生成式人工智能赋能小学数学几何图形教学的实践探究

一、引言

《义务教育数学课程标准（2022年版）》明确要求，小学阶段需帮助学生“认识简单几何体和平面图形，感受图形的特征，发展空间观念”。几何图形教学涉及“点、线、面、体”等抽象概念，而小学生以具象思维为主，传统教学中依赖课本插图、静态模型的模式，难以让学生理解图形变换（如三角形内角和推导、立体图形展开）的本质，导致约65%的学生在“图形面积计算”“立体图形体积推导”等知识点上存在理解障碍。

生成式人工智能（AIGC）可通过算法实时生成教学资源（如动态图形、互动实验）、精准匹配学习需求，为几何图形教学提供新路径。例如，AI可生成任意边长的三角形并动态演示剪拼过程，帮助学生直观理解内角和为180°；可根据学生答题情况，自动生成针对性练习题。因此，探究生成式人工智能在几何图形教学中的应用，对落实新课标要求、培养学生空间观念具有重要意义。

二、生成式人工智能赋能小学数学几何图形教学的核心优势

相较于传统教学模式，生成式人工智能在几何图形教学中具备三大核心优势，精准解决教学痛点：

2.1 化抽象为具象，降低认知难度

小学生难以通过文字描述理解几何概念，生成式AI可将抽象知识转化为动态可视化内容：例如，讲解“圆柱体积公式推导”时，AI可实时生成“圆柱切割成若干等份小扇形→拼成近似长方体”的动态过程，直观展示“圆柱体积=底面积×高”的推导逻辑；讲解“图形平移与旋转”时，AI可生成带网格的平面图形（如正方形），学生输入平移距离、旋转角度后，图形实时呈现变换效果，帮助理解“形状、大小不变，位置改变”的本质。

2.2 个性化适配，满足差异化需求

班级教学中，学生认知水平存在差异，生成式AI可实现“一人一策”：通过分析学生课堂答题、实验操作数据，AI自动判断学习短板——若学生擅长“平面图形计算”但薄弱“立体图形展开”，则优先生成“正方体展开图折叠”互动练习；若学生基础薄弱，AI生成“图形特征识别”基础题（如判断图形是否为平行四边形）；若学生学有余力，AI生成“不规则图形面积计算”拓展题（如结合平移法计算操场面积），避免“一刀切”的教学模式。

三、生成式人工智能在小学数学几何图形教学中的实践策略

结合小学几何图形教学的知识点（如平面图形认识、面积体积计算、图形变换），从“课堂教学、课后练习、个性化辅导”三个场景设计生成式AI应用策略：

3.1 课堂教学：AI生成互动资源，强化概念理解

将生成式AI作为课堂教学“辅助工具”，在核心知识点讲解中嵌入AI互动环节，具体流程如下：

1. 概念导入：讲解“平行四边形面积”时，AI生成“长方形拉成平行四边形”的动态动画，学生观察“边长不变但高变化”，引发“面积是否变化”的思考，激发探究兴趣；

2. 探究学习：学生分组提出面积计算猜想（如“底×邻边”“底×高”），AI根据猜想生成对应图形——输入平行四边形的底、邻边、高，AI实时计算两种猜想的结果，并通过“剪拼平行四边形为长方形”的动画，验证“底×高”的正确性；

3. 总结巩固：AI生成“平行四边形面积计算”思维导图，包含“推导过程、公式、易错点（如高需对应底）”，并自动关联“三角形面积”预习内容（如生成“平行四边形分割成两个等面积三角形”的示意图）。

3.2 课后练习：AI生成定制化习题，精准补弱

课后练习是巩固知识的关键，生成式AI可替代传统“统一习题册”，实现精准练习：

- 基础巩固：学生完成“长方形面积计算”基础题后，AI分析正确率——若正确率≥90%，生成“结合生活场景的应用题”（如“给长5米、宽3米的客厅铺地砖，每块地砖面积2平方分米，需多少块”）；若正确率＜60%，生成“带单位换算提示的计算题”（如“长方形长40厘米，宽2分米，求面积”），并标注“注意统一单位”；

四、实践案例与成效分析

4.1 案例背景

选取某小学五年级2个班级（各45人）开展对比教学，实验班采用“生成式AI+传统教学”模式，对照班采用传统教学模式，教学内容为“长方体和正方体的体积”（共3课时），教学周期2周。

4.2 实施过程

- 实验班：第1课时，AI生成“长方体切割成1立方厘米小正方体”动态动画，演示“体积=长×宽×高”推导；第2课时，学生使用AI互动平台“搭建长方体”，自主探究“体积与长宽高的关系”；课后，AI根据课堂表现生成定制化习题；

- 对照班：采用“课本插图+实物模型”讲解，课后完成统一习题册。

4.3 成效分析

教学结束后，通过“知识测试+空间观念评估”对比成效：

1. 知识掌握：实验班测试平均分（89.2分）高于对照班（76.5分），其中“长方体体积推导”知识点正确率（91%）较对照班（68%）提升23个百分点；

2. 学习兴趣：实验班85%的学生表示“喜欢AI互动实验”，认为“能自己动手操作，更容易理解”，而对照班仅42%的学生对几何知识点“感兴趣”。

五、生成式人工智能应用的注意事项

为确保生成式AI有效赋能几何图形教学，需规避三大风险，实现“合理使用”：

1. 避免过度依赖AI：AI为“辅助工具”，不可替代教师的引导作用——例如，AI生成动态图形后，教师需结合提问（如“为什么圆柱拼成的长方体的高等于圆柱的高”），帮助学生深化理解，防止学生仅“看热闹”不“悟原理”；

2. 严控AI资源质量：部分AI生成的几何图形可能存在误差（如边长比例失调），教师需提前审核资源，确保“图形特征准确、推导逻辑正确”，避免误导学生；

六、结论

生成式人工智能通过“可视化呈现、互动式体验、个性化适配”，有效解决了小学数学几何图形教学中“抽象难理解、参与度低、差异化不足”的问题，在提升知识掌握率、培养空间观念、激发学习兴趣方面成效显著。

未来，随着AI技术的发展，可进一步探索“AI+跨学科融合”（如几何图形与美术“图案设计”结合）、“AI+沉浸式教学”（如VR+AI生成虚拟几何实验室），推动几何图形教学从“知识传授”向“能力培养”转型，助力学生核心素养发展。

参考文献

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