人工智能技術(shù)在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛運(yùn)用，其中也包括教育領(lǐng)域。將人工智能技術(shù)運(yùn)用于高中數(shù)學(xué)教學(xué)，可以幫助教師提高課堂教學(xué)質(zhì)量，改善課堂氛圍，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及思維能力。基于此，本文分析了人工智能技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，以及其在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與不足，并給出了具體的應(yīng)用策略，以期為相關(guān)教師提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：高中數(shù)學(xué)；人工智能

一、引言

將人工智能技術(shù)應(yīng)用于高中數(shù)學(xué)教學(xué)，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力、空間想象能力和運(yùn)算能力。因此，在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師要合理運(yùn)用人工智能技術(shù)，充分發(fā)揮人工智能技術(shù)優(yōu)勢(shì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)。

二、人工智能技術(shù)分析

（一）基本概念

人工智能（Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱AI）是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動(dòng)力量。它能夠通過感知環(huán)境、理解語言、學(xué)習(xí)、推理和自我修正等方式，模擬人類的智能行為和思維過程。AI技術(shù)包括機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語言處理等多個(gè)分支，這些分支技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用為各個(gè)領(lǐng)域帶來了革命性的變化。

在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師利用人工智能技術(shù)輔助教學(xué)，能夠幫助學(xué)生掌握數(shù)學(xué)概念。例如，教師可以利用AI智能輔導(dǎo)系統(tǒng)幫助學(xué)生制定個(gè)性化的學(xué)習(xí)計(jì)劃，可以根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度和理解能力動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容；教師還可以利用AI自動(dòng)批改作業(yè)和線上試卷，將其從傳統(tǒng)教學(xué)模式下手工批改作業(yè)和閱卷的負(fù)擔(dān)中解放出來，同時(shí)，可提供即時(shí)的反饋和分析，幫助學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤（如圖1所示）。

（二）基本功能

1.個(gè)性化學(xué)習(xí)

個(gè)性化學(xué)習(xí)是AI技術(shù)在教育領(lǐng)域中的亮點(diǎn)應(yīng)用，其可通過分析學(xué)生的學(xué)習(xí)歷史、能力水平和學(xué)習(xí)風(fēng)格，為學(xué)生提供定制化的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

例如，教師可利用AI系統(tǒng)深入分析學(xué)生的答題記錄，精準(zhǔn)識(shí)別學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)，并據(jù)此為學(xué)生推薦相應(yīng)的練習(xí)題或教學(xué)視頻，幫助學(xué)生有針對(duì)性地改進(jìn)和提高。這種個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑，使得每個(gè)學(xué)生都能在最適合自己的節(jié)奏下學(xué)習(xí)，有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，從而提高學(xué)習(xí)效率。

2.智能輔導(dǎo)

在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中，AI技術(shù)扮演著虛擬助教的角色，可為學(xué)生提供即時(shí)的學(xué)習(xí)輔導(dǎo)。利用自然語言處理技術(shù)，AI可以準(zhǔn)確理解學(xué)生提出的問題，并給出詳細(xì)的答案和解題步驟，極大地減輕了教師的負(fù)擔(dān)，也確保學(xué)生在進(jìn)行自主學(xué)習(xí)時(shí)，如遇到難題可得到及時(shí)且準(zhǔn)確的指導(dǎo)。通過與AI互動(dòng)，學(xué)生可以在教師不在場(chǎng)的情況下，仍能獲得高質(zhì)量的學(xué)習(xí)支持。

3.自動(dòng)評(píng)估

AI技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生作業(yè)和考試的自動(dòng)評(píng)估。采用預(yù)設(shè)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和算法，AI可以自動(dòng)批改學(xué)生的答案，并及時(shí)給出評(píng)分和反饋，這種自動(dòng)評(píng)估機(jī)制提高了評(píng)估效率，也為教師節(jié)省了大量時(shí)間，使他們能將更多精力投入到關(guān)注學(xué)生的個(gè)性化需求和教學(xué)設(shè)計(jì)上。自動(dòng)評(píng)估還能減少人為評(píng)分中可能出現(xiàn)的誤差，提高評(píng)分的客觀性和公正性。

總之，人工智能技術(shù)在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，不僅提升了教學(xué)效率和質(zhì)量，還為學(xué)生提供了更加個(gè)性化和更具互動(dòng)性的學(xué)習(xí)環(huán)境。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，未來AI在教育領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。

三、人工智能技術(shù)在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的作用

（一）人工智能技術(shù)能夠提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)

傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)往往是一對(duì)多的模式，教師難以針對(duì)每個(gè)學(xué)生的具體需求進(jìn)行個(gè)性化的教學(xué)。而AI技術(shù)可以通過分析學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、理解能力、答題情況，為每個(gè)學(xué)生量身定制學(xué)習(xí)計(jì)劃和練習(xí)作業(yè)，幫助學(xué)生更有效地掌握知識(shí)點(diǎn)。

例如，智能輔導(dǎo)系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生的答題正確率和速度，動(dòng)態(tài)調(diào)整題目的難度和類型，確保學(xué)生在“最近發(fā)展區(qū)”內(nèi)學(xué)習(xí)，既不過于簡(jiǎn)單也不過于困難。

（二）輔助教師進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的準(zhǔn)備和評(píng)估

教師利用AI工具，可快速制作高質(zhì)量的教學(xué)資源，如數(shù)學(xué)題目、教學(xué)視頻和教學(xué)課件等。此外，AI技術(shù)還能幫助教師批改作業(yè)和試卷，不僅節(jié)省了大量的時(shí)間，還能根據(jù)學(xué)生的答題情況提供詳細(xì)的分析報(bào)告，幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和常見錯(cuò)誤，從而更有針對(duì)性地進(jìn)行教學(xué)調(diào)整。

（三）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

通過虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，教師可將抽象的數(shù)學(xué)概念轉(zhuǎn)化為生動(dòng)形象的3D模型或動(dòng)畫，讓學(xué)生在視覺和觸覺上都能有更直觀的體驗(yàn)。例如，學(xué)生可以通過AR技術(shù)在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中觀察、繪制、組合幾何圖形，這種互動(dòng)式的學(xué)習(xí)方式能夠極大提高學(xué)生的興趣和參與度。

四、人工智能技術(shù)在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用策略

時(shí)代的發(fā)展對(duì)教育提出了更高的要求，教育改革因之持續(xù)深化。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)模式無法滿足現(xiàn)代教育發(fā)展的需求，人工智能技術(shù)在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，能使數(shù)學(xué)教學(xué)過程變得更加簡(jiǎn)單、快捷，能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣和積極性，讓學(xué)生在輕松愉悅的氛圍中學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識(shí)，提升學(xué)習(xí)效率。

（一） 通過“識(shí)別技術(shù)”實(shí)現(xiàn)教學(xué)監(jiān)督

在教學(xué)過程中，教師可以利用“識(shí)別技術(shù)”實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的監(jiān)督管理。比如，教師在上課時(shí)，可以通過人工智能技術(shù)讓學(xué)生進(jìn)行人臉識(shí)別，然后將人臉圖像保存到服務(wù)器中，這樣，教師就可以通過學(xué)生的人臉圖像了解學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中的問題，從而幫助、引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)解決問題。

同時(shí)，教師還可通過該技術(shù)了解學(xué)生在課堂上是否認(rèn)真聽講，從而及時(shí)對(duì)上課走神的學(xué)生、做與課程學(xué)習(xí)無關(guān)事情的學(xué)生采取相應(yīng)措施，將其拉回到學(xué)習(xí)中來。通過“識(shí)別技術(shù)”實(shí)現(xiàn)教學(xué)監(jiān)督，有助于提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

（二）利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提高教學(xué)效率

在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以將抽象的知識(shí)具體化，有助于學(xué)生更好地理解和掌握教學(xué)內(nèi)容。傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師總是在黑板上寫出抽象的公式、定理，再以口授的方式完成對(duì)公式及定理的講解。學(xué)生不易理解，也容易走神。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）可以將抽象的數(shù)學(xué)知識(shí)具體化，教師可以引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備進(jìn)行數(shù)學(xué)教學(xué)，幫助學(xué)生完整演繹數(shù)學(xué)公式、定理的推理過程，有助于學(xué)生更好地理解數(shù)學(xué)知識(shí)。

VR是一種以人工智能為核心的科技，利用計(jì)算機(jī)對(duì)虛擬環(huán)境進(jìn)行模擬，讓用戶如臨其境。由于高中數(shù)學(xué)相對(duì)抽象，學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的理解難度較大，采用 VR技術(shù)可以讓學(xué)生沉浸在虛擬的具象化教學(xué)環(huán)境中，降低其學(xué)習(xí)難度，例如，在進(jìn)行“空間幾何體的三視圖和直觀圖”教學(xué)時(shí)，教師可以利用投影儀等設(shè)備，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過角度、高度的改變，將學(xué)生帶入一個(gè)立體的空間環(huán)境中，加強(qiáng)其對(duì)空間的感知，使抽象的數(shù)學(xué)知識(shí)形象化，從而提高教學(xué)效率，優(yōu)化數(shù)學(xué)課堂。

（三）通過自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)滿足一對(duì)一輔導(dǎo)要求

在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中，學(xué)生的個(gè)性化需求不斷增長(zhǎng)，其要求教師針對(duì)學(xué)生的個(gè)性化需求進(jìn)行個(gè)性化的教學(xué)。傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，教師在集中的課堂環(huán)境里統(tǒng)一講解知識(shí)，難以滿足學(xué)生的個(gè)性化需求。利用人工智能技術(shù)設(shè)計(jì)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，教師可以為每一位學(xué)生定制個(gè)性化的學(xué)習(xí)計(jì)劃。自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以通過對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)知識(shí)掌握情況進(jìn)行分析，然后生成與學(xué)生特點(diǎn)相匹配的教學(xué)方案。

自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠根據(jù)每一位學(xué)生的知識(shí)掌握情況進(jìn)行個(gè)性化推送，同時(shí)還能根據(jù)學(xué)生的反饋信息對(duì)推送內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化。由于自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以根據(jù)每一位學(xué)生的特點(diǎn)和知識(shí)掌握情況進(jìn)行個(gè)性化推送，因此，其能夠滿足教育信息化背景下、高中生個(gè)性化需求不斷增長(zhǎng)的情況下，個(gè)性化的教學(xué)要求，從而提高數(shù)學(xué)教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

（四）通過“智能助教”功能輔助教師進(jìn)行課堂輔導(dǎo)及作業(yè)批改

作為人工智能應(yīng)用于教育領(lǐng)域的一大特色，“智能助教”除了能夠完成人臉識(shí)別之外，還能夠通過模擬教師的聲音、發(fā)布測(cè)試及結(jié)果反饋、錄像等功能，分擔(dān)一部分?jǐn)?shù)學(xué)教師的職能。

教師可以利用“智能助教”的大數(shù)據(jù)技術(shù)，收集并分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。另外，教師也可以利用“智能助教”對(duì)學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行評(píng)價(jià)，如果有一些學(xué)生出現(xiàn)了基礎(chǔ)概念錯(cuò)誤等問題，智能助理就會(huì)提醒教師。例如，在“三角函數(shù)”課程的教學(xué)中，教師可以借助 AI來輔助學(xué)生開展課程復(fù)習(xí)。教師可以布置這樣的復(fù)習(xí)任務(wù)：要求學(xué)生能找出三角函數(shù)的軌跡，并能判斷出它的基本形式。在回答完畢之后，教師可使用“智能助教”來分析學(xué)生的答案，并追蹤其回答過程。

在此基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，教師可以進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)方案。教師在完成課堂教學(xué)任務(wù)后，也可以通過“智能助教”完成課后作業(yè)的批改工作。例如，在講解完“圓”之后，教師可以將學(xué)生做過的習(xí)題上傳到“智能助教”上。

“智能助教”會(huì)自動(dòng)對(duì)學(xué)生完成的習(xí)題進(jìn)行分析并給出正確的答案。教師可以將解答后的題目保存下來，通過“智能助教”上傳到“智慧教室”中供其他同學(xué)參考。通過這樣的教學(xué)方式，學(xué)生可以在不同時(shí)間和地點(diǎn)查看自己做過的習(xí)題并進(jìn)行對(duì)比分析，從而鞏固課程知識(shí)并培養(yǎng)思維能力。

（五）結(jié)合微信平臺(tái)建立教師、家長(zhǎng)和學(xué)生之間的密切聯(lián)系

傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生在課堂以外的時(shí)間，遇到問題時(shí)很難及時(shí)向教師求教，從而導(dǎo)致問題越積越多，長(zhǎng)此以往，學(xué)生很容易對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸情緒。而在信息化時(shí)代，教師可以建立家長(zhǎng)微信群，既便于開展家校溝通，也便于學(xué)生與教師進(jìn)行溝通。當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到問題時(shí)，就可以通過微信向教師請(qǐng)教。教師可以收集、歸類學(xué)生的問題，針對(duì)普遍問題，可以每節(jié)課開始前對(duì)這些問題進(jìn)行講解，針對(duì)個(gè)別性問題，則可以直接通過微信進(jìn)行講解。同時(shí)，教師還可以在微信群里發(fā)布一些數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)方法等相關(guān)知識(shí)，這樣既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能讓學(xué)生更好地掌握數(shù)學(xué)知識(shí)。

五、結(jié)束語

綜上所述，將人工智能技術(shù)運(yùn)用于高中數(shù)學(xué)教學(xué)，可提高高中數(shù)學(xué)教學(xué)的質(zhì)量和效率，促進(jìn)高中數(shù)學(xué)教學(xué)水平的提升，提高高中學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)質(zhì)效，培養(yǎng)高中學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)和邏輯思維能力。相信在未來的發(fā)展過程中，隨著人工智能技術(shù)水平的不斷提升，將會(huì)有更多創(chuàng)新的教學(xué)方法和教學(xué)手段出現(xiàn)，推動(dòng)高中數(shù)學(xué)教學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。

作者單位：張欽芬 青島西海岸新區(qū)第三高級(jí)中學(xué)

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