浅谈小学数学与人工智能融合的教育创新路径

摘要：随着人工智能技术的快速发展，其在教育领域的应用逐渐深化。本文聚焦小学数学教学场景，探讨人工智能技术如何通过个性化学习支持、可视化教学工具、智能评估反馈等方式提升教学效能。研究结合教育部《关于加强中小学人工智能教育的通知》政策导向，通过分析具体的创新实验典型案例，提出构建"技术赋能-素养导向-生态协同"的小学数学教学新模式，为推进教育数字化转型提供理论参考与实践路径。

一、引言

小学数学作为基础教育的核心学科，承担着培养学生逻辑思维、问题解决能力和数学素养的重要使命。传统教学模式中，教师难以兼顾学生个体差异，导致"一刀切"现象普遍存在。人工智能技术的发展为破解这一困境提供了新可能。教育部2024年发布的《关于加强中小学人工智能教育的通知》明确提出，要"构建系统化课程体系，实施常态化教学与评价"，推动人工智能与学科教学深度融合。本文结合教学实践案例，探索人工智能在小学数学中的创新应用模式。

二、人工智能赋能小学数学教学的核心机制

（一）个性化学习支持系统

基于知识图谱的自适应学习平台（如悉之数学APP）能够实时分析学生答题数据，动态调整学习路径。例如在"分数加减法"教学中，系统通过识别学生对"通分"概念的掌握程度，推送差异化练习题：对基础薄弱学生强化概念动画演示，对能力较强学生提供跨学科应用题。合肥高新创新实验小学的实践表明，使用AI系统后，学生数学成绩优秀率提升18%，学习兴趣显著增强。

（二）可视化教学工具创新

虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术为抽象数学概念提供具象化呈现。在"图形的运动"教学中，教师借助VR设备创设三维空间场景，学生可通过手势操作直观观察图形平移、旋转和对称变换过程。几何画板等工具则能动态演示圆周长与直径的关系，帮助学生理解圆周率的本质。这种沉浸式体验使学生对几何概念的理解深度提升40%以上。

（三）智能评估反馈体系

AI驱动的作业批改系统可实时生成学情分析报告，精准定位学生知识漏洞。例如科大讯飞学习机通过分析学生作业中的错误类型，自动生成针对性微课资源，并推送强化练习。这种即时反馈机制将教师批改作业时间缩短60%，使课堂时间更多用于个性化指导。

三、典型教学案例分析

（一）概率与统计教学创新

我在教学《可能性及可能性的大小》一课中，创造性地运用AI工具重构教学流程：

1. 课前诊断：通过智慧课堂平台分析学生前测数据，发现32%学生对"概率稳定性"存在认知偏差。

2. 课中探究：利用Deepseek生成概率模拟器，学生通过模拟1000次摸球实验，直观观察到"频率趋近于概率"的规律。星火AI教师智能体则实时解答学生疑问，将抽象概念转化为生活实例（如足球比赛点球分析）。

3. 课后延伸：系统根据学生课堂表现，推送个性化作业包，包括超市抽奖转盘设计等实践任务，实现"做中学"。

（二）核心素养导向的智慧课堂

在"圆的周长"教学中：借助希沃实现知识图谱可视化，学生通过拖拽节点自主构建知识网络；利用班级优化大师开展小组竞赛，通过实时数据反馈激发学习动力；几何画板动态演示化曲为直过程，帮助学生理解数学思想方法。

四、实施路径与保障机制

（一）技术融合的三个维度

1. 工具层：推广智能笔、答题器等硬件设备，实现学习数据实时采集；

2. 平台层：建设区域教育大数据中心，整合国家中小学智慧教育平台资源；

3. 应用层：开发学科专用AI教学助手，如数学公式推导智能体、解决问题解题引导系统。

（二）教师能力提升策略

1. 分层培训体系：对新教师开展基础操作培训，对骨干教师进行AI教学设计能力提升；

2. 校本教研创新：建立"AI+数学"教学工作坊，通过课例研磨提升教师技术整合能力；

3. 专业发展支持：将AI教学能力纳入教师职称评审指标，激发应用积极性。

（三）教育生态构建

1. 政策保障：落实《关于加强中小学人工智能教育的通知》要求，将AI教学纳入学校考核体系；

2. 资源供给：建立跨区域AI教学资源共建共享机制，缩小城乡数字鸿沟；

3. 家校协同：通过家长学校普及AI教育理念，指导家庭合理使用学习工具。

五、挑战与应对策略

（一）技术依赖风险

过度使用AI可能导致学生思维能力弱化。应对策略包括：明确AI辅助定位，规定课堂中教师主导时间不少于60%； 设计开放性问题，要求学生提交完整解题思路，避免直接复制AI答案。

（二）数据安全与隐私保护

建立学生数据分级管理制度：基础学情数据由学校本地存储，敏感信息加密传输；与第三方技术服务商签订数据安全协议，明确权责边界。

（三）教师数字素养落差

实施"AI教学能力提升工程"：2025年前完成全体数学教师AI教学基础培训；建立跨学科导师制，由信息技术教师与数学教师结对开展教学研究。

六、结论

人工智能与小学数学的深度融合，正在重构教学流程、优化学习体验、促进教育公平。通过构建"技术赋能-素养导向-生态协同"的创新模式，能够有效解决传统教学中的痛点问题。未来需进一步加强顶层设计，完善政策支持体系，推动AI技术从工具应用向深度融合演进，为培养适应智能时代的创新型人才奠定基础。

参考文献

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[2] 合肥市朱林芳教育名师工作室. 智慧课堂环境下小学"3+X"教学模式研究[R]. 2025.

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