“人工智能”建構(gòu)小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)新樣態(tài)*

王建華 姜先亮

教育現(xiàn)代化是以“數(shù)字原著”為特征，以“人工智能”（以下簡稱AI）為指導(dǎo)的學(xué)習(xí)現(xiàn)代化和人的現(xiàn)代化?！读x務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》指出，合理利用現(xiàn)代信息技術(shù)，提供豐富的學(xué)習(xí)資源、設(shè)計生動的教學(xué)活動，促進數(shù)學(xué)教學(xué)方式方法的變革，并在“課程實施”章節(jié)提出“重視大數(shù)據(jù)、人工智能等對數(shù)學(xué)教學(xué)改革的推動作用，改進教學(xué)方式，促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變”。因此，在小學(xué)階段的數(shù)學(xué)教學(xué)中運用人工智能技術(shù)將成為數(shù)學(xué)教學(xué)改革的一個重要方向。

一、利用AI 投影圖景，打開數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)好奇之“門”

借助AI 打造一個直觀、形象的認(rèn)知場域，引導(dǎo)學(xué)生充分調(diào)動自身的多種感官，用直觀性、形象性、具體性的思維認(rèn)識問題、探索新知，形成一種具身性的認(rèn)知狀態(tài)，促進學(xué)生認(rèn)知能力與數(shù)學(xué)學(xué)科特點相結(jié)合，打開“學(xué)”與“習(xí)”的好奇之“門”。

例如，蘇教版小學(xué)數(shù)學(xué)五年級下冊“圓的認(rèn)識”一課的教學(xué)中，筆者利用AI 機器人的投影功能，向?qū)W生呈現(xiàn)了日常生活中的各種“圓形物體”，讓學(xué)生初步形成“圓是一種封閉的曲線圖形”的觀念；用動態(tài)的方式引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識圓的半徑、直徑、圓心等，強化學(xué)生的空間觀念；接著，與AI 進行對話提出引導(dǎo)學(xué)生探究的相關(guān)問題，讓學(xué)生置身于情境中展開數(shù)學(xué)操作。在此基礎(chǔ)上，筆者利用AI 投影屏幕上的“動物大會”開展“套圈的游戲”，“怎樣讓套圈的游戲公平？”進而再次激發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維，讓學(xué)生感悟“到定點的距離等于定長的點的軌跡的集合”，促進學(xué)生創(chuàng)新意識的生成。

AI 是學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重要載體、媒介，也是驅(qū)動學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的動力引擎。教師應(yīng)用AI 還可以引導(dǎo)學(xué)生布置校園里的數(shù)學(xué)景觀以體現(xiàn)地面的數(shù)學(xué)文化、課桌椅的數(shù)學(xué)人文、廊道的數(shù)學(xué)精神等。在AI 的情境引導(dǎo)下，學(xué)生與數(shù)學(xué)學(xué)科知識進行積極對話，與AI 進行積極對話，讓學(xué)生逐漸從形象思維轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄筮壿嬎季S，實現(xiàn)有效的思維進階、認(rèn)知進階。

二、利用AI 擬合經(jīng)驗，打開數(shù)學(xué)思維再造之“窗”

在數(shù)學(xué)教學(xué)中，需要利用AI 的機器功能、擬合功能、定格功能、回訪功能，讓學(xué)生經(jīng)歷一個自動的編碼輸入、加工擬合、內(nèi)化輸出的目標(biāo)過程。借助AI 能讓學(xué)生對已有知識經(jīng)驗、生活經(jīng)驗進行自主性、能動性的重組，實現(xiàn)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的進階，促進數(shù)學(xué)認(rèn)知的“質(zhì)變”“升華”，打開學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的再造之“窗”。

例如，蘇教版小學(xué)數(shù)學(xué)五年級下冊“異分母分?jǐn)?shù)加減法”一課的教學(xué)中，筆者采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式。首先，學(xué)生在課前掃碼進群，嘗試計算筆者設(shè)置的計算題。在計算過程中，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)有些分?jǐn)?shù)不能化成有限小數(shù)，由此積極調(diào)動已有知識經(jīng)驗，嘗試根據(jù)“分?jǐn)?shù)的基本性質(zhì)”，將不同分母的分?jǐn)?shù)分別化成和原來分?jǐn)?shù)相等的同分母的分?jǐn)?shù)。當(dāng)學(xué)生遇到障礙時，可以通過觀看筆者放置在群中的微視頻，自主地突破學(xué)習(xí)的難點，認(rèn)知自身的學(xué)習(xí)盲點。在學(xué)習(xí)過程中借助AI，將學(xué)生的認(rèn)知亮點、思維亮點。

教師還可以借助AI 因材推送，如對學(xué)習(xí)能力較弱的學(xué)生，教師可推送一些基礎(chǔ)性習(xí)題；對學(xué)習(xí)能力較強的學(xué)生，教師可推送難度相對較大的習(xí)題。借助AI，教師對學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)進行有效的學(xué)法指導(dǎo)、學(xué)法引導(dǎo)，精準(zhǔn)施測，從而不斷提升每一位學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)力，發(fā)展每一位學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。

三、利用AI 機器掃描，搭建數(shù)學(xué)理解內(nèi)化之“橋”

數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)是一個3W（即What，Which 和Why）的內(nèi)加工過程，是將“專家經(jīng)驗”內(nèi)化為學(xué)生組織經(jīng)驗的一部分，是需要利用AI 機器掃描功能，決策怎樣學(xué)得好、決策“卡脖子”問題。在數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師要有意識地構(gòu)建AI 學(xué)習(xí)體系。在應(yīng)用AI 推動學(xué)生學(xué)習(xí)的過程中，不僅要豐富學(xué)生的感知，更要引導(dǎo)學(xué)生進行智能決策。教師使用AI 進行決策，一方面要切入數(shù)學(xué)學(xué)科知識的本質(zhì)，另一方面要關(guān)照學(xué)生的具體學(xué)情，讓學(xué)生直觀地、有重點地、有難點地學(xué)習(xí)相關(guān)知識，有意識地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實踐能力。如此，人工智能決策才能富有針對性、實效性，搭建好學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)之“橋”。

例如，蘇教版小學(xué)數(shù)學(xué)四年級下冊“相遇問題”一課的教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生無法認(rèn)識“相遇問題”中的雙方時間是相同的，無法在雙方所行駛的路程和總路程之間建立等量關(guān)系等?；诖?，筆者借助AI 真實地演繹了“相遇問題”的多種變式，如“雙方同時出發(fā)、同時停止”“甲先出發(fā)兩個小時之后乙再出發(fā)”“甲乙在相遇的過程中，甲因為某種事情停留了一個小時，甲乙雙方在相遇之后繼續(xù)向前行駛”等，進而讓學(xué)生根據(jù)智能決策的相關(guān)內(nèi)容，靈活地分析和解決問題。AI 不僅能為學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)進行決策，幫助學(xué)生指明思考、探究的方向，同時還能清晰展現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。如根據(jù)甲乙雙方速度的大小，學(xué)生能直觀地看到“相遇點”的偏向。在這個過程中，學(xué)生可以舉一反三，暢通了分析和解決問題的思路。

AI 不僅能對學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)進行智能性的決策，更能讓學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)變得生動靈活。AI 的應(yīng)用改變了傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課堂單調(diào)、枯燥等狀況，促進了學(xué)生的數(shù)學(xué)深度學(xué)習(xí)。AI 的智能決策能開發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)潛質(zhì)，改善數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)品質(zhì)，提升數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)質(zhì)量，優(yōu)化數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)生態(tài)。

四、利用AI 數(shù)據(jù)干預(yù)，解開數(shù)學(xué)學(xué)情閉合之“鎖”

數(shù)學(xué)學(xué)情閉合現(xiàn)象是數(shù)學(xué)教育的大事件，要把脈學(xué)情、精準(zhǔn)施教，需要干預(yù)和被干預(yù)，利用AI 數(shù)據(jù)分析自動功能、說話功能，借助AI 中的大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)，有效地打開學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)之“鎖”。在數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師可以將AI 的操作系統(tǒng)進行分類，如學(xué)情把脈系統(tǒng)、學(xué)習(xí)診斷系統(tǒng)、檢測反饋系統(tǒng)等。有了大數(shù)據(jù)的支撐，教師能有效地把握學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)樣態(tài)，從而有效地制定相應(yīng)的教學(xué)策略、教學(xué)手段、教學(xué)路徑等，實現(xiàn)教學(xué)的隨機通達。大數(shù)據(jù)的分析是一種精準(zhǔn)的、有效的量化分析，借助大數(shù)據(jù)分析，教師可以將學(xué)生的學(xué)習(xí)情況等構(gòu)建成一個“蜘蛛網(wǎng)絡(luò)圖”。

例如，蘇教版小學(xué)數(shù)學(xué)五年級下冊“分?jǐn)?shù)的意義”一課的教學(xué)中，筆者根據(jù)學(xué)生的具體學(xué)情設(shè)計研發(fā)了一組有針對性的習(xí)題，學(xué)生完成習(xí)題后，筆者應(yīng)用大數(shù)據(jù)對完成狀況進行診斷，通過大數(shù)據(jù)結(jié)果分析，能有效把握學(xué)生學(xué)習(xí)本課內(nèi)容的薄弱項。如“一個數(shù)量的幾分之幾”等基礎(chǔ)性問題，學(xué)生完成得較好，“蜘蛛網(wǎng)絡(luò)圖”會呈現(xiàn)“凸”的狀態(tài)；“一個整體的幾分之幾”“每份是幾分之幾”“幾分之一對應(yīng)相應(yīng)的幾份”等問題，學(xué)生的認(rèn)知理解存在模糊不清的現(xiàn)象，“蜘蛛網(wǎng)絡(luò)圖”會呈現(xiàn)“凹”的狀態(tài)。

大數(shù)據(jù)是AI 的重要組成部分，不僅可以讓客觀題做到智能性批改，還能對學(xué)生的作業(yè)等進行精準(zhǔn)性分析，從而讓教師能有效地進行查漏補缺，對學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)進行精準(zhǔn)性干預(yù)，為教師的有效教學(xué)開辟道路。AI 中的大數(shù)據(jù)，不僅能提升學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)效能，還能有效地減輕學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，促進學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)反思。大數(shù)據(jù)分析讓教師的教學(xué)富有針對性、方向性和實效性。

將AI 應(yīng)用于小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)是一種方向，也是數(shù)學(xué)教學(xué)的應(yīng)然之舉。將AI 融入學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)之中，能有效地提升學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)、信息素養(yǎng)。應(yīng)用AI，要結(jié)合數(shù)學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)學(xué)學(xué)科的特質(zhì)，同時還要根據(jù)學(xué)生的具體學(xué)情。只有這樣，AI 才能讓學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)成為生動活潑、積極主動、富有個性化的過程，才能成為智慧性的學(xué)習(xí)，讓數(shù)學(xué)課堂成為智慧性的課堂。