人工智能與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的深度融合策略研究

趙云

【摘要】文章以驅(qū)動(dòng)“促進(jìn)信息技術(shù)與數(shù)學(xué)課程融合”的新課程理念落地為出發(fā)點(diǎn)，以培養(yǎng)小學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)為落腳點(diǎn)，探討分析了在新課標(biāo)理念下，從教師教學(xué)形式優(yōu)化、學(xué)生學(xué)習(xí)方式變革兩個(gè)維度上促進(jìn)人工智能與小學(xué)數(shù)學(xué)課程教學(xué)深度融合的策略方法，意在通過對(duì)人工智能教學(xué)技術(shù)的深入開發(fā)及合理運(yùn)用，打造智慧化的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)新樣態(tài)，全面驅(qū)動(dòng)義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程的改革.

【關(guān)鍵詞】人工智能；小學(xué)數(shù)學(xué)；數(shù)學(xué)教學(xué)；融合策略

教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)是構(gòu)成小學(xué)數(shù)學(xué)課程的兩大要素.在教育信息化背景下，嚴(yán)格遵循《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》）提出的課程理念，堅(jiān)持發(fā)展學(xué)生數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的育人導(dǎo)向，將人工智能這一兼具智慧化、創(chuàng)新化的技術(shù)融入小學(xué)數(shù)學(xué)課程的教與學(xué)活動(dòng)之中，不但有益于義務(wù)教育數(shù)學(xué)教育發(fā)展進(jìn)步，對(duì)小學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)效率、數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)能力及數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的提升同樣具有重要意義.

一、借助人工智能優(yōu)化教師的教學(xué)形式

在一般情況下，小學(xué)數(shù)學(xué)教師的課程教學(xué)工作可劃分為課前準(zhǔn)備教學(xué)、課中實(shí)施教學(xué)以及課后設(shè)計(jì)作業(yè)三個(gè)維度.由此，在教育信息化背景下，開展人工智能與小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的融合實(shí)踐時(shí)，教師便可將人工智能技術(shù)以更為合理與有效的方式融入自身三項(xiàng)教學(xué)組織及研究活動(dòng)之中.

（一）借力人工智能技術(shù)，智慧備課

課前備課是構(gòu)建高效小學(xué)數(shù)學(xué)課堂的重要前提工作.在教育信息化背景下，小學(xué)數(shù)學(xué)教師可將人工智能技術(shù)應(yīng)用到備教材、備學(xué)情中，為課中精準(zhǔn)教學(xué)的實(shí)現(xiàn)打好提前量.

以人教版二年級(jí)上冊(cè)數(shù)學(xué)教材第一課“長(zhǎng)度單位”為例.在展開備教材工作時(shí)，小學(xué)數(shù)學(xué)教師可在充分研讀教材及《新課標(biāo)》的基礎(chǔ)上，明確本課的教學(xué)方向?yàn)橹笇?dǎo)學(xué)生規(guī)范使用刻度尺等長(zhǎng)度測(cè)量工具，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)“100厘米=1米”的數(shù)學(xué)長(zhǎng)度概念、會(huì)用刻度尺畫長(zhǎng)度一定的線段后，利用創(chuàng)建課程的AI軟件生成教學(xué)方案，以此大幅度縮短及壓減教學(xué)精力及時(shí)間在備教材、寫教案工作中的投入，將更多的教學(xué)關(guān)注點(diǎn)合理轉(zhuǎn)移到學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方式的調(diào)整及優(yōu)化中.而在開展備學(xué)情工作時(shí)，小學(xué)數(shù)學(xué)教師可在AI軟件生成的教學(xué)方案的基礎(chǔ)上，利用微課教學(xué)技術(shù)或PowerPoint軟件為學(xué)生制作設(shè)計(jì)圖文并茂的導(dǎo)學(xué)視頻，并將制作好的導(dǎo)學(xué)視頻發(fā)布到線上教學(xué)平臺(tái)或班級(jí)微信群中，讓學(xué)生在家長(zhǎng)的督促下線上自主觀看，使其通過導(dǎo)學(xué)視頻把握用刻度尺測(cè)量物體長(zhǎng)度的方法，并初步了解到1米=100厘米.

在此基礎(chǔ)上，小學(xué)數(shù)學(xué)教師還可在導(dǎo)學(xué)視頻的最后為學(xué)生提供預(yù)習(xí)清單，讓學(xué)生在線上自主獨(dú)立完成，并將學(xué)生學(xué)習(xí)清單的完成情況作為學(xué)情分析數(shù)據(jù)，導(dǎo)入線上教學(xué)平臺(tái)的智能評(píng)估系統(tǒng)之中，在AI技術(shù)的加持及輔助下更為全面和客觀地評(píng)估學(xué)生的各項(xiàng)能力和潛在智能，以此促進(jìn)教學(xué)方案及教學(xué)計(jì)劃的完善.

（二）應(yīng)用人工智能技術(shù)，靈活教學(xué)

人工智能教學(xué)技術(shù)的卓越優(yōu)勢(shì)在于，其能夠運(yùn)用數(shù)據(jù)分析、計(jì)算思維將不易被學(xué)習(xí)者接受的復(fù)雜問題以更直白、更簡(jiǎn)潔的形式呈現(xiàn)出來，提高學(xué)習(xí)者的接受能力及對(duì)新知內(nèi)容的內(nèi)化吸收速率.由此，小學(xué)數(shù)學(xué)教師在課中教學(xué)中展開人工智能的融合實(shí)踐時(shí)，便可積極開發(fā)其靈活自如的教學(xué)優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生打造更具吸引力的智慧數(shù)學(xué)課堂.

例如，在教學(xué)人教版二年級(jí)下冊(cè)數(shù)學(xué)教材“圖形的運(yùn)動(dòng)（一）”一課時(shí)，教師就可將智能教育工具和智能教育機(jī)器人引入課堂教學(xué)之中，讓學(xué)生以動(dòng)手實(shí)踐以及與AI智能機(jī)器人對(duì)話的方式理解軸對(duì)稱圖形、平移現(xiàn)象和旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象.

首先，小學(xué)數(shù)學(xué)教師可利用希沃白板將含有動(dòng)物形象的剪紙作品呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，吸引學(xué)生的注意力，并以問題“同學(xué)們，你們知道如何在紙上剪出這些小動(dòng)物嗎”活躍學(xué)生思維，驅(qū)使學(xué)生與AI智能機(jī)器人進(jìn)行對(duì)話，問詢剪紙作品的制作步驟及方法，使其通過與AI交互，認(rèn)識(shí)到剪紙作品中包含了軸對(duì)稱圖形以及圖形的旋轉(zhuǎn)、平移，并生成動(dòng)手制作動(dòng)物形象剪紙作品的興趣.

其次，教師可立足學(xué)生預(yù)習(xí)清單的完成情況，遵循“組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)”的分組原則劃分學(xué)習(xí)小組，并為學(xué)生布置三項(xiàng)剪紙任務(wù)：“剪出一個(gè)蝴蝶”“將下圖中的圖形拼成一條小魚，說出移動(dòng)圖形的步驟”“制作一個(gè)紙風(fēng)車”，并為各組學(xué)生提供與AI智能機(jī)器人、小組成員對(duì)話交流的時(shí)間，在促進(jìn)學(xué)生思維碰撞的同時(shí)，讓學(xué)生通過細(xì)致聆聽AI智能機(jī)器人的趣味說明和講解，對(duì)軸對(duì)稱圖形、圖形的平移和旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象形成較好的把握認(rèn)識(shí)，并在動(dòng)手剪紙、實(shí)際操作的過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)本課重要數(shù)學(xué)概念的內(nèi)化吸收.

最后，教師可在學(xué)生合作完成上述實(shí)踐活動(dòng)后，將指向本課知識(shí)內(nèi)容鞏固復(fù)習(xí)的教學(xué)問答錄入AI智能機(jī)器人的對(duì)話系統(tǒng)中，讓學(xué)生以“搶答”的形式回答機(jī)器人所提出的“什么是軸對(duì)稱圖形、平移現(xiàn)象和旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象”“在生活中還有哪些是對(duì)稱圖形、圖形的平移和旋轉(zhuǎn)”等問題，讓學(xué)生在AI智能機(jī)器人“嘟嘟嘟”正確音效和“嘀嘀嘀”錯(cuò)誤音效的提示下，自覺主動(dòng)地調(diào)整自己對(duì)軸對(duì)稱圖形、圖形平移、圖形旋轉(zhuǎn)的描述及表達(dá)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)趣味化的有效數(shù)學(xué)學(xué)習(xí).

（三）開發(fā)人工智能技術(shù)，分層作業(yè)

隨著“雙減”政策的持續(xù)深化，在現(xiàn)如今的小學(xué)數(shù)學(xué)課程教學(xué)中，如何在課后作業(yè)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出“減負(fù)增效”和“因材施教”理念是教師重點(diǎn)關(guān)注的教學(xué)優(yōu)化問題.在信息化教育背景下，小學(xué)數(shù)學(xué)教師可利用人工智能教學(xué)技術(shù)中的學(xué)生行為分析功能對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)層次進(jìn)行精準(zhǔn)劃分，為不同層次、不同水平的學(xué)生布置分層化、差異化的課后數(shù)學(xué)作業(yè)，以此將因材施教、立德樹人根本教育任務(wù)落到實(shí)處.

例如，在教學(xué)人教版三年級(jí)上冊(cè)數(shù)學(xué)教材“長(zhǎng)方形和正方形”一課課后作業(yè)時(shí)，教師可將學(xué)生在課前預(yù)習(xí)中以及課中學(xué)習(xí)中的狀態(tài)、進(jìn)展、參與程度等有關(guān)數(shù)據(jù)整合起來，輸入基于人工智能技術(shù)的學(xué)生行為分析系統(tǒng)中，讓AI分析學(xué)生學(xué)習(xí)速度、學(xué)習(xí)熱情、學(xué)習(xí)態(tài)度以及行為表現(xiàn)等信息，并以金字塔圖的形式將學(xué)生科學(xué)劃分為A，B，C，D四個(gè)層次，清楚地體現(xiàn)出不同層次學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的薄弱之處.此后，小學(xué)數(shù)學(xué)教師就可以此為依據(jù)為不同層次學(xué)生布置分層數(shù)學(xué)課后作業(yè).

第一，可為數(shù)學(xué)知識(shí)把握扎實(shí)、學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)的A層次學(xué)生布置指向思維訓(xùn)練的課后作業(yè).

【作業(yè)一】一個(gè)長(zhǎng)方形的寬是5厘米，它的長(zhǎng)是寬的4倍，這個(gè)長(zhǎng)方形的長(zhǎng)和周長(zhǎng)是多少厘米？

【作業(yè)二】李伯伯有一塊一面靠墻、邊長(zhǎng)是6米的正方形菜地.如果李伯伯想要將這塊菜地用籬笆圍起來，那么至少需要長(zhǎng)是多少米的籬笆？

第二，可為數(shù)學(xué)知識(shí)把握較好、自主學(xué)習(xí)意識(shí)較低的B層次學(xué)生布置指向數(shù)學(xué)應(yīng)用的課后作業(yè).

【作業(yè)一】籃球場(chǎng)的長(zhǎng)是30米，寬是16米，小紅繞籃球場(chǎng)跑3圈，一共跑了多少米？

【作業(yè)二】為一塊邊長(zhǎng)是20分米的正方形桌布的四周縫制花邊，需要長(zhǎng)為多少米的花邊？

第三，可為數(shù)學(xué)知識(shí)掌握一般、但數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)態(tài)度端正的C層次學(xué)生布置指向鞏固復(fù)習(xí)的課后作業(yè).

【作業(yè)一】畫出一個(gè)長(zhǎng)是7厘米、寬是5厘米的長(zhǎng)方形和一個(gè)邊長(zhǎng)是6厘米的正方形，分別用兩種計(jì)算方式計(jì)算這兩個(gè)圖形的周長(zhǎng)，比較哪種計(jì)算方法更簡(jiǎn)便.

【作業(yè)二】量一量數(shù)學(xué)課本、作業(yè)本的長(zhǎng)和寬，并計(jì)算它們的周長(zhǎng).

第四，可為數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)能力相對(duì)較差且存在數(shù)學(xué)厭學(xué)情緒的D層次學(xué)生布置指向數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)的課后作業(yè).

【作業(yè)一】用一根24厘米的繩子圍一個(gè)正方形，量一量這個(gè)正方形的邊長(zhǎng).

【作業(yè)二】可以在一個(gè)長(zhǎng)是12厘米、寬是4厘米的長(zhǎng)方形紙中折出多少個(gè)正方形？每個(gè)正方形的邊長(zhǎng)是多少？

在此基礎(chǔ)上，小學(xué)數(shù)學(xué)教師還可利用人工智能技術(shù)的智能學(xué)管家為不同層次的學(xué)生制訂更具個(gè)性化及針對(duì)性的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)計(jì)劃，利用遠(yuǎn)程教學(xué)工具對(duì)學(xué)生進(jìn)行線上教學(xué)輔導(dǎo)，讓學(xué)生通過自主完成層次化的數(shù)學(xué)作業(yè)以及接受差異化線上教學(xué)指導(dǎo)，獲得不同程度的發(fā)展提升.

二、借助人工智能變革學(xué)生的學(xué)習(xí)方式

認(rèn)真聽講、獨(dú)立思考、動(dòng)手實(shí)踐、自主探索及合作交流是小學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的重要方式.小學(xué)數(shù)學(xué)教師在新課標(biāo)理念的指導(dǎo)下，開展數(shù)學(xué)課程教學(xué)與人工智能的融合工作時(shí)，就要在優(yōu)化自身課程教學(xué)形式的基礎(chǔ)上，深入開發(fā)不同人工智能技術(shù)在推動(dòng)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方式、進(jìn)階學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)力等方面的積極作用，以此讓小學(xué)生在人工智能技術(shù)的良性干預(yù)及作用下實(shí)現(xiàn)從淺表學(xué)習(xí)、無意義學(xué)習(xí)到深度學(xué)習(xí)、有價(jià)值學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變.

（一）人工智能輔助直觀情境創(chuàng)設(shè)，增強(qiáng)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)動(dòng)力

情境教學(xué)在小學(xué)數(shù)學(xué)課程中有極高、極廣的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用范圍.在教育信息化背景下，運(yùn)用人工智能技術(shù)變革小學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方式時(shí)，教師可合理利用人工智能技術(shù)中虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的功能，進(jìn)一步提高數(shù)學(xué)教學(xué)情境的生動(dòng)性和直觀性，一來更好發(fā)揮情境教學(xué)對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)狀態(tài)調(diào)整、數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣調(diào)動(dòng)的積極作用；二來讓學(xué)生在AI技術(shù)的作用下主動(dòng)建立起數(shù)學(xué)和現(xiàn)實(shí)生活的關(guān)聯(lián)，對(duì)數(shù)學(xué)學(xué)科的實(shí)用價(jià)值、應(yīng)用價(jià)值形成客觀清醒的認(rèn)識(shí)把握，從而得到數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)動(dòng)力的持續(xù)加強(qiáng).

例如，在指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)人教版四年級(jí)上冊(cè)數(shù)學(xué)教材第五課“平行四邊形和梯形”第一課時(shí)“平行與垂直”一課的知識(shí)內(nèi)容時(shí)，小學(xué)數(shù)學(xué)教師就可利用人工智能技術(shù)中的虛擬現(xiàn)實(shí)功能，將教室、街道、家庭住宅、學(xué)校操場(chǎng)等生活場(chǎng)景的全景圖呈現(xiàn)出來，為學(xué)生打造更為真實(shí)立體及形象生動(dòng)的教學(xué)情境，促使學(xué)生實(shí)現(xiàn)動(dòng)手又動(dòng)腦的有意義學(xué)習(xí)，并在人工智能技術(shù)的作用下認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)是一門源于現(xiàn)實(shí)世界的自然科學(xué)，生成將數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活問題解決之中的創(chuàng)新實(shí)踐意識(shí).

（二）人工智能協(xié)助小組合作探究，鍛煉數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)能力

在新課標(biāo)理念下，融合人工智能技術(shù)組織學(xué)生以小組合作的形式開展數(shù)學(xué)探究時(shí)，教師可將操作簡(jiǎn)單、上手快的AI學(xué)習(xí)工具嵌入學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程之中，在充分體現(xiàn)小學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)主體性與主觀能動(dòng)性的同時(shí)，使學(xué)生通過操作和使用AI學(xué)習(xí)工具更為精準(zhǔn)、有效地把握數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的規(guī)律以及解決數(shù)學(xué)問題的“門道”.

例如，在教學(xué)人教版四年級(jí)下冊(cè)數(shù)學(xué)教材“運(yùn)算律”一課時(shí)，指導(dǎo)學(xué)習(xí)小組以加法運(yùn)算律[加法交換律a+b=b+a；加法結(jié)合律a+（b+c）=（a+b）+c]為基礎(chǔ)推導(dǎo)探究乘法運(yùn)算律時(shí)，小學(xué)數(shù)學(xué)教師可在科學(xué)劃分?jǐn)?shù)學(xué)探究小組的基礎(chǔ)上，將智能思維導(dǎo)圖工具提供給各個(gè)學(xué)習(xí)小組，讓學(xué)生在人工智能技術(shù)的協(xié)助下展開更為深入的數(shù)學(xué)探究和數(shù)學(xué)規(guī)律探索.

首先，教師可以提出問題：“對(duì)于乘法分配律，你們能夠提出哪些猜想？”驅(qū)動(dòng)學(xué)生展開小組討論，使其在交流溝通中實(shí)現(xiàn)思維碰撞，并猜想在乘法中或許有a×b=b×a，a×（b×c）=（a×b）×c，a×（b-c）=a×b-a×c，a×（b+c）=a×b+a×c等運(yùn)算律.

其次，小學(xué)數(shù)學(xué)教師可鼓勵(lì)學(xué)生將上述關(guān)于乘法運(yùn)算律的猜想錄入智能思維導(dǎo)圖工具中，讓AI學(xué)習(xí)工具通過分析數(shù)學(xué)模型，生成與之相對(duì)應(yīng)的乘法算式.在這之后，教師則可以提出問題：“AI學(xué)習(xí)工具給出的乘法算式一定是正確的嗎？如何用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行驗(yàn)證？”促使各個(gè)學(xué)習(xí)小組對(duì)AI生成的各個(gè)乘法算式展開一系列的推理驗(yàn)證、歸納概括及批判質(zhì)疑等數(shù)學(xué)探究活動(dòng)，在鍛煉與提高學(xué)生思維嚴(yán)謹(jǐn)性和深刻性的同時(shí)，確保學(xué)生能夠通過本次數(shù)學(xué)探究總結(jié)出乘法運(yùn)算律.

最后，小學(xué)數(shù)學(xué)教師可讓學(xué)生以“運(yùn)算律”為核心關(guān)鍵詞繪制包含加法分配律及乘法分配律的思維導(dǎo)圖，并通過比較加法交換律、結(jié)合律以及乘法交換律、結(jié)合律的方式，體會(huì)到建構(gòu)加法模型和乘法模型對(duì)自身數(shù)學(xué)運(yùn)算能力、問題解決能力及學(xué)習(xí)能力提高所起到的重要意義.

結(jié) 語(yǔ)

總而言之，在新課標(biāo)理念下的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中融合人工智能，對(duì)教師高效教學(xué)的達(dá)成、學(xué)生深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)及學(xué)科核心素養(yǎng)育人目標(biāo)的落地有極為深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義.因此，小學(xué)數(shù)學(xué)教師應(yīng)在把握認(rèn)識(shí)人工智能技術(shù)在優(yōu)化教師教學(xué)形式、變革學(xué)生學(xué)習(xí)方式等方面的優(yōu)勢(shì)作用的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代人工智能技術(shù)的全面分析和深入把握，在促進(jìn)義務(wù)教育數(shù)學(xué)教學(xué)信息化、智慧化、現(xiàn)代化發(fā)展的同時(shí)，為立德樹人根本教育任務(wù)的落地及小學(xué)生全面發(fā)展、終身發(fā)展的實(shí)現(xiàn)提供保障.

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