人工智能賦能高中數(shù)學(xué)個(gè)性化教學(xué)探索

摘 要：隨著人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，高中數(shù)學(xué)教學(xué)模式發(fā)生了巨大變化.在人工智能賦能高中數(shù)學(xué)教學(xué)的過程中，能切實(shí)增強(qiáng)數(shù)學(xué)教學(xué)個(gè)性，助力教師及時(shí)分析學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到的問題，并為學(xué)生提供有針對(duì)性的教學(xué)指導(dǎo).在人工智能賦能的背景下，教師的教學(xué)理念及方法得以創(chuàng)新，能有效地提高課堂教學(xué)效果.文章以高中數(shù)學(xué)教學(xué)為切入點(diǎn)，進(jìn)一步探究高中數(shù)學(xué)個(gè)性化教學(xué)的有效策略.

關(guān)鍵詞：人工智能；高中數(shù)學(xué)；教學(xué)；策略

中圖分類號(hào)：G632

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0333（2024）30-0083-03

收稿日期：2024-07-25

作者簡(jiǎn)介：馬云輝（1985.10—），男，安徽省宿州人，中學(xué)高級(jí)教師，從事高中數(shù)學(xué)教學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：安徽省教育信息技術(shù)研究2022年度課題“人工智能賦能‘雙減’下的個(gè)性化學(xué)習(xí)實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：AH2022021） .

在數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師將人工智能引入課堂，不但能改變傳統(tǒng)教學(xué)方式，還可切實(shí)支持學(xué)生學(xué)習(xí).教師將人工智能和大數(shù)據(jù)相結(jié)合，能進(jìn)一步了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，使教學(xué)流程達(dá)到最優(yōu)程度，真正提高學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)效果.

1 人工智能賦能高中數(shù)學(xué)個(gè)性化教學(xué)的意義

在高中數(shù)學(xué)個(gè)性化教學(xué)中，教師運(yùn)用人工智能分析大數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確地判斷出每一個(gè)學(xué)生的學(xué)業(yè)水平與學(xué)習(xí)能力，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，為其提供有針對(duì)性的教育資源與引導(dǎo)建議.于基礎(chǔ)較差的學(xué)生而言，建議基于人工智能為學(xué)生推送基本習(xí)題，并進(jìn)行詳盡講解，以幫助學(xué)生夯實(shí)基本功；對(duì)于有較好基礎(chǔ)的學(xué)生來講，人工智能能給出較高難度的題目，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與探究欲望^［1］.教師利用人工智能技術(shù)教學(xué)，可使課堂教學(xué)更有針對(duì)性、靈活性.如教師運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以更直觀、形象地展現(xiàn)抽象的數(shù)學(xué)概念，讓學(xué)生在互動(dòng)與體驗(yàn)中對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)產(chǎn)生深刻印象.此外，人工智能可以對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，并對(duì)教學(xué)策略進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，從而提高教學(xué)靈活性和有效性.

2 人工智能賦能高中數(shù)學(xué)個(gè)性化教學(xué)的策略

2.1 人工智能賦能一對(duì)一輔導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生深入學(xué)習(xí)

人工智能賦能數(shù)學(xué)一對(duì)一輔導(dǎo)過程中，教師既可以針對(duì)學(xué)生個(gè)體差異和學(xué)習(xí)習(xí)慣為其提供個(gè)性化課程，也可以基于對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)的分析，考慮不同學(xué)生的差異化學(xué)習(xí)需求，適時(shí)調(diào)整教學(xué)策略.此種個(gè)性化教學(xué)方式能幫助學(xué)生更好地了解復(fù)雜的數(shù)學(xué)概念，并基于對(duì)教材與習(xí)題的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，保證學(xué)生能在理解數(shù)學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上有效應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí).在教師運(yùn)用人工智能輔導(dǎo)學(xué)生的過程中，可實(shí)時(shí)采集學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并對(duì)其進(jìn)展與成效進(jìn)行分析，圍繞其存在的不足之處做出研究，提出相應(yīng)的改善意見.此種及時(shí)反饋、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的教學(xué)方式，既能增強(qiáng)師生間的交流，又能使學(xué)習(xí)過程更適合于學(xué)生個(gè)體的學(xué)習(xí)節(jié)奏與方式，進(jìn)而提升學(xué)習(xí)效率與質(zhì)量.

例如，教師在教學(xué)“統(tǒng)計(jì)”與“概率”課程時(shí)，發(fā)揮人工智能的優(yōu)勢(shì)，可助力學(xué)生有效掌握概率元素，對(duì)條件概率及貝葉斯定理的運(yùn)用產(chǎn)生深刻影響.教師運(yùn)用人工智能教學(xué)系統(tǒng)，基于學(xué)生過往學(xué)習(xí)表現(xiàn)與目前的成績進(jìn)行分析，自動(dòng)推送一套有針對(duì)性的練習(xí)題與知識(shí)點(diǎn)講解視頻，由最基本的概率問題入手，逐漸學(xué)習(xí)較復(fù)雜的條件概率運(yùn)算知識(shí)，并附有即時(shí)回饋與詳盡解答.學(xué)生做作業(yè)時(shí)，人工智能會(huì)對(duì)學(xué)生的答案進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，找出學(xué)生的常見錯(cuò)誤以及理解上的盲點(diǎn).如，當(dāng)學(xué)生在解題過程中出現(xiàn)多次錯(cuò)誤時(shí)，人工智能系統(tǒng)就會(huì)給出相應(yīng)的教學(xué)視頻，并推送對(duì)應(yīng)的練習(xí)題目，以幫助學(xué)生渡過學(xué)習(xí)難關(guān).同時(shí)，在教學(xué)過程中，學(xué)生也可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，隨時(shí)向虛擬教師提出問題，并得到相應(yīng)的解答.此外，人工智能技術(shù)也可以讓學(xué)生按照自己的學(xué)習(xí)喜好來挑選“網(wǎng)上教師”.如在網(wǎng)上平臺(tái)中，學(xué)生可以選擇一位精通概率論教學(xué)的教師，為自己提供“一對(duì)一”的指導(dǎo).此種個(gè)性化“一對(duì)一”指導(dǎo)服務(wù)，能切實(shí)加強(qiáng)教師與學(xué)生之間的交流，使教學(xué)更有針對(duì)性，也更有效率^［2］.

2.2 人工智能創(chuàng)設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)情境，加強(qiáng)知識(shí)理解效果

在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師整合運(yùn)用人工智能與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以有效提升學(xué)生對(duì)空間幾何等復(fù)雜數(shù)學(xué)概念的理解能力.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生提供身臨其境的學(xué)習(xí)環(huán)境，把點(diǎn)、線、面等抽象的數(shù)學(xué)概念形象化，使學(xué)生在直觀的經(jīng)驗(yàn)中加深對(duì)數(shù)學(xué)概念的理解效果.同時(shí)，人工智能創(chuàng)設(shè)虛擬現(xiàn)實(shí)情境的教學(xué)方法可對(duì)真實(shí)世界中的3D空間進(jìn)行仿真，使學(xué)生能在虛擬的環(huán)境中直接觀察、操縱數(shù)學(xué)知識(shí)，并能更好地掌握物體間的空間關(guān)系.數(shù)學(xué)教師利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，根據(jù)自己的教學(xué)需求設(shè)置特定情景，使所學(xué)知識(shí)與學(xué)生生活經(jīng)歷、認(rèn)知層次相吻合，這既能使學(xué)生在虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境中進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，又能及時(shí)地獲得傳統(tǒng)教學(xué)所不能達(dá)到的反饋效果，真正強(qiáng)化學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)有效性.

例如，在教學(xué)“空間點(diǎn)、直線、平面之間的位置關(guān)系”過程中，教師運(yùn)用人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等方法建立一幅立體的城市地圖.通過此模式，學(xué)生能直接看到不同建筑物、道路及其他建筑物，如天橋及建筑群等.在此基礎(chǔ)上，教師可在網(wǎng)上下載與該課程有關(guān)的實(shí)物資料，如某一特定的公交路網(wǎng)等，并進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)活動(dòng).在此情境下，教師組織學(xué)生討論“在模擬的城市地圖中，AB線段與CD線段是否平行？”或者“在A立交橋中，每個(gè)路段與地面之間是什么位置關(guān)系？”在人工智能打造的虛擬學(xué)習(xí)情境中，使學(xué)生能在虛擬環(huán)境中對(duì)線段、平面等進(jìn)行直觀的觀測(cè)與測(cè)量，從而切實(shí)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)的印象.此外，在人工智能賦能數(shù)學(xué)教學(xué)的過程中，教師可以讓學(xué)生在可控的、安全的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直接觀察自己的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)成果，從而加深其對(duì)空間幾何概念的認(rèn)知.如，師生基于人工智能，通過調(diào)節(jié)觀測(cè)角度、親身測(cè)量及對(duì)比直線段間的夾角、間距等，能使抽象的數(shù)學(xué)知識(shí)具體化、形象化.在此種個(gè)性化教學(xué)的模式下，可進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)空間知識(shí)的認(rèn)知，使數(shù)學(xué)課堂變得格外生動(dòng)、高效.

2.3 人工智能實(shí)現(xiàn)智慧助教，減輕學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)

人工智能在高中數(shù)學(xué)教育中發(fā)揮著非常重要的作用，對(duì)緩解學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)具有積極價(jià)值.人工智能課為學(xué)生提供個(gè)性化學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，并能及時(shí)反饋相關(guān)信息，從而使學(xué)生能更好地理解復(fù)雜概念.同時(shí)，人工智能實(shí)現(xiàn)智慧助教，基于算法對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)表現(xiàn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其薄弱環(huán)節(jié)與錯(cuò)誤規(guī)律，即可對(duì)教學(xué)內(nèi)容與難度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，為其提供有針對(duì)性的教學(xué)指導(dǎo)與支持^［3］.

在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中，人工智能助教還可以對(duì)海量資料進(jìn)行處理，便于教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況.教師運(yùn)用人工智能的分析與推薦方法，可以根據(jù)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求對(duì)課程進(jìn)行更加精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，讓每個(gè)學(xué)生都能在適宜的學(xué)習(xí)環(huán)境中獲得最理想的教學(xué)效果.這樣一來，既能有效地提高教學(xué)效率，又能極大地減輕學(xué)生的課業(yè)負(fù)擔(dān).在“三角函數(shù)”課程教學(xué)過程中，教師運(yùn)用人工智能輔助教學(xué)，能完成不同教學(xué)任務(wù).如，學(xué)生學(xué)習(xí)三角函數(shù)及其基本屬性時(shí)，教師運(yùn)用人工智能輔助學(xué)生學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供互動(dòng)仿真工具，讓其通過操作函數(shù)各種參數(shù)，找出函數(shù)曲線的變化規(guī)律，學(xué)生對(duì)三角函數(shù)中的波形、周期性有了更直觀的認(rèn)知，從而加強(qiáng)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)概念的掌握效果.在學(xué)習(xí)任務(wù)結(jié)束后，學(xué)生向人工智能助教提交答案，人工智能助教會(huì)對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行分析，并給出準(zhǔn)確的反饋.當(dāng)然，教師也可以使用人工智能助教所搜集到的資料，跟蹤每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展以及優(yōu)化解答問題的詳細(xì)流程.在此基礎(chǔ)上，人工智能助教可以協(xié)助教師設(shè)計(jì)出有針對(duì)性的教學(xué)方案，如針對(duì)數(shù)學(xué)理解能力較為薄弱的學(xué)生增加一些基礎(chǔ)練習(xí)題，另一部分?jǐn)?shù)學(xué)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)扎實(shí)的學(xué)生則可以利用人工智能助教進(jìn)行分組討論與交流，從而確保學(xué)生加深對(duì)三角函數(shù)概念的認(rèn)知與運(yùn)用效果.可見，在人工智能支持下，教師實(shí)施“個(gè)性化”“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)方法，能真正提高學(xué)生對(duì)三角函數(shù)的理解效率，大大降低學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中獲得更多樂趣.

2.4 人工智能整合大數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)分析與及時(shí)指導(dǎo)學(xué)習(xí)

如今，人工智能已成為高中數(shù)學(xué)教育的重要組成部分.教師借助大數(shù)據(jù)和人工智能可以深度分析海量學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生學(xué)業(yè)進(jìn)展與學(xué)業(yè)表現(xiàn)，并為其提供實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)引導(dǎo).此種教學(xué)模式能使教學(xué)過程更具個(gè)性，教師能依據(jù)資料分析情況，適時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，選擇更符合學(xué)生學(xué)習(xí)需求的內(nèi)容.同時(shí)，教師運(yùn)用人工智能整合大數(shù)據(jù)的方法持續(xù)跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，發(fā)揮人工智能的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)學(xué)生在數(shù)學(xué)概念學(xué)習(xí)中存在的困難.

在“集合的概念”教學(xué)中，教師整合人工智能技術(shù)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以有效地提高教學(xué)質(zhì)量.如，學(xué)生學(xué)習(xí)子集、全集、補(bǔ)集、交集等知識(shí)時(shí)，人工智能可通過對(duì)學(xué)生答題資料與學(xué)習(xí)行為的分析，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)學(xué)生的知識(shí)盲區(qū).人工智能系統(tǒng)能將學(xué)生的回答和以往資料進(jìn)行比較，找出學(xué)生容易混淆的概念，為教學(xué)提供針對(duì)性的教學(xué)方案（表1）.當(dāng)學(xué)生在對(duì)子集和全集、全集和補(bǔ)集或補(bǔ)集和交集關(guān)系進(jìn)行判斷時(shí)，人工智能會(huì)自動(dòng)向?qū)W生推薦相應(yīng)的視頻教程、互動(dòng)式練習(xí)或圖解解答內(nèi)容，從而使學(xué)生對(duì)多個(gè)集合間的關(guān)聯(lián)產(chǎn)生深刻印象.在對(duì)這些概念進(jìn)行解釋的過程中，教師還可以將不同集合圖與人工智能軟件相結(jié)合，使學(xué)生能在可視化的交互界面上對(duì)集合要素進(jìn)行分析，從而能實(shí)時(shí)地觀察到各個(gè)集合的運(yùn)算結(jié)果.此外，教師針對(duì)學(xué)生在練習(xí)過程中出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行分享，人工智能可以及時(shí)地獲取這些信息，并利用智能推薦系統(tǒng)，為學(xué)生提供大量的練習(xí)，使學(xué)生在實(shí)踐中不斷地加強(qiáng)自身學(xué)習(xí)能力.可見，人工智能支持下，既能加深學(xué)生對(duì)集合論知識(shí)的學(xué)習(xí)程度，又能使其更具適應(yīng)性與效率，極大程度地提高學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)效果，積累豐富的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn).

3 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)具有廣闊的發(fā)展前景.人工智能是一種有效的輔助教學(xué)手段，既可以幫助師生突破傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限，又可以通過個(gè)性化學(xué)習(xí)方法來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.日后隨著科技發(fā)展，人工智能將會(huì)在更多的教育領(lǐng)域中扮演重要角色，為學(xué)生學(xué)習(xí)與教師的教學(xué)提供更加有力的支持！

參考文獻(xiàn)：

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［責(zé)任編輯：李 璟］