AI赋能小学数学教学的策略与方法的研究

前言：

在人工智能技术深度融入教育领域的时代背景下，小学数学教学正经历着前所未有的变革，AI 技术的介入，以虚拟现实（VR）动态演示几何体拆解、增强现实（AR）交互呈现分数运算过程，将数学规律转化为可触可感的视觉符号，与此同时，AI 驱动的智能诊断系统能够精准捕捉学生解题过程中的思维断点，为教师提供差异化教学依据，推动课堂从“统一灌输”向“精准适配”转型。

一、动态可视化策略，AI 助力抽象概念具象化

传统课堂教学依赖于课件、实物模型、挂图等教具与板画，学生往往很难获得真实的体验，造成“知其然而不知其所以然”的现象[1]。例如“圆柱的体积”教学过程中，教师可以现场将土豆、橡皮泥做的圆柱体切开验证推导过程，但是现场做实验时，如果老师把整个过程演示一遍，往往需要十多分钟时间，而且演示过程中往往也会有误差（无法做到分得越细、越均匀）。

当AI 引入教学时，教学对象借助动态图形手段将几何变换动态化，使得原本“画图—观图—合情推理”的教学过程转化成了教师设计与互动的动态图形过程。以一个 AI系统提供的“圆柱体积推导”工具为例，分三个步骤操作，第一步，教师点击“分割”，切实体现出由圆柱体沿高方向分成若干小薄片；第二步，拖动滑动条控制切割的份数（最多可分割到100 份），学生发现圆柱体积随切份数的增加越来越接近标准长方体的体积；第三步，点击“数据对比”，可以同时看到圆柱体的体积数值和其近似长方体积的体积数值的变化，并得出“体积不变性”的结论，即把原来凭直觉抽象进行的逻辑论证变成了学生可以操作并理解的认知活动。

二、分层任务驱动策略，AI 支撑个性化学习路径

学生数学基础的差异是课堂效率提升的核心障碍，AI 驱动的分层任务系统用知识图谱分析，能精准定位学生的知识盲区，生成“基础巩固—能力提升—创新拓展”三级任务链，实现“一人一策”的精准教学。

以《小数乘法》为例，系统通过课前 5 分钟“热身题目”（如 0.2×0.3 、 1.5×0.4 等计算练习题）了解学生情况，并结合以往错题情况构建学案，“学困生”学案“题单”为“计算题带辅助提示”（如 0.3×0.5 的竖式计算时红笔提示“小数点点错了”），并给出“易错题”变式（如 ^s0.4×0.6 若结果写为0.24，应怎样修改？并解释错误原因”）；“中等生”学案“题单”为“应用题”（如“苹果每千克售价 3.5 元，买 2.4 千克多少钱？请列出综合算式并讲解每一步算出的结果分别表示什么”）；“优等生”学案“题单”为“小课题”（如“准备去超市购物，请列出购物清单（总价不超 50 元）、至少列出 3 样小数标价的商品，并说说这样规划的理由是什么”）。

再如《分数加减法》一课中，教师为学困生布置的任务可通过 AI 平台呈现：在规定时间内做完“同分母分数加减法”题目，AI 记录做题过程中每个算式的计算步骤和耗时；中等生解决“异分母分数要通分”之类的问题，AI 能分析孩子的思维断点，发现孩子分数通分出错的地方如“求最小公倍数错误”，等等；给学优生布置了“分数在烘焙中的应用”这样的项目式学习任务，他需要利用分数改变配方比，并写一篇探究报告。第二天，教师利用平台生成的“学习轨迹图”（学生做题过程和思维断点），一对一地为不同学生进行辅导，例如对孩子算得慢的进行“口算游戏”打卡，对孩子出错处混淆的推送“分数墙”游戏互动。这样的“任务分层+过程跟踪+结果诊断”的闭环过程，让每个孩子在适合自己的路上学习前行，得到了不同维度的生长。

三、虚拟实验探究策略，AI 突破现实场景限制

数学实验是培养学生探究能力与创新思维的关键途径，但传统课堂受限于材料、时间与安全因素，难以开展复杂实验[2]。例如，在《可能性》教学中，教师虽能用抛硬币、摸球等简单实验让学生感知随机性，但学生常因实验次数不足（通常每组抛 20-30 次）产生“连续三次正面后反面概率更高”的误解，且无法探究“硬币重量”“抛掷高度”等变量对结果的影响。

虚拟实验平台属于虚拟学习环境，它在仿真环境下让学生进行“零成本、零危险、高效能、无限次”的主动式研究。例如，某一个 AI 虚拟实验平台中的“抛硬币模拟器”，包括实验步骤：将实验参数（硬币质量、抛掷的高度、抛掷的初始角度）置入；单击“实验模式”，有选择——“单次抛掷，观看一次抛掷动画”，或“快速抛掷，抛掷 1000 次，看看结果的频率是否会趋于稳定”；单击“生成数据”，“数据报告”——“出现正面和反面的次数”和“结果的频率”、“出现极端结果的次数”。学生自己研究——如果硬币变重一倍，正面与反面的概率是否会变，或抛掷高度与结果之间有没有明显的关系——改变数据参数值。这样就能够清楚地解释随机中蕴含的必然性，也就是“规律性”的内容。

总结：

AI 技术通过知识可视化、教学精准化、互动场景化三重路径，深度重构了小学数学教学的价值链条，教师需进一步探索 AI 与数学思维培养的融合边界，优化人机协同教学的伦理框架，同时加强教师 AI 素养培训，确保技术应用始终服务于学生数学抽象能力、逻辑推理能力与创新应用能力的协同发展。

参考文献：

[1]沈红珠.AI 技术在小学数学课堂教学中的应用[J].读写算,2025,(15):115-117.

[2]杨雪卿.AI 驱动下小学数学课堂教学的“新形态”[J].读写算,2025,(15):124-126.