以人工智能促進小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)提質(zhì)增效的路徑分析

陳永暢　汪姍姍

摘要：在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師通過人工智能技術(shù)提供仿真的學(xué)習(xí)場景，能幫助學(xué)生突破難點，能更好地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題并及時進行糾正。在課前，人工智能技術(shù)可以輔助分析每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求，為每個學(xué)生制訂個性化的學(xué)習(xí)計劃，為教師選擇合適的教學(xué)策略；在課中，人工智能技術(shù)可以輔助教師進行教學(xué)管理，提高教學(xué)效率；在課后，人工智能技術(shù)可以幫助學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：人工智能；小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)；提質(zhì)增效；新媒介

人工智能（AI）已深入社會發(fā)展的各個領(lǐng)域，教育領(lǐng)域亦不例外，必然也對小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)產(chǎn)生了深遠的影響。通過人工智能技術(shù)，教師可以更好地了解每個學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)與興趣點，從而因材施教。人工智能技術(shù)可以提供仿真學(xué)習(xí)場景，能幫助學(xué)生突破難點；也可以幫助教師更好地評估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問題并及時進行糾正。此外，在課前，人工智能技術(shù)可以輔助分析每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求，為每個學(xué)生制訂個性化的學(xué)習(xí)計劃，為教師選擇合適的教學(xué)策略；在課中，人工智能技術(shù)可以輔助教師進行教學(xué)管理，提高教學(xué)效率；在課后，人工智能技術(shù)可以幫助學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效果。

一、技術(shù)支持，課前精準把握，優(yōu)化學(xué)習(xí)體驗

人工智能技術(shù)的應(yīng)用能提高小學(xué)數(shù)學(xué)課前預(yù)習(xí)或自習(xí)的效率。在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，學(xué)生年齡偏小、自制力差、數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容分散、“滿堂灌”教學(xué)模式等成為了教學(xué)的頑疾，從而導(dǎo)致學(xué)生處于被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)。在人工智能時代，我們的學(xué)習(xí)方式有了更多的選擇，學(xué)生也有更強的學(xué)習(xí)能力，那么如何更為精準地使學(xué)生有更好的學(xué)習(xí)體驗、更適合的學(xué)習(xí)場景呢？筆者認為，如下人工智能技術(shù)的支持能不斷提升學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率，能給學(xué)生提供個性化的學(xué)習(xí)場景。

（一）智能預(yù)習(xí)

到目前為止，可能也有較多的教師是不贊成小學(xué)數(shù)學(xué)課前進行預(yù)習(xí)的，但是，如果是具有針對性的課前預(yù)習(xí)，能有效地幫助學(xué)生找到適合自己的學(xué)習(xí)方式，更重要的是，可以讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，這是一項長遠的學(xué)習(xí)技能。智能預(yù)習(xí)是指根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的學(xué)習(xí)“數(shù)據(jù)”自動生成一些對應(yīng)概念講解的素材、練習(xí)題和測試題等，讓學(xué)生能在家中或者學(xué)校提前進行預(yù)習(xí)，同時教師通過學(xué)生的預(yù)習(xí)情況準確地掌握學(xué)情，進而設(shè)計有側(cè)重點、有針對性的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

例如，在一年級教學(xué)中，可能很多學(xué)生早就會數(shù)數(shù)，也會寫數(shù)字了，那么我們的教學(xué)重點是什么呢？通過人工智能預(yù)習(xí)手段，我們就能精準地把握學(xué)情，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗。教師如果還按照教材的內(nèi)容分布，一點點地細講，沒有抓住學(xué)生的學(xué)習(xí)困難點，就沒有辦法在現(xiàn)有的學(xué)情下提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，甚至?xí)驌魧W(xué)生的學(xué)習(xí)信心。再如，像“三角形內(nèi)角和為180度”這一結(jié)論，可能很多學(xué)生課前就已經(jīng)知道了，教師這時就可以通過人工智能工具，向?qū)W生發(fā)放一些問卷，調(diào)查學(xué)生的學(xué)習(xí)停留在哪個層次，是否真的已經(jīng)理解其內(nèi)涵，是否能通過探究得到一般化的規(guī)律，形成數(shù)學(xué)的思想方法。這樣的預(yù)習(xí)都是非常必要的，而且能真正地提升教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效果。

（二）智能輔導(dǎo)

教師可以通過人工智能技術(shù)的智能輔導(dǎo)功能，幫助學(xué)生更好地理解和掌握數(shù)學(xué)知識。教師可以利用人工智能技術(shù)，針對學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)進行輔導(dǎo)，提供針對性的練習(xí)題目和解決方法，幫助學(xué)生更好地掌握數(shù)學(xué)知識。當(dāng)學(xué)生預(yù)習(xí)過程中遇到問題時，教師可以通過ChatGPT、文心一言、題拍拍等人工智能工具，利用它們給我們推送的對應(yīng)學(xué)習(xí)視頻、講解教程、解題過程等，使學(xué)生的學(xué)習(xí)不受時間、空間的限制，有針對性地對學(xué)生進行輔導(dǎo)。智能輔導(dǎo)的最大優(yōu)點是可以控制學(xué)習(xí)的進度、速度，如果在一個環(huán)節(jié)中學(xué)生還有不懂的問題，教師就可以慢一點；如果一個環(huán)節(jié)學(xué)生已經(jīng)都學(xué)會了，教師教學(xué)的速度就可以加快。這樣，就做到了省時、省力，更優(yōu)化了學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。這樣的輔導(dǎo)為學(xué)生提供了更加豐富、生動、個性化的學(xué)習(xí)體驗，幫助他們更好地理解和掌握數(shù)學(xué)知識。同時，也使得教學(xué)活動更加智能和高效。

（三）智能自測

教師可以利用人工智能技術(shù)，結(jié)合課堂中學(xué)生的學(xué)習(xí)情況及能力水平，使用相關(guān)的智能軟件，有針對性地制作智能題庫，并在相關(guān)平臺上展示給學(xué)生。學(xué)生可以通過在線智能自測進行自我評估，不斷提升自己的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)水平。

例如，教師可以制作一些自測題庫，也可以通過大數(shù)據(jù)編制自測題庫，讓學(xué)生在線完成自測題目。根據(jù)學(xué)生的答題情況和時間，自動判斷學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)水平和能力，幫助學(xué)生更好地了解自己的學(xué)習(xí)狀況。只有精準把握學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，教師才能更好地設(shè)計學(xué)習(xí)內(nèi)容，幫助突破學(xué)習(xí)重難點。使樣的學(xué)習(xí)場景真正具有了個性化、精準化和真實化的特征，同時，也解決了教師分層教學(xué)的難題，讓“吃不飽”“吃不好”的學(xué)生都有了自己的學(xué)習(xí)環(huán)境、資源和條件。此外，通過人工智能算法，教師可以分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，確定學(xué)生的學(xué)習(xí)路徑，根據(jù)學(xué)生的理解和掌握程度，自動調(diào)整教學(xué)素材和練習(xí)的難易程度，確保學(xué)生在適當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)中發(fā)展和進步，讓學(xué)習(xí)真正成為學(xué)生自己的事。

對于學(xué)生來說，學(xué)習(xí)體驗是決定他們學(xué)習(xí)興趣、提升學(xué)習(xí)效率、完善學(xué)習(xí)場景的一個重要指標。為此，我們通過人工智能技術(shù)的助力，讓學(xué)生能有更好的體驗、更有效的學(xué)習(xí)和更精準的輔導(dǎo)。

二、技術(shù)應(yīng)用，課中深度融合，提高學(xué)習(xí)效果

在課堂教學(xué)中，人工智能技術(shù)可以輔助教師進行教學(xué)管理。教師可以利用人工智能技術(shù)展示生動形象的教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；可以利用智能語音識別和自然語言處理技術(shù)，自動分析學(xué)生的發(fā)言和作業(yè)，更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況；可以利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)讓學(xué)生在游戲中學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度和實踐能力；也可以通過仿真的場景，讓學(xué)生“立”在真實學(xué)習(xí)環(huán)境中，進而突破學(xué)習(xí)難點。

（一）突破難點

數(shù)學(xué)內(nèi)容有些是相對比較抽象的，如空間觀念，學(xué)生如果沒有空間想象力，就難以形成空間觀念。那么，如果在學(xué)習(xí)過程中有仿真模擬現(xiàn)場，讓學(xué)生能有真實的體驗，便能給予學(xué)生非常好的空間感。

例如，“觀察物體”這樣抽象的教學(xué)內(nèi)容，對學(xué)生的空間想象力的要求非常高，特別是當(dāng)觀測位置發(fā)生不斷變化后，我們看到的物體是怎么樣的呢？有些物體的疊放位置又是怎么樣的呢？此時，如果能設(shè)置一個3D的仿真場景，讓學(xué)生戴上VR眼鏡，變成觀察者，一邊行走、一邊觀察、一邊發(fā)現(xiàn)觀察到的物體位置變化，就不需要再讓學(xué)生靠憑空猜去想象了。當(dāng)然，在學(xué)生嘗試的過程中，教師也要引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，并使其不斷內(nèi)化為學(xué)生的認知，逐漸提升學(xué)生想象力，使學(xué)生逐步形成空間觀念。由此可見，在數(shù)學(xué)教學(xué)中，人工智能技術(shù)往往能幫助學(xué)生解決日常學(xué)習(xí)中尚未突破的難點，特別是一些體驗式、仿真型的場景營造，能使得學(xué)生的學(xué)習(xí)變得更有效果、更有意思、更有意義。

（二）升華理解

學(xué)生對數(shù)學(xué)知識的理解是因人而異的，在信息化、大數(shù)據(jù)時代的課堂上，教師要能通過平板電腦等工具，使學(xué)生以互動的方式學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，從而提升其理解的層次。

例如，在學(xué)習(xí)“立體幾何圖形的初步認識”時，傳統(tǒng)的授課方式可能會使學(xué)生感到抽象和難以理解，無法實現(xiàn)“立體”的體驗，更無法進行操作與實踐。通過使用平板電腦上的AI軟件，學(xué)生可以用自己的手指來“觸摸”和“操作”幾何形狀，如旋轉(zhuǎn)、平移和縮放。其中，學(xué)生可能會產(chǎn)生這樣的問題：為什么移動四格不是指間隔四格？為什么旋轉(zhuǎn)后得到的圖形大小、形狀是不變的，而位置發(fā)生了變化？這樣就能使學(xué)生更直觀地理解幾何形狀的性質(zhì)和關(guān)系，有助于學(xué)生進行深層次的理解和發(fā)散。數(shù)學(xué)知識的學(xué)習(xí)需要學(xué)生能舉一反三、遷移應(yīng)用，為此，“理解”是非常重要的一種學(xué)習(xí)方法，學(xué)生只有真正理解了，才能更加充分地掌握、運用和遷移。人工智能技術(shù)的融入，不但能提升課堂中學(xué)生的參與程度，而且能幫助學(xué)生在互動中習(xí)得更為扎實的知識與技能，進而逐步轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)思想。

（三）增添交互

要打破“滿堂灌”的課堂教學(xué)模式，技術(shù)的融入是非常重要的一環(huán)，特別是人工智能技術(shù)，能讓學(xué)生有真實的參與感和高質(zhì)量的互動，使教學(xué)變成雙向的、有意義的對話。

例如，在探究“平行四邊形的面積”時，學(xué)生已經(jīng)掌握了長方形的面積計算公式，但是對于平行四邊形的面積計算還比較陌生。接下來，教師使用平板電腦上的AI軟件，向?qū)W生展示了一個平行四邊形和一個長方形。學(xué)生可以直觀地看到兩個圖形的面積明顯不同。教師接著介紹了用數(shù)方格的方法來計算平行四邊形的面積，但是學(xué)生發(fā)現(xiàn)，這種方法比較麻煩，容易出現(xiàn)誤差。為了使學(xué)生更好地理解平行四邊形的面積計算方法，教師引導(dǎo)學(xué)生使用H5動畫進行操作。通過動畫中的“移和轉(zhuǎn)”，學(xué)生可以將平行四邊形轉(zhuǎn)化為長方形，從而計算出其面積。這種方法既有趣味性，又能幫助學(xué)生更好地理解平行四邊形的面積計算方法。此外，在課堂教學(xué)過程中，教師還借助人工智能技術(shù)的互動功能，邀請學(xué)生上實驗臺操作電腦進行實際計算。通過這種方式，學(xué)生可以更好地理解平行四邊形面積的計算方法，提高他們的學(xué)習(xí)興趣和參與度。

課堂是學(xué)生學(xué)習(xí)的主陣地，教師應(yīng)給予學(xué)生足夠多的支持，而且是有效、高效的支持，只有這樣，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程才是扎實的，才能促進深度思考。人工智能技術(shù)不僅能為教學(xué)增添互動交流、豐富課程形態(tài)、完善學(xué)習(xí)流程，還能讓學(xué)生更直觀地學(xué)習(xí)、突破難點、促進理解，為小學(xué)數(shù)學(xué)課堂增添生氣和趣味。

三、技術(shù)賦能，課后自主學(xué)習(xí)，凸顯個性特質(zhì)

課后是學(xué)生學(xué)習(xí)能力發(fā)展最為關(guān)鍵的一環(huán)，也是學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)主體、成為能解決問題的重要個體的時間段。因為，如果學(xué)生能自主地學(xué)會尋找工具、借助他人、通過網(wǎng)絡(luò)等手段去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，這便培養(yǎng)了其關(guān)鍵能力，更為其后續(xù)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。在人工智能時代，這樣的學(xué)習(xí)方式則變得更為多元、便捷和精準，如ChatGPT不僅能為我們提出的問題找到準確的解決方案，還能提供較為多元的解決路徑。

（一）錯題資源

錯題資源是小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)質(zhì)量提升的重要資源，很多教師要求學(xué)生將錯題抄在錯題本上，這樣效率低、耗時長、效果差。而引進人工智能技術(shù)后，學(xué)生只要一掃描、一拍照就可以方便地提取錯題，而教師則可以將錯題拼成新的試題，甚至可以將錯題通過大數(shù)據(jù)形成題目變式、題目發(fā)散等，如此一來，就形成了學(xué)生個人的錯題庫。當(dāng)然，每個學(xué)生的錯題庫都是獨一無二的，是具有個性化、針對性的，更為重要的是，在大數(shù)據(jù)時代，人工智能技術(shù)能幫助教師對學(xué)生進行學(xué)情分析，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，還可以進一步自動調(diào)整和推送難易適中、類型多樣的題目，不斷地鞏固學(xué)生的基本知識和基本技能，從而逐步增強學(xué)生對數(shù)學(xué)思想方法的理解和掌握。錯題資源就是學(xué)生從錯到對的學(xué)習(xí)寫照，人工智能技術(shù)的融入能使得這一環(huán)節(jié)變得更加科學(xué)、高效。教師把錯題資源變成一張“網(wǎng)”，能讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更加立體，能使學(xué)生在由錯轉(zhuǎn)對的過程中逐漸提高舉一反三的能力，把錯題用活。

（二）虛擬答疑

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中存在的困惑點不盡相同，但是課堂時間是有限的，如何幫助學(xué)生在課后突破學(xué)習(xí)的困難點或疑惑點呢？人機互動的虛擬場景便是非常有效的平臺，它不僅可以讓學(xué)生置身課堂“現(xiàn)場”進行對話，而且能在真實、平等的虛擬環(huán)境中針對個性化問題逐一解答，這就使學(xué)生的學(xué)習(xí)不再受空間和時間的限制。另外，虛擬答疑相比文字的解釋更直觀，也更具有“人情味”，能提升學(xué)習(xí)的溫度和學(xué)生的興趣，從而提升學(xué)習(xí)效率。當(dāng)然，這種個性化的輔導(dǎo)，教師也可以通過相關(guān)的題目或知識點及對應(yīng)的講解視頻，讓學(xué)生找到解決問題的方法，這也可以使得原來的答疑變得“立體”，學(xué)生的參與感更強，這就是人工智能技術(shù)的優(yōu)勢所在，也真正實現(xiàn)了個性化、精準輔導(dǎo)的目的。

（三）情境模擬

通過模擬實際生活或?qū)嶋H問題的情境，幫助學(xué)生理解和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識，這是一個非常重要的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)手段。將情境模擬和人工智能結(jié)合起來，可以在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中發(fā)揮更大的作用。情境模擬可以幫助學(xué)生將所學(xué)知識與實際生活聯(lián)系起來，提高他們的學(xué)習(xí)興趣。教師可以利用虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)，模擬真實的數(shù)學(xué)應(yīng)用場景。

例如，在學(xué)習(xí)加減法時，教師可以設(shè)置一個模擬超市的情境，讓學(xué)生在購物和結(jié)賬的過程中運用數(shù)學(xué)知識解決遇到的實際問題。再如，在教學(xué)“立體圖形的初步認識”一課時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過增強現(xiàn)實技術(shù)觀察三維幾何模型，進而直觀地理解和掌握立體圖形的相關(guān)知識。此外，教師還可以利用人工智能技術(shù)來設(shè)計數(shù)學(xué)游戲，讓學(xué)生在游戲中學(xué)習(xí)和應(yīng)用數(shù)學(xué)知識。教師可以設(shè)計猜數(shù)字、數(shù)獨、圖形拼圖等游戲，使學(xué)生在玩游戲的同時提高數(shù)學(xué)技能。這些活動還可以幫助學(xué)生將理論知識應(yīng)用到實際中，提高他們的理解和應(yīng)用能力。

人工智能在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂的應(yīng)用具有巨大的優(yōu)勢和意義。通過個性化教學(xué)、輔助教師教學(xué)、自主學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)等多種方式，人工智能不僅可以提高教學(xué)效率，還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力。雖然在實踐中使用人工智能還存在一些問題和不足，但隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展和教師在教育領(lǐng)域的不斷探索，相信人工智能定會在未來的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中發(fā)揮越來越重要的作用。

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（責(zé)任編輯：楊強）

作者簡介：陳永暢，廣東省深圳市寶安區(qū)西灣小學(xué)高級教師。汪姍姍，廣東省深圳市寶安區(qū)流塘小學(xué)一級教師。