人工智能賦能小學數(shù)學教學變革的實踐探索

盛海迪　唐斌

摘? ?要：人工智能技術(shù)的高速發(fā)展推動了小學教育教學活動的改革和創(chuàng)新，將人工智能技術(shù)與小學數(shù)學課堂高效融合是小學數(shù)學教育變革發(fā)展的必然趨勢。在賦能思維和價值的引導下，從人工智能賦能小學數(shù)學課堂屬性、系統(tǒng)架構(gòu)及基本原理進行分析，進而闡釋在人工智能賦能下的小學數(shù)學課堂教學變革的機理。進一步闡述人工智能賦能小學數(shù)學課堂應當遵循的三項基本原則，通過三項基本原則詮釋小學數(shù)學教育的價值觀、目標觀及本質(zhì)觀。在人工智能時代背景下，通過借助人工智能設備或技術(shù)來構(gòu)建小學數(shù)學課堂教學場景、激發(fā)學生思維、開展分層教育等實踐路徑，實現(xiàn)小學數(shù)學課堂教學效率和質(zhì)量的全面提升。

關鍵詞：小學數(shù)學；人工智能；教學變革；實踐路徑

中圖分類號：G623.5? ?文獻標識碼：A? ?文章編號：1009-010X（2023）25-0031-04

近些年來，人工智能技術(shù)快速發(fā)展正在不斷改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ?，這其中包括衣、食、住、行、教育等多個方面。早在2018年4月份，教育部便發(fā)布《教育信息化2.0》相關行動計劃和行動指南。國家明確指出人工智能教育信息化應該是以“發(fā)掘?qū)W生潛質(zhì)，激發(fā)學生學習興趣，指導學生學習等”作為相應的發(fā)展目標。

數(shù)學課程作為小學的一門基礎課程，其具有較強的綜合性、邏輯性以及抽象性。所涉及的知識內(nèi)容廣泛，知識體系較為復雜。在人工智能時代，對于教師而言既是挑戰(zhàn)也是機遇，如何將人工智能技術(shù)融合到小學數(shù)學課堂當中，從而滿足社會對學生的多元化發(fā)展是一個較大的挑戰(zhàn)。

一、人工智能賦能小學數(shù)學課堂教學變革的機理

人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展正在推動新一輪的科技和產(chǎn)業(yè)技術(shù)的革命，不斷地改變著人們的日常生活，推動人類向人機協(xié)同、數(shù)字孿生、跨界融合的智能時代發(fā)展。針對人工智能賦能小學數(shù)學課堂教學變革的機理研究，可以幫助我們更好地掌握小學數(shù)學課堂教學狀態(tài)，提高小學數(shù)學教學的質(zhì)量和效率。

（一）人工智能賦能小學數(shù)學課堂變革的系統(tǒng)架構(gòu)

機理，顧名思義指的就是某個特定的系統(tǒng)當中的不同的要素之間的結(jié)構(gòu)、關系和相互作用的原理和規(guī)則。就小學數(shù)學課堂而言，構(gòu)成課堂變革的系統(tǒng)架構(gòu)的要素和機構(gòu)則是對機理的表征。根據(jù)教學論中的觀點，可以將小學數(shù)學課堂看成是由教學目標、內(nèi)容、方法、評價、環(huán)境的教學因素及學生與教師人為因素構(gòu)成的動態(tài)綜合體。在這個動態(tài)綜合體當中有著明確的任務分配，學生是整個教學過程中的主體，而教師負責主導整個教學過程。這兩個要素是小學數(shù)學課堂教學使命完成的出發(fā)點和落腳點，是決定課堂教學效率和質(zhì)量的核心要素。此外，小學數(shù)學課堂的教學的內(nèi)容和教學活動需要根據(jù)實際的教學目標進行智能化的量身定制。針對不同的教學目標，所設計出的教學內(nèi)容也應該具有較強的對應性，根據(jù)不同的個體選擇全面、合適的教學方法。

（二）人工智能賦能小學數(shù)學課堂變革的基本原理

人工智能賦能小學數(shù)學課堂首先需要完成對賦能環(huán)境的建設。與傳統(tǒng)的小學數(shù)學課堂教學環(huán)境相比，人工智能賦能的課堂環(huán)境建設主要是借助相關的數(shù)學知識圖譜、智能模式識別等人工智能相關技術(shù)對原有的課堂教學環(huán)境進行變革，實現(xiàn)課堂的動態(tài)交互、虛實交互、數(shù)學情境設置、個性化知識拓展等目標。借助人工智能對教學環(huán)境的賦能可以使師生獲得沉浸智能交互的體驗。針對課堂教學設計的賦能是小學數(shù)學課堂第二個核心變革要素，通過人工智能技術(shù)對教學設計進行賦能，可以實現(xiàn)教學設計定制化目標、自適應內(nèi)容等，在原有的教學設計基礎上更加智能化。在賦能教學環(huán)境和教學設計的基礎上，需要將教學內(nèi)容付諸于實踐，此時需要對教學實踐進行賦能。相比于傳統(tǒng)的教學活動，通過人工智能賦能后的智能化實施模式更容易實現(xiàn)人機協(xié)同的功能。

二、人工智能賦能小學數(shù)學課堂教學變革的基本原則

在“雙減”政策背景下，人工智能賦能小學數(shù)學課堂教學的變革需要遵循以下三大原則，在這三大原則的基礎上能更好地確保教學變革的有效性和正確性。

（一）堅持以學生為本，拒絕“本末倒置”的教育價值觀

在人工智能技術(shù)日益發(fā)展的大環(huán)境之下，技術(shù)與教育之間的融合深度勢必會不斷加深。所謂的人工智能教育必須堅持學生的主體地位，平衡學生、教師與技術(shù)三者之間的關系，而不是拘泥于有多少新的智能技術(shù)應用于課堂教學當中。學生、教師及日新月異的技術(shù)之間的關系從本質(zhì)上來講應當滿足以學生個人的發(fā)展為核心的教育價值觀，小學數(shù)學課堂教育只不過是一種手段，而技術(shù)則是這種手段實施的一種支撐條件。換句話講，當人工智能技術(shù)進入小學數(shù)學課堂時應當“消融”在課堂教學當中，成為人工智能賦能小學數(shù)學課堂教學的一部分，也叫技術(shù)教育化。人工智能賦能小學數(shù)學課堂可以解決知識碎片化的問題，能夠讓技術(shù)更好地服務于教育教學。因此，人工智能賦能小學課堂應當以學生個體的發(fā)展為目的，拒絕因技術(shù)追求效率而忽視人的教育價值觀。

（二）堅持以核心素養(yǎng)為主，拒絕“填鴨式”的教育目標觀

在人工智能技術(shù)不斷發(fā)生創(chuàng)新的同時，小學數(shù)學教學也不斷發(fā)生改革創(chuàng)新。就當下而言，我國的小學數(shù)學教育已經(jīng)進入了一個新的時代，不再以重復性繁瑣的教學模式為主，而是轉(zhuǎn)變成一種智慧型、系統(tǒng)性的教學模式。教師需要對海量的信息資源進行篩選、整合，設計出對學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有利的教學方案。傳統(tǒng)的課堂教學大多是教師“居高臨下”，導致學生喪失了課堂自主權(quán)，在新的教育形態(tài)下應該鼓勵學生能夠相互合作自發(fā)式的學習。通過教師在教學過程中的不斷的引導，充分挖掘?qū)W生個體自身的能力和個性特征，同時將學生教育成具有批判性思維的人才。小學數(shù)學課堂應當是學生全面展示個人素養(yǎng)的舞臺，作為教師不應該僅僅局限于學生知識的傳授或者解題能力培養(yǎng)，而是應該包括在人工智能時代下對學生的教育價值觀和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。堅持以核心素養(yǎng)作為學生教育目標觀的培養(yǎng)，有助于學生成為愛國、有責任感、創(chuàng)新思維、全面發(fā)展的優(yōu)秀人才。

（三）堅持以生命為主，拒絕“取代式”的教育本質(zhì)觀

在中小學的教育當中，首當其沖的應該是生命教育，生命是整個教育的基礎和核心。在智能化學習的環(huán)境當中，尤其要加強學生熱愛生活，珍愛生命的教育。在日常的課堂教學當中，教師除了引導學生學習數(shù)學知識以外，更為重要的是能夠培養(yǎng)學生獲得知識，增長見識，拓寬自身生命長寬高的能力?？茖W技術(shù)的創(chuàng)新必定是要和學生、教師主體同步的，在智能化教學的背景下，人工智能機器、技術(shù)只是輔助學習的一種支撐條件和手段。小學數(shù)學課堂教學不僅要打破傳統(tǒng)的學生只是知識消費者的思想，而且需要培養(yǎng)、激勵學生成為知識的創(chuàng)造者。在教育和人工智能不斷深度融合的未來，各種智能技術(shù)將會成為教學過程中的不可或缺的內(nèi)容，但絕不是教育的主體。

三、人工智能賦能小學數(shù)學課堂的實踐路徑研究

根據(jù)新課改的要求，在小學數(shù)學課堂當中引入人工智能技術(shù)對突破現(xiàn)有小學數(shù)學課堂教學障礙有著重要的意義，是實現(xiàn)小學數(shù)學課堂智能化教學的有效途徑。

（一）基于人工智能沉浸式媒體，構(gòu)建直觀教學場景

教育要根據(jù)不同年齡段的學生自身的特點，順應學生的認知發(fā)展規(guī)律，而不是一味的強行灌輸式的迫使學生被動接受學習。學生只有通過自己體會、感悟，自己構(gòu)建出學習的知識，才能真正實現(xiàn)智能化教育的目的。相比于初高中學生而言，小學生處于思維形象比較發(fā)達的年齡階段，在小學數(shù)學課堂教學中教師可以通過人工智能沉浸式媒體，來構(gòu)建直觀的教學場景，使學生能夠利用自身的形象思維更好地認識問題、學習知識。例如，在講授小學數(shù)學課程當中“認識正方體”的內(nèi)容時，教師可以借助人工智能AR輔助教學手段，利用AR將立方體展現(xiàn)在學生面前，加深學生對正方體的認知。為了進一步加深學生對正方體的認知，讓學生獲得直觀的感受，點擊演示按鈕，通過AR技術(shù)向?qū)W生展示正方體的展開過程及各個表面特征。教師還可以進一步讓學生進行演示，通過學生自身與AR進行交互，來促使學生身臨其境，能夠更好掌握正方體的相關特性。

（二）基于人機協(xié)同操作，激發(fā)學生創(chuàng)新思維

人工智能與小學數(shù)學課堂的深度融合通常會以人機協(xié)同操作的方式建立人與機器、智能化設備溝通的橋梁，同時需要變革教學設計來匹配人機協(xié)同操作。要想達到這個目的，需要在人工智能背景下能夠?qū)虒W目標、教學內(nèi)容及教學方法等再次進行優(yōu)化。在人工智能時代的教育環(huán)境下，小學教師可以借助人工智能設備、技術(shù)等構(gòu)建人機協(xié)同操作的教學模式，將所要教授的數(shù)學知識通過動態(tài)畫面展示給學生，將課堂交還給學生，由學生動手實踐說出問題的答案。例如，在小學數(shù)學課程當中講解加法相關的數(shù)學知識的時候，可以借助電子交互白板。教師可以在白板上顯示出物品的種類和對應的價格，讓學生根據(jù)自己的喜好選擇不同的物品，并且計算出所選的物品的最終的價格。通過白板作為支撐條件，極大地提高了學生課堂參與性與活躍性，同時能夠讓學生解決生活中的實際問題，激發(fā)學生創(chuàng)新思維能力。

（三）基于大數(shù)據(jù)智能化分析，開展學生分層教育

在傳統(tǒng)的教學過程中，不同教師的教學理念、教學方法及對知識的掌握程度均不同，這也是造成學生學習能力、學習方法以及知識掌握存在較大差異的影響因素之一。教師可以根據(jù)教學過程中人工智能大數(shù)據(jù)信息反饋系統(tǒng)來實時的對每個學生的學習情況進行掌握和分析，通過大數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，結(jié)合不同學生的需求，制定更加符合教學實際的教學對策，從而實現(xiàn)最終的靈活多變式的教學。例如，在教授小學數(shù)學應用題的過程中，假設工人師傅需要修一段1km長的公路，現(xiàn)在花了5天時間已經(jīng)完成了道路修繕的五分之一，請問修完整個公路需要多少時間？學生可以借助平板等智能化設備，將自己所獲取的有用的條件信息整理出來寫在平板上。教師可以通過學生平板上寫的內(nèi)容通過后臺大數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)哪些學生讀題能力較弱，信息理解不強，對學生進行一個較為簡單的分層。

人工智能賦能小學數(shù)學課堂教學是全面培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要舉措。小學數(shù)學課堂教學是培養(yǎng)小學數(shù)學核心素養(yǎng)的主要戰(zhàn)場之一，也是學校立德樹人的重要渠道之一。通過人工智能技術(shù)推動小學數(shù)學課堂教學變革具有重要的意義。人工智能時代背景下，將人工智能與小學數(shù)學課堂教學相融合，有助于全面推進現(xiàn)代化教育。在實際的人工智能與小學數(shù)學課堂教學相融合的過程中，教師還需要根據(jù)實際的教學需要進行因材施教，采取適當?shù)拇胧瑢⑷斯ぶ悄芤胝n堂，從而加速推動小學數(shù)學課堂教學變革。

參考文獻：

［1］回智光.人工智能時代課堂教學變革邏輯與路徑［J］.教學與管理，2021，（06）：13～16.

［2］張云香.人工智能與小學數(shù)學教學的深度融合的策略研究［J］.考試周刊，2022，（26）：98～101.

［3］許鵬飛.人工智能技術(shù)對教育教學的影響［J］.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2022，43（21）：252～254.

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