人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂中的高效應(yīng)用策略

□山東省樂陵市安居小學(xué) 王洪波

人工智能的發(fā)展改變了人們生活方式，如穿衣、住宿、教育、工作等。教育的變化也很明顯，人工智能逐漸在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中得到普及。國家在2018 年頒布信息化教育的相關(guān)政策和行動指南。小學(xué)數(shù)學(xué)作為低學(xué)段基礎(chǔ)性學(xué)科，學(xué)生數(shù)學(xué)能力較弱，數(shù)學(xué)學(xué)科對小學(xué)生而言較難。而人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的運用機遇大于挑戰(zhàn)，能夠為教師教學(xué)帶來重大便利，基于學(xué)生特長構(gòu)建課堂，落實因材施教教育理念，滿足新課標教育改革要求?；诖?，本文圍繞人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂中的高效應(yīng)用策略展開研究。

一、人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂中高效應(yīng)用意義

人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用早在2004 年就被提出，并對人工智能在義務(wù)教育階段的應(yīng)用進行界定。具體而言，小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的人工智能，指教學(xué)算法、數(shù)據(jù)分析、AR 技術(shù)等方面，通過人工智能，更加準確、高效地改變傳統(tǒng)課堂中的不足，開展現(xiàn)代化、智能性的教學(xué)，減輕教師的工作負擔，使教師將精力置于教學(xué)設(shè)計、人工智能應(yīng)用中，推動學(xué)生全面發(fā)展，提高數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量。基于教學(xué)改革視角，人工智能可以打破小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的既定模式，應(yīng)用到教學(xué)活動的各個環(huán)節(jié)中，為教育教學(xué)活動提供技術(shù)支持，有效提高教學(xué)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)生興趣、推動學(xué)生個性發(fā)展。

（一）智慧教學(xué)引起課堂地位改變

借助人工智能開展的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)，是信息時代背景下技術(shù)支持的新型教學(xué)模式，與傳統(tǒng)教學(xué)、多媒體教學(xué)相比，更具技術(shù)、教育方面的優(yōu)勢和價值，能夠大幅度提高教學(xué)質(zhì)量。

人工智能與小學(xué)數(shù)學(xué)的深層次融合體現(xiàn)為智慧教學(xué)，可以有效改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，通過分析學(xué)生的實際情況，推動其進行深度學(xué)習(xí)，實現(xiàn)師生課堂地位的轉(zhuǎn)變，即突出學(xué)生的課堂主體地位，教師回歸主導(dǎo)地位，避免出現(xiàn)課堂地位“本末倒置”的現(xiàn)象，使學(xué)生在課堂中發(fā)揮主觀能動性，通過主動思考和人工智能精準協(xié)助進行數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)，在培養(yǎng)學(xué)生良好數(shù)學(xué)思維能力的同時，提高數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量和效果。

不僅如此，人工智能的運用，能夠為教師實時提供豐富教學(xué)素材，根據(jù)課堂上學(xué)生的實時學(xué)習(xí)狀況提供針對性教學(xué)指導(dǎo)。學(xué)生也可以根據(jù)在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題、困難搜集相關(guān)資料，提供技術(shù)、設(shè)備方面的支撐，推動學(xué)生個性發(fā)展、數(shù)學(xué)能力發(fā)展，真正構(gòu)建高質(zhì)量數(shù)學(xué)課堂，推動學(xué)生數(shù)學(xué)思維、能力的快速發(fā)展。

（二）推進教學(xué)改革，推送合適資源，激發(fā)學(xué)生興趣

人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的運用，通過引進大數(shù)據(jù)分析，為小學(xué)數(shù)學(xué)教育改革帶來了新的轉(zhuǎn)機。在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，大數(shù)據(jù)可以針對學(xué)生的課堂反饋進行全面、深度分析，開展全面、系統(tǒng)的評價，進行持續(xù)追蹤?；趯W(xué)生實際情況的全面了解，在海量資源中選擇合適的內(nèi)容進行推送，便于學(xué)生搜集到適用于自身的學(xué)習(xí)素材，提高學(xué)習(xí)效率和便捷性，幫助學(xué)生體會到數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的樂趣，以此調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性。

不僅如此，大數(shù)據(jù)可以根據(jù)學(xué)生情況進行全面分析，以排查的方式尋找學(xué)生不足之處，并給予一定提示和相關(guān)素材，幫助學(xué)生針對性完善自我，充分突出學(xué)生課堂主體地位，滿足學(xué)生多元學(xué)習(xí)欲望和積極性，協(xié)同教師開展自主性的課堂。

（三）實現(xiàn)教學(xué)求同存異，推動個性發(fā)展

教育改革強調(diào)“因材施教”理念落實，根據(jù)學(xué)生的差異設(shè)計數(shù)學(xué)教學(xué)活動，滿足不同學(xué)生在課堂中的學(xué)習(xí)需求，實現(xiàn)自我發(fā)展、自我提升，凸顯學(xué)生個性，實現(xiàn)核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。

人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)活動中的運用，適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠為學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)提供技術(shù)支持。適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)依托人工智能對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進行分析，在教學(xué)基礎(chǔ)上探究適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)目標、學(xué)習(xí)內(nèi)容，通過學(xué)生實際情況構(gòu)建個性化學(xué)習(xí)建模，通過整體教學(xué)結(jié)合個性教學(xué)的方式解決教師難以兼顧全部學(xué)生開展個性化課堂教學(xué)的問題，真正落實“因材施教”理念和要求，推動學(xué)生個性發(fā)展，發(fā)現(xiàn)學(xué)生特長的同時進行針對性培養(yǎng)，為社會輸送一專多能型人才。

二、人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂中高效應(yīng)用策略

人工智能下的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)活動的開展，是將學(xué)生、教師、人工智能作為主體，構(gòu)建現(xiàn)代化、智慧化的數(shù)學(xué)課堂，充分運用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、多媒體等技術(shù)，通過人工智能預(yù)習(xí)、層級課堂建設(shè)、任務(wù)模塊運用、智能媒體運用，開展針對性、智能化的教學(xué)，幫助教師獲取學(xué)生準確信息和學(xué)習(xí)反饋，減少教師備課、信息搜集等方面的壓力，專注于人工智能數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計，推動學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中實現(xiàn)綜合、全面發(fā)展。

（一）人工智能預(yù)習(xí)，激發(fā)興趣

人工智能是計算機科學(xué)持續(xù)發(fā)展、創(chuàng)新的產(chǎn)物，將人工智能運用到小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，能夠發(fā)揮其技術(shù)先進、數(shù)據(jù)收集分析、海量資源實時調(diào)取等優(yōu)勢，為課堂教學(xué)開展提供技術(shù)、信息和素材等方面的支撐，將教、學(xué)有效連接起來。課堂教學(xué)活動可以分為課前、課中和課后三個整體性環(huán)節(jié)，人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的運用包含各個環(huán)節(jié)，因此，教師要靈活運用人工智能進行預(yù)習(xí)，使學(xué)生快速、高效地實現(xiàn)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，并借助人工智能記錄困惑、問題，將其反饋給教師，為教師設(shè)計后續(xù)教學(xué)方案提供準確數(shù)據(jù)，確定體現(xiàn)出課堂教學(xué)重難點，提高教學(xué)針對性。

以青島版小學(xué)數(shù)學(xué)四年級上冊“大數(shù)知多少——萬以上數(shù)的認識”教學(xué)為例。課程圍繞大數(shù)的組成、十進制計數(shù)法、大數(shù)的讀法和寫法、大數(shù)表示面積方法、近似數(shù)等內(nèi)容展開，具有豐富性、基礎(chǔ)性和復(fù)雜性。大數(shù)的組成、讀法、寫法等內(nèi)容較為基礎(chǔ)，在運用人工智能組織預(yù)習(xí)活動時，教師可以側(cè)重于基礎(chǔ)知識的呈現(xiàn)并逐漸增加難度，引導(dǎo)學(xué)生循序漸進地把握課程教學(xué)內(nèi)容，形成整體性認知。

基于人工智能技術(shù)的便捷性，教師可以將基礎(chǔ)知識的呈現(xiàn)通過微課的形式下發(fā)至學(xué)生端，由學(xué)生自主選擇時間進行預(yù)習(xí)。不僅如此，還可以基于微課內(nèi)容設(shè)計對應(yīng)的預(yù)習(xí)任務(wù)，幫助學(xué)生梳理教學(xué)內(nèi)容，形成初步理解。學(xué)生任務(wù)的提交可以理解為預(yù)習(xí)反饋，不僅教師能夠收到學(xué)生完成預(yù)習(xí)的提示和成果，人工智能也可依據(jù)學(xué)生反饋來分析其預(yù)習(xí)程度，為教師提供相關(guān)建議。而且，人工智能能夠儲存學(xué)生的基本學(xué)習(xí)信息，如數(shù)學(xué)綜合能力偏重、興趣、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面，如有的學(xué)生微課趣味性濃厚、有的學(xué)生知識濃縮程度高等，教師可以一鍵下發(fā)適合學(xué)生的微課預(yù)習(xí)資料，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

（二）層級課堂設(shè)計，設(shè)計動態(tài)性課堂

小學(xué)時期是打好學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、挖掘優(yōu)勢并加以培養(yǎng)的重要時期，挖掘?qū)W生數(shù)學(xué)方面的優(yōu)勢，能夠明確學(xué)生思維、能力偏重并給予針對性指導(dǎo)，通過一專帶動多能，在培養(yǎng)特長的同時反作用其他能力、學(xué)科，為后續(xù)深層次學(xué)習(xí)、持續(xù)性發(fā)展鋪墊堅實的基礎(chǔ)。但學(xué)生之間具有個體差異，僅依賴于教師的觀察會難以精準把握學(xué)生優(yōu)勢，因此，教師可以借助人工智能對學(xué)生進行整體性測評。人工智能對學(xué)生的綜合分析具有針對性、精準性，教師可以借助人工智能將學(xué)生分成不同層級，針對不同特長給予不同指導(dǎo)，推動學(xué)生不斷成長和發(fā)展，構(gòu)建動態(tài)化教學(xué)。

以人教版小學(xué)數(shù)學(xué)四年級上冊“小小志愿者——混合運算”教學(xué)為例。課程以計算為主，對學(xué)生數(shù)學(xué)思維能力具有較高要求，但學(xué)生的數(shù)學(xué)思維、對數(shù)學(xué)知識的思考等具有不同偏重。教師可以通過人工智能技術(shù)進行隨堂小測，小測內(nèi)容相同、難度相同，全面測評學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。通過測試和人工智能分析可知，有的學(xué)生對圖形較為敏感，有的學(xué)生計算能力較強，有的學(xué)生思維靈活，能夠解決較難的應(yīng)用問題?；诖?，教師可以構(gòu)建分層學(xué)習(xí)，將優(yōu)勢相似的學(xué)生分為一組，由人工智能為學(xué)生提供針對性的數(shù)學(xué)內(nèi)容和知識。如，針對對圖形較為敏感的學(xué)生，側(cè)重于數(shù)形結(jié)合；計算能力較強的學(xué)生，側(cè)重于算理運用規(guī)律方面的探索；解決應(yīng)用性問題能力較強的學(xué)生，側(cè)重于奧數(shù)方向的探索，通過某一方向的探索和學(xué)習(xí)掌握數(shù)學(xué)知識，并深入探究數(shù)學(xué)知識。這個過程中，教師發(fā)揮了引導(dǎo)和調(diào)整的作用。

（三）智能媒體運用，創(chuàng)設(shè)數(shù)學(xué)情境

小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)不僅重視教學(xué)過程的設(shè)計，還要重視課堂氛圍的營造和環(huán)境的構(gòu)建，借助環(huán)境、氛圍對學(xué)生學(xué)習(xí)、發(fā)展的影響，取得事半功倍的教學(xué)效果。借助人工智能，充分掌握學(xué)生學(xué)習(xí)需求和優(yōu)勢，并給予針對性幫助，使其深層次體會到數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的樂趣。

數(shù)學(xué)教學(xué)可以分為課前、課中和課后三部分，課前主要運用人工智能組織學(xué)生進行高效預(yù)習(xí)，發(fā)揮人工智能在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中的運用價值。課中對人工智能的運用，包括但不限于教學(xué)，可以詳細劃分為導(dǎo)入、教學(xué)、學(xué)習(xí)和總結(jié)鞏固等幾部分。各個部分具有不同的職能和作用，幫助學(xué)生在此結(jié)構(gòu)中獲取數(shù)學(xué)知識。其中，導(dǎo)入是學(xué)生接觸數(shù)學(xué)知識的起點，對其興趣的激發(fā)具有重要作用。因此，人工智能可以運用到導(dǎo)入環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性。為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師可以借助人工智能中的沉浸式媒體技術(shù)，創(chuàng)設(shè)具有智慧性、現(xiàn)代性、趣味性的教學(xué)情境，帶給學(xué)生新奇、趣味的體驗和感受，以此推動學(xué)生主動參與數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)，提升數(shù)學(xué)綜合能力，實現(xiàn)全面發(fā)展。

以青島版小學(xué)數(shù)學(xué)四年級下冊“趣味拼搭——觀察物體”教學(xué)為例。課程要求學(xué)生判斷不同視角下的立體圖形，雖然這對成人而言較為簡單，但學(xué)生初次接觸物體觀察，是構(gòu)建空間觀念、幾何直觀的基礎(chǔ)，但對學(xué)生而言具有一定難度。所以，教師要利用人工智能進行課堂導(dǎo)入，在降低教學(xué)內(nèi)容難度的同時，激發(fā)學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的興趣，克服學(xué)習(xí)困難，主動思考、挖掘和探索。實際教學(xué)時，教師可以借助AR 技術(shù)，向?qū)W生展示由小正方體搭建的立體圖形，并讓學(xué)生借助AR 轉(zhuǎn)換視角，身臨其境地在各個視角下觀察立體圖形。還可讓學(xué)生借助智能系統(tǒng)自主切換AR 中顯示的物體，基于物體立體性、AR 新穎性、情境的真實性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，解決學(xué)習(xí)過程中可能遇到的難題。小學(xué)時期的學(xué)生興趣豐富、多樣，僅依賴于單一的正方體組合圖形難以持續(xù)吸引學(xué)生，因此教師可以借助人工智能教學(xué)資源的豐富性優(yōu)勢，讓學(xué)生自主搜集物體并連接VR 進行觀察和體驗，為學(xué)生深度探究數(shù)學(xué)知識提供導(dǎo)向。

（四）任務(wù)模塊驅(qū)動，開展人機協(xié)調(diào)教學(xué)

教師借助AR 技術(shù)為學(xué)生構(gòu)建沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，能夠推動學(xué)生沉心靜氣地探究、觀察數(shù)學(xué)知識，掌握數(shù)學(xué)概念、原理，形成獨特的理解和感受，為課程深層次學(xué)習(xí)鋪墊堅實基礎(chǔ)。但為進一步提升學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)、豐富知識儲備，幫助學(xué)生構(gòu)建完善、豐富的數(shù)學(xué)知識體系，教師可以通過人工智能任務(wù)模塊推動學(xué)生學(xué)習(xí)進行進程，實現(xiàn)知識體系的搭建。

以青島版小學(xué)數(shù)學(xué)四年級下冊“奇異的克隆?！?shù)加減法”教學(xué)為例。加減法對小學(xué)四年級學(xué)生而言并不陌生，通過前面學(xué)習(xí)已經(jīng)掌握正整數(shù)、進退位、兩位數(shù)加減一位數(shù)、兩位數(shù)加減兩位數(shù)、三位數(shù)加減兩位數(shù)等內(nèi)容，加之各類習(xí)題和在生活中的運用，學(xué)生對加減法較為熟悉。本課加減法將整數(shù)換為小數(shù)，基于學(xué)生對加減法的理解和掌握力，教師可以利用人工智能布置“爬山”任務(wù)，將不同整數(shù)加減法依據(jù)難度依次向排列，幫助學(xué)生在層層遞進的過程中將加減法計算原理逐漸過渡到小數(shù)，實現(xiàn)螺旋式上升。然后，通過交互白板的方式，提供多個可以切割的正方形，讓學(xué)生根據(jù)自身對小數(shù)的認知用圖形展示小數(shù)，嘗試將不同數(shù)量的正方形組合或再次分割，初步探索小數(shù)加減法的原理。如，學(xué)生通過一個加半個為1.5，那么1.5+1.5 就是3，也就是三個正方形，掌握數(shù)學(xué)知識。針對“5.56+5.2= ，4.335+7.22= ，8.36-1.235= ”等類型的小數(shù)加減法，教師可以讓學(xué)生嘗試探索小數(shù)加減法蘊含的計算原理，并根據(jù)人工智能對學(xué)生探索程度的精準反饋進行簡單講解、示范，讓學(xué)生明確小數(shù)點在計算過程中的作用，然后通過人工智能，基于學(xué)生的綜合能力測評布置針對性任務(wù)，保障任務(wù)難度符合學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)能力的同時，避免出現(xiàn)過難、過易等情況，推動學(xué)生在課堂教學(xué)活動中實現(xiàn)全面提升。

三、結(jié)語

綜上所述，人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的運用，是科技發(fā)展、時代變遷的趨勢。小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)思維、理性思維和計算能力等生活必備素養(yǎng)的主要戰(zhàn)場，是推動學(xué)生全面發(fā)展的重要途徑。將人工智能融入小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)活動中，能夠加快改革進程，構(gòu)建現(xiàn)代化、智慧化、民主性的課堂，針對實際情況開展個性教學(xué)，滿足不同能力、素養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，推動學(xué)生數(shù)學(xué)綜合能力的發(fā)展。