“人工智能”建构小学数学学习新样态

王建华 姜先亮

【摘 要】教育现代化是个大概念，是以“数字原著”为特征，以“人工智能”为指导的学习现代化和人的现代化。基于AI视角的数学学习是教育现代化的一种新样态，展现AI技术支持下的数学学习新路径和新方法，利用AI投影图景、拟合经验、机器扫描、数据干预等自动功能，将新的知识经验注入学生已有的认知结构，促进学生认知结构不断丰富与完善，提升学生的学习品质。

【关键词】人工智能；数字原著；同化案例；数学学习

【中图分类号】G434  【文献标志码】A  【文章编号】1005-6009（2023）39-0082-03

【作者简介】1.王建华，江苏省连云港市建宁小学（江苏连云港，222001）校长，正高级教师；2.姜先亮，江苏省连云港市海州区教育局（江苏连云港，222001）基教科科长，高级教师。

教育现代化是以“数字原著”为特征，以“人工智能”（以下简称AI）为指导的学习现代化和人的现代化。《义务教育数学课程标准（2022年版）》指出，合理利用现代信息技术，提供丰富的学习资源、设计生动的教学活动，促进数学教学方式方法的变革，并在“课程实施”章节提出“重视大数据、人工智能等对数学教学改革的推动作用，改进教学方式，促进学生学习方式转变”。因此，在小学阶段的数学教学中运用人工智能技术将成为数学教学改革的一个重要方向。

一、利用AI投影图景，打开数学学习好奇之“门”

借助AI打造一个直观、形象的认知场域，引导学生充分调动自身的多种感官，用直观性、形象性、具体性的思维认识问题、探索新知，形成一种具身性的认知状态，促进学生认知能力与数学学科特点相结合，打开“学”与“习”的好奇之“门”。

例如，苏教版小学数学五年级下册“圆的认识”一课的教学中，笔者利用AI机器人的投影功能，向学生呈现了日常生活中的各种“圆形物体”，讓学生初步形成“圆是一种封闭的曲线图形”的观念；用动态的方式引导学生认识圆的半径、直径、圆心等，强化学生的空间观念；接着，与AI进行对话提出引导学生探究的相关问题，让学生置身于情境中展开数学操作。在此基础上，笔者利用AI投影屏幕上的“动物大会”开展“套圈的游戏”，“怎样让套圈的游戏公平？”进而再次激发学生的数学思维，让学生感悟“到定点的距离等于定长的点的轨迹的集合”，促进学生创新意识的生成。

AI是学生数学学习的重要载体、媒介，也是驱动学生数学学习的动力引擎。教师应用AI还可以引导学生布置校园里的数学景观以体现地面的数学文化、课桌椅的数学人文、廊道的数学精神等。在AI的情境引导下，学生与数学学科知识进行积极对话，与AI进行积极对话，让学生逐渐从形象思维转变为抽象逻辑思维，实现有效的思维进阶、认知进阶。

二、利用AI拟合经验，打开数学思维再造之“窗”

在数学教学中，需要利用AI的机器功能、拟合功能、定格功能、回访功能，让学生经历一个自动的编码输入、加工拟合、内化输出的目标过程。借助AI能让学生对已有知识经验、生活经验进行自主性、能动性的重组，实现学生数学学习的进阶，促进数学认知的“质变”“升华”，打开学生数学学习的再造之“窗”。

例如，苏教版小学数学五年级下册“异分母分数加减法”一课的教学中，笔者采用翻转课堂的教学模式。首先，学生在课前扫码进群，尝试计算笔者设置的计算题。在计算过程中，学生会发现有些分数不能化成有限小数，由此积极调动已有知识经验，尝试根据“分数的基本性质”，将不同分母的分数分别化成和原来分数相等的同分母的分数。当学生遇到障碍时，可以通过观看笔者放置在群中的微视频，自主地突破学习的难点，认知自身的学习盲点。在学习过程中借助AI，将学生的认知亮点、思维亮点。

教师还可以借助AI因材推送，如对学习能力较弱的学生，教师可推送一些基础性习题；对学习能力较强的学生，教师可推送难度相对较大的习题。借助AI，教师对学生的数学学习进行有效的学法指导、学法引导，精准施测，从而不断提升每一位学生的数学学习力，发展每一位学生的数学核心素养。

三、利用AI机器扫描，搭建数学理解内化之“桥”

数学学习是一个3W（即What，Which和Why）的内加工过程，是将“专家经验”内化为学生组织经验的一部分，是需要利用AI机器扫描功能，决策怎样学得好、决策“卡脖子”问题。在数学教学中，教师要有意识地构建AI学习体系。在应用AI推动学生学习的过程中，不仅要丰富学生的感知，更要引导学生进行智能决策。教师使用AI进行决策，一方面要切入数学学科知识的本质，另一方面要关照学生的具体学情，让学生直观地、有重点地、有难点地学习相关知识，有意识地培养学生的创新思维、实践能力。如此，人工智能决策才能富有针对性、实效性，搭建好学生数学学习之“桥”。

例如，苏教版小学数学四年级下册“相遇问题”一课的教学中，笔者发现部分学生无法认识“相遇问题”中的双方时间是相同的，无法在双方所行驶的路程和总路程之间建立等量关系等。基于此，笔者借助AI真实地演绎了“相遇问题”的多种变式，如“双方同时出发、同时停止”“甲先出发两个小时之后乙再出发”“甲乙在相遇的过程中，甲因为某种事情停留了一个小时，甲乙双方在相遇之后继续向前行驶”等，进而让学生根据智能决策的相关内容，灵活地分析和解决问题。AI不仅能为学生的数学学习进行决策，帮助学生指明思考、探究的方向，同时还能清晰展现学生的学习过程。如根据甲乙双方速度的大小，学生能直观地看到“相遇点”的偏向。在这个过程中，学生可以举一反三，畅通了分析和解决问题的思路。

AI不仅能对学生的数学学习进行智能性的决策，更能让学生的数学学习变得生动灵活。AI的应用改变了传统的数学课堂单调、枯燥等状况，促进了学生的数学深度学习。AI的智能决策能开发学生的数学学习潜质，改善数学学习品质，提升数学学习质量，优化数学学习生态。

四、利用AI数据干预，解开数学学情闭合之“锁”

数学学情闭合现象是数学教育的大事件，要把脉学情、精准施教，需要干预和被干预，利用AI数据分析自动功能、说话功能，借助AI中的大数据关联技术，有效地打开学生的数学学习之“锁”。在数学教学中，教师可以将AI的操作系统进行分类，如学情把脉系统、学习诊断系统、检测反馈系统等。有了大数据的支撑，教师能有效地把握学生的数学学习样态，从而有效地制定相应的教学策略、教学手段、教学路径等，实现教学的随机通达。大数据的分析是一种精准的、有效的量化分析，借助大数据分析，教师可以将学生的学习情况等构建成一个“蜘蛛网络图”。

例如，苏教版小学数学五年级下册“分数的意义”一课的教学中，笔者根据学生的具体学情设计研发了一组有针对性的习题，学生完成习题后，笔者应用大数据对完成状况进行诊断，通过大数据结果分析，能有效把握学生学习本课内容的薄弱项。如“一个数量的几分之几”等基础性问题，学生完成得较好，“蜘蛛网络图”会呈现“凸”的状态；“一个整体的几分之几”“每份是几分之几”“几分之一对应相应的几份”等问题，学生的认知理解存在模糊不清的现象，“蜘蛛网络图”会呈现“凹”的状态。

大数据是AI的重要组成部分，不仅可以让客观题做到智能性批改，还能对学生的作业等进行精准性分析，从而让教师能有效地进行查漏补缺，对学生的数学学习进行精准性干预，为教师的有效教学开辟道路。AI中的大数据，不仅能提升学生的数学学习效能，还能有效地减轻学生的学业负担，促进学生的数学学习反思。大数据分析让教师的教学富有针对性、方向性和实效性。

将AI应用于小学数学学科教学是一种方向，也是数学教学的应然之举。将AI融入学生的数学学习之中，能有效地提升学生的数学核心素养、信息素养。应用AI，要结合数学新课程标准和数学学科的特质，同时还要根据学生的具体学情。只有这样，AI才能让学生的数学学习成为生动活泼、积极主动、富有个性化的过程，才能成为智慧性的学习，让数学课堂成为智慧性的课堂。