人工智能与农村小学教育教学的深度融合策略

一、引言

人工智能的目标是使计算机具备类似于人类的智能水平，并且能够模拟、理解并执行相关任务。该领域的主要研究包括智能机器人、语音识别、目标检测、问答系统、推荐系统、虚拟现实、知识图谱和自然语言处理等。人工智能的快速发展，给各行各业都带来了新的发展机遇，当然教育行业也不例外。

目前，农村小学的教育教学方式还是以传统教学为主。首先，传统教学方式在设计课前预习任务和课后作业时，都采用统一内容。但是，具体到个体学生来讲，每个学生的基础和对新知识的接受程度不同。因此，教师应尽可能做到基于个体学习特性来因材施教。此外，在传统教学架构下，一些教师设计教学内容时，仍然以教师为中心，缺乏对学生感兴趣的问题的深度思考，无法从学生角度出发安排教学。其次，“教师在讲台上讲，学生在讲台下听”是传统教学的典型上课方式，教学方式较为单一，不足以充分吸引学生的注意力和专注力。再次，在课后阶段，如果学生在完成作业过程中遇到难题，学生的求助对象是家长或者百度，无法得到智能、科学、专业的课业辅导。

基于上述分析，人工智能技术可用于解决上述农村小学教育教学中所面临的问题。值得注意的是，相对于城市小学来说，农村小学信息更为闭塞，两者之间存在明显的信息差。同时，农村小学中留守儿童较多，家长辅导有限。因此，将人工智能与农村小学教育教学相结合很有必要，两者的深度融合是新时代教育的必然要求。

目前，人工智能与大学教育的结合较为密切，尤其是研究生教育阶段，涉及人工智能相关专业的学生会利用人工智能算法来完成自己的课题。但是，人工智能与中小学教育的结合较少。因此，如何实现人工智能与农村小学教育教学的深度融合是亟待解决的问题。

现有关于人工智能与小学教育的融合研究大致可分为两类：一是针对中小学人工智能课程的调研和建议，总结目前中小学人工智能课程的教学现状以及存在的问题，并提出相应的解决方案；二是从课前、课中、课后的角度出发，给出人工智能技术与小学教学可能的融合方向。但是，现有研究存在两方面问题：一是没有以农村小学为研究对象，缺少对农村小学特性的考虑；二是没有明确提出与小学教学相结合的人工智能领域下的具体技术，方法阐述不明确、不具体。

本文从农村小学教育教学的角度出发，剖析人工智能在农村小学教育教学中发挥的作用，并进一步提出人工智能与农村小学教育教学深度融合的实践策略。

二、人工智能在农村小学教育教学中发挥的作用

（一）缩小城乡教育差距

城乡间的教育差距是客观存在的，在农村小学教育教学中引入人工智能技术，可弥补农村小学教学设备较为落后的问题，使农村小学学生享受与城市学生类似的教育资源，也可进一步促进农村教师教学观念及专业能力的提升，从而有助于缩小城乡间的教育差距。此外，人工智能技术在教学中的应用，给农村小学生提供了接触智能算法技术的机会，可进一步开阔视野。

（二）凸显学生主体地位

教师可利用人工智能技术来调研、统计并分析学生对授课内容的兴趣点以及建议，然后相应地设计教学内容，增强学生学习自主性。同时，基于人工智能技术，可根据观测到的学生学习状态以及对新知识的接受程度，来适应调整教学计划和教学任务，加强学生对所学知识的掌握程度。人工智能技术以教学要素的形式，参与到农村小学教育教学中，让学生成为课堂的主人，凸显学生在教学中的主体地位。

（三）培养学生学习兴趣

一方面，教学内容不仅以纸质书本的形式呈现，还可以“书本+图片”“书本+声频”“书本+视频”和“书本+问答”等多种复合形式呈现给学生。另一方面，教学场景不仅仅局限于真实课堂，引入人工智能技术后，可搭建虚实结合的智能教学场景，为学生提供更多的知识探索空间。因此，人工智能技术的应用，使原本枯燥无趣的课本知识变得生动灵活，能够吸引学生注意力，可使学生沉浸于知识的海洋中，激发学生的学习内驱力，从而提升学生学习兴趣。

三、人工智能与农村小学教育教学深度融合的实践策略

人工智能与农村小学教育教学的深度融合，应确保以学生为主体，并借助人工智能技术的优势，提升农村小学生的学习兴趣和对知识的掌握运用能力，提高农村小学的教学质量和效率，并进一步缩小城乡教育之间的差距。

（一）基于推荐系统实现因材施教

教育教学的主体是学生，然而不同学生的学习基础、对新知识的接受能力以及对所学知识的运用能力不尽相同。因此，在教学过程中，教师要从学生实际出发，为每个学生设计个性化学习方案，真正做到因材施教。在传统教学模式下，实现因材施教面临着一系列困难：学生数量众多，为每个学生量身定制一套个性化方案难度较大；教师本身缺乏因材施教的教育观念，制定个性化方案能力不足。然而，随着人工智能的快速发展，相关技术可使因材施教成为现实。

推荐系统作为人工智能领域的重要技术之一，其特性为根据用户的历史行为和偏好向用户推荐个性化内容。基于此，可以设计一款智能软件，分为课前和课后两个模块。其中，课前模块需要调研统计学生的学习基础以及对本节教学内容的兴趣点，然后进行数据预处理和分析后，为不同学生设计个性化预习策略。课后模块对学生课上所学知识的掌握程度进行测试并跟踪，然后针对学生对知识的运用能力进行统计分析，进而找到学生学习的薄弱环节，再针对学生不熟练的知识设计个性化课后作业。

推荐系统与农村小学教育教学的深度融合实现了因材施教，基于个体特性设计个性化教学方案，可以极大提高学生的学习自主性，激发学生的学习兴趣，进而提高学生对所学知识的掌握和运用能力。

（二）利用知识图谱进行科学教研

教师课前备课是开展高效教学的前提。传统教学方式下，教师根据课标要求并基于自身教学经验，设计教学大纲和教学内容。对于新教师而言，教学经验较少，设计的教学内容并不一定合理，覆盖的教学知识点也不一定全面。老教师则容易形成固定型思维，教学内容不会随着新知识点的增加而变换。在人工智能背景下，小学教师可将人工智能技术与科学教研相融合，为打造合理、全面、准确的教学课程提供基础。

知识图谱本质上是语义网络的知识库，即具有有向图结构的一个知识库，它可以把所有不同种类的信息连接在一起而得到一个关系网络。不同章节、不同年级甚至是不同科目的教学内容，就构成一个知识图谱的结构。基于教学内容的知识图谱，教师可以更加简明地了解各章节之间的关系，宏观上把握不同年级间同一科目的顺承关系，明确不同科目间的联系和区别。利用教学内容知识图谱网络，点击某一章节，相关侧重点、新知识点以及与该章节相关联的内容就会显现出来。

知识图谱与科学教研的融合，使教师可以有的放矢地进行课前备课，设计的教学大纲和教学内容会更合理、更全面以及更准确。

（三）采用虚拟现实技术开展情境教学

课堂教学是小学教育中重要的环节，情境教学在小学课程中有着极高的应用范围和价值。目前的课堂教学大部分以传统真实课堂为主，在人工智能时代，应考虑利用相关技术变革课堂教学形式。

虚拟现实技术是利用智能计算设备模拟产生一个三维空间的虚拟世界，可以进行视觉、听觉以及触觉等感官的模拟。例如：讲授小学数学《长方体和正方体的认识》一课时，仅仅依靠教师的讲述很难让学生对长方体和正方体的线、面等信息有一个清晰的认知。此时，教师可利用虚拟现实技术构造出长方体和正方体，让学生在三维空间中学习立方体知识，有利于培养学生的空间想象力，增加学生学习的现场沉浸感。

虚拟现实与农村小学教育教学的融合策略，是利用虚拟现实技术开展情境教学，构造虚拟教学场景，把学生难以理解的问题简单化，从而提升学生学习效果。此外，虚实结合的教学场景，提高了课堂教学的生动性和直观性，更能激发学生的学习兴趣。

（四）借助问答系统实施课业辅导

课业辅导对于农村小学生来说至关重要。此处的课业辅导，不仅仅局限于教师布置的课后作业或者假期作业，也包括学生在日常生活中遇到的问题。农村小学生现有的课业辅导来源，仅限于学生家长或百度等平台。但是，有些家长对某些问题的见解不一定正确，同时百度等平台充斥着各种信息，检索到的结果正确与否难以分辨。随着ChatGPT等大模型的流行，基于大模型搭建问答系统以实施专业、正确的课业辅导或将成为一种趋势。

问答系统是信息检索系统的一种高级形式，其可以用准确、简洁的自然语言回答用户用自然语言提出的问题。当学生遇到不明白或者不清楚的问题时，就可以使用问答系统进行提问，从而得到一定启发。问答系统的输入可以是文字或者声音，基于大模型的问答系统在接收到输入的问题后，首先进行问题分析，具体包括问题分类、关键词提取等，然后进行信息检索，包括寻找问题答案对、比较问题答案对的相似性等，最后进行答案提取，包括查找候选问题、选择候选答案以及返回最佳答案。

问答系统与课业辅导的有效融合，可以解决学生在学业上和日常生活中遇到的问题，为学生解决问题提供思路，并培养学生解决问题的能力。

（五）运用目标检测助力作业评判

课后作业评判是教学过程的最终环节。通过作业评判，学生能够清楚地发现自己掌握不充分的知识，有利于后续的复习巩固。就农村小学而言，教师较少，作业数量较多，教师批改起来任务量较大。探索基于人工智能技术的智能作业评判，是提高工作效率的一个有效解决方案。

目标检测的任务是找出图像中所有感兴趣的目标物体，进而确定其类别和位置，目标检测是计算机视觉领域的核心问题之一。基于目标检测技术开发一款智能作业评判软件，用于学生日常作业以及考卷的批改任务。当学生完成作业后，拍照上传至智能作业评判系统，系统首先进行检测识别，将识别出来的答案与标准答案进行对比分析，然后输出批改结果，再将批改结果立即反馈给学生。

目标检测与作业评判的融合，提高了农村小学教师的工作效率，使其可以有更多时间钻研教学内容的设计。同时，学生可以在短时间内得到结果反馈，有助于提高其复习巩固知识的效率。

四、总结

人工智能与农村小学教育教学的融合具有重要的应用价值，可以缩小城乡间教育差距，凸显学生主体地位，培养学生学习兴趣。基于此，本文深入探究了人工智能与农村小学教育教学的深度融合策略，包括基于推荐系统实现因材施教、利用知识图谱进行科学教研、采用虚拟现实技术开展情境教学、借助问答系统实施课业辅导和运用目标检测助力作业评判，两者的融合有利于提高教学质量，从而助推新时代小学教育的现代化。

（柳艳芳）