人工智能對中學數學“教”與“學”的作用

孫春云

摘 要：自2016年AlphaGo戰勝了韓國最強圍棋選手后，“人工智能”便人盡皆知。人工智能被廣泛應用于各個行業，教育領域也不例外。人工智能在教育領域的應用，不僅能解決學生在數學學習中遇到的難題，而且對教師的教學也有很大的促進作用，使教師和學生可以得到雙向發展，在教學中形成一個良好的動態循環。

關鍵詞：人工智能;數學學習;數學教學

我國的教育長期籠罩在“應試教育”的陰影之下，要實現從應試教育到素質教育的轉變，就要改變教師為了教而教，學生為了學而學的現狀。人工智能可以調動學生學習的積極性，準確捕捉學生學習的弱點，對學生進行專項訓練，為其制定適合自己的學習計劃，大幅度減少學習時間，有效提高學習效率，實現個性化學習。同時，人工智能也可以減少教師的工作量，從而讓他們有時間和精力專注于專業技能的發展[1]。

一、中學數學學習的困難

（一）對數學缺乏興趣，沒有求知欲

在傳統的數學課堂中往往采用的是單一的“教師-學生傳授-接受知識”教學模式，是以教師為主導，學生被動接受知識的方式。這種枯燥單調的教育方式，使學生無法感受到自身是學習過程中的主體，也無法體會到課堂的參與感，因此從一定程度上其實是打擊了學生學習的積極性。

數學本身是一門抽象的學科，它并不像其他學科一樣，研究對象是現實生活中客觀存在的事物，在學習過程中能夠得到具體事物的支持，給學生直觀性的感受，有助于加深學生對知識點的理解。例如：物理學科研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物質最基本的運動形式和規律;生物學科研究生物（包括植物動物和微生物）的結構，功能，發生和發展規律的科學。而數學研究的是抽象的形式化的思想材料，例如：數、式、方程、函數等。對于學生而言，在沒有具體事物的支持下，沒有經歷知識的發生發展過程，他們對一連串冰冷的數學符號所代表的實際含義是難以理解的[2]。

（二）對教師的授課節奏和風格難以適應

每個學生都是一個獨立的個體，他們在學習過程中所體現出來的觀察力，注意力，記憶力，空間想象能力，邏輯思維能力等都是不同的，并且通過長期的數學知識積累，頭腦中的數學認知結構也存在著千差萬別。不同的學生接受新知識的能力，速度，難度等也都存在著差異，因此在一個班級中，有些學生能夠較快適應教師的講課節奏，也較容易吸收新知識，并將其整合到自己已有的認知結構當中;有些學生基礎較差，他們的認知結構中沒有能同化新知識的知識，在理解新知識的過程中就會有一定的障礙。在中國傳統的教學組織形式（班級授課制）下，注定教師在課堂中無法顧及到所有學生的學習狀態，只能照顧到成績居中的大多數學生。盡管課程改革一直強調要因材施教，注重每個學生的全面發展，但是仍然難以落實到實踐當中[3]。

教師的專業知識水平，人格魅力等都會影響學生對老師的態度，進而影響學生對這門課程的喜愛程度。

二、中學數學教學的困難

（一）多重角色，負擔較重

教師這一職業天生自帶責任感和使命感，讓人常常忘記在講臺下，摘掉教師的稱呼，他們也是一個社會人，有自己的生活。尤其對于女老師，繁忙的工作與家庭瑣事使他們應接不暇，對工作的熱情和積極的態度也會逐漸被消磨殆盡。在他人眼中，教師這一職業代表著輕松，其實不然。呈現在學生面前的一節課，看似只是短短的四十分鐘，背會卻是由多少個四十分鐘匯聚而成的。根據教學大綱的重難點進行教學設計，考慮如何設計才能使整個課程環環相扣引人深思，如何激發學生的興趣，如何引導學生向正確的方向進行思考，如何應對課堂上可能會出現的各種突發情況，如何在有限的時間內完成一節課的教學任務……這都需要時間的付出，才能最終展現給學生[4]。

教師的教育對象是一個個鮮活靈動的人，學生都有自己的情緒，愛好，興趣，感受，體驗等，在學習過程中，不僅知識積累逐漸豐富，心理也變得復雜，教師應時刻關注了解學生的心理狀況，及時進行疏導與溝通，確保學生順利有效的進行學習。

（二）難以因材施教

因班級人數太多，教師無法及時了解每個學生的學習情況，也無法及時知道那些知識他們已經掌握，那些知識是他們的薄弱點，從而無法根據學生的學習能力和學習進度進行指導，為他們制定適合自己的學習方法和目標。

三、人工智能對學生學習數學的促進作用

（一）哪里不會學哪里

人工智能可以像基因檢測一樣準確找到學生的學習漏洞，及時反饋給學生自己的學習情況，讓學生清楚的了解哪些知識是自己沒有掌握的，繼而進行專題訓練。例如：二次函數的知識點主要包括二次函數的定義，表示形式，性質，圖像，三要素等。在學完有關二次函數的知識后，可以讓學生練習人工智能學習系統篩選出的相關習題，之后系統會準確診斷出學習的弱點。如果學生對二次函數的性質不熟悉，可以專門針對這部分內容進行學習，達到讓學生只學不會的知識點，節省80%的刷題時間，輕松提高學習效率[5]。

（二）追根溯源，找到知識漏洞

一個九年級的知識點學不會可能是因為六，七年級的某些知識點沒有掌握而導致的。例如：高中學習二次函數時，會有求函數值為零時自變量的值，其中一種方法是將求函數自變量的值轉化為求二元一次方程的根，這時考察的就是初中學過的有關二元一次方程求根的知識點。如果學生在解方程中遇到困難，那么初中這部分內容就沒有掌握。人工智能學習系統可以幫助學生從源頭找準知識漏洞，查漏補缺，確保學生之后的學習可以順利有效的進行。

（三）根據目標放棄

不同學生的學習能力是有懸殊的。在數學學習中，有些學生的空間想象能力較好，那么他可能對空間幾何方面的知識點掌握的就比較好;而有些學生的邏輯抽象能力較強，那么他可能在學方程和函數時的成績就比較突出。通過系統檢測，可以分析出學生哪方面的能力較強，有效地幫助學生找到對他們來說容易學會的知識點，使他們快速建立成就感，戰略性放棄難度大耗時間長的知識點，在短時間內快速掌握盡可能多的內容。

（四）動態規劃學習路徑

實時捕捉學生學習動態數據，根據每位學生學習進度的不同，制定個性化學習方案，將時間有效花在薄弱的知識點上，輔助教師將因材施教真正落實到實處，讓每個孩子的能力得到最大程度的發展與提升[6]。

（五）難度實時調控

讓成績優異的學生根據自身能力學習具有挑戰的內容，成績一般或者成績不佳的學生學習容易聽懂的并能夠接受的知識。

（六）激發學生學習數學的興趣

人工智能學習系統可以向學生呈現每一個抽象復雜的數學知識點的來源發展過程，激發學生的好奇心和探索知識的欲望，讓學生了解足夠的數學文化，在數學文化背景下進行學習，有利于學生理解抽象的數學概念，命題和定義等。

（七）整合教育資源，實現優質教育公平化

我國優秀教育資源分配是極度不平衡的，大多高學歷有經驗的名師都聚集在北上廣這樣的一線城市，其他城市由于受地理位置，發展前景以及經濟條件等的制約，難以吸引到優秀的教師，學生就無法受到良好的教育。人工智能學習系統實現了將優秀教育資源整合，打破時間和空間的限制，讓每位學生都可以根據自己的興趣和學習能力選擇適合自己的教師，實現優質教育公平化。

四、人工智能對數學教師教學的輔助作用

（一）通過檢測出來的學習報告，教師可以及時獲取每位學生的學習情況和能力發展趨勢，有利于教師改進自己的教學方式和進度，盡可能照顧到更多的學生。

（二）減輕教師的負擔，代替教師完成沒有技術含量的工作，讓教師有更多的時間和精力提升自身教學能力，積累教學經驗，擴大知識面，鉆研中學數學教材，進行有創造性的教學設計，了解當下中學生的心理和學習進度等，給學生們提供更精彩的課堂展示[7]。

五、結束語

人工智能在教育領域的逐步普及，使得長久以來未得到解決的教育難題迎刃而解，即便如此，人工智能也無法完全取代傳統的課堂教學。在未來，教師和人工智能的相互配合，相輔相成，使數學不再是讓中學生感到困難的一門學科，而是能讓學生深刻感受到數學的魅力所在，切身體會到學習數學的樂趣[8]。

參考文獻：

[1]于澤元，尹合棟.人工智能所帶來的課程新視野與新挑戰[J]課程教材教法.2019（2）.

[2]宋靈青，許林.人工智能教育應用的邏輯起點與邊界—以知識學習為例[J].中國電化教育，2019（6）：14-20.

[3]孫田琳子，沈書生.論人工智能的教育尺度—來自得雷福斯的現象學反思[J].中國電化教育，2019（11）.

[4]呂愷悅，孫眾.“人工智能+教師現狀”的現狀，動態與問題[J].現代教育技術.2019（11）.

[5]葉瀾.教育概論[M].北京：教育科學出版社，1991.

[6]譚維智.互聯網時代教育的時間邏輯[J].教育研究，2017（8）：12-14.

[7]閆小葉.淺析“互聯網+”背景下高校青年教師專業成長問題[J]西部學刊.2019（14）.

[8]顧建軍.技術的現代維度與教育價值[J].華東師范大學學報（教育科學版），2018：1-18.