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

黃渝謐

【摘要】隨著科技的飛速發(fā)展，世界已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化.人工智能技術(shù)也在大數(shù)據(jù)時(shí)代下應(yīng)運(yùn)而生，而且在許多領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用.本文探討人工智能技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，并結(jié)合高中數(shù)學(xué)教學(xué)，從人工智能在監(jiān)督教學(xué)、“VR”提高教學(xué)效率、“一對(duì)一”輔導(dǎo)、“智能助教”、微信平臺(tái)加強(qiáng)三方聯(lián)系幾個(gè)方面探討人工智能技術(shù)的具體應(yīng)用，以期對(duì)高中數(shù)學(xué)的課堂教學(xué)給出一定的參考，起到“拋磚引玉”的作用.

【關(guān)鍵詞】高中數(shù)學(xué)；人工智能；教育教學(xué)；實(shí)踐

目前，我們已經(jīng)進(jìn)入了人工智能和大數(shù)據(jù)時(shí)代.人工智能技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為不可抵擋的大趨勢(shì)，人工智能技術(shù)如何在教育教學(xué)中應(yīng)用，也是目前在教育界熱烈探討的一個(gè)話題.高中數(shù)學(xué)的教育教學(xué)，也是人工智能技術(shù)可以發(fā)揮作用的一個(gè)大舞臺(tái).隨著時(shí)間的推移，人工智能正在不知不覺地改變著我們的教育行業(yè)，人工智能推動(dòng)下的大數(shù)據(jù)采集與分析、個(gè)性化教學(xué)等，正逐漸走進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)課堂，為教師和學(xué)生帶來全新的教學(xué)方式.這種教學(xué)方式，究竟對(duì)高中數(shù)學(xué)教學(xué)中教師和學(xué)生產(chǎn)生了哪些影響呢？本文將進(jìn)行詳細(xì)的闡述.

一、人工智能概述

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，和空間技術(shù)、能源技術(shù)并稱為21世紀(jì)的三大尖端科技之一.人工智能由數(shù)學(xué)發(fā)展而來，而在教育教學(xué)領(lǐng)域，數(shù)學(xué)也是最有可能實(shí)現(xiàn)人工智能應(yīng)用突破的一門學(xué)科.人工智能的應(yīng)用已經(jīng)開始在教育教學(xué)方面穩(wěn)步發(fā)展.人工智能的作用是巨大的，人工智能技術(shù)能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的片面化、單一化的教學(xué)缺陷，使教育教學(xué)更豐富、更科學(xué)、更精細(xì)，甚至?xí)蔀閷?duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的一種顛覆，它的應(yīng)用勢(shì)不可擋，也必定會(huì)帶來數(shù)學(xué)教學(xué)界的一大變革.

二、人工智能在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐研究

（一）“識(shí)別”技術(shù)實(shí)現(xiàn)“監(jiān)督教學(xué)”

“識(shí)別”是人工智能中一項(xiàng)重要的技術(shù).據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)本土語音識(shí)別率已經(jīng)達(dá)到90%以上，除此之外，人工智能識(shí)別技術(shù)還能夠識(shí)別人的表情、動(dòng)作等.為了增進(jìn)考試閱卷的公正性，智能識(shí)別技術(shù)也已經(jīng)被應(yīng)用在了高考閱卷之中.“識(shí)別”這項(xiàng)技術(shù)，還可以用在“監(jiān)督教學(xué)”中，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，并給出數(shù)據(jù)分析.

比如，在學(xué)習(xí)高一上冊(cè)“集合與函數(shù)”這一章節(jié)時(shí)，通過對(duì)備課、課堂教學(xué)、作業(yè)、測(cè)驗(yàn)等一系列教學(xué)過程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后通過安裝在每個(gè)課桌上的智能識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)學(xué)生上課時(shí)的面部表情加以識(shí)別，比如，點(diǎn)頭、疑惑、舉手、開小差等反應(yīng)進(jìn)行分析并及時(shí)向教師反饋，幫助教師了解到大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為的“難點(diǎn)”（比如，對(duì)“函數(shù)”這一知識(shí)點(diǎn)的理解，可能會(huì)比對(duì)“集合”的理解難一些），和每一名學(xué)生的不同情況，幫助教師調(diào)整自己講課的知識(shí)點(diǎn)講授時(shí)間和深度，對(duì)于學(xué)生公認(rèn)為“難”的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的講解和點(diǎn)撥，對(duì)于個(gè)別沒有掌握的學(xué)生，進(jìn)行課下解疑或者小組幫助學(xué)習(xí)，做到“因材施教”，幫助教師實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程“個(gè)性化”.教師還可以通過人工智能技術(shù)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，了解到全班學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，識(shí)別不同區(qū)域?qū)W生的活躍情況，同時(shí)了解到每一名學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，促進(jìn)“個(gè)性化”學(xué)習(xí)和“差異化”教學(xué).

（二）“VR”提高教學(xué)效率

“VR”也叫虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，它是利用計(jì)算機(jī)創(chuàng)造的模擬環(huán)境，是一種交互式仿真的三維動(dòng)態(tài)情境，能夠使用戶“如臨其境”，沉浸到該環(huán)境中.數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)往往抽象枯燥，不易于直觀理解.而采用VR技術(shù)讓虛擬現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境更具沉浸感，將學(xué)習(xí)變得和游戲一樣簡(jiǎn)單.

例如，在學(xué)習(xí)高一下冊(cè)“空間幾何體”這一章時(shí)，可以利用電腦、投影儀和移動(dòng)大屏幕等教育信息化硬件設(shè)施，利用“VR”技術(shù)生成空間幾何體的3D模型，在講授“空間幾何體的三視圖和直觀圖”這一節(jié)時(shí)，教師可以把空間幾何體隨著“光”的高度和角度的變化產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)投影展示給學(xué)生，通過“VR”技術(shù)讓學(xué)生進(jìn)入幾何體的空間中，空間投影中，從不同的維度觀察和感受幾何體，建立幾何空間感.利用這項(xiàng)技術(shù)，教學(xué)內(nèi)容變得直觀，教學(xué)活動(dòng)變得高效而活潑，大大提高課堂的教學(xué)效率.

（三）自適應(yīng)學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)“一對(duì)一”輔導(dǎo)

自適應(yīng)學(xué)習(xí)軟件使學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)成為現(xiàn)實(shí).自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)可能包含“能力測(cè)量”“能力訓(xùn)練”和“能力追蹤”，學(xué)生通過使用人工智能軟件觀看在線課程（視頻和練習(xí)），為學(xué)生的每一步學(xué)習(xí)提供學(xué)習(xí)反饋，并針對(duì)學(xué)生的掌握情況，給出更具體、更細(xì)致的學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)模擬“一對(duì)一”輔導(dǎo)，以更好地跟蹤、適應(yīng)和支持個(gè)體學(xué)習(xí)者.

例如，在高二上冊(cè)“統(tǒng)計(jì)”和“概率”這兩章的學(xué)習(xí)中，需要進(jìn)行一定量的習(xí)題練習(xí)，來檢測(cè)學(xué)生的理解和掌握情況，可以利用自適應(yīng)學(xué)習(xí)軟件，模擬學(xué)生的個(gè)人導(dǎo)師，實(shí)時(shí)回答學(xué)生的問題，對(duì)易混淆的概念進(jìn)行解疑，為學(xué)生制訂個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案，真正做到了“一人一導(dǎo)師”.

（四）“智能助教”批改作業(yè)，減輕教師工作量

教師可以通過平板電腦和一些專業(yè)的App軟件，進(jìn)行學(xué)生作業(yè)的批改和試卷分析的工作，讓智能軟件做一個(gè)“智能助教”，而學(xué)生的課程作業(yè)也可以通過自己的電子設(shè)備提交給教師，由軟件對(duì)學(xué)生作業(yè)進(jìn)行批改、評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)課后教學(xué)反饋.這將大大減輕教師的工作量，使教師有更多的精力和時(shí)間研究教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法.

（五）“微信平臺(tái)”建立教師、學(xué)生、家長(zhǎng)三方的聯(lián)系

信息化的環(huán)境下，教師、教學(xué)管理人員、家長(zhǎng)和學(xué)生能夠建立起實(shí)時(shí)聯(lián)系，有助于形成全面、無短板的教育體系.教師、學(xué)生和家長(zhǎng)可以利用微信平臺(tái)，通過發(fā)朋友圈等方式，建立聯(lián)系.實(shí)時(shí)了解學(xué)生的課上、課下的學(xué)習(xí)和生活情況，通過三方交流發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問題，并商討對(duì)策，及時(shí)解決，有助于學(xué)生身心的健康發(fā)展，學(xué)習(xí)成績(jī)穩(wěn)步提高.

三、人工智能的批判質(zhì)疑之聲

人工智能作為一項(xiàng)新的技術(shù)出現(xiàn)，進(jìn)入應(yīng)用的時(shí)間并不算長(zhǎng)，當(dāng)然也會(huì)有反對(duì)和質(zhì)疑的聲音.比如，有人認(rèn)為人工智能會(huì)檢測(cè)到大量的個(gè)人數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保密成為其應(yīng)用的最大阻礙；也有人認(rèn)為，人本身是各不相同的個(gè)體，而人工智能技術(shù)是數(shù)據(jù)構(gòu)成的，是不感性的，解決問題的思路更趨向于理智和統(tǒng)一，人工智能技術(shù)是否會(huì)讓學(xué)生的思維趨向于標(biāo)準(zhǔn)化，從而使學(xué)生失去個(gè)性，也是很多人擔(dān)心的問題.但是，人工智能技術(shù)給教育教學(xué)帶來的便捷性、直觀性也是顯而易見的.對(duì)于新興技術(shù)的疑慮是正常的，這也會(huì)在一個(gè)側(cè)面給人工智能提出更高的要求，讓這項(xiàng)技術(shù)在批判中得到發(fā)展.

由上述的闡述我們可知，人工智能技術(shù)在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用是存在一些爭(zhēng)議的.除此之外，爭(zhēng)議的點(diǎn)還有，一些人認(rèn)為人工智能僅僅是對(duì)人的意識(shí)、思維的信息過程的模擬.人工智能雖然不是人的智能，但依據(jù)系統(tǒng)程序卻能像人那樣思考，也可能超過人的智能.由于人工智能擁有智商，它可能會(huì)反抗人類，逆于人的思維.因此，我們也應(yīng)當(dāng)注意在人工智能的開發(fā)中不允許機(jī)器擁有自主意識(shí)的產(chǎn)生與延續(xù)，倘若讓機(jī)器有了自主意識(shí)，那就意味著機(jī)器具有與人同等或類似的創(chuàng)造性、自我保護(hù)意識(shí)、情感和自發(fā)行為.我們只需緊密結(jié)合教學(xué)實(shí)踐趨利避害.

四、總結(jié)展望

隨著科技的不斷發(fā)展，人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)越來越深，越來越廣.這項(xiàng)技術(shù)能夠有效地提高課堂學(xué)習(xí)效率，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，減輕教師的負(fù)擔(dān)，提升學(xué)習(xí)效果，增進(jìn)教師、家長(zhǎng)和學(xué)生之間的交流，是一種適應(yīng)時(shí)代潮流的教學(xué)趨勢(shì)，值得教師和學(xué)生進(jìn)行進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和探討，在高中數(shù)學(xué)的應(yīng)用也值得進(jìn)一步研究和推廣.

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