形容詞。我們形容一個東西很圓，就要找到這個東西的核心特征。大家以小組為單位，繼續(xù)探究圓的圖形特征。

組1：先用剪刀將紙上畫出來的圓剪下來，然后將其沿著直徑對折，發(fā)現(xiàn)只要折痕經(jīng)過圓心，圓的兩側(cè)都是對稱的，也就是說圓是軸對稱圖形，對稱軸是它的直徑，直徑又有無數(shù)條，因此圓的對稱軸也有無數(shù)條。

組2（借助希沃授課助手展示操作過程）：將兩張紙上畫出的圓剪下，一個圓靜止不動，另一個圓不管怎么旋轉(zhuǎn)，都能經(jīng)過平移之后與第一個圓完全重合。由此可見，圓屬于中心對稱圖形，圓心就是圓的中心對稱點。

師：由此可見，圓既是軸對稱圖形，也是中心對稱圖形。這是圓的重要性質(zhì)。

（2）拓展學習，豐富認識

師：接下來，我們從圓心引出兩條線段到圓弧上，這兩條線段之間會形成一個夾角，夾角有哪幾種情況呢？

生1：銳角、直角和鈍角。

（教師通過幾何畫板工具展示不同大小圓心角對應的扇形，使學生對扇形、弧和圓心角的概念有初步的認識。學生根據(jù)手頭的素材進行裁剪，得到不同大小的扇形）

生2：圓心角越大、半徑越長，扇形的面積就越大。

師：同學們很棒！我們對圓這個圖形的認識越來越豐富，看待圓的眼光已經(jīng)不僅僅停留在表面的那些線條，對圓的性質(zhì)也有了更深入的了解。因此，只要自己動手探究，我們的眼光、思維和能力也會越來越強。

（3）習題練習，鞏固新知

師：借助希沃反饋器完成以下練習。

①在進行畫圓時，（?）決定圓的位置，（ ）決定圓的大小。

A.半徑? ? ? B.圓心? ? ?C.圓規(guī)

②通過圓心且兩端都在圓上的（?）叫直徑。

A.直線? ? ? B.線段? ? ?C.射線

③判斷：

圓的半徑有無數(shù)條（?）。

圓有無數(shù)條對稱軸（?）。

半徑3厘米的圓與直徑6厘米的圓一樣大（ ）。

【總評】

培育數(shù)學眼光的過程，就是一個打通數(shù)學與真實世界的過程。在“圓的認識”這一課中，教師積極借助人工智能技術(shù)來培養(yǎng)學生的數(shù)學眼光，希沃反饋器、FLASH動畫、幾何畫板、授課助手等工具，生動形象地展示了圓這個圖形的多方面特征，學生能夠清晰明了地進行學習，因此本課取得了良好的教學效果。圍繞培養(yǎng)學生數(shù)學眼光這個點，教學中還有四點需要注意的地方：

1.喧賓不能奪主——培養(yǎng)數(shù)學眼光需尊重學生主體性

數(shù)學有著自身獨特的學科特征與知識邏輯，與一般的人文學科不同，數(shù)學學科比較強調(diào)邏輯推理與表達，但理解數(shù)學問題的方式是豐富多樣的。學生是教學的主體，以學生為中心的教育理念必須被貫徹執(zhí)行，人工智能技術(shù)的加入符合學生數(shù)學學習認知需要。教師要以學生為中心進行教學設計，使學生在人工智能技術(shù)的引導下拓寬思維、反復研習，最終提升數(shù)學眼光。

2.循序才能漸進——培養(yǎng)數(shù)學眼光需逐層遞進教學內(nèi)容

學生數(shù)學眼光的培養(yǎng)需要教師在課前準備時有著清晰的目標，因為數(shù)學眼光的培養(yǎng)不是一個簡單的環(huán)節(jié)，而是要融入教學目標，課程講解、師生互動、課后練習等部分都要依據(jù)教學目標而展開。這樣才能使得整個教學更加緊湊，也便于學生形成數(shù)感和量感。教師要主動搜集和了解學生的已有經(jīng)驗和知識，循序漸進地開展數(shù)學教學，尤其是人工智能技術(shù)的加入，更能培養(yǎng)學生對數(shù)學學習的興趣，培養(yǎng)學生的數(shù)學眼光。

3.既深入又淺出——培養(yǎng)數(shù)學眼光需將抽象理論具體化

幾何圖形具有一定的抽象性，學生學習起來有一定的困難，因此教師要利用教學工具加以引導，讓學生能夠?qū)缀螆D形形成清晰的認識，并掌握思考的角度和方法。近些年，人工智能技術(shù)在平面幾何、立體幾何等方面都有著廣泛的應用。教師可以充分利用人工智能技術(shù)，通過動態(tài)繪制的方式將多種圖形的信息展示出來，并且通過輸入數(shù)據(jù)的方式對圖形進行動態(tài)調(diào)整。需要注意的是，幾何圖形來自于現(xiàn)實生活中，教師在展示幾何圖形時也應該將其與現(xiàn)實生活聯(lián)系起來，幫助學生從生活實物一步步抽象出數(shù)學概念。這在培養(yǎng)學生數(shù)學眼光時是不可忽略的。

4.熟練才能生巧——培養(yǎng)數(shù)學眼光需在實踐中不斷磨煉

數(shù)學擁有眾多的理論和方法，這些理論和方法之間有的互通，有的則沒有關系。數(shù)學這樣的特征使得學生需要不斷地探究才能夠找到一些學習技巧，也就是要在反復觀察和比較數(shù)學理論與實際問題中增強數(shù)學眼光。對此，教師要積極應用人工智能技術(shù)大數(shù)據(jù)的方式對學生進行考查，精準掌握學生的認知情況。在學生回答后，教師要及時鼓勵和表揚，對于回答較差的學生，教師要幫助他們解決在數(shù)學學習中遇到的問題，給予他們學習數(shù)學的動力。

總之，數(shù)學眼光的提升能夠讓學生掌握數(shù)學各知識之間的關系，將知識點融會貫通起來，同時能夠遷移知識，構(gòu)建完整的知識結(jié)構(gòu)。在國家不斷推進課程改革，強調(diào)核心素養(yǎng)的大背景下，教師要積極運用人工智能技術(shù)創(chuàng)新教育方式，讓學生能夠在輕松快樂的氛圍中學習思考、探究實踐，讓學生能夠綻放精彩。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 鄭大明.“數(shù)學眼光”的基本表現(xiàn)及其評價：基于數(shù)感、量感、形感的思考[J]. 小學教學參考，2021（29）：3-6.

[2] 胡晉賓，劉洪璐.數(shù)學眼光的內(nèi)涵及培養(yǎng)[J].中學數(shù)學月刊，2021（2）：17-20.

[3] 陳靜安.核心素養(yǎng)視域下的數(shù)學眼光及其教學策略研究[J].廣東第二師范學院學報，2020（6）：23-28.

[4] 王宗耀.用數(shù)學眼光觀察世界，體驗生活：小學數(shù)學教學研究[J].新課程（小學），2016（11）：24.

[5] 歐陽美來.讓推理提高數(shù)學學習效率：小學數(shù)學核心素養(yǎng)下推理能力培養(yǎng)對策探究[J].當代教研論叢，2016（8）：49-50.

【本文系連云港市第六期“521工程”科研資助項目“人工智能技術(shù)與學科教學深度融合的應用研究”（LYG06521202112）的部分研究成果。】

（責編 金 鈴）