智能教学软件促进初中数学教与学改革的研究和实践

摘   要：在教育信息化高速發展的背景下，几何画板、一起中学、洋葱数学、希沃白板等智能教学软件已逐步改变师生教与学的方式。针对当前初中数学教学存在的问题、国内外研究情况及部分地区开始试行分层教学等现状，作者对智能教学软件促进初中数学教与学改革的策略与模式进行了研究和实践。文章详尽分析了智能教学软件在初中数学教与学中的应用情况，制定了用于促进课堂教学的评价表，形成了三大改革策略，建构了多维融合的教学模式。

关键词：智能教学软件;初中数学教与学;大数据+人工智能;精准教学

中图分类号：G635.1 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2021）12-0092-05

一、引言

随着教育信息化的发展，各类智能教学软件正逐步改变着师生教与学的方式。各国积极探索新模式，推进新技术支持下的教育教学创新。目前，我国已初步完成了中小学信息化教学的硬件设施配置，为教育信息化构筑了强大的物质保障基础。近年来，北京、广东、上海等教育较发达地区对翻转课堂、智慧课堂等进行了卓有成效的探索和试验。广州市的初中数学教研活动也基于一起中学、洋葱数学等软件来进行。智能教学软件专为教师的教和学生的学而生，受到越来越多教师、学生和家长的青睐。

当前，传统的初中数学教学方式仍存在一定问题，如课堂教学形式较单一、先进教学辅助设备在数学课堂使用率较低、部分学生数学学习的兴趣和主动求知的欲望仍待提高、题海战术导致部分题目的练习机械重复。在新形势下，涌现了一系列针对这些问题的探索和尝试，一些地区开始试行分层教学、小班化教学、微课融入教学等，以寻找实时反馈学情、提高课堂效率、作业分层布置、个性化辅导的策略。

分析现有研究文献可知，目前国内外与本成果相关的成熟研究极少，智能教学软件尤其是新型软件在初中数学教与学领域的研究较少，研究不够深入，实用性较低。开展智能教学软件促进教与学改革的研究能为解决当前存在的问题提供可行方案，对相关领域的研究也具有丰富的理论和应用价值。

二、智能教学软件促进初中数学教与学改革的研究

1.数学智能教学软件

智能教学软件是根据教学目标设计、表现特定的教学内容、反映一定教学策略的计算机智能教学程序，一般具备存储、传递和演示教学信息、进行交互操作等功能。师生常用的面向数学学科的智能教学软件有几何画板、希沃白板，还有近年推出的基于“互联网+”大数据的一起中学、洋葱数学、UMU互动学习平台等。在2020年上半年线上教学期间，各类智能教学软件及平台得到了快速发展，进一步促进了教与学改革研究的实施。

2.初中数学教与学的一般流程

师生参与的初中数学教与学全过程各阶段主要包括：①课前布置预习和前测任务，根据前测情况设计实施教学;②课堂教学环节，包括不同课型（新授课、专题课、复习课和习题课）、不同生源、不同教学内容及授课过程中的不同环节;③根据教学情况布置课后练习、分层作业和测试，学生进行个性化学习;④结合作业及学情调整下一阶段的教学策略，形成闭环。根据初中数学学段及学科特征，采取合适的教学方式有效培养学生的数学核心素养。

3.智能教学软件促进初中数学教与学的改革

分析各类智能教学软件应用于初中数学教与学的现状，结合软件特性及初中数学学科的特点，发挥各种智能教学软件资源的长处并进行最优搭配整合，融入到初中数学教与学的各个阶段。梳理复杂的教学环节，全面提升信息化教育教学水平，对传统初中数学教与学的内容和实施方式进行有效的改革创新，如表1所示。

三、智能教学软件促进初中数学教与学改革的实践与成效

1.文献现状及使用情况分析

（1）研究文献现状分析

研究者在中国知网、维普、万方数据等平台检索2015—2020年间与一起中学、洋葱数学、希沃系列软件、UMU互动学习平台相关的研究文献（截至2020年12月25日），得到中国知网文献548篇、维普文献498篇、万方数据文献524篇（部分文献在两个及以上平台中均有收录），各年度篇数如表2所示。

以此作为研究样本，采用内容分析法对四类软件研究文献的年度分布情况（使用折线图呈现）、针对软件特性的研究情况（使用表格呈现）进行了分析。

以一起中学为例，图1所示为软件相关文献年度分布表，从中可以发现，一起中学的研究文献总体数量较少，自2016年起每年数量基本维持在10到15篇，未见明显的上升趋势，其中2017年及2019年的数量更有所下降，研究热度不足。表3所示为一起中学在教与学各阶段的研究文献分布，可见大部分研究都集中在课后阶段，以作业布置和练习后测为主，课前、课中阶段的研究较少。在学段学科方面，多数面向小学语文、英语学科，数学方向尤其是初中数学方向的相关文献极少，涉及课前、课中的文献仅有1篇，涉及课后的文献不足8篇。暂未见指向软件整合运用的研究，说明智能教学软件应用于初中数学教与学仍有较大的研究空间。

（2）智能教学软件在初中数学教与学中的使用情况分析

笔者通过三类网上问卷的形式，对广州市荔湾、越秀、海珠三大中心城区的教师、学生及家长群体展开调查。调查内容主要是新型智能教学软件在初中数学教与学各阶段的使用率、优势与不足、期望值等。在回收的有效问卷中，包括教师763份、学生2240份、家长2023份。笔者对调查情况进行了详尽分析[1]。

以师生在课堂教学阶段及家长反馈的孩子在数学学习过程中的软件使用情况为例。如图2、3所示，使用率较高的前三种软件有洋葱数学、一起中学和希沃系列产品。其中教师使用洋葱数学和一起中学的人数相近，而学生使用洋葱数学的人数（占73.4%）要远高于使用一起中学的人数（占39.7%），家长也反馈出类似的情况，说明洋葱数学这类具备微课讲解和练习辅导双重功能的智能软件更受学习者的欢迎。通过智能教学软件使用情况的调查，进一步明晰在混合教学中积极探索多维融合的教学模式。

2.智能教学软件促进初中数学課堂教学评价表

通过研究智能教学软件特性及初中数学课堂教学的特点，对相关课例进行实际评价与分析，参考省级优秀信息技术课例的评价指标与细则，制定出智能教学软件促进初中数学课堂教学的专属评价表。保留常规课堂评价表的评价项目，加入不同课型定位及使用软件效果的评价，对教学目标、教学设计、教学方法、教学互动及教学效果等评价项目增加评价指标，具体如表4所示。评价表经过各个实践单位的多次修订、检验和完善，呈现出课堂评价实用性较高的特点。

3.智能教学软件促进初中数学教与学的三大改革策略

研究者结合各类智能教学软件的应用特性，探索其促进初中数学教与学改革的有效策略，形成了基于几何画板培养学生自主学习探究能力、基于希沃白板推进课堂教学、基于一起中学等“大数据+人工智能”平台精准教学的三大策略。

（1）基于几何画板的学生自主学习探究能力培养策略

如图4所示，依托几何画板强大的交互功能，在“做中玩，玩中学”理念引领下，形成了培养学生自主学习探究能力和创新意识的五项策略[2]。策略如下：一是发挥学生的主体性和创造性，利用软件在课前预习、课堂互动、课后研讨中进行简单的自主探索，转变学习的方式;二是激发学生的学习兴趣，提高动手能力，师生共用几何画板突破教学重难点[3];三是让学生经历提出问题、验证猜想、归纳小结的知识形成过程，点燃数学研究热情;四是教会学生利用软件创作课件，在教与学的实践中训练学生数学思维，渗透重要思想方法;五是借助软件平台组织学生开展探究性试验，培养学生的数学创新能力。

（2）基于希沃白板的初中数学课堂教学推进策略

如图5所示，将希沃白板的各项常态化功能与课堂教学有效结合，形成了基于希沃白板的初中数学课堂教学推进五项策略。策略如下：一是在新知定义等教学中，利用蒙层、克隆、橡皮等授课工具助力生成性教学;二是在面积公式等教学中，利用几何、形状、尺规、公式编辑器等便捷工具提高教学的自由度;三是在图形性质等教学中，利用函数、数学画板等课件动画工具提升知识的深广度;四是在微课主导的教学中，利用课程视频、题库、数学小测等学科工具助力授课与练习;五是利用课堂活动功能设计分类、判断、填空等练习环节，实现师生之间、生生之间、生板之间的三方互动;六是在教学的阶段小结中，利用思维导图工具将知识进行结构化、动态化呈现。

（3）基于“大数据+人工智能”的初中数学精准教学策略

“大数据+人工智能”教学软件为精准教学的实施提供了可行方案。如图6所示，基于一起中学提供的功能，形成了促进教师精准教学与学生个性化学习的五项策略。策略如下：一是借助对预习和前测的精准诊断功能，更科学合理地制定教学目标和安排教学内容;二是借助精准学情报告反馈课堂练习和小测的效果，帮助教师及时调整教学策略，做到有针对性地进行讲评;三是借助智能阅卷评卷功能，生成精准考试报告，助力考试质量分析;四是通过布置精准高效的课后分层作业，助力学生查漏补缺，攻克薄弱知识点;五是借助错题本及答题修炼功能，帮助学生精准定制并实施个性化学习。

4.智能教学软件促进初中数学教与学的多维融合教学模式

根据各类智能教学软件的功能优势及应用场景，结合初中数学教与学各阶段的特征与技术融合需求，得出了如图7所示的最优应用模式图。由图7可知：几何画板主要用于预习探究及教学动态演示;希沃白板主要用于新知互动教学及课堂练习;一起中学在课前小测、当堂检测、课后作业及个性化学习中具有较大优势;乐乐课堂和洋葱数学的微课和配套练习在预习、课堂教学等方面能发挥较大作用。

在此基础上，研究者将各类智能教学软件的不同功能优势有机组合，与初中数学的不同课型、教与学的不同阶段进行多维度深度融合，建构出智能教学软件促进初中数学新授课、专题课、复习课和习题课的多维融合教学模式。下文以基于希沃白板及一起中学的新授课及线上复习课教学模式为例。

（1）基于希沃及一起中学的新授课教学模式

以“三角形的边”新授课为例。如图8所示，基于希沃白板及一起中学平台，建构了几何画板、洋葱数学、乐乐课堂及希沃授课助手多维融合的新授课教学模式[4]。

新知教学部分以希沃白板课件为核心，在创设情境环节嵌入洋葱数学微课，以激发学生的学习兴趣;在讲授新知环节，通过希沃的蒙层、克隆、几何等工具生成三角形定义，厘清三角形的分类，嵌入乐乐课堂微课，有效突破三边关系的教学重难点。利用选词填空、分组竞争等课堂活动设计配套练习，增强课堂的趣味性和交互性。

当堂检测部分以一起中学平台为核心，学生在手机端进行线上答题、重做错题，教师利用希沃授课助手将有示范性的解答拍照上传，插入白板进行展示。同时，教师根据大数据分析得出的学情报告，有针对性地在白板上进行讲解和点评。最后利用希沃白板的思维导图工具进行结构化小结。

（2）基于希沃白板及一起中学的线上复习课教学模式

以“一次函数”线上复习课为例。如图9所示，基于希沃白板及一起中学平台，建构了与乐乐课堂、腾讯QQ群多维融合的三方互动线上复习课教学模式[5]，有效破解了师生时空分离、互动性不足的线上教学难题。

线上复习课以希沃白板（云课堂）为载体，在知识复习环节两次融入乐乐课堂微课，配合教师讲解，有效巩固重难点内容。多次使用希沃的画笔、遮罩、思维导图工具，将一次函数的概念、图象、性质等知识考点逐一梳理，将配套练习的解答要点进行分步呈现，搭建复习框架。在当堂检测环节中，学生在线作答并查漏补缺，教师在网页端收看反馈并进行高效讲评。

依托云课堂特有的交互功能，教师授权多名学生连麦并进行触屏操作，主动参与分组竞争、趣味分类等课堂活动，同时利用答题板、讨论区、腾讯QQ群进行实时的师生间、生生间的交流互助，有效实现线上教学的三方互动。

多维融合教学模式让智能软件与数学知识得以形成有机整体，创设出“数学味”浓、生成性强的初中数学课堂。该模式体现了师生共同探究新知、多向互动、提升思维品质的过程，有效促进了学生数学核心素养的提高。

四、反思与展望

本文的研究与实践体现了信息化教育发展的新趋势，促进了学科骨干教师的专业成长及个性化教学风格的形成，培养了学生的数学学习能力与信息素养。同时，通过市区、城乡各类示范课及专题讲座提升了区域信息化应用水平与教学教研质量。

未来应面向更多实践单位和区域，进一步对智能教学软件、“互联网+”背景下的智能教学平台促进混合教学的实施案例、特色策略构建进行专项研究，形成多维立体的研究路径。目前，部分智能教学软件的研究呈现多学段、多学科的特点，应重视学科之间的相互借鉴，结合其他学科现有研究方法与研究成果，拓宽思路，开展更多“同型异构”的学科研究与实施推广。

要进一步探索“互联网+”大数据下数学教与学方式的变革，通过设计多维评价量表改进课堂评价方式，对师生行为、课堂活动、课堂结构、学习效果等进行全景性评价，促进教与学策略的进一步发展创新。还要充分整合各类新型智能教学软件的优势，探索改进教学软件与教学深度融合的策略模式，形成更具代表性的线上线下混合教学新模式。

参考文献：

[1]苏国东，吴海彬.新型教学软件在初中数学教学中使用情况的调查分析——以广州市老三区为例[J].数学学习与研究，2020（20）：55-57.

[2]苏国东.做中玩，玩中学——以几何画板培养学生自主学习探究能力为例[J].中学数学研究，2017（14）：10-11+4.

[3]苏国东.引导学生活用几何画板——以“四边形中的动态问题”为例[J].初中数学教与学，2020（16）：9-12.

[4]苏国东.基于希沃、一起中学等新媒体新技术的教学创新[J].数学学习与研究，2020（25）：76-78.

[5]苏国东.基于三方互动的中考线上复习课——以“一次函数复习”为例[J].数学学习与研究，2020（16）：69-71.

（编辑：王晓明）