信息技术与数学教学融合的应用架构探究

刘泽凤

摘要：三通两平台历经多年建设与应用，突破了教育信息化应用模式，建立了全社会参与的新机制，为教育信息化打下来坚实的基础。随着近几年人工智能、大数据、云计算等技术快速发展应用，已经对教育行业带来诸多变化。信息技术与学科融合的根本目的是化解教学难点帮助学生学会不易理解的知识或不易掌握的技能技巧。这其中涉及到两个重点，一是把握当前信息技术的主要技术门类、技术应用及方式、技术缺陷等，二是要把握教学难点与具体实践方式，包括家长老师学生的三方协同，实现学生能学会，家长能辅导，教师能讲透。本文将结合教学需求和当前信息技术发展，提出解决信息技术与数学教学应用问题的对策。

关键词：应用构架、人工智能、大数据、算法、用户学习画像

1.探究背景

三通两平台历经多年建设与应用，突破了教育信息化应用模式，建立了全社会参与的新机制，为教育信息化打下来坚实的基础。随着近几年人工智能、大数据、云计算等技术快速发展应用，已经对各行业带来了积极的变化，目前教育行业也迎来了诸多变化。AI教育引领下的智能APP、教育网站以及各企业社会组织提出的智能教育、教育信息化等解决方案也层出不穷让人看得眼花缭乱。科学技术变为生产力需要完整的应用策略与应用实践，新信息技术刚开始发力教育效果还无法评价，AI技术本身也有一些已知和未知的缺陷。应用架构是描述系统功能和技术实现的方式，是实践信息技术与学科深入融合的基础工作，本文将结合教学需求和当前信息技术发展，提出解决信息技术与数学教学应用问题的对策。

2.探究目的

信息技术与学科融合的根本目的是化解教学难点帮助学生学会不易理解的知识或不易掌握的技能技巧。这其中涉及到两个重点，一是把握当前信息技术的主要技术门类、技术应用及方式、技术缺陷等，二是要把握教学难点与具体实践方式，包括家长老师学生的三方协同，实现学生能学会，家长能辅导，教师能讲透。

3.探究思路

本文将对当前主流和迅速发展的教育信息技术形式汇总整理，与教师日常教学工作一一匹配，并参照信息技术与学科融合等方面的研究成果。

3.1当前信息技术发展现状

信息技术，是主要用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要是应用计算机科学和通信技术来设计、开发、安装和实施信息系统及应用软件。随着近年来应用数学和计算机技术的进步革新，推动着人工智能和大数据快速发展。信息技术与数学教学融合根本是智能算法和大数据与数学教学的融合。

大数据与人工智能的实践就是算法，算法是指解题方案的准确而完整的描述，是一系列解决问题的清晰指令。因此我们对信息技术的评价主要集中在算法、数据、还有人工智能系统的整體协同能力上面。

3.2当前AI教育产品主要技术模块

（1）语音技术：语音识别、语音合成、声纹识别、语音交互等语音交互基础理对学生的发音特点进行了定制优化，满足多种教学场景下对语音技术的需求。

（2）图像技术：图像识别、图像分析、图像合成、面部识别等图像处理技术对改善教学质量，缓解教师批改作业压力，辅助提高教学效率，打破家长无法辅导作业订正和答疑的诉求。

（3）AI智能题库：科学采集AI系统教学数据，同步记录答题行为与结果，智能和动态评估学习能力，实时生成个性化学习方案。

3.3当前常用的信息技术教学模块

通过三通两平台多年建设与应用，形成了一些切实有效的工具辅助日常教学工作，随着慕课、一师一优课、一课一名师等一批无边界课堂开设，和国家教育资源平台的使用，优质教学资源供给量大大增加。

（1）PPT：教材配套和名师编写的教学课件，在日常教学中起到了基础作用，将重点难点通过PPT音视频、多媒体形式表现，更加形象易懂。

（2）几何画板为代表的软件工具：基于仿真技术的各种实验模拟软件，简单高效的帮助学生理解知识点，并且极大地调动了学生探索的兴趣，降低了实践的门槛和难度，培养学生的学习兴趣。

3.4教师日常工作

教师日常教学工作主要集中在开学前教学计划、备课、上课、作业布置与批改、学情监测、教研与学习等方面。信息技术可以有效地降低教师备课压力，借助智能化工具应用最先进的知识成果，把老师从传统课堂解放出来，投入到有创造性的教学工作，调动学生的探索学习积极性。同时信息技术也更有利于教师进行学情监测，能够让教学活动更加高效、有趣、有针对性。

4.应用架构探究

目前通过分析市场主要信息技术与教育融合的解决方案发现，暂时还没有一个全面有效的应用平台，不过欣喜的看到一些特别优秀的针对教学过程中细分领域的方案和实践。本文希望通过梳理教师实际需求和信息技术相互匹配，组合优秀的应用模块建立信息技术与数学教学深度融合的应用架构。

应用架构起到了统一规划、承上启下的作用，向上承接了教育部《教育信息化2.0行动计划》具体实践，向下规划和指导各个信息技术子系统的定位和功能。

4.1 应用构架综述

（1）知识点切入：信息技术与课堂教学融合，主要以学科的知识点为切入点来进行。在各门学科教学过程中，利用云课件共享技术运用名师优秀课件导入形式切入知识点。

（2）多种感官学习：通过信息技术和教学仿真软件与课堂教学融合，为学生提供多种感官参与学习营造探索的氛围，充分让学生眼、耳、口、手、脑并用，提升实验效率、减少探索制约，便利学生实验验证，边想、边做、边练感知事物、领悟概念、掌握原理。

（3）智能题库监测：通过习题检验课堂学习成果，对错误部分推送教辅分系统，主动给学生提供相关内容课程短视频，提高学习效率，减少时间浪费。

（4）智能教研：为教师打通交流机制，通过云共享云交流

4.2信息技术应当规避的技术缺陷

（1）大数据杀熟现象日益明显，数据分析定向推送技术应用时受算法制约，会出现信息逐步走向狭窄，背离了我们的初衷。扩大教学数据和试题数据挖掘量，升级数据分析算法，既要对薄弱知识点巩固学习，又要全面客观依照课标要求辅助学习。

（2）AI智能作业系统，核心是题库建设与智能分析算法融合，长期固定题库会造成学生认知单一，不利于对知识点深度学习。实现题库试题智能随机变化衍生新试题尤为重要，通过神经元算法试题衍生才能增加教学活力。

5.应用场景展望

5.1智慧教育

未来当学生走进课堂的时候，在老师的指导和讲解下学生充分理解知识点的内涵，家长辅助，并提出自己的问题。教师积极地引导学生设计实验验证自己的想法，大数据平台时刻运算着学生的课堂行为，并有针对性的给学生发送作业。通过大数据题库和智能辅助学习系统，学生自主查缺补漏。

5.2游戏化学习、创意与实践学习

我们一直常说实践出真知，宝贵的课堂时间，难能让孩子完全独立自主的思考和探索，老师的引导虽然是捷径，但有些时候却制约着孩子的思考。以几何画板为代表的软件工具仿真实验，可以让孩子们在玩中学，在学中玩，可以将想法创意立刻实践，这样能让孩子们更加深刻的理解知识点。

6结论

根据本文提出的信息技术与数学教学融合的应用架构，可以更加方便快捷的化解教学难点，通过从教师、学生、家长三方需求侧出发，完成了老师日常工作全流程的智能化技术匹配，实现了学生和家长的无边界学习和查缺补漏与答疑解惑。切实提高教学质量，深化信息技术与数学教学融合，是《教育信息化2.0行动计划》的一次实践。

参考文献：

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