AiGC 赋能小学数学解题思维过程可视化教学实践研究

一、引言

小学数学作为基础教育的重要组成部分，旨在培养学生的数学思维和解题能力。然而，传统教学中，学生解题思维的呈现往往不够清晰，教师难以及时准确地把握学生的思维过程。思维可视化教学能够将抽象的思维以直观的形式展现出来，帮助学生更好地理解和掌握解题思路。随着人工智能技术的发展，AiGC 为小学数学解题思维可视化教学提供了新的途径和方法。

二、小学数学解题思维可视化教学现状

2.1 传统教学方式的局限性

在传统小学数学教学中，教师多通过黑板板书、口头讲解等方式展示解题过程。这种方式对于简单的题目尚可，但对于复杂的数学问题，难以全面、动态地呈现解题思维的各个环节。例如在讲解“鸡兔同笼”问题时，传统板书只能一步步列出算式，学生较难理解每一步背后的逻辑和思维转换。

2.2 学生思维呈现的困难

小学生正处于形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们在解题时虽有自己的思考，但很难清晰、准确地将思维过程表达出来。比如在解决图形面积计算的综合问题时，学生可能知道答案，但却无法有条理地阐述自己是如何分析图形、选择公式以及进行计算的。

三、AiGC 赋能小学数学解题思维可视化的优势

3.1 丰富的表现形式

AiGC 可以生成动画、图形、音频等多种形式的内容。例如，在讲解行程问题时，利用AiGC 生成动态的动画，展示两个物体的运动过程，速度、时间和路程之间的关系一目了然，比单纯的文字和静态图形更能吸引学生注意力，帮助他们理解解题思维。

3.2 个性化学习支持

通过分析学生的学习数据，AiGC 能够为每个学生提供个性化的解题思维引导。比如，当学生在解决分数应用题出现错误时，AiGC 可根据其错误类型，生成针对性的思维可视化内容，从不同角度引导学生理解分数概念和解题思路。

3.3 提高教学效率

教师无需花费大量时间制作复杂的教学材料，利用AiGC 工具能快速生成与教学内容紧密结合的可视化素材。例如，在教授统计图表时，AiGC 可迅速生成各种类型的图表示例，并动态展示数据如何转化为图表的过程，节省教学准备时间，提高课堂教学效率。

四、AiGC 赋能小学数学解题思维可视化教学实践案例

4.1 案例背景

以人教版小学数学五年级上册“多边形的面积”单元教学为例，该单元重点在于让学生掌握平行四边形、三角形和梯形面积公式的推导及应用。在传统教学中，学生对公式推导过程理解不够深入，导致在实际解题时，不能灵活运用公式。

4.2 基于 AiGC 的教学过程

1. 平行四边形面积公式推导：教师利用AiGC 生成动画，展示将平行四边形通过割补法转化为长方形的过程。动画中，平行四边形的底和高与转化后的长方形的长和宽进行动态对应，让学生直观看到两者之间的联系，从而理解平行四边形面积公式的推导思维。例如，在动画里，随着平行四边形的剪切、平移和拼接，画面中用不同颜色标注出平行四边形的底与长方形的长、平行四边形的高与长方形的宽，同时配有语音讲解，帮助学生理解面积公式的由来。

2. 三角形面积公式推导：借助AiGC 展示用两个完全一样的三角形拼成平行四边形的过程。通过动画演示，学生清晰地看到三角形的底和高与拼成的平行四边形的底和高的关系，进而理解三角形面积是等底等高平行四边形面积的一半。在实际操作中，教师可以让学生通过交互设备，自行操作动画，改变三角形的形状、大小，观察面积的变化，强化对公式推导思维的理解。

3. 梯形面积公式推导：同样利用 AiGC 生成动画，呈现将梯形转化为平行四边形或三角形的不同方法。一种方法是将两个完全一样的梯形拼成平行四边形，展示梯形的上底与下底之和、高与平行四边形的底和高的关系；另一种方法是将梯形分割为一个三角形和一个平行四边形，分别计算面积后得出梯形面积公式。通过多种推导方法的可视化展示，拓宽学生的解题思维。

4.3 教学效果分析

1. 学生理解程度提升：通过课堂观察和课后作业分析发现，学生对多边形面积公式推导的理解明显加深。在作业中，学生对于公式应用的错误率大幅降低，特别是对于需要灵活运用公式的变形题目，学生能够准确分析图形，选择合适的公式进行计算。

2. 思维能力发展：在后续的综合练习和考试中，学生解决复杂图形面积问题的能力显著提高。例如，在一道组合图形面积计算的题目中，大部分学生能够主动运用所学的面积公式推导思维，将组合图形合理分割或拼接，转化为已学过的基本图形进行计算，解题思路更加清晰、灵活。

五、结论与展望

5.1 研究结论

本研究表明，AiGC 赋能小学数学解题思维可视化教学具有显著的效果。它能够突破传统教学的局限，以丰富多样的形式呈现解题思维过程，满足学生个性化学习需求，提高教学效率和学生的学习质量。通过具体教学案例可以看到，学生在理解数学概念、掌握解题方法以及发展思维能力等方面都取得了积极的进步。

5.2 未来展望

尽管AiGC 在小学数学教学中展现出巨大潜力，但在实际应用中仍面临一些挑战，如技术的稳定性、教师的技术应用能力等。未来，需要进一步加强对教师的培训，提高教师运用 AiGC 技术的水平，同时不断优化 AiGC 工具，使其更好地服务于小学数学教学。此外，随着人工智能技术的不断发展，期待更多创新的应用形式出现，为小学数学教学带来新的活力和变革，持续提升学生的数学素养和综合能力。