人工智能技术在小学数学课堂教学中的深度应用

王建华　惠清

［摘 要］人工智能技术可以通过信息获取、信息处理和信息运用，将教育要素模式化、学习过程透明化、运用场景多样化。人工智能技术驱动着小学数学课堂变革，它通过对学生学情的精准分析，对教育资源整合运用，使得学习方式个性化、教学手段多样化、教学内容丰富化、教学评价多元化，以为学生提供真实而有效的学习机会为目标，促使学生全情投入学习，进而全方位地提升学生的学习成效，提高课堂教学质量。

［关键词］人工智能技术；小学数学；深度应用

［中图分类号］ G623.5 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1007-9068（2023）05-0001-04

近年来人工智能（Artificial Intelligence，AI）高速发展，我国也将人工智能纳入国家发展战略。正如人类历史上的其他伟大工具或技术一样，人工智能技术正将教育置于新的时代篇章之中，为小学数学课堂教学提供新的环境和手段。如何利用人工智能技术实现“互联网+”与学科教学深度融合，如何设计更加多元、开放的现代信息化教学，成为“互联网+”时代教师面临的挑战，创新教学思路与方式刻不容缓。

一、求解：人工智能技术驱动教学的动因

人工智能技术驱动的小学数学课堂教学是互联网思维下教学转型的新样态，也是互联网科技推动下的课堂形态演进及其催生的未来互动教学新形态。基于人工智能技术的教育可以为学习者提供个性化学习的机会，有利于分析学习过程中的交互性数据，支持移动学习以及终身学习。对于小学数学课堂教学来说，人工智能技术提供的技术支持主要体现在智能引导、数据分析、学习空间与环境的重设、资源推荐与知识共享等几个方面。

1.小学数学课堂固有教学问题的剖析

小学生年龄小，自制力较差，再加上小学数学教学内容较为分散，以及“满堂灌”的传统教学模式，使得学生处于被动学习状态，容易丧失学习数学的兴趣。近年来，全国各地涌现了许多新的教学理念和方法，对整个教育的发展产生了推动力。同时，国家给予教育极大的重视和投入，大部分学校已经将教学设备不断升级换代，主要是计算机、电子书包、人工智能等多媒体技术的应用，因为新科技的应用对于激发学生的学习兴趣有着积极的作用。

2.小学数学教学拥抱“教育人工智能”的必要性

由于教育资源有限、评价体系僵化，小学数学教学存在不少困难。首先，班级授课制下，一个教师往往要面对众多学生，自然无法了解和熟知每个学生的资质和偏好。此外，由于统一的课程和教学安排，每个学生都需要完成规定的科目内容，教师难以充分因材施教。其次，每个学生的学习都具有差异化、动态化的特点，但班级授课制无法为每个学生配备专门的导师，对学生的个性化需求无法一一满足。最后，从教育评价来看，班级授课制对应的招考模式大都以统一内容、统一形式和统一标准对学生进行考核和选拔，这使得学校教育趋于同质化。所幸，教育形态往往会随着社会进步发生改变，人工智能技术开始被运用于教育领域，小学数学课堂教学有了突围的契机。

3.人工智能技术驱动教学势在解决的症结

（1）传统教学理念的阻碍

传统教学理念下，课堂教学的主要任务是传授知识。目前，一些教师仍然使用传统的教学理念和方法进行教学，对新时期出现的教学理念和方法不予理睬，教师仍然占据着课堂主导地位，学生缺乏积极性和主动性，只是被动学习，这样的教学模式导致学习质量和效率不佳，影响了教学质量和效率的提高。显然，传统教学模式无法满足学生的个性化需求。

（2）教学基础设备不完善

教学环境，包括教学场所（智慧教室）、教学用具等教学基础设备的不完善，会导致学生的个性化学习得不到充分的支持。

（3）师生角色转换不到位

教师和学生的角色、地位发生变化，这是人工智能技术驱动教学模式变革的前提和基础，但是目前仍然存在大量师生角色转变不到位的情况，学生的主人翁意识没有树立，教师的引导作用没有体现，从而影响了教学的全面进步。

二、攻略：人工智能技术驱动教学改革

人工智能技术一方面通过大数据挖掘和智能分析将学生学情与教学目标、教学手段进行匹配，另一方面通过智能互动终端采集学生学习的实时数据，动态调整教学内容和教学方法，实现传统班级授课制难以实现的 “一对一”教学。这样，人工智能技术对小学数学课堂教学模式的变革，具体体现在学习方式、教学手段、教学内容、教学评价四方面。

1.学习方式：由被动到主动

在信息化教育推进的过程中，教师都希望能够制订更合理的教学计划与目标，与学生建立更紧密的互动关系，这就需要教师及时了解学生对教学内容的接受情况。应用教学反馈器就可以随机抽选个人或小组回答问题，让每一位学生都有平等的表达机会；也可以在课堂上穿插竞赛环节，通过互动抢答功能，提高学生的学习积极性。

【教学案例】题目：判断下面的线（如图1）分别是什么线，并说明理由。（对应①～⑤题，教师依次使用教学反馈器中的“抢答”“抢答”“随机”“随机”“抢答”功能）

“抢答”功能：学生需要快速按下“OK”按键以抢到回答问题的机会。这样就能提高学生学习的积极性。

“随机”功能：随机抽选个人或小组回答问题，让每一位学生都有平等的表达机会。

在传统教学中，教师要了解学生对知识点的掌握程度，一般是通过课堂提问、课堂测试或课后作业的方式。课堂提问覆盖面有限，甚至会出现没有学生举手的尴尬场面；课堂测试和课后作业则存在滞后性，因为教师要批改测试卷和作业后才能发现问题所在。借助人工智能技術的智能实时反馈平台能够实现“人+机”评价，即教师随机查看和抽取实时生成的每个学生的情况，教师与每一位学生之间能够建立起高效、全面的信息传递机制，优化课堂教学方式。

2.教学手段：由单一到多元

传统课堂以纸质教材为主，由于文字媒介需要学习者充分调动注意力和想象力，因此，对于缺乏学习兴趣的学生而言，这种教学方式并不具备吸引力。

科技的发展在不断改变着人们的生活，课堂也随着技术的加入变得多姿多彩，人工智能技术能够丰富教学手段，智能手机或平板电脑都可以实现很多以前课堂做不到的功能，为教师的教学提供了多种选择。

【教学案例】试一试：在作业纸上画一条射线。

教师利用希沃授课助手录制视频和拍摄照片，并将其上传到希沃课件中。教师远程操控希沃课件，并对上传的视频和课件的内容进行实时批注，或对画面进行放大缩小，通过展示学生的作业提问：“这样画可以吗？”还让学生说说是怎么画的。最后，教师强调：“先画一个端点，再画一条直线。适当长度便可以表示无限长。”如果学生有新的作品，那么可以拍照后上传，教师则追问：“这样画对不对？”

采用希沃课件等人工智能技术，不仅提高了课堂效率、擴充了课堂容量，还满足了不同层次学生的需求，彰显了数学课堂中学生的主体地位。学生可以利用希沃白板的“标注”“拖拽”等课堂交互手段，结合文字、图像、视频的交互控制，实现由对知识的感知理解升华到实际运用，核心素养的培养由此落地生根。

3.教学内容：由片面到多彩

小学数学的教学内容基本都是基础数学知识，与小学生的日常生活息息相关，如果教学内容较片面，90%为课本上的知识，没有与生活经验进行紧密结合，就会导致学生的数学应用能力得不到充分培养。

人工智能技术驱动的教学模式，不仅提供了教学手段，还丰富了教学内容，最大的优势就是资源共享。例如，希沃白板自带系列课堂活动模板，教师可以将要讲的知识点融合到课堂活动中，在吸引学生的同时，对学生的学习内容进行延伸和扩展，为学生的全面发展打下坚实基础。

【教学案例】题目（1）：给下面的线分分类。

对应的选项为“射线”“曲线”“线段”“直线”等。学生拖动图片到对应的选项上，如果正确，则图片被吸进去；如果错误，则图片被弹出。正确和错误都有对应的音乐。

题目（2）：判断正误：[①]一条长5 cm的直线。

[②]直线比射线长。

③角的两条边可以无限延长。

对应的选项为“正确”“错误”，学生拖动题目到对应的文字上，如果正确，则题目被吸进去；如果错误，则题目被弹出。正确和错误都有对应的音乐。完成判断后教师指名学生讲解。

题目（3）：下面表述正确的是（    ）。

①直线没有端点。

②射线有一个端点。

③线段是射线上的一部分。

④角的两条边是线段。

⑤两点间的距离，线段最短。

⑥把线段的一端无限延长，就得到一条直线。

⑦一条射线长6 cm。

⑧从一点引出两条射线可以组成角。

⑨∠3读作角三。

⑩直线是无限长的。

具体操作是把题目放入南瓜图片或茄子图片里，如果判断正确，图片就会直接消失；如果判断错误，图片则会掉落。请两位学生到希沃触摸屏左右两边分别操作，开始竞争。

有人说：好老师授人以鱼，更好的老师授人以渔，伟大的老师激发兴趣和灵感。倘若换成“好的课堂教授学生知识，更好的课堂教授学生学习知识的方法，伟大的课堂激发学生的兴趣和灵感”，亦有一番滋味。那么，什么是“伟大的课堂”？基于人工智能技术的互动课堂或许就是答案。

4.教学评价：由平庸到个性

在课堂提问和练习中，人机交互的多元评价能让每个学生都有机会参与课堂活动以及展示自己，进而提高课堂教学效率。借助人工智能技术实现的自动测评方式，能够实时反馈学习者的学习表现，并对他们的学习表现进行评价。人机交互的多元评价，是通过开放多元的形式，对学生给出有效反馈和评价，不再局限于封闭式的评价方式，因此能够解决传统评价生硬和单一的问题。机器是冰冷的，而教育是要有温度的，学生的成长离不开教师的激励和鼓励，“人+机”的评价科学全面又多元，针对学生的成长轨迹数据，动态地评价学生，这样学生就不会因为一次评价就“一蹶不振”，而是更注重进步的过程。

【教学案例】教学“认识射线、直线和角”的小结话语。

教师：“想一想线段、射线、直线的样子，用手势该怎么表示？联系刚才的学习，说一说这三种线有什么不同点和相同点。答对的同学能够在屏幕光荣榜上加一颗星。”

在信息技术时代成长起来的学生，已经习惯借助现代媒体和网络来创造、思考、交流。这要求教师不能拘泥于传统的评价方式，而是要不断探索，创新教学方法和评价手段，用更加符合时代潮流的理念和技术去唤醒、激励、鼓舞学生。笔者就经常应用“班级优化大师”来评价学生，通过抓住每个学生的闪光点，配合游戏化的规则、界面、音效，以及丰富多彩的奖励勋章，激发学生的好胜心和创造力。这样的课堂评价具有及时性、激励性、全面性、公正性，为课堂管理和班级管理提供了新的思路和手段。

三、突破：如何驱动人工智能技术打破教学屏障

人工智能技术建构个性化教育体系或多或少会存在问题，需要对其进行全方位的思考。

1.破解方法

首先，利用人工智能技术整合数学知识。由于小学数学知识较为分散，教师授课时可以借助触控一体机将数学知识系统地展示给学生，这样既解放了教师，又提高了课堂教学效率。

例如，教学“认识射线、直线和角”时，借助互联网技术，不仅能轻而易举地展现射线、直线和角的图形，还能用手指轻松作图，展示绘制图形的过程。这样能给学生留下深刻的印象。

其次，利用人工智能技术推进自主学习。依托“互联网+”的微课能够丰富学生的课后学习，让学生能够借助它进行自主学习，自主探究数学知识。

例如，可利用微课的形式录制一段关于射线、直线和角的联系与区别的视频， 让学生在学习“射线、直线和角的联系与区别”后自行下载， 然后反复进行学习。

2.理性反思

首先，要打破固有教学制度。新的教学模式需要有完善的制度作为保障才能得到全面的推广和应用，在小学数学教学中应用人工智能技术也是一样的。学校的规章制度以及教学过程中的纪律必须完善，这样才能为新理念和新模式的高效运行打下坚实的基础，从而提高教学质量和效率。

其次，要提高教师专业素质。学校要引进先进的人才，并对教学进行全面的改革，为新模式的应用提供保障。同时，教师要将课堂交给学生，尤其是在小学，学生年龄比较小，更需要教师充分利用其思维活跃的特性，激发其学习的积极性和主动性，帮助其养成良好的学习习惯，掌握正确的学习方法。只有全面提高教师的综合素质，才能满足新时期人工智能技术应用到小学数学课堂教学的要求。

随着人工智能技术的不断进步，小学数学教学要从教学理念、教学环境、教学方式等方面进行变革，这样才能接受教育人工智能技术带来的挑战。

［ 参 考 文 献 ］

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【本文系连云港市第六期“521工程”科研资助项目“人工智能与学科教学深度融合的应用研究”（ LYG06521202112）的部分研究成果。】

（责编 金 铃）