智能时代的教育革新：人工智能在小学数学教学中的应用

步入21世纪以来，以人工智能、大数据、云计算、物联网为代表的现代信息技术呈加速发展态势，深刻地影响并改变着人类社会的各个层面。人工智能技术凭借其直观性、交互性、智能性以及个性化等优势特征，为小学数学教学变革开辟了崭新路径。小学阶段的数学学习对于学生后续学业发展及终身发展起着奠基性作用。不过，鉴于数学知识具有抽象性，许多学生在学习过程中易滋生畏难情绪，致使学习兴趣低迷、学习效果欠佳。传统的小学数学教学模式相对单一，教学互动遗乏，教学内容疏离生活实际，难以契合不同学生的个性化学习诉求，亟待变革创新。在此背景下，加速推进智能技术与数学教学的融合创新，成为当下的关键议题。

一、人工智能应用于小学数学教学的优势

在小学数学教学中引人人工智能，需立足小学生的认知发展水平，充分发挥其直观性、交互性、智能性和个性化优势，为学生营造有趣且个性化的学习情境。结合小学数学的学科特点，人工智能主要有以下优势：

（一）具象化抽象数学概念

小学生处于具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的阶段，对数学概念的理解依赖直观感知。人工智能通过虚拟现实、动画等技术，将数与形、算理等抽象概念转化为生动情境。例如，学习钟表时，AI生成三维旋转模型，学生通过拨动时针、分针感知时间流逝；学习平面图形面积时，AI展示七巧板拼接变换，帮助学生理解等积关系。这种情境化教学能提升学生的学习兴趣。

（二）智能生成基础计算题，助力查漏补缺

扎实的计算技能是数学学习的基础。传统练习题量有限，而人工智能基于知识图谱和学情数据，针对四则运算、分数、小数等易错点，智能生成变式题供学生反复练习。AI还能精准定位学生薄弱环节，增加训练频次，直至学生掌握。这种个性化练习夯实了学生基本功，为进阶学习奠定基础。

（三）创设沉浸式数学游戏，实现寓教于乐

小学生天性活泼，喜欢在玩中学。将数学知识融入游戏情境，能够充分调动其学习积极性。人工智能可生成数学游戏，让学生在轻松氛围中掌握知识。例如，学习几何体时，AI生成“趣味立体七巧板”游戏，学生在虚拟空间中搭建几何体；学习概率时，AI创设“摸球猜颜色”游戏，帮助学生理解概率概念。游戏化学习将枯燥知识变得生动有趣，提升学习效果。

（四）提供即时个性化指导，培养自主学习能力

小学生自控力较弱，遇到问题易产生畏难情绪。人工智能可随时提供个性化指导。当学生做错题时，AI精准分析错因并给出图文讲解；当学生提问时，AI用通俗语言解答。针对不同学习程度的学生，AI因材施教，帮助基础较弱的学生逐步养成自主思考的习惯。

二、人工智能在小学数学教学中应用的案例

党的二十大报告明确指出，要推进教育数字化，建设全民终身学习的学习型社会、学习型大国。那么，如何发挥人工智能优势，助推小学数学教学变革呢？基于一线教学实践，笔者以“小数乘除法”单元教学为例，从智能化教学设计、个性化学习指导、趣味化游戏创设以及主体化学习方式四个维度探索人工智能赋能小学数学教学的路径。

（一）智能化教学设计：构筑“AI数学实验室”

教学设计是提升课堂教学质量的核心要素。传统教学设计往往依赖教师个人经验，难以周全顾及学生差异。将人工智能引入教学设计环节，能够依据学情大数据，智能生成个性化教学方案。以“小数乘除法”教学设计为例，教师首先借助人工智能备课系统，分析学生已掌握的小数加减运算知识，挖掘共性问题，如对除法的“包含”含义理解不足。据此，教师在教学设计中着重强化小数除法在分配场景中的实际运用，并创设“小数柠檬水摊”这一鲜活情境，引导学生分组探究，深化对小数除法的理解。随后，教师利用智能备课助手进一步优化教学设计，增加测试题的难度梯度，补充学生易错题型的微课视频。最终形成的个性化“AI教学方案”，既兼顾学生共性需求，又照应个体差异，彰显精准备课的全新范式。课堂教学中，教师依托VR/AR技术，为学生搭建沉浸式的“小数乘除法实验室”。学生佩戴VR眼镜，在虚拟乘法阵列棋盘中跳跃格子，感知小数乘法；运用AR技术观察圆形蛋糕的切分过程，直观理解小数除法。生动形象的虚拟场景加深了学生对小数运算法则的理解。课后，学生还可借助智能作业系统开展个性化练习，及时查漏补缺。人工智能与教学设计的深度融合，让小数乘除法的教与学更高效、精准、有趣，为培养学生数学核心素养奠定基础。

（二）个性化学习指导：推行“AI学习伴侣”计划

因材施教、提供个性化学习指导是《义务教育课程方案（2022年版）》的重要理念。然而，在传统大班教学模式下，教师难以兼顾每位学生的个性化需求。人工智能为破解这一难题提供了创新思路。教师可依托学习分析技术，为每个学生配备专属的“AI学习伴侣”。“AI伴侣”能够借助智能测评，精准诊断学生在小数乘除法学习中的优势与短板，推送个性化学习资源。例如，对于理解能力强但计算能力较弱的学生，“AI伴侣”会重点推送口算题与计算技巧视频；对于数学学习过程中焦虑情绪较为严重的学生，“AI伴侣”则会生成鼓励性反馈，增强其学习信心。学生还可随时唤醒“AI伴侣”展开对话交流。面对“小数乘除法的本质是什么”“为何除法不能化简”等问题，“AI伴侣”能够给出深入浅出的解答，并实时判断学生的理解程度，必要时进一步深入讲解。在“AI伴侣”的陪伴下，学生能以最适合自身的节奏和方式学习小数乘除法，逐步养成独立思考、举一反三的优良学习习惯。“AI伴侣”打破了班级教学的同质化局限，真正实现“千人千面”。每个学生在专属学习路径引领下，找到契合自身的最佳学习方式，激发内在学习动机，达成更佳学习效果，进而促进数学素养的全面提升。

（三）趣味化游戏创设：开展智能化“数学游戏创客”

素质教育的核心要义在于促进学生全面且个性化发展，培育学生的创新精神与实践能力。传统应试教育模式难以充分调动学生学习兴趣，遑论创新能力的培养。而将人工智能技术与游戏化学习有机结合，则为素质教育实施开辟了全新路径。教师可利用人工智能游戏开发平台，引领学生协同创作“小数乘除法大冒险”游戏。学生扮演不同的角色：关卡设计师负责构思探险任务及其蕴含的数学问题，如“第一关找到丢失的3.5倍数宝藏”；程序员负责编写代码，判定玩家答案正误，正确方可晋级；游戏画师负责设计关卡场景，并融入数学元素，如在3.5倍数宝藏上绘制“0.5、1.75、3.5、10.5”等数字。在分工协作过程中，学生创造性地运用所学知识，深化对小数乘除法的理解。课后，学生还可邀请家长、同学体验自己开发的游戏，在切磋较量中强化知识掌握。游戏化学习将枯燥的小数计算转化为趣味盎然的探险之旅，学生在轻松愉悦中掌握知识技能。尤为可贵的是，游戏创作培育了学生发现问题、分析问题、创造性解决问题的能力。研究表明，融合智能技术的STEM创客活动能够显著提升小学生的计算思维能力，这表明智能化的游戏创客是培养小学生创新能力的有效途径。作为游戏的创造者和体验者，学生真正成为学习的主人，从而激发更强的自主性，培育创新能力，在快乐中习得终身发展的关键能力。

（四）主体化学习方式：搭建协作式“AI数学创客坊”

创客教育强调动手实践、创意设计与协同探究，倡导在创造中学习。将创客理念引入小学数学教育，需构建协作式的“AI数学创客坊”。在创客坊中，学生运用3D打印机、激光雕刻机等智能设备，将数学知识创造性地转化为实体作品；利用Scratch等图形化编程工具，开发富含数学元素的游戏、动画和学习软件。创客活动突破了传统学习方式的桎梏，让学生成为数学知识的主动建构者和应用者。

以开发“小数大冒险”游戏为例，学生需运用所学小数知识，通过编程创设游戏关卡。游戏以主角闯关情节展开，每一关都设置小数加减问题，答对才能开启通关门。学生分工协作，扮演不同角色：关卡组负责设计每一关的闯关任务，如“第一关找到藏宝图的密码： ；程序组负责编写代码，判断用户输入的小数是否等于密码；美工组负责游戏界面设计，并用数学知识设计精美的游戏元素，如宝藏箱。在协作式项目学习中，学生相互启迪，群策群力，在合作中加深对小数的理解。创客过程化整为零、将数学嵌人编程的思维，培养学生发现问题、简化问题、求解问题的数学思维能力。成功开发出游戏作品，亦能极大激发学生的成就感，提升数学学习的效能感。在AI创客坊中，学生跨学科运用数学、编程、工程等知识，将数学抽象具体化，在创造实践中体悟数学的应用价值，涵养数学核心素养。此外，还可引导学生参加创客大赛，与跨校同伴开展协作探究，在交流碰撞中拓宽数学视野。

三、实践效果及反思

将人工智能技术融入小学数学教学，是顺应智能时代发展潮流，积极探索教育教学变革的创新之举。国内外诸多学校和机构纷纷开展人工智能在小学数学教学中的实践探索，取得了一定成效，积累了宝贵经验，但也暴露出一些问题与挑战，亟待进一步反思与完善。AI辅助备课系统能够依据课程标准和学情数据，智能推荐教学资源，自动生成教学案例和学案，减轻教师备课负担，使教师有更多时间与精力投入创造性教学设计。据调查，使用备课系统的教师备课时间平均缩短 30 % ，备课质量显著提升。借助VR/AR等技术，将数学知识转化为沉浸式的游戏化学习情境，能让学生在虚拟场景中探索数学原理，在交互操作中理解数学概念，寓教于乐，激发学生的数学学习兴趣。

实践表明，沉浸式教学能够显著提升学生的课堂专注度和参与度，促使学习动机更加内在化。尽管人工智能已初步应用于小学数学教学的各个环节，但技术尚未成熟，系统功能有待优化完善。例如，自动批改程序对学生解题过程的分析还不够精准，偶有识别错误发生；学习路径推荐的个性化程度仍需提高；虚拟场景的真实度与交互性尚需加强。当前，多数学校的AI应用还局限于课下作业和课外辅导，真正将人工智能融人课堂教学的情形尚不普遍，教学模式依旧较为传统。如何在40分钟的课堂内科学合理地应用人工智能，充分发挥其优势特性，调动学生参与度，提升教学创新水平，是当前亟待深人探索的课题。

在智能时代的浪潮中，人工智能正以史无前例的速度渗透至教育的各个领域。小学数学作为学生学习旅程的基石，理应积极拥抱这场变革，探索人工智能助力教学的创新路径。综观全文，人工智能凭借其独特优势，为小学数学教学带来了生动直观的情境呈现、智能精准的学习训练、个性化的学习辅导、趣味化的游戏竞赛以及跨学科融合的创客实践，从多维度赋能传统教学模式的变革创新。总之，人工智能有效提升了教学效率，优化了学习体验，激发了学习兴趣，在培育学生核心素养方面展现出广阔前景。

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