人工智能与小学数学教学的深度融合策略研究

赵云

【摘要】文章以驱动“促进信息技术与数学课程融合”的新课程理念落地为出发点，以培养小学生数学核心素养为落脚点，探讨分析了在新课标理念下，从教师教学形式优化、学生学习方式变革两个维度上促进人工智能与小学数学课程教学深度融合的策略方法，意在通过对人工智能教学技术的深入开发及合理运用，打造智慧化的小学数学教学新样态，全面驱动义务教育数学课程的改革.

【关键词】人工智能；小学数学；数学教学；融合策略

教师教学、学生学习是构成小学数学课程的两大要素.在教育信息化背景下，严格遵循《义务教育数学课程标准（2022年版）》（以下简称《新课标》）提出的课程理念，坚持发展学生数学核心素养的育人导向，将人工智能这一兼具智慧化、创新化的技术融入小学数学课程的教与学活动之中，不但有益于义务教育数学教育发展进步，对小学生数学学习效率、数学学习能力及数学核心素养的提升同样具有重要意义.

一、借助人工智能优化教师的教学形式

在一般情况下，小学数学教师的课程教学工作可划分为课前准备教学、课中实施教学以及课后设计作业三个维度.由此，在教育信息化背景下，开展人工智能与小学数学教学的融合实践时，教师便可将人工智能技术以更为合理与有效的方式融入自身三项教学组织及研究活动之中.

（一）借力人工智能技术，智慧备课

课前备课是构建高效小学数学课堂的重要前提工作.在教育信息化背景下，小学数学教师可将人工智能技术应用到备教材、备学情中，为课中精准教学的实现打好提前量.

以人教版二年级上册数学教材第一课“长度单位”为例.在展开备教材工作时，小学数学教师可在充分研读教材及《新课标》的基础上，明确本课的教学方向为指导学生规范使用刻度尺等长度测量工具，引导学生建构“100厘米=1米”的数学长度概念、会用刻度尺画长度一定的线段后，利用创建课程的AI软件生成教学方案，以此大幅度缩短及压减教学精力及时间在备教材、写教案工作中的投入，将更多的教学关注点合理转移到学生数学学习方式的调整及优化中.而在开展备学情工作时，小学数学教师可在AI软件生成的教学方案的基础上，利用微课教学技术或PowerPoint软件为学生制作设计图文并茂的导学视频，并将制作好的导学视频发布到线上教学平台或班级微信群中，让学生在家长的督促下线上自主观看，使其通过导学视频把握用刻度尺测量物体长度的方法，并初步了解到1米=100厘米.

在此基础上，小学数学教师还可在导学视频的最后为学生提供预习清单，让学生在线上自主独立完成，并将学生学习清单的完成情况作为学情分析数据，导入线上教学平台的智能评估系统之中，在AI技术的加持及辅助下更为全面和客观地评估学生的各项能力和潜在智能，以此促进教学方案及教学计划的完善.

（二）应用人工智能技术，灵活教学

人工智能教学技术的卓越优势在于，其能够运用数据分析、计算思维将不易被学习者接受的复杂问题以更直白、更简洁的形式呈现出来，提高学习者的接受能力及对新知内容的内化吸收速率.由此，小学数学教师在课中教学中展开人工智能的融合实践时，便可积极开发其灵活自如的教学优势，为学生打造更具吸引力的智慧数学课堂.

例如，在教学人教版二年级下册数学教材“图形的运动（一）”一课时，教师就可将智能教育工具和智能教育机器人引入课堂教学之中，让学生以动手实践以及与AI智能机器人对话的方式理解轴对称图形、平移现象和旋转现象.

首先，小学数学教师可利用希沃白板将含有动物形象的剪纸作品呈现在学生眼前，吸引学生的注意力，并以问题“同学们，你们知道如何在纸上剪出这些小动物吗”活跃学生思维，驱使学生与AI智能机器人进行对话，问询剪纸作品的制作步骤及方法，使其通过与AI交互，认识到剪纸作品中包含了轴对称图形以及图形的旋转、平移，并生成动手制作动物形象剪纸作品的兴趣.

其次，教师可立足學生预习清单的完成情况，遵循“组间同质、组内异质”的分组原则划分学习小组，并为学生布置三项剪纸任务：“剪出一个蝴蝶”“将下图中的图形拼成一条小鱼，说出移动图形的步骤”“制作一个纸风车”，并为各组学生提供与AI智能机器人、小组成员对话交流的时间，在促进学生思维碰撞的同时，让学生通过细致聆听AI智能机器人的趣味说明和讲解，对轴对称图形、图形的平移和旋转现象形成较好的把握认识，并在动手剪纸、实际操作的过程中实现对本课重要数学概念的内化吸收.

最后，教师可在学生合作完成上述实践活动后，将指向本课知识内容巩固复习的教学问答录入AI智能机器人的对话系统中，让学生以“抢答”的形式回答机器人所提出的“什么是轴对称图形、平移现象和旋转现象”“在生活中还有哪些是对称图形、图形的平移和旋转”等问题，让学生在AI智能机器人“嘟嘟嘟”正确音效和“嘀嘀嘀”错误音效的提示下，自觉主动地调整自己对轴对称图形、图形平移、图形旋转的描述及表达，进而实现趣味化的有效数学学习.

（三）开发人工智能技术，分层作业

随着“双减”政策的持续深化，在现如今的小学数学课程教学中，如何在课后作业设计中体现出“减负增效”和“因材施教”理念是教师重点关注的教学优化问题.在信息化教育背景下，小学数学教师可利用人工智能教学技术中的学生行为分析功能对学生学习层次进行精准划分，为不同层次、不同水平的学生布置分层化、差异化的课后数学作业，以此将因材施教、立德树人根本教育任务落到实处.

例如，在教学人教版三年级上册数学教材“长方形和正方形”一课课后作业时，教师可将学生在课前预习中以及课中学习中的状态、进展、参与程度等有关数据整合起来，输入基于人工智能技术的学生行为分析系统中，让AI分析学生学习速度、学习热情、学习态度以及行为表现等信息，并以金字塔图的形式将学生科学划分为A，B，C，D四个层次，清楚地体现出不同层次学生数学学习的薄弱之处.此后，小学数学教师就可以此为依据为不同层次学生布置分层数学课后作业.

第一，可为数学知识把握扎实、学习能力较强的A层次学生布置指向思维训练的课后作业.

【作业一】一个长方形的宽是5厘米，它的长是宽的4倍，这个长方形的长和周长是多少厘米？

【作业二】李伯伯有一块一面靠墙、边长是6米的正方形菜地.如果李伯伯想要将这块菜地用篱笆围起来，那么至少需要长是多少米的篱笆？

第二，可为数学知识把握较好、自主学习意识较低的B层次学生布置指向数学应用的课后作业.

【作业一】篮球场的长是30米，宽是16米，小红绕篮球场跑3圈，一共跑了多少米？

【作业二】为一块边长是20分米的正方形桌布的四周缝制花边，需要长为多少米的花边？

第三，可为数学知识掌握一般、但数学学习态度端正的C层次学生布置指向巩固复习的课后作业.

【作业一】画出一个长是7厘米、宽是5厘米的长方形和一个边长是6厘米的正方形，分别用两种计算方式计算这两个图形的周长，比较哪种计算方法更简便.

【作业二】量一量数学课本、作业本的长和宽，并计算它们的周长.

第四，可为数学学习能力相对较差且存在数学厌学情绪的D层次学生布置指向数学学习兴趣培养的课后作业.

【作业一】用一根24厘米的绳子围一个正方形，量一量这个正方形的边长.

【作业二】可以在一个长是12厘米、宽是4厘米的长方形纸中折出多少个正方形？每个正方形的边长是多少？

在此基础上，小学数学教师还可利用人工智能技术的智能学管家为不同层次的学生制订更具个性化及针对性的数学学习计划，利用远程教学工具对学生进行线上教学辅导，让学生通过自主完成层次化的数学作业以及接受差异化线上教学指导，获得不同程度的发展提升.

二、借助人工智能变革学生的学习方式

认真听讲、独立思考、动手实践、自主探索及合作交流是小学生学习数学的重要方式.小学数学教师在新课标理念的指导下，开展数学课程教学与人工智能的融合工作时，就要在优化自身课程教学形式的基础上，深入开发不同人工智能技术在推动学生数学学习方式、进阶学生数学学习力等方面的积极作用，以此让小学生在人工智能技术的良性干预及作用下实现从浅表学习、无意义学习到深度学习、有价值学习的转变.

（一）人工智能辅助直观情境创设，增强学生数学学习动力

情境教学在小学数学课程中有极高、极广的应用价值和应用范围.在教育信息化背景下，运用人工智能技术变革小学生数学学习方式时，教师可合理利用人工智能技术中虚拟现实或增强现实的功能，进一步提高数学教学情境的生动性和直观性，一来更好发挥情境教学对学生数学学习状态调整、数学学习兴趣调动的积极作用；二来让学生在AI技术的作用下主动建立起数学和现实生活的关联，对数学学科的实用价值、应用价值形成客观清醒的认识把握，从而得到数学学习动力的持续加强.

例如，在指导学生学习人教版四年级上册数学教材第五课“平行四边形和梯形”第一课时“平行与垂直”一课的知识内容时，小学数学教师就可利用人工智能技术中的虚拟现实功能，将教室、街道、家庭住宅、学校操场等生活场景的全景图呈现出来，为学生打造更为真实立体及形象生动的教学情境，促使学生实现动手又动脑的有意义学习，并在人工智能技术的作用下认识到数学是一门源于现实世界的自然科学，生成将数学知识应用到现实生活问题解决之中的创新实践意识.

（二）人工智能协助小组合作探究，锻炼数学学习能力

在新课标理念下，融合人工智能技术组织学生以小组合作的形式开展数学探究时，教师可将操作简单、上手快的AI学习工具嵌入学生的数学学习过程之中，在充分体现小学生数学学习主体性与主观能动性的同时，使学生通过操作和使用AI学习工具更为精准、有效地把握数学学习的规律以及解决数学问题的“门道”.

例如，在教学人教版四年级下册数学教材“运算律”一课时，指导学习小组以加法运算律[加法交换律a+b=b+a；加法结合律a+（b+c）=（a+b）+c]为基础推导探究乘法运算律时，小学数学教师可在科学划分数学探究小组的基础上，将智能思维导图工具提供给各个学习小组，让学生在人工智能技术的协助下展开更为深入的数学探究和数学规律探索.

首先，教师可以提出问题：“对于乘法分配律，你们能够提出哪些猜想？”驱动学生展开小组讨论，使其在交流沟通中实现思维碰撞，并猜想在乘法中或许有a×b=b×a，a×（b×c）=（a×b）×c，a×（b-c）=a×b-a×c，a×（b+c）=a×b+a×c等运算律.

其次，小学数学教师可鼓励学生将上述关于乘法运算律的猜想录入智能思维导图工具中，让AI学习工具通过分析数学模型，生成与之相对应的乘法算式.在这之后，教师则可以提出问题：“AI学习工具给出的乘法算式一定是正确的吗？如何用数学方法进行验证？”促使各个学习小组对AI生成的各个乘法算式展开一系列的推理验证、归纳概括及批判质疑等数学探究活动，在锻炼与提高学生思维严谨性和深刻性的同时，确保学生能够通过本次数学探究总结出乘法运算律.

最后，小学数学教师可让学生以“运算律”为核心关键词绘制包含加法分配律及乘法分配律的思维导图，并通过比较加法交换律、结合律以及乘法交换律、结合律的方式，体会到建构加法模型和乘法模型对自身数学运算能力、问题解决能力及学习能力提高所起到的重要意义.

结 语

總而言之，在新课标理念下的小学数学教学中融合人工智能，对教师高效教学的达成、学生深度学习的实现及学科核心素养育人目标的落地有极为深远的现实意义.因此，小学数学教师应在把握认识人工智能技术在优化教师教学形式、变革学生学习方式等方面的优势作用的基础上，加强对现代人工智能技术的全面分析和深入把握，在促进义务教育数学教学信息化、智慧化、现代化发展的同时，为立德树人根本教育任务的落地及小学生全面发展、终身发展的实现提供保障.

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