浅谈人工智能在中学数学教与学的实践研究

随着科技发展在教育领域的步步深入，人工智能在数学教学领域方面的优势逐渐凸显。人工智能不仅可以根据学生的背景做到“因人而异”，也能够为学生精准把握学习的“度”。在智能化辅助教学逐渐规范化的今天，课堂教学模式也有了崭新的变化，数学课堂不在以理论和实践为主线，而是真正发挥了在线交互式课堂的引导作用，促进了学生自主性学习的根本宗旨。创新的教学方法和学习模式让学生体会到了“身临其境”，并致力于将知识应用到生活实践中，激发学生对知识的无限渴望。课堂表现和学生学习成果以数据的形式被记录下来，不在执着于教师单方面的主观评价，通过人工智能能够自动评估并做出客观、准确的实时反馈，提高教学效率。

一、人工智能激发学生学习兴趣和培养创新思维

人工智能能够帮助教师自由设置学习活动，例如：游戏化学习、动态可视化教学；数学实验模拟等等。智能教学采用了一种别开生面的启发学生学习兴趣的方式，学生在虚拟场景中开展数学对战，从而找到学生所擅长的那部分内容。开展个性化学习，喜欢研究几何的同学可以加深拓展几何的学习，喜欢研究函数的同学可以进一步研究函数图像的变换，让不同的学生在自己擅长的领域深入探索，挖掘学生的潜力，培养学生的个性化发展，激发学生自主学习。如果说探究式学习仅仅是在激发学生学习兴趣的前提下，促进学生自主学习的能力，那么人工智能就是培养学生创新思维的关键举措。设置教学实验模拟的内容，以概率实验为例，多次重复统计数据后进行评估，让学生在虚拟环境进行实验，最后得出结论。与此同时，人工智能的解题方法不仅仅是单一的答案，而是着手于新颖的考虑问题角度，几何证明的问题往往要添加辅助线或者分割图形，人工智能所给出的解答方式也是多方位的，极大地拓宽了学生的学习思路。

以AI 解析立体几何为例。VR（虚拟现实）在立体几何中主要是搭建一个三维的数学空间，不仅正方体、长方体、棱锥等可以自由旋转，更加直观理解点、线、面的关系，甚至与实际空间场景相结合。导入以奇幻立体世界的构建，播放完后提问：这些奇妙的立体图形是如何被创造出来的？借助绘图软件绘制长方体、正方体、圆柱、棱锥等图形的生成过程，利用 AI 的剖面功能，学生全方位观察切面，形成初步的空间想象能力。开展课程讲授：以创意为主让学生借助AI 合并、拆分图形，探究图形的特征；涉及你心目中的校园创意立体图作为学校的标志性建筑，小组同学之间展开讨论。教师来进行一个示范操作，首先用长方形底座、三棱柱等来进行地基构建，启发学生考虑承重和立体建筑的稳定性。随着学习进度的不断推进，人工智能也会调整学习计划，针对每个人的学习进度，引导学生在“一人一计划”、“一人一步骤”的精准培养过程中不断进步，形成个性化学习的闭环。

二、人工智能注重于丰富中学数学的教学资源与形式

人工智能能够帮助课堂内容生成多样化的教学内容，包括创建教学案例和故事、设置“举一反三”练习题等。在讲述黄金分割比例就可以套入建筑设计应用案例，学生能够联系实际快速理解该数学知识在实际当中的应用。此外，人工智能在教学过程中也创建了一系列帮助学习的工具。教师在教函数知识时，不仅能巧妙的利用绘图技术，让学生更加容易理解通过变化函数的某个值所带来的开头方向、顶点位置、以及对称轴的变化过程。人工智能也擅长于开展互动式教学，学生可以同虚拟教师展开沟通和交流，通过进一步的追问有助于加深学生对课本知识的理解。诚然，人工智能由于其强大的数据平台，收集学生学习信息的同时，也有专门的交流平台，为学生提供开放的、多元的、广泛的学习方式和理解模式。尤其是在面对复杂问题时，进行开放式解答问题。

以讲述初中数学中 AI 绘制函数图像为例。导入以手机电量随着充电时间的增长不断增加，呈现 AI 构建函数图像的现象。首先介绍Desmos 工具，向学生展示基本操作，在输入框输入一次函数，瞬间生成斜线，分析 k 和 b 对图像的影响，试着改变该值来进行观察图像移动规律。学生开展实践，主要任务有根据两个地点之间的距离关系构建一次函数（两个点）；计算购买笔记本数量的单价，列出式子，构建正比例函数。接着学生以小组为单位讨论实践操作过程中的函数性质与图像变化规律，小组代表总结。课后作业的布置上，可以根据 Desmos 构建一次函数，描述实际生活中医院到家的距离，以及图中行人还剩多少距离，根据函数来解答。

三、人工智能提供个性化研究，助力学生个性化学习

人工智能规避了传统教学中纠错慢、答题思维固化等教学困境，能够借助智能批改系统快速分析语法错误、逻辑结构上的缺陷，并提出改进措施。从基础知识理解层面来看，人工智能可以通过全方位、多角度来对数学基础薄弱的学生进行知识巩固。人工智能依托以往学生在作业过程中所出现的错误知识点，进行分列开来，分析学生背后知识点的掌握情况。例如，在学习一元二次方程的解法问题上，为寻找其频繁出错的原因，人工智能会推送专业教师精心录制的课程，结合生动的案例分析，将复杂的知识点转化为解决问题的简单流程。从基础的简单方程开始，由易到难、由简到繁，逐步深入，循序渐进的帮助学生掌握知识点、提升能力。在利用人工智能寻找知识学习的漏洞，定制个人学习的计划，推荐学习资源，并且在学习过程中实时监控学习进度，记录学生对各个知识点的正确率、失误率，形成动态学习方案的调整。当然，对于有基础的学生，人工智能会转变最初的起点，以变式题和思维训练题目为主，并且改变条件，创设复杂的问题情境，提升学生的多重变化思维能力。

总而言之，人工智能在中学数学教学实践中有着巨大的优势与发展潜力。未来，我们应该进一步研究教育评级技术，依托大数据研制符合中国新时代大学生评价工具。人才的培养并不能局限于师资力量和高效整体办学质量的建设，而应该全方位落实到教育的方方面面。我们应该抓住发展的机遇，全面推进新时代教育改革，增强教师专业发展的教学评价理念, 促进学生评价教育。