人工智能技術在小學數學課堂教學中的深度應用

王建華　惠清

［摘 要］人工智能技術可以通過信息獲取、信息處理和信息運用，將教育要素模式化、學習過程透明化、運用場景多樣化。人工智能技術驅動著小學數學課堂變革，它通過對學生學情的精準分析，對教育資源整合運用，使得學習方式個性化、教學手段多樣化、教學內容豐富化、教學評價多元化，以為學生提供真實而有效的學習機會為目標，促使學生全情投入學習，進而全方位地提升學生的學習成效，提高課堂教學質量。

［關鍵詞］人工智能技術；小學數學；深度應用

［中圖分類號］ G623.5 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1007-9068（2023）05-0001-04

近年來人工智能（Artificial Intelligence，AI）高速發展，我國也將人工智能納入國家發展戰略。正如人類歷史上的其他偉大工具或技術一樣，人工智能技術正將教育置于新的時代篇章之中，為小學數學課堂教學提供新的環境和手段。如何利用人工智能技術實現“互聯網+”與學科教學深度融合，如何設計更加多元、開放的現代信息化教學，成為“互聯網+”時代教師面臨的挑戰，創新教學思路與方式刻不容緩。

一、求解：人工智能技術驅動教學的動因

人工智能技術驅動的小學數學課堂教學是互聯網思維下教學轉型的新樣態，也是互聯網科技推動下的課堂形態演進及其催生的未來互動教學新形態?；谌斯ぶ悄芗夹g的教育可以為學習者提供個性化學習的機會，有利于分析學習過程中的交互性數據，支持移動學習以及終身學習。對于小學數學課堂教學來說，人工智能技術提供的技術支持主要體現在智能引導、數據分析、學習空間與環境的重設、資源推薦與知識共享等幾個方面。

1.小學數學課堂固有教學問題的剖析

小學生年齡小，自制力較差，再加上小學數學教學內容較為分散，以及“滿堂灌”的傳統教學模式，使得學生處于被動學習狀態，容易喪失學習數學的興趣。近年來，全國各地涌現了許多新的教學理念和方法，對整個教育的發展產生了推動力。同時，國家給予教育極大的重視和投入，大部分學校已經將教學設備不斷升級換代，主要是計算機、電子書包、人工智能等多媒體技術的應用，因為新科技的應用對于激發學生的學習興趣有著積極的作用。

2.小學數學教學擁抱“教育人工智能”的必要性

由于教育資源有限、評價體系僵化，小學數學教學存在不少困難。首先，班級授課制下，一個教師往往要面對眾多學生，自然無法了解和熟知每個學生的資質和偏好。此外，由于統一的課程和教學安排，每個學生都需要完成規定的科目內容，教師難以充分因材施教。其次，每個學生的學習都具有差異化、動態化的特點，但班級授課制無法為每個學生配備專門的導師，對學生的個性化需求無法一一滿足。最后，從教育評價來看，班級授課制對應的招考模式大都以統一內容、統一形式和統一標準對學生進行考核和選拔，這使得學校教育趨于同質化。所幸，教育形態往往會隨著社會進步發生改變，人工智能技術開始被運用于教育領域，小學數學課堂教學有了突圍的契機。

3.人工智能技術驅動教學勢在解決的癥結

（1）傳統教學理念的阻礙

傳統教學理念下，課堂教學的主要任務是傳授知識。目前，一些教師仍然使用傳統的教學理念和方法進行教學，對新時期出現的教學理念和方法不予理睬，教師仍然占據著課堂主導地位，學生缺乏積極性和主動性，只是被動學習，這樣的教學模式導致學習質量和效率不佳，影響了教學質量和效率的提高。顯然，傳統教學模式無法滿足學生的個性化需求。

（2）教學基礎設備不完善

教學環境，包括教學場所（智慧教室）、教學用具等教學基礎設備的不完善，會導致學生的個性化學習得不到充分的支持。

（3）師生角色轉換不到位

教師和學生的角色、地位發生變化，這是人工智能技術驅動教學模式變革的前提和基礎，但是目前仍然存在大量師生角色轉變不到位的情況，學生的主人翁意識沒有樹立，教師的引導作用沒有體現，從而影響了教學的全面進步。

二、攻略：人工智能技術驅動教學改革

人工智能技術一方面通過大數據挖掘和智能分析將學生學情與教學目標、教學手段進行匹配，另一方面通過智能互動終端采集學生學習的實時數據，動態調整教學內容和教學方法，實現傳統班級授課制難以實現的 “一對一”教學。這樣，人工智能技術對小學數學課堂教學模式的變革，具體體現在學習方式、教學手段、教學內容、教學評價四方面。

1.學習方式：由被動到主動

在信息化教育推進的過程中，教師都希望能夠制訂更合理的教學計劃與目標，與學生建立更緊密的互動關系，這就需要教師及時了解學生對教學內容的接受情況。應用教學反饋器就可以隨機抽選個人或小組回答問題，讓每一位學生都有平等的表達機會；也可以在課堂上穿插競賽環節，通過互動搶答功能，提高學生的學習積極性。

【教學案例】題目：判斷下面的線（如圖1）分別是什么線，并說明理由。（對應①～⑤題，教師依次使用教學反饋器中的“搶答”“搶答”“隨機”“隨機”“搶答”功能）

“搶答”功能：學生需要快速按下“OK”按鍵以搶到回答問題的機會。這樣就能提高學生學習的積極性。

“隨機”功能：隨機抽選個人或小組回答問題，讓每一位學生都有平等的表達機會。

在傳統教學中，教師要了解學生對知識點的掌握程度，一般是通過課堂提問、課堂測試或課后作業的方式。課堂提問覆蓋面有限，甚至會出現沒有學生舉手的尷尬場面；課堂測試和課后作業則存在滯后性，因為教師要批改測試卷和作業后才能發現問題所在。借助人工智能技術的智能實時反饋平臺能夠實現“人+機”評價，即教師隨機查看和抽取實時生成的每個學生的情況，教師與每一位學生之間能夠建立起高效、全面的信息傳遞機制，優化課堂教學方式。

2.教學手段：由單一到多元

傳統課堂以紙質教材為主，由于文字媒介需要學習者充分調動注意力和想象力，因此，對于缺乏學習興趣的學生而言，這種教學方式并不具備吸引力。

科技的發展在不斷改變著人們的生活，課堂也隨著技術的加入變得多姿多彩，人工智能技術能夠豐富教學手段，智能手機或平板電腦都可以實現很多以前課堂做不到的功能，為教師的教學提供了多種選擇。

【教學案例】試一試：在作業紙上畫一條射線。

教師利用希沃授課助手錄制視頻和拍攝照片，并將其上傳到希沃課件中。教師遠程操控希沃課件，并對上傳的視頻和課件的內容進行實時批注，或對畫面進行放大縮小，通過展示學生的作業提問：“這樣畫可以嗎？”還讓學生說說是怎么畫的。最后，教師強調：“先畫一個端點，再畫一條直線。適當長度便可以表示無限長?！比绻麑W生有新的作品，那么可以拍照后上傳，教師則追問：“這樣畫對不對？”

采用希沃課件等人工智能技術，不僅提高了課堂效率、擴充了課堂容量，還滿足了不同層次學生的需求，彰顯了數學課堂中學生的主體地位。學生可以利用希沃白板的“標注”“拖拽”等課堂交互手段，結合文字、圖像、視頻的交互控制，實現由對知識的感知理解升華到實際運用，核心素養的培養由此落地生根。

3.教學內容：由片面到多彩

小學數學的教學內容基本都是基礎數學知識，與小學生的日常生活息息相關，如果教學內容較片面，90%為課本上的知識，沒有與生活經驗進行緊密結合，就會導致學生的數學應用能力得不到充分培養。

人工智能技術驅動的教學模式，不僅提供了教學手段，還豐富了教學內容，最大的優勢就是資源共享。例如，希沃白板自帶系列課堂活動模板，教師可以將要講的知識點融合到課堂活動中，在吸引學生的同時，對學生的學習內容進行延伸和擴展，為學生的全面發展打下堅實基礎。

【教學案例】題目（1）：給下面的線分分類。

對應的選項為“射線”“曲線”“線段”“直線”等。學生拖動圖片到對應的選項上，如果正確，則圖片被吸進去；如果錯誤，則圖片被彈出。正確和錯誤都有對應的音樂。

題目（2）：判斷正誤：[①]一條長5 cm的直線。

[②]直線比射線長。

③角的兩條邊可以無限延長。

對應的選項為“正確”“錯誤”，學生拖動題目到對應的文字上，如果正確，則題目被吸進去；如果錯誤，則題目被彈出。正確和錯誤都有對應的音樂。完成判斷后教師指名學生講解。

題目（3）：下面表述正確的是（? ? ）。

①直線沒有端點。

②射線有一個端點。

③線段是射線上的一部分。

④角的兩條邊是線段。

⑤兩點間的距離，線段最短。

⑥把線段的一端無限延長，就得到一條直線。

⑦一條射線長6 cm。

⑧從一點引出兩條射線可以組成角。

⑨∠3讀作角三。

⑩直線是無限長的。

具體操作是把題目放入南瓜圖片或茄子圖片里，如果判斷正確，圖片就會直接消失；如果判斷錯誤，圖片則會掉落。請兩位學生到希沃觸摸屏左右兩邊分別操作，開始競爭。

有人說：好老師授人以魚，更好的老師授人以漁，偉大的老師激發興趣和靈感。倘若換成“好的課堂教授學生知識，更好的課堂教授學生學習知識的方法，偉大的課堂激發學生的興趣和靈感”，亦有一番滋味。那么，什么是“偉大的課堂”？基于人工智能技術的互動課堂或許就是答案。

4.教學評價：由平庸到個性

在課堂提問和練習中，人機交互的多元評價能讓每個學生都有機會參與課堂活動以及展示自己，進而提高課堂教學效率。借助人工智能技術實現的自動測評方式，能夠實時反饋學習者的學習表現，并對他們的學習表現進行評價。人機交互的多元評價，是通過開放多元的形式，對學生給出有效反饋和評價，不再局限于封閉式的評價方式，因此能夠解決傳統評價生硬和單一的問題。機器是冰冷的，而教育是要有溫度的，學生的成長離不開教師的激勵和鼓勵，“人+機”的評價科學全面又多元，針對學生的成長軌跡數據，動態地評價學生，這樣學生就不會因為一次評價就“一蹶不振”，而是更注重進步的過程。

【教學案例】教學“認識射線、直線和角”的小結話語。

教師：“想一想線段、射線、直線的樣子，用手勢該怎么表示？聯系剛才的學習，說一說這三種線有什么不同點和相同點。答對的同學能夠在屏幕光榮榜上加一顆星?！?/p>

在信息技術時代成長起來的學生，已經習慣借助現代媒體和網絡來創造、思考、交流。這要求教師不能拘泥于傳統的評價方式，而是要不斷探索，創新教學方法和評價手段，用更加符合時代潮流的理念和技術去喚醒、激勵、鼓舞學生。筆者就經常應用“班級優化大師”來評價學生，通過抓住每個學生的閃光點，配合游戲化的規則、界面、音效，以及豐富多彩的獎勵勛章，激發學生的好勝心和創造力。這樣的課堂評價具有及時性、激勵性、全面性、公正性，為課堂管理和班級管理提供了新的思路和手段。

三、突破：如何驅動人工智能技術打破教學屏障

人工智能技術建構個性化教育體系或多或少會存在問題，需要對其進行全方位的思考。

1.破解方法

首先，利用人工智能技術整合數學知識。由于小學數學知識較為分散，教師授課時可以借助觸控一體機將數學知識系統地展示給學生，這樣既解放了教師，又提高了課堂教學效率。

例如，教學“認識射線、直線和角”時，借助互聯網技術，不僅能輕而易舉地展現射線、直線和角的圖形，還能用手指輕松作圖，展示繪制圖形的過程。這樣能給學生留下深刻的印象。

其次，利用人工智能技術推進自主學習。依托“互聯網+”的微課能夠豐富學生的課后學習，讓學生能夠借助它進行自主學習，自主探究數學知識。

例如，可利用微課的形式錄制一段關于射線、直線和角的聯系與區別的視頻， 讓學生在學習“射線、直線和角的聯系與區別”后自行下載， 然后反復進行學習。

2.理性反思

首先，要打破固有教學制度。新的教學模式需要有完善的制度作為保障才能得到全面的推廣和應用，在小學數學教學中應用人工智能技術也是一樣的。學校的規章制度以及教學過程中的紀律必須完善，這樣才能為新理念和新模式的高效運行打下堅實的基礎，從而提高教學質量和效率。

其次，要提高教師專業素質。學校要引進先進的人才，并對教學進行全面的改革，為新模式的應用提供保障。同時，教師要將課堂交給學生，尤其是在小學，學生年齡比較小，更需要教師充分利用其思維活躍的特性，激發其學習的積極性和主動性，幫助其養成良好的學習習慣，掌握正確的學習方法。只有全面提高教師的綜合素質，才能滿足新時期人工智能技術應用到小學數學課堂教學的要求。

隨著人工智能技術的不斷進步，小學數學教學要從教學理念、教學環境、教學方式等方面進行變革，這樣才能接受教育人工智能技術帶來的挑戰。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 邵梅媛.大數據與人工智能時代背景下管理會計的機遇與挑戰 [J].今日財富，2019（4）：146.

[2] 任友群.人工智能何以驅動教育變革 [J].教育家，2017（44）：12-13.

[3] 龔季興.互聯網背景下大學課堂教學面臨的挑戰與思考 [J].四川勞動保障，2016（S2）：58-60.

[4] 賈積有.人工智能賦能教育與學習［J］.遠程教育雜志，2018，36（1）：39-47.

[5] 牟智佳.“人工智能 +”時代的個性化學習理論重思與開解 [J].遠程教育雜志，2017，35（3）：22-30.

[6] 梁迎麗，劉陳.人工智能教育應用的現狀分析、典型特征與發展趨勢［J］.中國電化教育，2018（3）：24-30.

【本文系連云港市第六期“521工程”科研資助項目“人工智能與學科教學深度融合的應用研究”（ LYG06521202112）的部分研究成果?！?/p>

（責編 金 鈴）