智能時代的教育革新：人工智能在小學數學教學中的應用

步入21世紀以來，以人工智能、大數據、云計算、物聯網為代表的現代信息技術呈加速發展態勢，深刻地影響并改變著人類社會的各個層面。人工智能技術憑借其直觀性、交互性、智能性以及個性化等優勢特征，為小學數學教學變革開辟了嶄新路徑。小學階段的數學學習對于學生后續學業發展及終身發展起著奠基性作用。不過，鑒于數學知識具有抽象性，許多學生在學習過程中易滋生畏難情緒，致使學習興趣低迷、學習效果欠佳。傳統的小學數學教學模式相對單一，教學互動遺乏，教學內容疏離生活實際，難以契合不同學生的個性化學習訴求，亟待變革創新。在此背景下，加速推進智能技術與數學教學的融合創新，成為當下的關鍵議題。

一、人工智能應用于小學數學教學的優勢

在小學數學教學中引人人工智能，需立足小學生的認知發展水平，充分發揮其直觀性、交互性、智能性和個性化優勢，為學生營造有趣且個性化的學習情境。結合小學數學的學科特點，人工智能主要有以下優勢：

（一）具象化抽象數學概念

小學生處于具體形象思維向抽象邏輯思維過渡的階段，對數學概念的理解依賴直觀感知。人工智能通過虛擬現實、動畫等技術，將數與形、算理等抽象概念轉化為生動情境。例如，學習鐘表時，AI生成三維旋轉模型，學生通過撥動時針、分針感知時間流逝；學習平面圖形面積時，AI展示七巧板拼接變換，幫助學生理解等積關系。這種情境化教學能提升學生的學習興趣。

（二）智能生成基礎計算題，助力查漏補缺

扎實的計算技能是數學學習的基礎。傳統練習題量有限，而人工智能基于知識圖譜和學情數據，針對四則運算、分數、小數等易錯點，智能生成變式題供學生反復練習。AI還能精準定位學生薄弱環節，增加訓練頻次，直至學生掌握。這種個性化練習夯實了學生基本功，為進階學習奠定基礎。

（三）創設沉浸式數學游戲，實現寓教于樂

小學生天性活潑，喜歡在玩中學。將數學知識融入游戲情境，能夠充分調動其學習積極性。人工智能可生成數學游戲，讓學生在輕松氛圍中掌握知識。例如，學習幾何體時，AI生成“趣味立體七巧板”游戲，學生在虛擬空間中搭建幾何體；學習概率時，AI創設“摸球猜顏色”游戲，幫助學生理解概率概念。游戲化學習將枯燥知識變得生動有趣，提升學習效果。

（四）提供即時個性化指導，培養自主學習能力

小學生自控力較弱，遇到問題易產生畏難情緒。人工智能可隨時提供個性化指導。當學生做錯題時，AI精準分析錯因并給出圖文講解；當學生提問時，AI用通俗語言解答。針對不同學習程度的學生，AI因材施教，幫助基礎較弱的學生逐步養成自主思考的習慣。

二、人工智能在小學數學教學中應用的案例

黨的二十大報告明確指出，要推進教育數字化，建設全民終身學習的學習型社會、學習型大國。那么，如何發揮人工智能優勢，助推小學數學教學變革呢？基于一線教學實踐，筆者以“小數乘除法”單元教學為例，從智能化教學設計、個性化學習指導、趣味化游戲創設以及主體化學習方式四個維度探索人工智能賦能小學數學教學的路徑。

（一）智能化教學設計：構筑“AI數學實驗室”

教學設計是提升課堂教學質量的核心要素。傳統教學設計往往依賴教師個人經驗，難以周全顧及學生差異。將人工智能引入教學設計環節，能夠依據學情大數據，智能生成個性化教學方案。以“小數乘除法”教學設計為例，教師首先借助人工智能備課系統，分析學生已掌握的小數加減運算知識，挖掘共性問題，如對除法的“包含”含義理解不足。據此，教師在教學設計中著重強化小數除法在分配場景中的實際運用，并創設“小數檸檬水攤”這一鮮活情境，引導學生分組探究，深化對小數除法的理解。隨后，教師利用智能備課助手進一步優化教學設計，增加測試題的難度梯度，補充學生易錯題型的微課視頻。最終形成的個性化“AI教學方案”，既兼顧學生共性需求，又照應個體差異，彰顯精準備課的全新范式。課堂教學中，教師依托VR/AR技術，為學生搭建沉浸式的“小數乘除法實驗室”。學生佩戴VR眼鏡，在虛擬乘法陣列棋盤中跳躍格子，感知小數乘法；運用AR技術觀察圓形蛋糕的切分過程，直觀理解小數除法。生動形象的虛擬場景加深了學生對小數運算法則的理解。課后，學生還可借助智能作業系統開展個性化練習，及時查漏補缺。人工智能與教學設計的深度融合，讓小數乘除法的教與學更高效、精準、有趣，為培養學生數學核心素養奠定基礎。

（二）個性化學習指導：推行“AI學習伴侶”計劃

因材施教、提供個性化學習指導是《義務教育課程方案（2022年版）》的重要理念。然而，在傳統大班教學模式下，教師難以兼顧每位學生的個性化需求。人工智能為破解這一難題提供了創新思路。教師可依托學習分析技術，為每個學生配備專屬的“AI學習伴侶”?！癆I伴侶”能夠借助智能測評，精準診斷學生在小數乘除法學習中的優勢與短板，推送個性化學習資源。例如，對于理解能力強但計算能力較弱的學生，“AI伴侶”會重點推送口算題與計算技巧視頻；對于數學學習過程中焦慮情緒較為嚴重的學生，“AI伴侶”則會生成鼓勵性反饋，增強其學習信心。學生還可隨時喚醒“AI伴侶”展開對話交流。面對“小數乘除法的本質是什么”“為何除法不能化簡”等問題，“AI伴侶”能夠給出深入淺出的解答，并實時判斷學生的理解程度，必要時進一步深入講解。在“AI伴侶”的陪伴下，學生能以最適合自身的節奏和方式學習小數乘除法，逐步養成獨立思考、舉一反三的優良學習習慣。“AI伴侶”打破了班級教學的同質化局限，真正實現“千人千面”。每個學生在專屬學習路徑引領下，找到契合自身的最佳學習方式，激發內在學習動機，達成更佳學習效果，進而促進數學素養的全面提升。

（三）趣味化游戲創設：開展智能化“數學游戲創客”

素質教育的核心要義在于促進學生全面且個性化發展，培育學生的創新精神與實踐能力。傳統應試教育模式難以充分調動學生學習興趣，遑論創新能力的培養。而將人工智能技術與游戲化學習有機結合，則為素質教育實施開辟了全新路徑。教師可利用人工智能游戲開發平臺，引領學生協同創作“小數乘除法大冒險”游戲。學生扮演不同的角色：關卡設計師負責構思探險任務及其蘊含的數學問題，如“第一關找到丟失的3.5倍數寶藏”；程序員負責編寫代碼，判定玩家答案正誤，正確方可晉級；游戲畫師負責設計關卡場景，并融入數學元素，如在3.5倍數寶藏上繪制“0.5、1.75、3.5、10.5”等數字。在分工協作過程中，學生創造性地運用所學知識，深化對小數乘除法的理解。課后，學生還可邀請家長、同學體驗自己開發的游戲，在切磋較量中強化知識掌握。游戲化學習將枯燥的小數計算轉化為趣味盎然的探險之旅，學生在輕松愉悅中掌握知識技能。尤為可貴的是，游戲創作培育了學生發現問題、分析問題、創造性解決問題的能力。研究表明，融合智能技術的STEM創客活動能夠顯著提升小學生的計算思維能力，這表明智能化的游戲創客是培養小學生創新能力的有效途徑。作為游戲的創造者和體驗者，學生真正成為學習的主人，從而激發更強的自主性，培育創新能力，在快樂中習得終身發展的關鍵能力。

（四）主體化學習方式：搭建協作式“AI數學創客坊”

創客教育強調動手實踐、創意設計與協同探究，倡導在創造中學習。將創客理念引入小學數學教育，需構建協作式的“AI數學創客坊”。在創客坊中，學生運用3D打印機、激光雕刻機等智能設備，將數學知識創造性地轉化為實體作品；利用Scratch等圖形化編程工具，開發富含數學元素的游戲、動畫和學習軟件。創客活動突破了傳統學習方式的桎梏，讓學生成為數學知識的主動建構者和應用者。

以開發“小數大冒險”游戲為例，學生需運用所學小數知識，通過編程創設游戲關卡。游戲以主角闖關情節展開，每一關都設置小數加減問題，答對才能開啟通關門。學生分工協作，扮演不同角色：關卡組負責設計每一關的闖關任務，如“第一關找到藏寶圖的密碼： ；程序組負責編寫代碼，判斷用戶輸入的小數是否等于密碼；美工組負責游戲界面設計，并用數學知識設計精美的游戲元素，如寶藏箱。在協作式項目學習中，學生相互啟迪，群策群力，在合作中加深對小數的理解。創客過程化整為零、將數學嵌人編程的思維，培養學生發現問題、簡化問題、求解問題的數學思維能力。成功開發出游戲作品，亦能極大激發學生的成就感，提升數學學習的效能感。在AI創客坊中，學生跨學科運用數學、編程、工程等知識，將數學抽象具體化，在創造實踐中體悟數學的應用價值，涵養數學核心素養。此外，還可引導學生參加創客大賽，與跨校同伴開展協作探究，在交流碰撞中拓寬數學視野。

三、實踐效果及反思

將人工智能技術融入小學數學教學，是順應智能時代發展潮流，積極探索教育教學變革的創新之舉。國內外諸多學校和機構紛紛開展人工智能在小學數學教學中的實踐探索，取得了一定成效，積累了寶貴經驗，但也暴露出一些問題與挑戰，亟待進一步反思與完善。AI輔助備課系統能夠依據課程標準和學情數據，智能推薦教學資源，自動生成教學案例和學案，減輕教師備課負擔，使教師有更多時間與精力投入創造性教學設計。據調查，使用備課系統的教師備課時間平均縮短 30 % ，備課質量顯著提升。借助VR/AR等技術，將數學知識轉化為沉浸式的游戲化學習情境，能讓學生在虛擬場景中探索數學原理，在交互操作中理解數學概念，寓教于樂，激發學生的數學學習興趣。

實踐表明，沉浸式教學能夠顯著提升學生的課堂專注度和參與度，促使學習動機更加內在化。盡管人工智能已初步應用于小學數學教學的各個環節，但技術尚未成熟，系統功能有待優化完善。例如，自動批改程序對學生解題過程的分析還不夠精準，偶有識別錯誤發生；學習路徑推薦的個性化程度仍需提高；虛擬場景的真實度與交互性尚需加強。當前，多數學校的AI應用還局限于課下作業和課外輔導，真正將人工智能融人課堂教學的情形尚不普遍，教學模式依舊較為傳統。如何在40分鐘的課堂內科學合理地應用人工智能，充分發揮其優勢特性，調動學生參與度，提升教學創新水平，是當前亟待深人探索的課題。

在智能時代的浪潮中，人工智能正以史無前例的速度滲透至教育的各個領域。小學數學作為學生學習旅程的基石，理應積極擁抱這場變革，探索人工智能助力教學的創新路徑。綜觀全文，人工智能憑借其獨特優勢，為小學數學教學帶來了生動直觀的情境呈現、智能精準的學習訓練、個性化的學習輔導、趣味化的游戲競賽以及跨學科融合的創客實踐，從多維度賦能傳統教學模式的變革創新?？傊?，人工智能有效提升了教學效率，優化了學習體驗，激發了學習興趣，在培育學生核心素養方面展現出廣闊前景。

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