人工智能技术驱动下小学数学课堂互动模式创新研究

一、引言

《义务教育数学课程标准（2022 年版）》强调，要促进信息技术与数学课程融合，利用现代信息技术辅助教学，丰富教学方式，激发学生学习兴趣，引导学生自主探究与合作交流。传统的“多边形的面积”单元教学，虽辅以教具演示，但仍存在一些痛点：一是公式推导过程抽象，部分学生空间想象力不足，难以真正理解“转化”的数学思想；二是课堂互动覆盖面窄，多为师生间“一对一”问答，难以关注所有学生的思维过程；三是练习反馈滞后，教师批改作业后，问题往往已过时，针对性辅导不足。

人工智能技术，特别是智能教学系统、自适应学习平台、AI生成内容（AIGC）、图像识别等技术，为破解这些难题提供了可能。它能够实现对海量学习数据的实时采集与分析，使课堂互动从“教师主导”走向“数据驱动”，从“统一灌输”走向“个性赋能”，从而构建一个高效、深度、充满思维活力的智慧课堂。

二、传统课堂互动模式的局限性与 AI 技术的赋能优势

（一）在“多边形的面积”单元中，传统互动模式常限于以下形式：

1. 师生问答： 教师提问“平行四边形如何转化为长方形？”学生集体或个别回答，互动面窄。

2. 小组讨论： 学生动手剪拼图形，但讨论深度不一，教师难以巡回指导所有小组。

3. 练习批改： 学生完成纸质练习，教师课后批改，反馈延迟，纠错成本高。

（二）AI技术的引入，为互动模式带来了三大核心优势：

1. 精准化： AI可通过课前微课学习和前置性测验，精准诊断每个学生的学前基础，实现“以学定教”。

2. 个性化： AI自适应学习平台能根据学生答题情况，动态推送不同难度的练习题，实现“千人千面”的练习互动。

3. 深度化： AI工具（如几何画板、AR/VR软件）可以创建动态、可交互的几何情境，让抽象的“割、补、移、拼”过程直观化，支持学生进行深度探究与发现。

三、AI驱动下的小学数学课堂互动新模式构建

以“多边形的面积”单元为例，构建贯穿课前、课中、课后的AI驱动互动新模式。

（一）课前：人机互动，精准诊断——AI学情分析员 在讲授“梯形的面积”之前，教师通过AI学习平台发布两个任务：

1. 观看微课： 一段由AI生成的、回顾平行四边形和三角形面积推导过程的动态微课。

2. 完成前置测验： 平台推送 5 道基础题（如计算已知底高的平行四边形、三角形面积）和1 道探究题（“你能用学过的方法推导梯形面积吗？”）。AI系统自动批改测验，并生成学情报告：全班 85% 的学生掌握了基础公式，但仅有 30% 的学生对推导方法有清晰思路，并有 5 名学生基础薄弱。据此，教师互动策略调整为：课堂重点聚焦公式的推导过程，并为基础薄弱的学生准备AI推送的复习资料包，为学有余力者准备拓展探究任务。

（二）课中：生机互动，探究协作——AI探究引导员 课中是互动发生的核心环节，AI扮演“探究引导员”和“协作助手”的角色。

1. 情境导入环节：AI创设真实问题情境

教师利用AI技术展示一幅校园草坪的AR全景图（由不规则多边形组成）并提出问题：“如何计算这块草坪的面积，需要多少草皮？”AI将草坪图像数字化，并允许学生用手直接在电子屏上对图形进行分割、标记，将现实问题转化为数学问题，互动从一开始就抓住了学生的兴趣。

2. 公式推导环节：AI支持自主探究与发现

（1）平行四边形面积：不再是教师用教具演示，而是学生每人一台平板，使用AI几何软件上的“平行四边形”。他们可以随意拖动一个顶点，观察它如何变成长方形，人机互动中直观理解“底不变，高变则面积变”；通过动画指令“剪切-平移”，软件自动完成转化过程，学生清晰看到“面积不变”，自己总结出公式。

（2）三角形、梯形面积：AI软件提供“复制”、“旋转”、“拼接”等功能。学生小组生生互动，尝试将两个完全一样的三角形或梯形拼成已学图形。AI软件能即时识别学生的操作并给出反馈（如“拼接成功，形成了一个平行四边形”），相当于一位随时在旁的“助手”，支持了学生的探究性互动。

3. 巩固练习环节：AI实现个性化互动练习

练习环节，学生进入AI自适应平台。系统根据课前学情，为不同学生推送不同层次的题目：

（1）基础层：直接应用公式计算面积。

（2）进阶层：需要先测量关键数据再计算，或解决简单实际问题。

（3）挑战层：涉及等积变形、逆向思考的题目（如“已知面积和底，求高”）。

每个学生都在与适合自己的题目进行“思维互动”，避免了“优生吃不饱，弱生跟不上”的局面。教师则被解放出来，巡视课堂，基于AI实时反馈的“学生困难排行榜”，对错误率高的题目进行集中讲解，对个别学生进行一对一辅导，实现了师生互动的精准高效。

（三）课后：人机生生互动，拓展延伸——AI个性化导师 课后，AI扮演“个性化导师”角色。

1. 智能作业批改与纠错： 学生提交在线作业，AI即刻批改，不仅判断对错，还能识别错误步骤（如梯形面积忘了除以 2），并自动推送对应的讲解微课和一道变式练习题，实现“即错即学即巩固”的闭环互动。

2. 创意项目式学习： 教师利用AI工具布置项目任务：“请为你家的一个房间设计地砖铺设方案，房间平面图可拍照上传至AI平台。”AI识别图像形状（可能由多个多边形组成），学生计算面积、估算费用。完成后，可将方案上传至班级平台，进行生生互评，AI可根据预设标准辅助评价方案的合理性与创造性。

四、实践反思与挑战

尽管AI技术优势明显，但在实践中仍需注意：

1. 教师主导性不可替代： AI是“利器”，但无法替代教师的情感关怀、思维启发和课堂把控。教师需从“知识的传授者”转变为“学习的组织者、引导者和促进者”。

2. 技术成本与教师培训： 优质AI教学平台和工具的开发与使用需要成本支持。同时，必须加强对教师的培训，提升其信息化素养和人机协同教学能力。

3. 防止“技术炫技”与思维惰性： 使用AI应以服务教学本质为目标，避免华而不实。要警惕学生过度依赖动态演示而削弱自身空间想象力和推理能力的培养，需把握好直观与抽象的平衡。

五、结论

综上所述，人工智能技术为小学数学课堂互动模式的创新注入了强劲动力。在“多边形的面积”单元教学中，通过构建“AI学情分析员—AI探究引导员—AI个性化导师”的应用路径，课堂互动实现了从浅层到深层、从群体到个体、从单向到多维的转变。这种数据驱动下的新型互动模式，极大地激发了学生的学习主体性，促进了对数学核心知识和思想方法的深刻理解，有效培养了学生的量感、推理意识和应用意识。未来，随着技术的不断成熟和教育理念的持续更新，人机协同的智慧课堂互动必将成为新常态，助力小学数学教育迈向高质量的新台阶。