借助人工智能资源优化小学数学空间观念培养

一、引言

随着信息技术的飞速发展，人工智能已逐渐渗透到教育领域的各个角落。在小学数学教学中，空间观念的培养是重要内容之一，它对于学生理解和把握现实世界的空间形式，发展逻辑思维和创新能力具有深远意义。传统的小学数学空间观念教学方法在一定程度上难以满足学生多样化的学习需求，而人工智能资源的介入为优化教学过程、提升教学效果提供了新的途径。如何有效借助人工智能资源，激发学生对空间知识的学习兴趣，帮助学生更好地理解和构建空间概念，成为小学数学教育工作者亟待探索的重要课题。

二、小学数学空间观念培养的重要性

空间观念是学生理解和掌握几何图形知识的基础。在小学数学中，从简单的平面图形如长方形、正方形、三角形，到复杂的立体图形如长方体、正方体、圆柱等，学生需要通过空间观念来感知图形的特征、大小、位置关系以及图形的运动变化。例如，在学习长方体体积公式时，学生只有具备良好的空间观念，才能理解体积是由长、宽、高三个维度共同决定的，进而将抽象的公式与具体的空间物体联系起来，实现知识的有效应用，解决如计算房间空间大小、物体所占空间体积等实际问题。

空间观念的培养有助于锻炼学生的多种思维能力。在对空间图形进行观察、分析、比较、想象和推理的过程中，学生的逻辑思维能力得以提升。比如，在判断一个图形经过平移、旋转或轴对称变换后能否与原图形重合时，学生需要依据图形的特征进行逻辑推理。同时，空间观念还能激发学生的创新思维，当学生尝试用不同的几何图形进行创意拼图或搭建立体模型时，他们需要发挥想象力和创造力，探索不同的组合方式和可能性 。

现实生活中的许多问题都与空间有关，培养学生的空间观念能使他们更好地应对这些问题。例如，在布置房间、设计校园布局等场景中，学生需要运用空间观念来合理规划空间，确定物体的摆放位置和大小比例。具备较强空间观念的学生能够将实际问题转化为数学模型，通过数学方法进行分析和解决，从而提高问题解决的能力和实践操作能力 。

三、人工智能资源在小学数学空间观念培养中的优势

人工智能资源具有丰富的多媒体形式，如动画、视频、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）等，能够为学生营造生动、有趣的学习情境。例如，通过 VR技术，学生可以身临其境地探索三维空间，如在虚拟的建筑场景中认识不同的立体图形及其组合方式；利用 AR 技术，学生可以将平面教材上的几何图形转化为立体的、可互动的模型，如扫描教材上的三角形图案，手机屏幕上即可呈现出一个可以旋转、缩放的三维三角形，让学生直观感受三角形的特征。这些新颖的学习方式能够极大地激发学生的好奇心和探索欲，使学生从被动学习转变为主动参与学习 。

人工智能可以通过动态演示将抽象的空间概念直观化。例如，在讲解图形的运动（平移、旋转、轴对称）时，利用动画软件能够清晰地展示图形运动的轨迹和过程，让学生直观看到图形在运动前后的位置变化和形状关系。在学习立体图形的展开与折叠时，借助 3D 建模软件，学生可以全方位观察立体图形展开成平面图形的过程，以及平面图形如何折叠成立体图形，有助于学生建立起平面图形与立体图形之间的联系，深入理解空间知识 。

人工智能系统能够根据学生的学习数据，如答题情况、学习时长、错误类型等，分析学生的学习特点和薄弱环节，为每个学生提供个性化的学习路径和资源推荐。对于空间观念较弱的学生，系统可以推送更多基础的、具有针对性的辅导材料，如空间图形的认知练习、简单图形的拼图游戏等；对于学习能力较强的学生，则提供拓展性的学习内容，如复杂图形的空间推理问题、创意搭建挑战等。例如，智能学习平台可以根据学生对长方体和正方体知识的掌握情况，自动调整后续的学习任务，若学生在长方体表面积计算上错误较多，平台会优先推送表面积相关的讲解视频和专项练习题 。

四、借助人工智能资源优化小学数学空间观念培养面临的挑战与应对策略

人工智能技术的应用需要教师具备一定的信息技术素养，但部分小学数学教师对新的人工智能工具和软件的操作不够熟练，存在技术应用门槛。目前市场上的人工智能教育资源种类繁多，质量参差不齐。一些资源可能存在内容错误、与教学大纲不匹配或教育性不强等问题。例如，部分智能数学游戏虽然具有趣味性，但未能有效融入数学知识，无法达到教学目的。教师在选择人工智能资源时面临筛选困难。解决办法是建立权威的人工智能教育资源评估和推荐平台，由教育专家、一线教师和技术人员共同对资源进行评估，筛选出符合教学要求、质量优良的资源，并提供详细的资源介绍和使用建议，方便教师选择合适的资源用于教学 。

在使用人工智能资源学习过程中，部分学生可能过度依赖技术提供的直观演示和提示，缺乏自主思考和探索的动力。例如，在解决空间图形问题时，学生直接依赖智能软件给出的答案和解题步骤，而不主动尝试自己分析和解决问题。教师需要引导学生正确使用人工智能资源，在教学中设置适当的问题情境，鼓励学生在使用资源前先进行自主思考和尝试，将人工智能资源作为辅助学习工具，帮助学生验证思路和拓展思维。同时，教师可以设计一些脱离技术环境的实践活动，如让学生利用纸张、剪刀等材料制作几何图形模型，培养学生的动手能力和自主探索精神 。

结束语

借助人工智能资源优化小学数学空间观念培养具有显著的优势和广阔的应用前景。通过激发学生学习兴趣、提供直观演示、实现个性化学习和辅助教学评价等方式，人工智能能够有效提升小学数学空间观念教学的质量和效果。然而，在应用过程中也面临着技术应用门槛、资源筛选和学生过度依赖技术等挑战。通过加强教师培训、建立资源评估平台和引导学生正确使用技术等应对策略，能够充分发挥人工智能资源在小学数学空间观念培养中的积极作用，促进学生空间观念的发展和数学素养的提升。在未来的小学数学教学中，教育工作者应积极探索人工智能与教学的深度融合，为学生创造更加优质、高效的学习环境 。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部。义务教育数学课程标准（2022 年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2] 吴正宪，刘劲苓，刘克臣。小学数学教学基本概念解读 [M]. 北京：教育科学出版社，2014.

[3] 祝智庭，彭红超，雷云鹤。教育人工智能：中国基础教育的战略选择[J]. 电化教育研究，2019，40（05）：5 - 14.