以人工智能促进小学数学教学提质增效的路径分析

陈永畅 汪姗姗

（广东省深圳市宝安区西湾小学，广东省深圳市宝安区流塘小学）

人工智能（AI）已深入社会发展的各个领域，教育领域亦不例外，必然也对小学数学教学产生了深远的影响。通过人工智能技术，教师可以更好地了解每个学生的学习基础与兴趣点，从而因材施教。人工智能技术可以提供仿真学习场景，能帮助学生突破难点；也可以帮助教师更好地评估学生的学习成果，发现学生的问题并及时进行纠正。此外，在课前，人工智能技术可以辅助分析每个学生的学习情况和需求，为每个学生制订个性化的学习计划，为教师选择合适的教学策略；在课中，人工智能技术可以辅助教师进行教学管理，提高教学效率；在课后，人工智能技术可以帮助学生进行自主学习和复习，提高学习效果。

一、技术支持，课前精准把握，优化学习体验

人工智能技术的应用能提高小学数学课前预习或自习的效率。在传统课堂教学中，学生年龄偏小、自制力差、数学教学内容分散、“满堂灌”教学模式等成为了教学的顽疾，从而导致学生处于被动的学习状态。在人工智能时代，我们的学习方式有了更多的选择，学生也有更强的学习能力，那么如何更为精准地使学生有更好的学习体验、更适合的学习场景呢？笔者认为，如下人工智能技术的支持能不断提升学生的学习质量和效率，能给学生提供个性化的学习场景。

（一）智能预习

到目前为止，可能也有较多的教师是不赞成小学数学课前进行预习的，但是，如果是具有针对性的课前预习，能有效地帮助学生找到适合自己的学习方式，更重要的是，可以让学生自主学习，这是一项长远的学习技能。智能预习是指根据学生现有的学习“数据”自动生成一些对应概念讲解的素材、练习题和测试题等，让学生能在家中或者学校提前进行预习，同时教师通过学生的预习情况准确地掌握学情，进而设计有侧重点、有针对性的学习内容。

例如，在一年级教学中，可能很多学生早就会数数，也会写数字了，那么我们的教学重点是什么呢？通过人工智能预习手段，我们就能精准地把握学情，从而提高学生的学习体验。教师如果还按照教材的内容分布，一点点地细讲，没有抓住学生的学习困难点，就没有办法在现有的学情下提高学生的学习效率，甚至会打击学生的学习信心。再如，像“三角形内角和为180 度”这一结论，可能很多学生课前就已经知道了，教师这时就可以通过人工智能工具，向学生发放一些问卷，调查学生的学习停留在哪个层次，是否真的已经理解其内涵，是否能通过探究得到一般化的规律，形成数学的思想方法。这样的预习都是非常必要的，而且能真正地提升教学质量和学习效果。

（二）智能辅导

教师可以通过人工智能技术的智能辅导功能，帮助学生更好地理解和掌握数学知识。教师可以利用人工智能技术，针对学生的薄弱环节进行辅导，提供针对性的练习题目和解决方法，帮助学生更好地掌握数学知识。当学生预习过程中遇到问题时，教师可以通过ChatGPT、文心一言、题拍拍等人工智能工具，利用它们给我们推送的对应学习视频、讲解教程、解题过程等，使学生的学习不受时间、空间的限制，有针对性地对学生进行辅导。智能辅导的最大优点是可以控制学习的进度、速度，如果在一个环节中学生还有不懂的问题，教师就可以慢一点；如果一个环节学生已经都学会了，教师教学的速度就可以加快。这样，就做到了省时、省力，更优化了学生的学习过程。这样的辅导为学生提供了更加丰富、生动、个性化的学习体验，帮助他们更好地理解和掌握数学知识。同时，也使得教学活动更加智能和高效。

（三）智能自测

教师可以利用人工智能技术，结合课堂中学生的学习情况及能力水平，使用相关的智能软件，有针对性地制作智能题库，并在相关平台上展示给学生。学生可以通过在线智能自测进行自我评估，不断提升自己的数学学习水平。

例如，教师可以制作一些自测题库，也可以通过大数据编制自测题库，让学生在线完成自测题目。根据学生的答题情况和时间，自动判断学生的数学学习水平和能力，帮助学生更好地了解自己的学习状况。只有精准把握学生的学习基础，教师才能更好地设计学习内容，帮助突破学习重难点。使样的学习场景真正具有了个性化、精准化和真实化的特征，同时，也解决了教师分层教学的难题，让“吃不饱”“吃不好”的学生都有了自己的学习环境、资源和条件。此外，通过人工智能算法，教师可以分析学生的学习数据，确定学生的学习路径，根据学生的理解和掌握程度，自动调整教学素材和练习的难易程度，确保学生在适当的挑战中发展和进步，让学习真正成为学生自己的事。

对于学生来说，学习体验是决定他们学习兴趣、提升学习效率、完善学习场景的一个重要指标。为此，我们通过人工智能技术的助力，让学生能有更好的体验、更有效的学习和更精准的辅导。

二、技术应用，课中深度融合，提高学习效果

在课堂教学中，人工智能技术可以辅助教师进行教学管理。教师可以利用人工智能技术展示生动形象的教学内容，激发学生的学习兴趣；可以利用智能语音识别和自然语言处理技术，自动分析学生的发言和作业，更好地了解学生的学习情况；可以利用虚拟现实技术让学生在游戏中学习数学，提高学生的学习参与度和实践能力；也可以通过仿真的场景，让学生“立”在真实学习环境中，进而突破学习难点。

（一）突破难点

数学内容有些是相对比较抽象的，如空间观念，学生如果没有空间想象力，就难以形成空间观念。那么，如果在学习过程中有仿真模拟现场，让学生能有真实的体验，便能给予学生非常好的空间感。

例如，“观察物体”这样抽象的教学内容，对学生的空间想象力的要求非常高，特别是当观测位置发生不断变化后，我们看到的物体是怎么样的呢？有些物体的叠放位置又是怎么样的呢？此时，如果能设置一个3D 的仿真场景，让学生戴上VR 眼镜，变成观察者，一边行走、一边观察、一边发现观察到的物体位置变化，就不需要再让学生靠凭空猜去想象了。当然，在学生尝试的过程中，教师也要引导学生去发现其中的规律，并使其不断内化为学生的认知，逐渐提升学生想象力，使学生逐步形成空间观念。由此可见，在数学教学中，人工智能技术往往能帮助学生解决日常学习中尚未突破的难点，特别是一些体验式、仿真型的场景营造，能使得学生的学习变得更有效果、更有意思、更有意义。

（二）升华理解

学生对数学知识的理解是因人而异的，在信息化、大数据时代的课堂上，教师要能通过平板电脑等工具，使学生以互动的方式学习数学，从而提升其理解的层次。

例如，在学习“立体几何图形的初步认识”时，传统的授课方式可能会使学生感到抽象和难以理解，无法实现“立体”的体验，更无法进行操作与实践。通过使用平板电脑上的AI 软件，学生可以用自己的手指来“触摸”和“操作”几何形状，如旋转、平移和缩放。其中，学生可能会产生这样的问题：为什么移动四格不是指间隔四格？为什么旋转后得到的图形大小、形状是不变的，而位置发生了变化？这样就能使学生更直观地理解几何形状的性质和关系，有助于学生进行深层次的理解和发散。数学知识的学习需要学生能举一反三、迁移应用，为此，“理解”是非常重要的一种学习方法，学生只有真正理解了，才能更加充分地掌握、运用和迁移。人工智能技术的融入，不但能提升课堂中学生的参与程度，而且能帮助学生在互动中习得更为扎实的知识与技能，进而逐步转化为数学思想。

（三）增添交互

要打破“满堂灌”的课堂教学模式，技术的融入是非常重要的一环，特别是人工智能技术，能让学生有真实的参与感和高质量的互动，使教学变成双向的、有意义的对话。

例如，在探究“平行四边形的面积”时，学生已经掌握了长方形的面积计算公式，但是对于平行四边形的面积计算还比较陌生。接下来，教师使用平板电脑上的AI 软件，向学生展示了一个平行四边形和一个长方形。学生可以直观地看到两个图形的面积明显不同。教师接着介绍了用数方格的方法来计算平行四边形的面积，但是学生发现，这种方法比较麻烦，容易出现误差。为了使学生更好地理解平行四边形的面积计算方法，教师引导学生使用H5动画进行操作。通过动画中的“移和转”，学生可以将平行四边形转化为长方形，从而计算出其面积。这种方法既有趣味性，又能帮助学生更好地理解平行四边形的面积计算方法。此外，在课堂教学过程中，教师还借助人工智能技术的互动功能，邀请学生上实验台操作电脑进行实际计算。通过这种方式，学生可以更好地理解平行四边形面积的计算方法，提高他们的学习兴趣和参与度。

课堂是学生学习的主阵地，教师应给予学生足够多的支持，而且是有效、高效的支持，只有这样，学生的学习过程才是扎实的，才能促进深度思考。人工智能技术不仅能为教学增添互动交流、丰富课程形态、完善学习流程，还能让学生更直观地学习、突破难点、促进理解，为小学数学课堂增添生气和趣味。

三、技术赋能，课后自主学习，凸显个性特质

课后是学生学习能力发展最为关键的一环，也是学生真正成为学习主体、成为能解决问题的重要个体的时间段。因为，如果学生能自主地学会寻找工具、借助他人、通过网络等手段去发现问题、分析问题、解决问题，这便培养了其关键能力，更为其后续发展奠定了良好的基础。在人工智能时代，这样的学习方式则变得更为多元、便捷和精准，如ChatGPT 不仅能为我们提出的问题找到准确的解决方案，还能提供较为多元的解决路径。

（一）错题资源

错题资源是小学数学学习质量提升的重要资源，很多教师要求学生将错题抄在错题本上，这样效率低、耗时长、效果差。而引进人工智能技术后，学生只要一扫描、一拍照就可以方便地提取错题，而教师则可以将错题拼成新的试题，甚至可以将错题通过大数据形成题目变式、题目发散等，如此一来，就形成了学生个人的错题库。当然，每个学生的错题库都是独一无二的，是具有个性化、针对性的，更为重要的是，在大数据时代，人工智能技术能帮助教师对学生进行学情分析，根据学生的学习情况，还可以进一步自动调整和推送难易适中、类型多样的题目，不断地巩固学生的基本知识和基本技能，从而逐步增强学生对数学思想方法的理解和掌握。错题资源就是学生从错到对的学习写照，人工智能技术的融入能使得这一环节变得更加科学、高效。教师把错题资源变成一张“网”，能让学生的学习更加立体，能使学生在由错转对的过程中逐渐提高举一反三的能力，把错题用活。

（二）虚拟答疑

学生在学习过程中存在的困惑点不尽相同，但是课堂时间是有限的，如何帮助学生在课后突破学习的困难点或疑惑点呢？人机互动的虚拟场景便是非常有效的平台，它不仅可以让学生置身课堂“现场”进行对话，而且能在真实、平等的虚拟环境中针对个性化问题逐一解答，这就使学生的学习不再受空间和时间的限制。另外，虚拟答疑相比文字的解释更直观，也更具有“人情味”，能提升学习的温度和学生的兴趣，从而提升学习效率。当然，这种个性化的辅导，教师也可以通过相关的题目或知识点及对应的讲解视频，让学生找到解决问题的方法，这也可以使得原来的答疑变得“立体”，学生的参与感更强，这就是人工智能技术的优势所在，也真正实现了个性化、精准辅导的目的。

（三）情境模拟

通过模拟实际生活或实际问题的情境，帮助学生理解和应用数学知识，这是一个非常重要的数学学习手段。将情境模拟和人工智能结合起来，可以在小学数学教学中发挥更大的作用。情境模拟可以帮助学生将所学知识与实际生活联系起来，提高他们的学习兴趣。教师可以利用虚拟现实和增强现实技术，模拟真实的数学应用场景。

例如，在学习加减法时，教师可以设置一个模拟超市的情境，让学生在购物和结账的过程中运用数学知识解决遇到的实际问题。再如，在教学“立体图形的初步认识”一课时，教师可以引导学生通过增强现实技术观察三维几何模型，进而直观地理解和掌握立体图形的相关知识。此外，教师还可以利用人工智能技术来设计数学游戏，让学生在游戏中学习和应用数学知识。教师可以设计猜数字、数独、图形拼图等游戏，使学生在玩游戏的同时提高数学技能。这些活动还可以帮助学生将理论知识应用到实际中，提高他们的理解和应用能力。

人工智能在小学数学课堂的应用具有巨大的优势和意义。通过个性化教学、辅助教师教学、自主学习与协作学习等多种方式，人工智能不仅可以提高教学效率，还可以培养学生的创新思维和实践能力。虽然在实践中使用人工智能还存在一些问题和不足，但随着新技术的不断发展和教师在教育领域的不断探索，相信人工智能定会在未来的小学数学教学中发挥越来越重要的作用。