基于生成式 AI 赋能小学数学课堂跨学科融合创新实践研究

一、引言

随着信息技术的飞速发展，生成式 AI 在教育领域的应用日益广泛。小学数学作为基础教育的重要组成部分，如何借助生成式 AI 实现跨学科融合创新，成为教育工作者关注的焦点。传统小学数学教学往往局限于学科内部，学生缺乏综合运用知识的能力。生成式 AI 的出现，为打破学科壁垒、拓展教学资源、创新教学方法提供了新的契机。

二、生成式 AI 在小学数学教学中的应用现状

1.生成式 AI 的特点与优势

生成式 AI 具有强大的自然语言处理和图像生成能力，能够根据输入的指令生成高质量的文本、图像、视频等内容。在小学数学教学中，其优势主要体现在：一是提供丰富多样的教学资源，如生动的动画、形象的图片、有趣的故事等，帮助学生更好地理解抽象的数学概念；二是实现个性化学习支持，根据学生的学习情况和特点，为其量身定制学习计划和练习内容。

2.应用现状分析

目前，生成式 AI 在小学数学教学中的应用主要包括以下几个方面：一是辅助备课，教师利用生成式 AI 生成教学课件、教学设计、练习题等，节省备课时间，提高备课质量；二是课堂教学，通过生成式 AI 创设教学情境，激发学生的学习兴趣，如利用 AI 动画展示数学知识的形成过程；三是课后辅导，学生借助AI 学习工具进行自主学习，解决学习中遇到的问题。

三、跨学科融合的理论基础与重要性

1.理论基础

跨学科融合的理论基础主要包括建构主义学习理论和多元智能理论。建构主义学习理论认为，学习是学生主动建构知识的过程，学生在与环境的交互中不断调整和完善自己的认知结构。多元智能理论强调，人的智能是多元的，包括语言智能、逻辑数学智能、空间智能、身体运动智能、音乐智能、人际智能、内省智能等。跨学科融合能够为学生提供多样化的学习机会，促进其多元智能的发展。

2.重要性

跨学科融合对于小学数学教学具有重要意义。一方面，有助于培养学生的综合素养，使学生学会运用多学科知识解决实际问题，提高其创新能力和实践能力；另一方面，能够丰富数学教学内容，使数学学习更加生动有趣，增强学生的学习动力。例如，在学习数学图形时，可以与美术学科融合，让学生通过绘制图形、设计图案等活动，加深对图形特征的理解，同时提高其审美能力和艺术素养。

四、基于生成式 AI 赋能小学数学课堂跨学科融合的实践策略

1.教学设计创新

在教学设计中，充分利用生成式 AI 的优势，将数学知识与其他学科知识有机融合。例如，在设计“认识时间”的教学时，可以结合语文课文中关于时间的描述，让学生用数学的方式表示课文中的时间；也可以与音乐学科融合，通过节拍、节奏等让学生感受时间的长短。教师利用生成式 AI 生成相关的教学素材，如动画、故事等，帮助学生更好地理解时间概念。

2.教学资源整合

借助生成式 AI 整合多学科教学资源，为学生提供丰富的学习材料。可以利用 AI 生成跨学科的教学案例、练习题、拓展阅读材料等。比如，在学习数学统计知识时，整合科学学科中的实验数据，让学生运用统计方法对实验数据进行分析；还可以整合社会学科中的人口统计数据、经济数据等，使学生了解数学在实际生活中的广泛应用。

五、实践案例分析

1.案例选取与实施过程

选取一个班级作为实验对象，开展基于生成式 AI 赋能的小学数学跨学科融合教学实践。以“图形的认识”单元为例，将数学与美术、科学学科进行融合。在教学实施过程中，首先利用生成式 AI 生成各种图形的动画演示，帮助学生直观地了解图形的特征；然后组织学生进行美术创作，让他们用不同的图形设计一幅画，并计算图形的周长和面积；最后引导学生从科学的角度探究图形在生活中的应用，如建筑结构中的三角形稳定性、车轮的圆形设计等。

2.效果评估与分析

通过对学生的课堂表现、作业完成情况、测试成绩等进行评估，发现实施基于生成式 AI 赋能的小学数学跨学科融合教学后，学生的学习兴趣明显提高，课堂参与度增强；对数学知识的理解和掌握更加深入，解决实际问题的能力得到提升；同时，学生的综合素养，如审美能力、科学探究能力、创新能力等也有了显著发展。

六、面临的挑战与应对策略

1.挑战

一是技术应用能力不足，部分教师对生成式 AI 的操作不熟练，难以充分发挥其在教学中的作用；二是教学观念转变困难，一些教师受传统教学观念的束缚，对跨学科融合教学的重要性认识不足；三是教学评价体系不完善，现有的教学评价主要侧重于学科知识的考核，难以全面评估跨学科融合教学的效果；四是数据安全和伦理问题，生成式 AI 在教学应用中涉及学生数据的收集、存储和使用，存在数据泄露和滥用的风险，同时也面临着 AI 生成内容的版权、道德伦理等问题。

2.应对策略

加强教师培训，提高教师的技术应用能力和跨学科教学意识。学校可以组织专门的培训课程，邀请专家进行讲座和指导，让教师掌握生成式 AI 的基本操作和应用技巧；鼓励教师参加教学研讨活动，分享跨学科教学的经验和心得。建立多元化的教学评价体系，不仅关注学生的学科知识掌握情况，还要注重对学生综合素养、创新能力、实践能力等方面的评价。

七、结论与展望

本研究表明，基于生成式 AI 赋能小学数学课堂的跨学科融合创新实践具有可行性和有效性。生成式 AI 能够为小学数学教学提供丰富的教学资源和创新的教学方法，促进数学与其他学科的有机融合，有效提升学生的学习兴趣和综合素养。未来的研究可以进一步深入探讨生成式 AI 在小学数学跨学科融合教学中的应用模式和策略，不断优化教学过程，提高教学效果。同时，加强对生成式 AI技术的研发和改进，使其更加符合小学数学教学的需求。