人工智能技术与小学数学教学的深度融合策略

江苏连云港市建宁小学（222001） 王建华

江苏连云港市苍梧小学（222001） 张 静

2017 年国务院印发的《新一代人工智能发展规划》提出要“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程”。《义务教育数学课程标准（2022 年版）》也提出“合理利用现代信息技术，提供丰富的学习资源，设计生动的教学活动，促进数学教学方式方法的变革”的理念。人工智能技术正是现代信息技术中极具代表性的技术方法，因此教师应充分发挥人工智能技术的优势，将人工智能技术与小学数学教学深度融合，加深学生对知识的理解，激发学生的学习动机，帮助学生树立学习数学知识的自信心。

一、现状：小学数学教学中存在的问题

1.教学模式单调，学生学习兴趣缺失

受应试教育的影响，一些教师采取填鸭式的教学模式，导致学生“高分低能”的现象屡见不鲜。教师以讲代思使得学生只会被动地获取知识，缺乏主动学习的意识，主动性和求知欲没有被激发。这样必然导致师生间缺少情感交流，没有思维的碰撞，学生也会缺少成功的学习体验，进而造成学习效率低下，认知能力得不到发展，综合素养得不到提升。

2.教学评价方式单一，学生学习效能低下

在传统教学中，教学评价主要是教师根据学生的课堂反馈、课堂练习情况或书面测试情况得出的主观判读。这样的评价受课堂观察角度、观察时间等因素的影响，依赖于评价者本身的经验，因此缺乏对学生综合能力、素质发展过程以及个性化差异的形成性评价，在评价的全面性、客观性、有效性等方面可能会有所欠缺。

3.教学观念落后，教师专业能力不足

一些教师是凭借自身多年的教学经验进行教学，没有及时更新知识库，对现代化的教学技术缺乏认识，完全没想过把人工智能技术应用到课堂教学中去。另外，一些教师缺乏系统、专业的知识培训，再加上为了节约时间，课堂上很少利用人工智能技术将抽象的数学知识直观化，导致课堂教学较为抽象。

但是，在素质教育的持续推行下，随着人工智能技术时代的到来，社会对人才的需求也会发生结构性变化，这些必然导致教育目标和教学模式发生变化。

二、思考：人工智能技术在小学数学教学中的作用

1.突显学生主体地位

人工智能作为一门先进的技术，学生可以借助其搜集大量的学习资源，从而进行探究和反思，增强学习的主动性。另外，人工智能技术还便于教师根据学情及时调整学生的学习方案和学习内容，增强学生对知识的理解和运用能力，使学生能更加专注于学习，极大提升学生学习的自主性，充分突显学生的主体地位，培养学生的综合素养。

2.激发学生学习兴趣

人工智能技术与数学教学融合能使知识的呈现形式更加丰富，以声像结合、图文并茂的方式呈现教学内容，能使枯燥乏味的知识生动化和趣味化，更能吸引学生的注意力，激发学生的学习动机，增强学生的学习兴趣。此外，人工智能技术可以使学生通过教育平台、电子教材、虚拟课堂等在线学习知识，让学生对知识的获取可以随时随地进行，带给学生新鲜的学习体验。

3.丰富课堂教学评价方式

人工智能技术的出现改变了传统的教学评价方式，让教学评价更富灵性。人工智能技术可以提供多元的过程化教学评价，使评价手段更加丰富、评价过程更加科学、评价结果更加准确。人工智能技术教学助手和人工智能技术评测系统的协同，可以为学生提供全面的学习诊断，并配以及时精准的学习干预，从而真正实现教学规模化与个性化的统一。

4.提高教学实效

小学生逻辑思维能力比较弱，对于抽象的数量关系，他们理解起来往往比较困难。而人工智能技术可以把抽象、复杂的数学知识转变为形象化、具体化、易被学生接受的知识，让学生更容易、更直观地理解转化的过程，突破学习重点和难点，增强学生学好数学的信心，提高教学效率。

三、实践：人工智能技术与小学数学教学的深度融合策略

1.人工智能技术有效创设情境

人工智能技术不但可以将数学情境进行生活化模拟，而且结合VR技术还能创设虚拟情境，把学生难以理解的知识简便化，使学生自然而然对所学知识产生浓厚的兴趣和强烈的求知欲。例如，看动画是学生喜欢的活动，教师应充分利用学生这一爱好，将数学问题融入生动有趣的动画中，让数学问题兼具情节性和生命力。

【教学案例】二年级下册“图形的运动”

教师的讲解和多媒体课件的展示，虽然能在一定程度上直观展示知识，但是学生参与互动的机会有限，而通过人工智能和VR技术创设虚拟情境，则能收获意想不到的效果。一方面，在场景的创设上，可以通过各种图形的衍生构建一个梦幻的卡通世界，激起学生学习新知的兴趣。在这个梦幻的卡通世界中，教师和学生可以随意将图形自由移动和变化，使学习过程充满乐趣。另一方面，以虚拟情境中的各种事物作为道具进行良好的师生互动，可促进学生对轴对称、平移和旋转概念的深度理解，使得师生互动的方式朝着多元化的方向发展。

2.人工智能技术优化教学方式

人工智能技术是互联网时代的产物，课堂教学应充分利用人工智能技术独特的优势，将教师、学生、知识串联起来。教师课前可以利用微课视频、网络资源引导学生通过自主预习了解学习内容，使学生课前就能基本完成基础知识的学习，同时把难点和疑惑点都记录下来，待教师课堂上重点解决。教师可以将教学重点放在对新知的拓展上，让学生有更多深入思考和合作学习的机会，培养学生的创新思维、逆向思维等高阶思维。

【教学案例】六年级上册“长方体和正方体的认识”

本节课的知识是学生学习其他立体图形的根基，也是学生对图形认识的一个转折点。从平面图形过渡到立体图形，对于学生空间观念的形成更是一个挑战。虽然说长方体随处可见，但是要归纳它的特征对学生来说并不容易，特别是对于空间观念薄弱的学生来说，本单元的学习是有一定难度的。课前，教师先通过任务单呈现本节课的学习任务以及目标，再让学生通过观看微课进行自主学习。通过观察生活中的实物、微课中的动画，以及教师的讲解，学生初步了解了长方体和正方体的相关知识。课上，教师利用交流展示工具分析学生课前的自主学习情况，并针对共性问题进行讲解。由于掌握长方体和正方体的特征是本节课的重点和难点，在启发指导阶段，教师可以利用多媒体、VR 和AR等技术加深学生对长方体和正方体的面、棱、顶点的理解，将抽象知识转化为直观生动的形态，并提供知识应用的虚拟场景，为学生的探究提供必要支撑。在总结阶段，学生在教师和同伴的指导与帮助下再次内化知识与技能，不断重组、修改和优化自己的认知结构。

3.人工智能技术打造个性化课堂

人工智能技术的飞速发展，为实现个性化课堂奠定了坚实的基础。利用人工智能技术的人机交互特色功能，能使学生有效地融合不同的知识，构建富有个性的数学知识系统。例如，借助人工智能技术的计算功能采集、加工、处理、分析数据，并用智能机器人模拟教师的角色。智能机器人作为一种新型教学工具，拥有对话、知识检索等能力，可以与人进行简单的语言互动。与智能机器人互动，动静结合、声色俱备，能调动学生的各种感官，从而打造多维而立体的数学课堂。

【教学案例】四年级上册“条形统计图”

把智能机器人引进课堂：将学生喜欢看的电视节目录入机器人智能游戏中，学生在游戏中分类整理、绘制图表，得到条形统计图。这个多元智能的空间能够培养学生的思维能力，学生的综合能力也能在轻松的教学环境下得到更好的发展。教学中利用智能机器人的对话功能对学生进行提问，当学生回答正确时，智能机器人就会实时评价“恭喜你回答正确”；当学生回答错误时，智能机器人就会发出嘀嘀声，然后给出提示。这样能够使学生一步步掌握知识，从而构建自己的数学知识系统。

4.人工智能技术完善评价体系

传统的教学评价往往以学生的书面成绩作为评价的主要标准，评价方式较为单一，而人工智能技术的自动化测评系统则为全面深化教育评价体系改革，推进新时代教育评价体系创新提供了契机。基于人工智能技术的海量储存和逻辑分析功能，可利用大数据分析学生的学习表现和考试成绩，对学生的学习给予及时评价和反馈。教师可以根据学生的个体差异对教学进行调整，在提升课堂教学评价实效的同时促进师生教与学的改进。

【教学案例】六年级上册“解决问题的策略”

借助人工智能技术的自动化测评系统可获取学生对数量关系的掌握情况。在测验结束之后，教师根据学生的表现以及问题回答情况对学生进行综合打分。打分结束之后，系统自动筛选出每个学生没有掌握的知识点以及掌握较好的地方，以便学生能够有针对性地复习，从而完善认知结构。人工智能技术还可以为教师分析在线课程中的各种问题，真正使教育评价信息“活”起来，实现对教育评价信息的充分利用。

5.人工智能技术赋能核心素养

利用人工智能技术极强的数据分析功能因材施教，根据学生的个人特点精准分析学生学习的薄弱环节，能帮助学生制订个性化和具有针对性的学习计划，进而结合相应的教学需求，建立数学知识图谱。学生可以在智能学习伴侣、个性智能教学机器的陪伴下自主完成学习。值得注意的是，这样一来，教师将面临一个全新的工作环境，既要实现人机协同，提供个性化、多样化的教学内容，又要关注学生思维方式和核心素养的培养，而后者尤为重要。

【教学案例】五年级下册“圆的认识”

根据学生的实际情况和教材内容，教师可以借助人工智能技术将知识点分层。首先将知识目标分别放在回忆、整理、拓展教学活动中，然后将圆的相关知识点讲解放到智能平台上，以便学生根据自身的学习情况随时随地进行自主学习。当然，还可以借助人工智能技术精密的算法，对知识进行自动化测量和评价，以便分析出每个学生适合学习的知识难度，有效开发学生的创新思维能力。

总而言之，随着计算机技术的不断进步，人工智能技术在教育领域的应用日趋成熟，有了人工智能技术的加入，小学数学教学从数据搜集、数据分析、结果反馈到教学评价方式等都变得多元化，不但小学数学教学质量得到大幅提升，而且学生的数学核心素养也得到迅猛发展。