依托人工智能技术助力数学核心素养培养

徐贵枝

目前，对中国学生核心素养培养机制及评价方式的深入研究正成为教育领域改革的重要支点。就数学学科而言，学生素养的整体提升具体映射在对学生的数学素养，特别是数学核心素养的提升上。

一、数学核心素养培养机制的理论支撑

1.核心素养的概念

不同于一般意义的素养，核心素养指学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，突出强调个人修养、社会关爱、家国情怀，更加注重自主发展、合作参与、创新实践。数学学科要培养学生的数学核心素养，主要包括会用数学的眼光观察现实世界，会用数学的思维思考现实世界，会用数学的语言表达现实世界。在小学阶段，数学核心素养主要表现为数感、符号意识、运算能力、幾何直观、空间观念、推理意识、数据意识、模型意识、应用意识和创新意识。

2.核心素养的内涵

个人的数学核心素养时常表现在特定情境（包括现实情境与纯数学情境）下的问题解决过程中。问题解决的过程从本质上讲是从真实情境中的问题开始的数学化历程。一方面，核心素养指导、引领、辐射学科教学，彰显学科教学的育人价值，使之自觉为人的终身发展服务，将“教学”升华为“教育”；另一方面，核心素养的达成也依赖于各个学科独特育人功能的发挥、学科本质魅力的展现，只有乘上富有活力的学科教学之筏，才能顺利抵达核心素养的彼岸。

此外，核心素养还是学科壁垒的“溶化剂”，以核心素养体系为基，各学科教学将实现统筹统整。以数学素养为例，它并非专属数学学科一家，信息科技课也可以借助图像、数据的分析，培养学生的空间观念和数据意识，跨学科融合教育正是基于核心素养发展的需要。

二、人工智能技术支持下的数学核心素养教学现状

人工智能技术支持下的数学教学，过程更加新颖，手段更加创新，能够把人工智能技术的优势发挥到数学核心素养教学中，让学生的个性和特点都能得到充分彰显。而且，人才的培养需要全方位、多层次的塑造，数学教学既要教会学生解题，也要教会学生独立思考，注重学生核心素养的培养。

1.人工智能技术使用情况分析

人工智能与课堂教学相结合，可以让教师的教学手段和教学工具更加丰富。但是，当前教学中仍然存在人工智能设备使用率不高的问题，没有把人工智能技术在数学核心素养教学中的作用发挥出来，也没能充分调动学生的学习积极性。

2.教师教学中使用人工智能技术情况分析

在课堂教学案例中我们不难发现，部分教师的课堂依然存在“一支粉笔”的现象，课堂缺少现代化气息，教学模式陈旧，学生只能被动接受，教学效果自然低下。当然，也有部分教师存在过度依赖人工智能技术的现象，对学生的课堂反应和教学情况掌握不充分，在教学过程中指导、引领的作用发挥不到位，没有把人工智能技术的科学性发挥出来。

由此可知，当前通过人工智能技术培养学生数学核心素养还存在一定的不足，有待我们进一步改进与提高。

三、人工智能技术支持下的数学核心素养培养策略

1.直观情境加深学生印象

教师的教育要顺应学生的认知发展规律，而不是一味地向学生进行知识的灌输，只有让学生自然地完成知识构建，才能切实提升学生的核心素养，实现健康快乐地成长。因此小学数学教师在进行实践教学时，要根据小学生形象思维发达的特点，通过人工智能技术为学生创设生动直观的教学情境，让学生能够在符合自身思维发展特点的环境中学习知识，加深对知识的印象。

例如在进行“多位数乘一位数”这部分知识的教学时，笔者就将人工智能技术与教学环节进行了融合，利用人工智能机器人所具备的投影以及变换颜色的功能来帮助学生加深对知识的印象。首先，笔者利用投影仪向学生呈现了一张图片，图片左半部分是由5行5列构成的红色笑脸，右半部分是由5行6列构成的红色笑脸。随后，笔者提问：“同学们，你们看这些小笑脸多可爱啊，谁能用最快的速度告诉老师，这张图片中有多少张笑脸？”此时绝大部分学生会用自己熟悉的方法尝试去解答问题，得出答案之后，笔者再通过操作人工智能机器人，让图片中的所有笑脸动起来，通过动态的形式向学生讲解各种可以运用的计算方式。

通过这种方式构建直观的教学情境，不仅使学生的数感得到了强化，同时也有效激发了学生的个性思维，让学生在直观生动的图像中加深对算法的理解。

2.智慧火花激发创新思维

数学知识在我们的日常生活中随处可见，也广泛应用于生活的各个方面，是促进学生创造性思维发展的有效工具。但是，由于部分教师受传统教学理念影响甚深，导致学生课堂学习积极性不高，创造性思维受到极大影响。因此，在素质教育理念影响之下，小学数学教师可以通过运用人工智能的手段，让学生的视野通过动态化的知识展示过程得到开拓，创新思维得到激发。

例如在进行“圆的面积”这部分知识的教学时，笔者为了让学生能够从圆的面积计算中得到有效启发，在教学中运用了人工智能技术。首先，笔者利用电子白板向学生呈现一个红色的圆，然后通过对电子白板的操作，让一个动态的“小人”操控圆规对其进行切割，再将切割出来的一个个小三角形进行拼接，最终组成了一个长方形。这个过程让学生感到十分惊奇，激发了学生强烈的学习兴趣。接着，笔者带领学生通过对“小人”操作过程的分解探究圆的面积知识，一步一步引导学生推导出圆的面积计算公式。

像这样，通过将圆的面积知识利用人工智能技术动态呈现，不仅能够提升学生想象力，同时也能让学生在熟练掌握数学知识的基础上形成举一反三的能力，进而让自身创造性思维得到有效发展。

3.深度学习开发大脑潜力

小学生由于年龄尚小，还未形成良好的学习习惯，其逻辑思维能力也处于发展的过程中，因此存在对数学知识理解不全面、不透彻的情况。在教育信息化水平不断发展的今天，人工智能技术的出现给小学数学教师的教学带来了全新的发展机遇，也给教师提供了一个有价值的教学研究方向，同时对促进学生的深度学习、帮助学生突破教学重难点以及开发大脑潜力提供了支持。

例如在进行“鸽巢问题”这部分知识的教学时，由于小学生的空间想象能力不强，导致在探究鸽巢问题的过程中总会感到困惑。因此，笔者将此部分知识与人工智能技术进行结合，运用3D技术开展教学活动。首先，笔者对学生说：“今天老师要给大家变一个魔术。这里有一副扑克牌，我们都知道一副扑克牌有54张，拿出2张之后还有52张，接下来我会随机选择5名同学抽纸牌，最后一定会有至少两名同学抽到的纸牌花色是一样的，大家信不信？”学生抱着怀疑的态度配合笔者进行魔术，最终有3名学生抽到了花色一致的牌。接着，笔者又说：“其实在刚刚的这个魔术中蕴含了一个原理，叫作‘抽屉原理，也叫‘鸽巢原理。今天老师就带领大家一起来探索‘鸽巢原理。”为了加深学生对原理的理解，笔者又利用3D技术，通过大屏幕向学生展示了4只立体的鸽子和3个笼子，并让这4只鸽子随意往笼子中飞，让学生通过观察自行得出“一定有1个笼子中会飞进去2只鸽子”的结论。

通过这种方式展开教学，不仅加深了学生对知识的印象，也促进了学生的深度学习，进而实现自身潜力的开发。

4.智能反馈助力分层教学

在传统的小学数学教学中，由于受教学资源、教学时间、教学理念等因素影响，分层教学法没能得到有效落实，部分学生学习效果不甚理想。每个学生的成长环境不同，学习能力、学习潜能也存在着较大差异，而激发学生的潜质又是教师教学中的重要职责。人工智能技术的发展与进步为小学数学课堂教学提供了更多可能性，教师在开展课堂教学实践时，可以通过人工智能技术反馈信息的功能实时了解学生的学习情况，并在人工智能技术的帮助下对学生进行有针对性的指导，助力不同层次的学生都能取得长足的进步。

例如在进行“分数乘法”这部分知识的教学时，笔者给学生出了这样一道题目：已知一个工程队要整修一段高速公路，总长度为1000米，现在公路已经整修了4个小时，完成了这条公路的，请问要想整修完这条公路还需要多长时间？笔者并未让学生一上来就进行解答，而是让学生将自己从题干中获得的信息整理后输入到平板电脑中的表格里，笔者再通过表格对学生的理解情况进行分析，从中发现学生存在信息整理不全面、問题理解不到位等情况，并据此对学生进行分层教学。针对理解能力较强的学生，笔者会引导学生探究多种解题方法；针对理解题意不全面的学生，笔者会从整理信息的角度对学生进行提问，逐步引导学生认真审题，从而实现不同学习能力的学生都能有所进步。

其实，人工智能技术的出现为教师开展分层教学提供了诸多便利，将其融入小学数学课堂教学实践当中，不仅能够帮助教师对学生学情展开更为有效的分析，还能帮助教师全面掌握学生的学习痛点，在此基础上对教学方式进行科学调整，对学生的问题“对症下药”，从而让教育更具实效性，提升学生的学科核心素养。

5.科学测评打造理性课堂

随着素质教育的不断深入，各学科教师越来越注重学生的课堂学习效率，同时加强对学生反思意识、自主学习意识的培养。若想要这一教学目标得以真正实现，离不开对学生进行科学的测评活动。在传统教学中，教师通常采用试卷或者习题的方式对学生进行测评，这种方式不仅极大地浪费了教学时间，也难以帮助教师最真实地了解学生的学习情况。如今，在人工智能技术的帮助下，教师可以利用大数据对学生进行线上测评，以更加科学、便捷、有效的方式对学生进行评价，如此不仅能够高效了解学生的学习问题，同时也能让学生在理性的课堂环境中实现自我反思。

例如在“因数与倍数”这部分知识教学完毕后，笔者利用线上测评的方式对全班学生的学习情况进行了调查。笔者在客户端提前设置了不同的问题，让学生通过游戏闯关的方式进行作答，这样不仅能激发学生的兴趣，同时也满足了不同层次学生的学习需求。当学生通过线上学习方式回答完笔者设计的问题之后，笔者再利用大数据对学生的答案进行测评，了解学生的作答时间和正确率。人工智能技术不仅能够帮助笔者迅速了解学生是否掌握了笔者在教学实践中所讲的解题方法，还能帮助笔者掌握学生的学习薄弱点，进而帮助笔者对接下来的教学计划进行设计与调整，真正为学生的全面发展保驾护航。

综上，在“双减”背景下，人工智能技术支持下的数学核心素养培养要有趣味性、思考性、整体性、挑战性，支持学生的高品质学习，引发“人学”状态，促进“真学”过程，学生唯有经历数学化过程中的再创造，数学学科核心素养的种子才能在心中落地开花。让我们借助“人工智能”，让核心素养“一路生花”吧！