智能技术支撑下中小学数学创客科普教育赋能课后服务的研究

一、研究设计与方法

本文采用实践研究范式，选取我市 2 所小学和 1 所初中共 200 名学生及 10 名教师为研究对象。历时一学年，分为准备、实施和评估三个阶段。采用多种方法收集数据。定量数据：学生数学学业表现前后测、智能平台使用数据、问卷调查。定性数据：课堂观察记录、师生访谈、学生作品分析、教师反思日志。数据通过描述性统计、配对样本 t 检验、独立样本 t 检验和主题分析等方法进行处理与分析，确保研究的信度和效度。

二、核心实践探索

基于理论基础和前期调研，构建“IMPACT-S”实践模式。以学生感兴趣的科普主题激发内在动机；将数学知识融入项目设计与实践过程；以完整项目为主线， 引导全过程体验；运用智能技术工具支持学习；鼓励团队协作与知识共享；培养计算思维与创新思维；提升课后服务质量与育人效果。

三、智能技术整合策略

课前、课中辅助学习：AI 智能辅导系统 / 自适应学习平台、虚拟学习助手 /AI 助教。创客项目实施支撑：图形化编程 /Python 编程工具、3D 建模与打印工具、数据收集与分析工具。学习过程与成果展示：在线协作平台/ 学习管理系统(LMS) 、学习分析技术。

四、实践案例分析

案例一：小学“智能避障小车”项目

该项目在实验二小四年级实施，结合数学“图形与几何”领域知识，让学生制作具备避障功能的智能小车。项目应用了 AI 学习 App 进行知识准备、mBlock 图形化编程软件进行编程控制和 Tinkercad 进行 3D 设计。研究数据显示：项目期间学生平均出勤率达 96.5% ，相关数学知识点平均分从 68.5 分提升至 85.2 分 ( 提升 24.38% )。对数学“非常感兴趣”或“比较感兴趣”的学生比例从 55% 上升至 82% 。

案例二：初中“校园气象站”数据科学探究项目

在十九中学七年级实施，结合数学“数据统计”内容，指导学生利用开源硬件套件和各类传感器，搭建校园气象站，采集、分析数据并撰写探究报告。项目运用了 MicroPython 编程、数据可视化工具和在线协作平台。研究数据显示：实验组( 参与项目) 在数据统计单元测试平均分为88.6 分，显著高于对照组 ( 未参与项目 ) 的 79.2 分。 88% 的学生表示对”用数据说话”产生浓厚兴趣， 82% 认为项目提升了分析解决问题的能力。

五、赋能机制探讨

智能技术支撑下的数学创客科普教育赋能效应表现在：对学生赋能：激发学习兴趣与内在动机，提升数学应用意识与能力，培养计算思维与创新思维，增强动手实践与协作能力；对教师赋能：丰富教学手段与资源，实现精准教学与个性化指导，促进专业发展与教学创新；对课后服务赋能：提升内容质量与吸引力，满足学生个性化发展需求，落实“双减”政策，促进学生全面发展。

六、研究发现与讨论

主要研究发现：智能技术提升教学互动性与个性化水平：AI 辅导系统等工具能针对性提供支持，解决“一刀切”问题；实践模式有效激发学习兴趣与综合能力：“IMPACT-S”模式通过项目驱动将知识与实践融合，显著提升学生数学兴趣和相关能力；项目式学习促进深度参与和能力迁移：学生在完整项目过程中深化知识理解并锻炼高阶思维能力；教师专业素养提升但面临挑战：教师技能获得提升，但在技术应用、跨学科融合等方面仍需支持和提升。

讨论：智能技术应用的有效性边界与优化。智能技术应与学段特点、项目目标和学生水平相匹配，实现“适切性融合”而非简单堆砌。AI 辅导系统在知识讲解方面优异，但培养高阶创新思维仍需教师引导。技术选择应注重易用性和教学价值，避免过度依赖造成学生思考惰性。

数学知识与创客科普的深度融合路径。核心挑战是避免数学学习被“边缘化”或创客活动“浅层化”。有效策略是将数学知识点作为项目解决问题的内在需求，科普元素与项目主题紧密相关，并设置专门的探究点和反思环节，确保学习深度。

面临的挑战与应对策略。师资队伍建设：多数教师学科背景单一，缺乏跨学科教学经验和技术应用技能，需建立常态化培训体系。资源与设备。智能硬件购置与维护需持续投入，应统筹规划经费并探索资源共享机制。课程体系与评价。缺乏系统化课程体系和评价标准，需加强课程研发和过程性评价。

结论与展望

通过智能技术如何有效支撑中小学数学创客科普教育及其赋能课后服务的实践模式的研究，发现智能技术为数学创客科普教育提供了个性化支持、创作工具和协作平台，有效提升了教学效果。成功实施关键在于数学与项目深度融合、适切技术支持、有效教师引导和多元评价机制。实践建议：政策层面，加大政策引导与经费投入，完善设备与资源标准，设立专项培训基金；学校层面，系统规划课程内容，加强教师跨学科培训，改善硬件设施，营造创新文化；教师层面，提升技术素养，参与跨学科教研，创新教学设计，关注个性化指导；技术支持，开发符合教育需求的产品，提供优质数字资源，强化技术培训服务。

深化生成式AI、VR/AR 等前沿技术在数学创客教育中的应用研究；构建完善的课程资源体系和多元评价工具；关注教育公平 , 弥合城乡数字鸿沟, 设计适应不同条件的实施方案；开展更大规模、更长周期的实证研究,验证模式的可持续性和可推广性。智能技术与数学创客科普教育的结合为课后服务注入新活力。“IMPACT-S”实践模式在激发兴趣、提升素养方面效果显著 , 但师资培养、资源均衡、课程体系仍需关注。持续探索技术与教育深度融合, 是推动课后服务高质量发展和创新人才培养的关键。

参考文献

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