人工智能时代高等数学教学模式创新研究

摘 要：人工智能时代高等数学教学模式创新，研究的核心在于探讨如何利用人工智能技术改进高等数学的教学方法，从而提高学生的学习效果。其目的是希望使用个性化的教学工具和算法，满足不同学生的学习需求，通过大数据分析预测学生的学习成效，以便更好地指导教学过程，增强教师对人工智能技术的熟悉程度，并促进这些技术在高等教育机构中的应用，旨在为高等数学教育的未来发展提供新的视角和实践指南。本文以高等数学教学模式的创新为研究对象，以人工智能的应用为研究主线进行分析，以期提升高等数学教学质量。

关键词：高等数学；人工智能；教学模式；创新研究

中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：2095-9052（2024）08-0132-03

引言

人工智能技术的迅猛发展正在深刻地改变着社会的各个领域，其中也包括教育领域。高等数学作为高等教育中的一门基础性学科，对于培养学生的逻辑思维、分析问题和解决问题的能力具有重要作用。在高等数学教学中，人工智能技术的应用可以提升教学效果，提供更加个性化和高效的学习体验。因此，通过探索基于人工智能的高等数学教学模式，重点关注改进教学方法、提高学生的学习效果，以及解决实施过程中可能遇到的技术、资源和政策方面的挑战，以促进高等数学教育的现代化和创新，是教育工作者、政策制定者和技术开发者应重视的问题，也是当下发展高等数学教学工作应该重点关注的内容和挑战。

一、人工智能时代高等数学教学模式创新价值

（一）改进教学方法和效果

在教育领域中，人工智能技术的融入，为改进教学方法和提升教学效果提供了新的可能性，有助于实现个性化教学，即可以根据学生的学习习惯和能力，调整教育内容和方法。例如，通过分析学生在线学习平台上的互动数据，人工智能系统能够识别学生的学习强项和弱点，从而为学生推荐合适的学习材料和练习，以帮助学生更有效地掌握知识，并保持学习的动力［1］。此外，人工智能在预测学生的学习成效方面发挥着重要作用，如，教师通过收集和分析学生的学习活动数据，可以及时发现那些需要课外辅导的学生，并提供必要的学习支持，还可以预防学生在学习过程中可能遇到的挫折感，从而降低辍学率。

（二）增强学生的学习体验

在增强学习体验方面，人工智能工具提供了丰富的互动式学习体验。人工智能辅导系统或虚拟助手，可以模仿教师与学生互动，为学生提供及时反馈和解答疑问，增加学习的趣味性，促使学生深入理解复杂的数学概念。同时，学校通过大数据分析学生的学习行为，可以精准优化教学资源的分配。例如，数据分析可以揭示最有效的教学方法，需要改进的课程内容。可见，在高等数学教学中，应用人工智能技术，有助于改善教学方法和效果，增强学生的学习体验，为传统的教育模式带来革命性的变化，有望推动教育行业的持续创新和发展。

二、人工智能时代高等数学教学模式创新问题

（一）技术挑战

在高等数学教学中融入人工智能技术，面临的技术挑战主要集中在两个方面：一方面，教育数据包括学生的学习行为、成绩、互动记录等，数据的复杂性和多样性，要求算法可以从中提取有用信息，并做出准确的分析和预测。因此，处理和分析大规模教育数据的任务，要求利用高效、精准的算法，以区分学生在学习中的一般性错误和系统性误解，以便为教师提供精确的学生学习状态评估。另一方面，保证人工智能系统的可靠性和稳定性，以提供连贯的学习体验。在教育场景中，任何系统的故障或错误，都可能中断学生学习进程，甚至对学生的学习动力产生负面影响［2］。因此，人工智能系统必须具备强大的错误处理能力和自我修复机制，确保在各种条件下都能稳定运行。此外，人工智能系统的界面和交互设计，应考虑用户的多样性，如不同学习习惯、技术熟悉程度的学生和教师，确保所有用户都能顺畅使用人工智能系统。面对这些挑战，教育技术领域的研发人员，应不断创新和完善相关技术，开发更加高效和智能的数据分析算法，提高系统的故障容忍度和用户体验。同时，教育机构和政策制定者，也应为技术的实施和推广提供必要的支持和资源，如通过投资于基础设施建设和专业人员培训，充分发挥人工智能的潜力，推动教育的现代化和创新。

（二）实施障碍

将人工智能技术应用于高等数学教学中，面临的主要障碍涉及教师的技术熟悉度和资源的充足性。首先，教师对人工智能技术的熟悉程度不足，影响技术应用效用。多数教师的专业训练，侧重于传统的教学方法和内容，没有深入了解人工智能的工作原理、应用方式以及与教学实践的结合，限制人工智能技术在课堂上的应用，影响教育内容的创新和个性化。因此，提供针对性地培训和专业发展机会，有助于促使教师有效整合人工智能技术。其次，资源的不足，包括资金和设备。实施人工智能技术，需要应用相应的硬件和软件支持，而学校需要购买高性能的计算设备、更新软件和数据库，以及维护这些系统，在资源有限的环境中，可能会出现超出财政预算的情况。因此，与政府部门、企业和非政府组织合作，寻求必要的资金和技术支持，以确保所需资源的可获得性，可保证结合高等数学的教学模式与现代技术，从而提升教学质量和学生学习体验。

三、人工智能时代高等数学教学模式创新策略

（一）注重技术的提升与优化

在实现高等数学教学模式现代化的过程中，技术的提升与优化主要涉及两个方面：一是开发专门为高等数学教学设计的人工智能工具和算法；二是强化数据安全和隐私保护，确保学生信息的安全。首先，根据高等数学教学的特殊需求，开发人工智能工具和算法。高等数学的内容比较复杂和抽象，要求人工智能工具处理复杂性的数学问题，并以易于理解的方式呈现给学生。例如，可以开发智能教学系统，通过动态可视化、模拟实验等方式，帮助学生理解高维空间、微积分等高等数学概念［3］。此外，根据学生的学习历史、理解速度和偏好，设置个性化学习算法，调整教学内容和难度，提供定制化的学习路径。其次，学生的学习数据、成绩记录和个人信息需要得到严格保护，以防止数据泄露、滥用或被黑客攻击。为此，应建立健全数据安全机制，加密存储学生数据、限制对敏感信息的访问、定期进行安全审核和风险评估等。同时，还应保证所有使用学生数据的教育技术产品都严格遵守相关的隐私保护法律和标准，而想要实现这一目的，除了要强化使用人工智能技术，也需要教育机构、技术供应商和政府机构之间的紧密合作，共同构建一个安全可靠的教育数据环境。

为有效实施技术提升和优化措施，还需要关注以下几个方面：首先，重视进行教师的培训和专业发展。教师不仅要了解新技术的基本原理和操作方法，还要能将新技术有效地融入教学实践中。其次，重视结合学生和家长的参与和反馈，结合多方面的体验和意见，持续改进人工智能工具和算法，使之更加符合实际教学需求。最后，持续地研发投入和创新，学校和教育机构应当与科研机构、技术公司等合作伙伴建立紧密的合作关系，共同推动教育技术的发展。可见，通过专门开发的人工智能工具和算法，以及加强数据安全和隐私保护，可以大幅提升高等数学的教学质量和效率，提高学生的学习成效，为高等教育的现代化和创新打下坚实的基础。然而，实现这一目标需要教育工作者、技术开发者和政策制定者之间的紧密合作与协调。其中，教育工作者需要与技术开发者保持沟通，确保开发出的工具和算法真正符合教学需求和教育目标；政策制定者应当提供必要的政策支持和引导，包括资金投入、法规建设和市场监管，以促进教育技术的健康发展。应注意的是，在应用人工智能技术时，需要关注技术应用可能带来的伦理和社会问题。例如，人工智能在教育中的应用，可能加剧教育资源的不平等，尤其是在资源匮乏的地区。因此，应当考虑采用有效的政策和实践，确保所有学生都能公平地受益于技术的进步。此外，人工智能虽然能提供个性化的学习体验和高效的数据分析，但教师在引导学生批判性思维、创新能力和人际交往技能方面的作用仍然不可替代。因此，未来的教育模式应是技术与教师指导相结合的模式，而非完全依赖于技术。总之，通过技术的提升与优化，高等数学教学将迈向更高效、更个性化、更互动的新时代，这不仅需要技术的进步和创新，还需要教育体系内多方的共同努力和协作，以确保技术的有效应用，同时维护教育公平和质量，通过实施上述综合措施，我们可以期待在不久的将来，高等数学教学将迎来更大的突破和发展。

（二）强化先进性教育和培训

在高等数学教学中融入人工智能技术，要求对教师进行先进性教育和培训，以及与教育机构的合作，从而有效完成技术的推广，确保教育质量和教学效果的提升。教师作为教育的主导者，他们对人工智能技术的理解和应用能力，直接影响到人工智能技术在教育领域的实际效用［4］。因此，提供专门的培训至关重要。应注意的是，培训应该包括人工智能基础知识的教授，如何将人工智能技术融入日常教学的方法，以及如何评估和利用人工智能技术得到的学生学习数据。例如，教师可以学习使用智能分析工具，追踪学生的学习进展，识别学生在数学学习上的难点，从而提供更有针对性地指导。此外，培训还应包含对于教育伦理和数据隐私的指导，确保教师在使用人工智能技术时，能够保护学生的个人信息［5］。与教育机构进行合作时，可获取技术设备和资源，协调教育政策和实践，推广人工智能技术在教学中的应用。在此期间，教育机构，如，大学、研究机构和政府部门，可以在资金、政策制定和研究支持方面，为这些技术的应用提供帮助。其中，政府可以提供资金支持，用于购买必要的设备和软件，或者为在校教师提供培训课程；与高等教育机构进行合作，共同开发适合高等数学教学的人工智能工具和应用程序，使其更加符合教学需求。在实施这些策略时，需要注意几个关键点：培训内容需要与教师的实际需求相结合，确保其既实用又易于理解；技术应用不应局限于提高教学效率，还应考虑如何通过技术提升学生的学习体验和成果；关注培训和技术应用过程中可能出现的不平等问题，确保所有教师都能获得必要的支持。

（三）增加资源投入和政策支持

为实现基于人工智能的高等数学教学模式，增加资源投入和政策支持十分重要。具体，可从争取政府和私人部门的资金支持，以及制定激励政策以鼓励教育机构采纳新技术这两个方面进行讨论。第一，资金是推进高等数学教学模式创新的基础［6］。人工智能技术的应用，需要昂贵的技术和设备，如，高性能计算机、先进的软件工具，以及大数据存储和处理设备，因此获得充足的资金支持至关重要，通常可以利用政府拨款、私人投资，以及可能的国际资金支持，购买必要的设备和技术［7］。其中，政府可以给教育和科技发展项目提供资金；私人部门的投资则可能来自和高等教育机构的合作项目或者企业的社会责任活动；国际组织和非政府组织也可能对创新的教育技术项目提供资助，有效地利用这些不同的资金来源，可以为高等数学的人工智能教学模式，提供坚实的经济基础。第二，政策支持同样关键。政府应通过制定相关政策，如，财政补贴、税收优惠，或者特别的研发资金，鼓励和促进人工智能技术在高等教育中的应用，以降低高等教育机构采用新技术的经济压力，激励更多的教育机构和教师积极参与到这一创新过程中来。例如，政府可以为那些成功实施人工智能项目的高校，提供额外的研究资金或奖励。在此期间，政策应关注教育平等和可访问性，确保所有学生都能享受先进技术带来的教学改进［8］。然而，在推进这些资源投入和政策支持的过程中，还需要注意几个方面。一是，资金的使用需要有明确的目标和高效的管理，确保投入能够产生最大的效益。二是，政策制定应充分考虑教育多样性和包容性，避免加剧教育资源的不平等。三是，应加强与教育工作者、技术专家和社会各界的沟通，以确保政策和资金投入能够真正满足教育现代化的需求。总之，通过增加资源投入和政策支持，可以有效地推动基于人工智能的高等数学教学模式的发展

结语

通过对基于人工智能的高等数学教学模式创新进行全面的分析和探讨，研究表明，整合人工智能技术可以显著提升高等数学教学的质量和效率。然而，要实现这一目标，需要解决包括技术熟悉度、资源投入、政策支持等方面的挑战。此外，确保数据的安全和保护学生隐私，也是实施人工智能技术时必须考虑的重要因素。综上所述，基于人工智能的高等数学教学模式创新为教育领域提供了新的机遇，但也需要多方面的共同努力和持续地探索。未来，应进一步探讨如何有效整合人工智能技术，以在全球范围内促进教育公平和优质资源的普及。

参考文献：

［1］王金红.人工智能时代开放大学高等数学课程教学模式的创新研究［J］.中国多媒体与网络教学学报（中旬刊），2023，（05）：65-68.

［2］冯可可，董李娜.大数据视阈下高等数学翻转课堂教学实践研究［J］.河南教育学院学报（自然科学版），2023，32（01）：48-54.

［3］张林泉.人工智能背景下高等数学教学探索与实践——基于计算思维与辩证法的视角［J］.高等数学研究，2022，25（04）：36-40.

［4］严丹丹.大数据环境下基于建构主义的高等数学教学改革研究［J］.产业与科技论坛，2021，20（05）：141-142.

［5］张玥，邹健，张伟等.人工智能专业“高等数学AI”课程教学探讨——以安徽工程大学为例［J］.湖北第二师范学院学报，2021，38（02）：89-93.

［6］温文媖，方玉明，韩加林.人工智能环境下大学数学的教学模式探讨［J］.数学学习与研究，2021（04）：25-26.

［7］鲁晓磊，吕学斌.大数据背景下人工智能发展对大学数学教学的启示［J］.大学数学，2020，36（04）：60-67.

［8］巫小勇.人工智能下大数据驱动系统助力高等数学教学探论［J］.辽宁经济职业技术学院.辽宁经济管理干部学院学报，2020（04）：104-106.