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

朱增利

摘 要：在教育技術(shù)和信息技術(shù)高速發(fā)展的背景下，在教學(xué)中融入教育技術(shù)與信息技術(shù)，有助于提升教學(xué)質(zhì)量。所以，在高中數(shù)學(xué)教學(xué)中，引入人工智能技術(shù)可以使課堂教學(xué)更加有效，也可以讓學(xué)生更好地掌握數(shù)學(xué)知識(shí)。

關(guān)鍵詞：高中數(shù)學(xué);教學(xué);人工智能

在高中數(shù)學(xué)教學(xué)的不斷優(yōu)化和變革中，要使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到自己在教學(xué)活動(dòng)中的主體地位，提高對數(shù)學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，就必須采用先進(jìn)的技術(shù)和思想，逐步改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式所造成的問題，使培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和思維成為當(dāng)前的主要目的，要給學(xué)生提供富有趣味性、生動(dòng)性的教學(xué)內(nèi)容，營造融洽的氛圍，讓他們能夠積極地投入數(shù)學(xué)課堂教學(xué)活動(dòng)中，提高他們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性[1]。人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI。是對人類智能的基本理論、方法、技術(shù)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行模擬、擴(kuò)展的一種科學(xué)研究、開發(fā)和設(shè)計(jì)新技術(shù)的科學(xué)合理應(yīng)用，它是電子信息科學(xué)的一個(gè)分支。人工智能技術(shù)問世以來，基礎(chǔ)理論和技術(shù)日趨完善，在教學(xué)系統(tǒng)中的主要用途也不斷擴(kuò)大。它以自主創(chuàng)新的教學(xué)方式改變了傳統(tǒng)的教育理念，為學(xué)生和教師提供了方便快捷的課堂教學(xué)途徑及考核機(jī)制。

一、人工智能教育教學(xué)體系現(xiàn)狀

在高考?jí)毫χ拢咧袑W(xué)生在接觸數(shù)學(xué)課程之時(shí)，往往要耗費(fèi)大量時(shí)間和精力去挖掘高考題目的內(nèi)容和解題技巧，在長時(shí)間的題目訓(xùn)練之中，學(xué)生已經(jīng)形成了一種機(jī)械記憶，開展相關(guān)的被動(dòng)學(xué)習(xí)，對于數(shù)學(xué)課程其他內(nèi)容卻選擇性地視而不見，這在傳統(tǒng)教學(xué)模式之下是必然產(chǎn)生的一種教學(xué)結(jié)果。

在高中數(shù)學(xué)課堂上，計(jì)算機(jī)應(yīng)用是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的課程，它主要是訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手編程技能和在實(shí)踐中遇到問題時(shí)的解決問題能力。在傳統(tǒng)的教育中，學(xué)生面臨問題的數(shù)量基本固定，答案也相對單一，教學(xué)方式死板。教師給他們一本作業(yè)指南，讓學(xué)生按照作業(yè)指南寫作業(yè)，然后提交給教師進(jìn)行批閱，整個(gè)過程沒有一個(gè)完整的流程，師生之間的交流相對較少。這種狀況下，教師無法掌握學(xué)生的實(shí)際操作情況，更無法做到因材施教。

將人工智能應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)中，可以解決以往的一些問題，因?yàn)樗鼉?chǔ)存了海量的信息，給學(xué)生更多的選擇余地，而且還設(shè)置了不同的等級(jí)和分?jǐn)?shù)，讓他們的實(shí)際操作變得更加有趣。同時(shí)，人工智能的內(nèi)部信息也在不斷變化著，讓學(xué)生能夠節(jié)省很多訓(xùn)練時(shí)間，也可以根據(jù)自己的情況，進(jìn)行有目的的學(xué)習(xí)評價(jià)。

所以現(xiàn)在各個(gè)高中都將AI的使用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展，涵蓋各種教育資源的分享、線上與線下相融合、教學(xué)內(nèi)容的不斷升級(jí)、線上虛擬教學(xué)場景的在線仿真[2]。

二、高中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)存在的不足之處

（一）教師的教學(xué)模式單一

傳統(tǒng)的教學(xué)模式無法激發(fā)學(xué)生的興趣，也無法在課堂上調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。高中階段的學(xué)生自控能力不足，在課堂上的注意力也不夠集中，需要教師反復(fù)提醒，由于教師的停頓打亂了課堂的節(jié)奏，影響了數(shù)學(xué)課堂效率。

（二）課后習(xí)題過于繁多

題海戰(zhàn)術(shù)會(huì)給學(xué)生帶來一定壓力，學(xué)生只是機(jī)械地記憶學(xué)到的知識(shí)，并未形成有效地吸收。所以，學(xué)生容易產(chǎn)生既然都做了這么多的習(xí)題，應(yīng)該已經(jīng)完全掌握了，不必再讀書鞏固的想法。因此對課下的復(fù)習(xí)不夠重視，這是課后復(fù)習(xí)效率低下原因[3]。

（三）班級(jí)人數(shù)多，教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況無法準(zhǔn)確把握

班級(jí)中學(xué)生過多，教師和學(xué)生的溝通就很難做到全面而及時(shí)。數(shù)學(xué)學(xué)科本身就比較抽象，教師要通過對理論知識(shí)的講解，還要對課題進(jìn)行探索研究。如果學(xué)生在課堂上缺乏參與的積極性，教師采取傳統(tǒng)的教學(xué)模式，這既不符合新課改發(fā)展的需求，也不利于教師對學(xué)生學(xué)習(xí)情況準(zhǔn)確把握，導(dǎo)致數(shù)學(xué)課堂教學(xué)效果不佳。

（四）過于關(guān)注成績，忽視了對學(xué)生知識(shí)應(yīng)用能力的培養(yǎng)

受傳統(tǒng)教學(xué)理念影響，部分教師在教學(xué)過程中過度關(guān)注學(xué)生的成績，給學(xué)生帶來了很大壓力，學(xué)生容易產(chǎn)生“只要多做題取得高分就可以”的觀念，家長的觀念也是對孩子進(jìn)行嚴(yán)厲的管教，只為提高成績，教師的想法是要多講解習(xí)題，讓學(xué)生在題海戰(zhàn)術(shù)中提高成績。在這些觀念中，人們都忽略了一個(gè)問題，學(xué)習(xí)的本質(zhì)意義是什么？是運(yùn)用！學(xué)生在課堂上學(xué)會(huì)了之后，要真正地運(yùn)用到實(shí)際生活中，這才是教育的本質(zhì)意義，如果一直對學(xué)生滲透這種分?jǐn)?shù)至上的思想，對學(xué)生未來的發(fā)展是十分不利的。

三、高中數(shù)學(xué)與人工智能有效結(jié)合的作用

普通的高中生在面對數(shù)學(xué)的時(shí)候，會(huì)花費(fèi)很大的力氣研究考試的內(nèi)容和解題方法，在長期的練習(xí)之后，他們就會(huì)自然而然地進(jìn)行相應(yīng)的練習(xí)，這是傳統(tǒng)的教學(xué)方法。因此，高中數(shù)學(xué)教師要積極轉(zhuǎn)變自己的教育理念和方法，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，增強(qiáng)高中數(shù)學(xué)的科學(xué)性和合理性，充分利用豐富的教育資源，豐富高中數(shù)學(xué)教學(xué)手段，讓學(xué)生在新穎的教學(xué)情境和方法下，重拾信心，提高學(xué)習(xí)興趣。

科技迅猛發(fā)展的今天，科技在很多方面都得到了廣泛運(yùn)用，其中在教學(xué)方面的運(yùn)用更是卓有成效。目前，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的教育方法越來越不適應(yīng)當(dāng)前的教育需要，教師要引導(dǎo)學(xué)生了解人工智能應(yīng)用情況，激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情。正是由于人工智能與學(xué)習(xí)息息相關(guān)，教師要引導(dǎo)學(xué)生正確地理解人工智能的重要性，利用其特性，向?qū)W生展示其實(shí)際運(yùn)用的實(shí)例，幫助學(xué)生理解人工智能的智能識(shí)別和運(yùn)用語言的運(yùn)用，讓學(xué)生了解到人工智能與生活的緊密關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生能夠積極主動(dòng)學(xué)習(xí)。在AI的幫助下，教師可以清晰地了解到學(xué)生的學(xué)業(yè)狀況，并根據(jù)其不同性格進(jìn)行針對性的指導(dǎo)，讓學(xué)生根據(jù)自己的喜好挑選教材。

四、高中數(shù)學(xué)教學(xué)中人工智能技術(shù)進(jìn)行教育的路徑

高科技信息時(shí)代，人工智能技術(shù)已經(jīng)滲透到生活的方方面面。對于中學(xué)生來說，在日常生活中也會(huì)經(jīng)常遇到人工智能相關(guān)的知識(shí)，如蘋果手機(jī)的siri智能語音對話系統(tǒng)、家里的掃地機(jī)器人、小區(qū)和學(xué)校門口的人臉識(shí)別等。甚至很多課堂采用智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過拍攝分析學(xué)生的表情測試學(xué)生的心理狀態(tài)，是聚精會(huì)神、分神還是疑惑狀態(tài)。智能學(xué)習(xí)分析通過分析學(xué)生的作業(yè)、平時(shí)成績，分析學(xué)生學(xué)習(xí)的薄弱點(diǎn)和需要加強(qiáng)改進(jìn)的地方等。學(xué)校的宿舍、食堂，甚至教室的安防系統(tǒng)大多采用人臉識(shí)別系統(tǒng)，可以智能識(shí)別本校的學(xué)生和陌生人。我們的課堂教學(xué)以基礎(chǔ)文化知識(shí)為主，卻鮮少涉及人工智能技術(shù)原理知識(shí)。如果能夠合理利用人工智能技術(shù)原理知識(shí)，可以更加豐富我們的課堂教學(xué)。

（一）借助人工智能優(yōu)化課前預(yù)習(xí)

在高中數(shù)學(xué)教學(xué)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績將直接影響到以人工智能為基礎(chǔ)的高中數(shù)學(xué)教學(xué)能否順利進(jìn)行。高中數(shù)學(xué)教師在準(zhǔn)備課程時(shí)要充分把握學(xué)時(shí)，精心安排預(yù)習(xí)，根據(jù)教學(xué)的難度和學(xué)生的實(shí)際認(rèn)知水平，制作微課錄像，學(xué)生通過MOOC（慕課）觀摩，利用網(wǎng)絡(luò)等智能工具收集學(xué)習(xí)材料完成課前預(yù)習(xí)，并讓學(xué)生在預(yù)習(xí)時(shí)發(fā)現(xiàn)的各種困難問題，教師再在課堂上給他們講解。利用AI中的人機(jī)互動(dòng)技術(shù)，可以在某種意義上解決問題，給學(xué)生量身定做教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的求知欲，同時(shí)收集學(xué)生的學(xué)習(xí)資料，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，相應(yīng)推薦最適合他們的課程，以達(dá)到最好的教學(xué)質(zhì)量。

（二）借助VR技術(shù)提高教學(xué)效率

VR技術(shù)是一種以AI為主的技術(shù)，它通過電腦來進(jìn)行虛擬場景的仿真，讓使用者有一種置身于真實(shí)世界的錯(cuò)覺。因?yàn)楦咧械臄?shù)學(xué)比較單調(diào)，所以很難讓人掌握，利用VR技術(shù)可以讓學(xué)生完全置身于真實(shí)的教學(xué)情境之中，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)困難。比如，在學(xué)習(xí)“空間幾何體的三視圖和直觀圖”時(shí)，教師可以使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在投影機(jī)等設(shè)備的幫助下，制作三維立體圖，并根據(jù)物體在光線的角度和高度上的變化，在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幫助下，讓學(xué)生進(jìn)入立體空間，增強(qiáng)視覺的空間感，將抽象的數(shù)學(xué)知識(shí)具象化，有效地提升教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)課堂的最佳化[4]。

（三）借助人工智能優(yōu)化小組討論

人工智能可以為學(xué)習(xí)者帶來質(zhì)的提升，因?yàn)樗撕Ａ康闹R(shí)，是教師所不能提供的。小組研討是一種教學(xué)方法，它可以使學(xué)生在討論中獲得更多的參與機(jī)會(huì)，在這個(gè)時(shí)候，利用AI可以有效地提升團(tuán)隊(duì)的工作效能。在課堂上，教師可以讓學(xué)生分組交流，人工智能作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)的協(xié)調(diào)人，在教師無法同時(shí)處理所有問題的情況下，AI可以最大限度地幫助處理問題，大大提升團(tuán)隊(duì)效率。教師可以在學(xué)生討論之后，從各個(gè)小組中選出一位學(xué)生來做報(bào)告，然后用人工智能技術(shù)將這些內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)整理，以便讓學(xué)生更好地了解到在討論過程中存在的問題。

（四）啟用大數(shù)據(jù)支持，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析

大數(shù)據(jù)可以為教師提供充分的數(shù)據(jù)支撐，通過對學(xué)習(xí)結(jié)果的動(dòng)態(tài)剖析，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的優(yōu)點(diǎn)和不足[5]，即將所獲得的資料與資料庫進(jìn)行對比，利用學(xué)生的學(xué)業(yè)狀況發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果及存在的問題。例如，學(xué)生有困惑、“集合”課等，教師可以運(yùn)用大數(shù)據(jù)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)解析。當(dāng)教師講解子集、全集、補(bǔ)集、交集時(shí)，若有疑問，則可以與軟件系統(tǒng)相配合，也可結(jié)合軟體進(jìn)行講解。

（五）結(jié)合軟件模擬，提升理解效果

虛擬技術(shù)是AI的一個(gè)主要內(nèi)容，運(yùn)用電腦營造出立體、動(dòng)態(tài)的模擬場景，通過親身經(jīng)歷，提高學(xué)生的領(lǐng)悟力，也可以通過網(wǎng)絡(luò)問答的形式進(jìn)行競速;通過定時(shí)等方法刺激學(xué)生的競賽意識(shí)，幫助學(xué)生解決問題，讓學(xué)生更好地了解自己的數(shù)學(xué)能力和水平。在課堂上，教師可以使用軟件進(jìn)行仿真，通過下載一些有意思的資料來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。比如，在《重慶全景》中，學(xué)生可以看到18樓的地鐵、讓人目眩神迷的天橋，在百度地圖上，可以看到同一地點(diǎn)，但是距離200多米的精彩畫面。教師在下載資料后，可以將這幅地形圖綜合起來，明確提出點(diǎn)、線、面專業(yè)知識(shí)的題目，如“AB線與CD線”“天橋各段與地面的聯(lián)系”，讓學(xué)生具備在實(shí)際生活中運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)的能力。

（六）采用一對一輔導(dǎo)，展開深度學(xué)習(xí)

在傳統(tǒng)的高中數(shù)學(xué)中，教師要照顧到大部分的同學(xué)，在AI的幫助下，可以實(shí)現(xiàn)一對一的針對性輔導(dǎo)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。AI可以讓教師和學(xué)生之間的關(guān)系更加緊密，更重要的是，讓學(xué)生可以挑選一位適合自己的教師進(jìn)行線上授課。教師可以對學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)上問答，當(dāng)學(xué)生提問的時(shí)候，還可以針對學(xué)生的不同情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)[6]。如“概率”課，可以對學(xué)生進(jìn)行一對一的定向輔導(dǎo)。在挑選教師之后，可以和教師進(jìn)行更深入的接觸，了解概率理論的實(shí)際應(yīng)用。教師可以在線進(jìn)行仿真，讓學(xué)生結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行問題的解答。

（七）運(yùn)用智能助教，減輕教學(xué)負(fù)擔(dān)

智能輔助教師是人工智能領(lǐng)域的一個(gè)重要特點(diǎn)，它不僅可以進(jìn)行面部辨識(shí)，還可以將教師的語音、考試、反饋、錄像等功能發(fā)揮到極致。教師可以利用專門的App來完成任務(wù)的評分，并與海量的數(shù)據(jù)相融合。此外，教師還可以對學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行評估，例如，某些同學(xué)出現(xiàn)疏忽、基礎(chǔ)概念模糊的情況，智能助理可以向教師發(fā)出警示，讓教師能夠隨時(shí)掌握他們的學(xué)習(xí)狀況[7]。再如，在練習(xí)“三角函數(shù)”時(shí)，教師可以利用人工智能輔助完成任務(wù)的回顧。在此問題中，學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)三角函數(shù)的曲線軌跡，并能判定其基本形式。在完成了問題解答后，教師利用智能助手對學(xué)生的問題解答進(jìn)行解析，并對其解答的過程進(jìn)行追蹤。同時(shí)，教師也可以針對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，制訂有針對性的教學(xué)計(jì)劃。通過運(yùn)用個(gè)性化的方式進(jìn)行各種問題的訓(xùn)練，使其更好地理解三角函數(shù)的相關(guān)知識(shí)。

（八）巧用智能引導(dǎo)，打造個(gè)性課堂

人工智能的核心是具有強(qiáng)大的計(jì)算思維，所以可以快速地分析整理多種數(shù)據(jù)，能夠?qū)?fù)雜的問題簡單化，優(yōu)化高中數(shù)學(xué)課堂。因此，教師應(yīng)該充分應(yīng)用人工智能打造個(gè)性化數(shù)學(xué)課堂，促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展。

例如，講解“球的體積”一課時(shí)，教師可以應(yīng)用人工智能中的對話系統(tǒng)，將教學(xué)內(nèi)容輸入進(jìn)去，這樣教師在提問學(xué)生時(shí)，人工智能系統(tǒng)可以自動(dòng)檢驗(yàn)學(xué)生回答的結(jié)果是否正確，當(dāng)學(xué)生回答錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出“滴滴”的聲音，然后會(huì)給學(xué)生一些提示，引導(dǎo)學(xué)生思考正確答案，這樣有利于學(xué)生逐步理解數(shù)學(xué)知識(shí)。利用人工智能，學(xué)生在課堂中能夠更加積極地回答問題，并且在人工智能的引導(dǎo)下，學(xué)生的學(xué)習(xí)難度也降低了，這對學(xué)生的學(xué)習(xí)有著極大的促進(jìn)作用。

結(jié)束語

總之，人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，可以讓學(xué)生的學(xué)習(xí)效率得到極大提升，能夠調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，緩解教師們的壓力，加強(qiáng)對數(shù)學(xué)的研究。將人工智能技術(shù)運(yùn)用于高中數(shù)學(xué)教育，既符合當(dāng)前的發(fā)展趨勢，是一種值得廣大師生認(rèn)真研究和討論的課題。

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