初中数学课堂引入人工智能案例的路径研究

引言

在《教育强国建设规划纲要（2024—2035 年）》中，明确提出推动教育数字化应用，提高人工智能教学应用价值。数学学科理论知识具有一定抽象性，学习难度较大，可以通过人工智能案例降低学习门槛，提高学生对数学学科理论知识理解与应用能力。现结合北师大版初中数学教材，对初中数学课堂引入人工智能案例的路径展开深入研究。

1 初中数学课堂引入人工智能案例的过程

1.1 技术选择与适配

教师可以根据学校浏览器运行框架，设置可以运行机器学习技术的轻量级人工智能逻辑框架，合理规避本地部署复杂环境的问题。在此基础上，通过图像扫描技术快速分析学生手绘函数图像，使用“直线”“抛物线”等标签输出分析结果。教师可以根据学生学习需求，调取相应的学习样本，引导学生开展迁移学习活动[1]。

1.2 教学资源整合

开展教学资源整合活动，教师需要根据教材文本内容，结合自然语言处理技术的文本生成功能，根据学生学习能力，网络搜索技术选择适合学生学习需求的习题。教师可以根据学生学习需求，通过多媒体设备输出图像、解析等习题，从而提高学生对函数图像分析理论知识的学习应用水平。

1.3 评价反馈分析

教师需要设置 Canvas API 运行环境，对学生绘制函数图像过程中的行为轨迹进行分析，识别并输出学生作图错误。根据学生群体的典型作图错误，生成并输出错误热点图，以便教师对图像平移方向混淆等作图问题展开针对性分析。通过选取实验班和对照班，从概念理解、计算效率、错误发现率等方面比较分析传统教学模式与引入人工智能案例教学模式，结果如表 1 所示。

表 1 传统教学模式与引入人工智能案例教学模式评价对比表

由表 1 可知，在概念理解方面，两种教学模式效果基本相同。但是，在计算效率和错误发现率方面，引入人工智能案例教学模式高于传统教学模式。

2 初中数学课堂引入人工智能案例的实践

2.1 函数图像分析与 AI 的融合思路

在初中数学课堂引入人工智能案例的实践中，教师需要设置函数图像分析与 AI 的融合思路，以此提升课堂教学实践质量。比如在八年级上册的《一次函数》中，教师可以通过 AI 技术，对k、b 参数对函数图像影响进行识别，并将其作为技术锚点应用。将学生绘制的 y=kx+b 图像作为输入数据，由 AI 技术自动输出斜率k、截距b 的估值范围数据[2]。

2.2 情境导入

在情境导入中，教师可以根据学生日常生活中的问题，通过 AI 技术自动生成与《一次函数》相关的问题。比如根据手机套餐资费，生成公式（1）内容。

其中， 为通话时长，单位为分钟。 y 为套餐费用，单位为元。

教师需要让学生根据 AI 生成的一次函数数学表达式，手绘函数图像，并让学生通过分析图像转折点，理解提升转折点标注精确的实际意义。

2.3 合作探究

在合作探究中，教师可以让学生以两人小组方式，绘制公式（1）函数图像，使用 AI 技术对学生手绘函数图像进行分析，并对学生函数图像的转折点误差进行分析，诊断学生手绘函数图像的合理性，并输出相应的诊断结果，辅助学生进行修改[3]。

2.4 拓展应用

在拓展应用中，教师可以通过回归预测模型，根据学生手绘函数图像做拟合处理，并生成相应的解析式，让学生将生成解析式与公式（1）进行对比，分析形成差异的具体原因。教师需要引导学生根据分析原因，对手绘函数图像做进一步优化，提高函数图像绘制的精细度。

3 初中数学课堂引入人工智能案例的路径

3.1 开发“轻量化”控件

若想构建初中数学课堂引入人工智能案例完善路径，教师需要通过开发“轻量化”控件，有效拓展人工智能案例资源，满足学生学习需求。比如在九年级下册的《二次函数》中，教师可以整合学生手绘函数图像的错误案例，制作相应的错例图像数据库。在学生再次出现开口方向混淆等问题时，可以通过调取数据库相关案例，利用 AI 技术自动生成功能，通过函数动画形式，向学生展示图像顶点坐标等信息，让学生根据动画内容，自行分析错误[4]。

3.2 选择本地化部署工具

教师需要选择本地化部署工具，如 ML5.js、P5.js 等，提高人工智能案例更新速度，强化初中数学课堂教学指导效果。对于 ML5.js 工具，可以对学生手绘函数图像进行快速分类，以便教师快速确认函数图像绘制问题。对于 P5.js 工具，则根据学生二次函数数学表达式，动态生成相应的函数动画，引导学生从直观角度分析二次函数图像。在教学资源限制下，教师可以通过手绘标准函数图像，结合扫描技术，对学生绘制的函数图像进行分析，确认学生图像绘制问题，科学降低人工智能案例在初中数学课堂中的应用技术门槛。

3.3 设计“AI+传统”混合式教案模板

为保障初中数学课堂引入人工智能案例路径的可持续性，教师可以设计“AI+传统”混合式教案模板，持续优化初中数学课堂教学模式。在第一阶段传统教学中，教师需要让学生通过手工描点方式，手绘 y=x² 图像，如图 1 所示，引导学生函数图像，归纳总结二次函数开口、对称轴等基本性质。

图 1 图像

在第二阶段 AI 介入中，教师需要输入学生的手绘函数图像，通过 AI 技术自动识别图像信息，并输出相应的顶点坐标。学生可以对函数参数进行修改，由 AI 实时生成新图像，提高学生对二次函数图像的认知能力。在第三阶段学习验证中，教师需要让学生根据二次函数计算顶点坐标，对比 AI 输出的顶点坐标，分析产生误差原因，加深学生对函数图像绘制技巧与精细度的理解。

将 ^sAI^- +传统”混合式教案模板应用到教学活动中，展示学生在三个阶段的表现情况：第一阶段，学生基本可以完成函数图像手绘任务；第二阶段，大多数学生可以通过修改函数参数，对 y=x² 函数形成深刻认知；第三阶段，学生可以通过分析顶点坐标计算结果与 AI 输出顶点坐标差异，确认函数图像绘制问题，并进行针对性修改。由此可见，人工智能案例对初中数学课堂教学具有积极影响。

4 结论

在初中数学课堂中引入人工智能案例，需要根据教学条件，结合当前教学内容，科学设计函数图像分析与 AI 的融合思路，从情境导入、合作探究、拓展应用等维度设计实践方案，引导学生通过人工智能案例，充分吸收初中数学学科理论知识，为学生后续开展高质量的学习活动打下扎实基础。

参考文献

[1]才如曼.AI 人工智能在初中数学课堂教学中的应用[J].数学大世界（下旬），2024，（11）：80-82.

[2]陈安，陈宁.人工智能技术在初中数学中的实践应用[J].初中数学杂志，2024，（11）：1-6.

[3]苏国东.人工智能赋能初中数学教学的路径及模式探索[J].教育信息技术，2023（3）：61-63.