人工智能赋能小学数学教学变革的实践探索

盛海迪　唐斌

摘   要：人工智能技术的高速发展推动了小学教育教学活动的改革和创新，将人工智能技术与小学数学课堂高效融合是小学数学教育变革发展的必然趋势。在赋能思维和价值的引导下，从人工智能赋能小学数学课堂属性、系统架构及基本原理进行分析，进而阐释在人工智能赋能下的小学数学课堂教学变革的机理。进一步阐述人工智能赋能小学数学课堂应当遵循的三项基本原则，通过三项基本原则诠释小学数学教育的价值观、目标观及本质观。在人工智能时代背景下，通过借助人工智能设备或技术来构建小学数学课堂教学场景、激发学生思维、开展分层教育等实践路径，实现小学数学课堂教学效率和质量的全面提升。

关键词：小学数学；人工智能；教学变革；实践路径

中图分类号：G623.5   文献标识码：A   文章编号：1009-010X（2023）25-0031-04

近些年来，人工智能技术快速发展正在不断改变人们的日常生活，这其中包括衣、食、住、行、教育等多个方面。早在2018年4月份，教育部便发布《教育信息化2.0》相关行动计划和行动指南。国家明确指出人工智能教育信息化应该是以“发掘学生潜质，激发学生学习兴趣，指导学生学习等”作为相应的发展目标。

数学课程作为小学的一门基础课程，其具有较强的综合性、逻辑性以及抽象性。所涉及的知识内容广泛，知识体系较为复杂。在人工智能时代，对于教师而言既是挑战也是机遇，如何将人工智能技术融合到小学数学课堂当中，从而满足社会对学生的多元化发展是一个较大的挑战。

一、人工智能赋能小学数学课堂教学变革的机理

人工智能技术的蓬勃发展正在推动新一轮的科技和产业技术的革命，不断地改变着人们的日常生活，推动人类向人机协同、数字孪生、跨界融合的智能时代发展。针对人工智能赋能小学数学课堂教学变革的机理研究，可以帮助我们更好地掌握小学数学课堂教学状态，提高小学数学教学的质量和效率。

（一）人工智能赋能小学数学课堂变革的系统架构

机理，顾名思义指的就是某个特定的系统当中的不同的要素之间的结构、关系和相互作用的原理和规则。就小学数学课堂而言，构成课堂变革的系统架构的要素和机构则是对机理的表征。根据教学论中的观点，可以将小学数学课堂看成是由教学目标、内容、方法、评价、环境的教学因素及学生与教师人为因素构成的动态综合体。在这个动态综合体当中有着明确的任务分配，学生是整个教学过程中的主体，而教师负责主导整个教学过程。这两个要素是小学数学课堂教学使命完成的出发点和落脚点，是决定课堂教学效率和质量的核心要素。此外，小学数学课堂的教学的内容和教学活动需要根据实际的教学目标进行智能化的量身定制。针对不同的教学目标，所设计出的教学内容也应该具有较强的对应性，根据不同的个体选择全面、合适的教学方法。

（二）人工智能赋能小学数学课堂变革的基本原理

人工智能赋能小学数学课堂首先需要完成对赋能环境的建设。与传统的小学数学课堂教学环境相比，人工智能赋能的课堂环境建设主要是借助相关的数学知识图谱、智能模式识别等人工智能相关技术对原有的课堂教学环境进行变革，实现课堂的动态交互、虚实交互、数学情境设置、个性化知识拓展等目标。借助人工智能对教学环境的赋能可以使师生获得沉浸智能交互的体验。针对课堂教学设计的赋能是小学数学课堂第二个核心变革要素，通过人工智能技术对教学设计进行赋能，可以实现教学设计定制化目标、自适应内容等，在原有的教学设计基础上更加智能化。在赋能教学环境和教学设计的基础上，需要将教学内容付诸于实践，此时需要对教学实践进行赋能。相比于传统的教学活动，通过人工智能赋能后的智能化实施模式更容易实现人机协同的功能。

二、人工智能赋能小学数学课堂教学变革的基本原则

在“双减”政策背景下，人工智能赋能小学数学课堂教学的变革需要遵循以下三大原则，在这三大原则的基础上能更好地确保教学变革的有效性和正确性。

（一）坚持以学生为本，拒绝“本末倒置”的教育价值观

在人工智能技术日益发展的大环境之下，技术与教育之间的融合深度势必会不断加深。所谓的人工智能教育必须坚持学生的主体地位，平衡学生、教师与技术三者之间的关系，而不是拘泥于有多少新的智能技术应用于课堂教学当中。学生、教师及日新月异的技术之间的关系从本质上来讲应当满足以学生个人的发展为核心的教育价值观，小学数学课堂教育只不过是一种手段，而技术则是这种手段实施的一种支撑条件。换句话讲，当人工智能技术进入小学数学课堂时应当“消融”在课堂教学当中，成为人工智能赋能小学数学课堂教学的一部分，也叫技术教育化。人工智能赋能小学数学课堂可以解决知识碎片化的问题，能够让技术更好地服务于教育教学。因此，人工智能赋能小学课堂应当以学生个体的发展为目的，拒绝因技术追求效率而忽视人的教育价值观。

（二）坚持以核心素养为主，拒绝“填鸭式”的教育目标观

在人工智能技术不断发生创新的同时，小学数学教学也不断发生改革创新。就当下而言，我国的小学数学教育已经进入了一个新的时代，不再以重复性繁琐的教学模式为主，而是转变成一种智慧型、系统性的教学模式。教师需要对海量的信息资源进行筛选、整合，设计出对学生核心素养的培养有利的教学方案。传统的课堂教学大多是教师“居高临下”，导致学生丧失了课堂自主权，在新的教育形态下应该鼓励学生能够相互合作自发式的学习。通过教师在教学过程中的不断的引导，充分挖掘学生个体自身的能力和个性特征，同时将学生教育成具有批判性思维的人才。小学数学课堂应当是学生全面展示个人素养的舞台，作为教师不应该仅仅局限于学生知识的传授或者解题能力培养，而是应该包括在人工智能时代下对学生的教育价值观和核心素养的培养。堅持以核心素养作为学生教育目标观的培养，有助于学生成为爱国、有责任感、创新思维、全面发展的优秀人才。

（三）坚持以生命为主，拒绝“取代式”的教育本质观

在中小学的教育当中，首当其冲的应该是生命教育，生命是整个教育的基础和核心。在智能化学习的环境当中，尤其要加强学生热爱生活，珍爱生命的教育。在日常的课堂教学当中，教师除了引导学生学习数学知识以外，更为重要的是能够培养学生获得知识，增长见识，拓宽自身生命长宽高的能力。科学技术的创新必定是要和学生、教师主体同步的，在智能化教学的背景下，人工智能机器、技术只是辅助学习的一种支撑条件和手段。小学数学课堂教学不仅要打破传统的学生只是知识消费者的思想，而且需要培养、激励学生成为知识的创造者。在教育和人工智能不断深度融合的未来，各种智能技术将会成为教学过程中的不可或缺的内容，但绝不是教育的主体。

三、人工智能赋能小学数学课堂的实践路径研究

根据新课改的要求，在小学数学课堂当中引入人工智能技术对突破现有小学数学课堂教学障碍有着重要的意义，是实现小学数学课堂智能化教学的有效途径。

（一）基于人工智能沉浸式媒体，构建直观教学场景

教育要根据不同年龄段的学生自身的特点，顺应学生的认知发展规律，而不是一味的强行灌输式的迫使学生被动接受学习。学生只有通过自己体会、感悟，自己构建出学习的知识，才能真正实现智能化教育的目的。相比于初高中学生而言，小学生处于思维形象比较发达的年龄阶段，在小学数学课堂教学中教师可以通过人工智能沉浸式媒体，来构建直观的教学场景，使学生能够利用自身的形象思维更好地认识问题、学习知识。例如，在讲授小学数学课程当中“认识正方体”的内容时，教师可以借助人工智能AR辅助教学手段，利用AR将立方体展现在学生面前，加深学生对正方体的认知。为了进一步加深学生对正方体的认知，让学生获得直观的感受，点击演示按钮，通过AR技术向学生展示正方体的展开过程及各个表面特征。教师还可以进一步让学生进行演示，通过学生自身与AR进行交互，来促使学生身临其境，能够更好掌握正方体的相关特性。

（二）基于人机协同操作，激发学生创新思维

人工智能与小学数学课堂的深度融合通常会以人机协同操作的方式建立人与机器、智能化设备沟通的桥梁，同时需要变革教学设计来匹配人机协同操作。要想达到这个目的，需要在人工智能背景下能够对教学目标、教学内容及教学方法等再次进行优化。在人工智能时代的教育环境下，小学教师可以借助人工智能设备、技术等构建人机协同操作的教学模式，将所要教授的数学知识通过动态画面展示给学生，将课堂交还给学生，由学生动手实践说出问题的答案。例如，在小学数学课程当中讲解加法相关的数学知识的时候，可以借助电子交互白板。教师可以在白板上显示出物品的种类和对应的价格，让学生根据自己的喜好选择不同的物品，并且计算出所选的物品的最终的价格。通过白板作为支撑条件，极大地提高了学生课堂参与性与活跃性，同时能够让学生解决生活中的实际问题，激发学生创新思维能力。

（三）基于大数据智能化分析，开展学生分层教育

在传统的教学过程中，不同教师的教学理念、教学方法及对知识的掌握程度均不同，这也是造成学生学习能力、学习方法以及知识掌握存在较大差异的影响因素之一。教师可以根据教学过程中人工智能大数据信息反馈系统来实时的对每个学生的学习情况进行掌握和分析，通过大数据分析的结果，结合不同学生的需求，制定更加符合教学实际的教学对策，从而实现最终的灵活多变式的教学。例如，在教授小学数学应用题的过程中，假设工人师傅需要修一段1km长的公路，现在花了5天时间已经完成了道路修缮的五分之一，请问修完整个公路需要多少时间？学生可以借助平板等智能化设备，将自己所获取的有用的条件信息整理出来写在平板上。教师可以通过学生平板上写的内容通过后台大数据分析，发现哪些学生读题能力较弱，信息理解不强，对学生进行一个较为简单的分层。

人工智能赋能小学数学课堂教学是全面培养创新人才的重要举措。小学数学课堂教学是培养小学数学核心素养的主要战场之一，也是学校立德树人的重要渠道之一。通过人工智能技术推动小学数学课堂教学变革具有重要的意义。人工智能时代背景下，将人工智能与小学数学课堂教学相融合，有助于全面推进现代化教育。在实际的人工智能与小学数学课堂教学相融合的过程中，教师还需要根据实际的教学需要进行因材施教，采取适当的措施，将人工智能引入课堂，从而加速推动小学数学课堂教学变革。

参考文献：

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［2］张云香.人工智能与小学数学教学的深度融合的策略研究［J］.考试周刊，2022，（26）：98～101.

［3］许鹏飞.人工智能技术对教育教学的影响［J］.现代商贸工业，2022，43（21）：252～254.

【責任编辑 王   悦】