中學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)效益提升策略

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摘要：人工智能的飛速發(fā)展，為數(shù)學(xué)教育的改革帶來新機(jī)會(huì)。通過分析傳統(tǒng)中學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)存在的問題，探索利用人工智能提升中學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)效益的策略，以期得到新時(shí)代下富有實(shí)效的教學(xué)思路，對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量與提升教學(xué)效益，具有借鑒意義和參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：“人工智能+”時(shí)代；中學(xué)數(shù)學(xué)；課堂效益；高效課堂；信息技術(shù)

2017年，國家《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出加快人工智能高端人才培養(yǎng)，建設(shè)人工智能學(xué)科，發(fā)展智能教育[1]。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能革命已經(jīng)廣泛滲透進(jìn)了教育領(lǐng)域，使得教育的管理面臨著智能化時(shí)代帶來的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時(shí)代帶來的是科技的浪潮和行業(yè)的顛覆[2]。人工智能深刻影響著中小學(xué)教育的改革方向，教師的角色和作用是什么呢？如何把智能與我們的教育融合在一起，使我們的教學(xué)更有溫度、更加豐富多彩，需要我們認(rèn)真思考。

1傳統(tǒng)課堂存在的問題

新課程改革已經(jīng)開始實(shí)施,但數(shù)學(xué)的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式基本上還是教師講、學(xué)生被動(dòng)接受，使用的是統(tǒng)一的教學(xué)大綱、統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)不出學(xué)生的個(gè)性差異。如何使課堂教學(xué)更好地服務(wù)于我國實(shí)際情況的教育路線？2020年12月19日-20日在珠海舉行了“智能時(shí)代的中小學(xué)數(shù)學(xué)教育變革研討會(huì)”，會(huì)上，湯濤校長認(rèn)為目前的數(shù)學(xué)教育培養(yǎng)了好勝心，但沒有帶來激發(fā)興趣的好奇心。對(duì)于中小學(xué)教師和家長來說，要培養(yǎng)有后勁的學(xué)生，關(guān)鍵是要培養(yǎng)孩子的好奇心。葛軍校長認(rèn)為，隨著新課程新高考進(jìn)程的推進(jìn)，數(shù)學(xué)教育應(yīng)以“立德樹人”為目標(biāo)，用“生長教育”的理念引導(dǎo)學(xué)生。

2“人工智能+教育”時(shí)代對(duì)課堂的影響

2019年教育部了《關(guān)于實(shí)施全國中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0的意見》（以下簡稱《意見》），《意見》里提出要推動(dòng)教師主動(dòng)適應(yīng)信息化、人工智能等新技術(shù)變革，積極有效開展教育教學(xué)。在新一輪變革推動(dòng)下，人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等前沿科技正加速應(yīng)用于教育領(lǐng)域。主要是要改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，要從教師的教轉(zhuǎn)變到學(xué)生的學(xué)。教師要充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，改變單向傳授知識(shí)的方式。學(xué)生通過自我學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，自己去探索，或者與同伴合作，互相探討。教師可以利用人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，幫助學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)科學(xué)的、合適的學(xué)習(xí)方案。人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等，還可以作為教師的有力助手。人工智能教育需要教師在探索與實(shí)踐中,聯(lián)合學(xué)生、教師、家長、社會(huì)各方面力量,深耕細(xì)作,實(shí)現(xiàn)從0到1的過程,培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力[3]。人工智能實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互，符合學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)要求，學(xué)生只需要輸入關(guān)鍵詞或圖片就能獲得答案，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。通過大數(shù)據(jù)了解學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的發(fā)生過程，智能測(cè)評(píng)學(xué)習(xí)者的真實(shí)學(xué)習(xí)水平，智慧教育平臺(tái)的構(gòu)建，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)在線答疑、作業(yè)自動(dòng)批改、智能化個(gè)性學(xué)習(xí)，還能通過智能設(shè)備有效預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為，并依據(jù)精準(zhǔn)的個(gè)性分析，向?qū)W習(xí)者智能推送學(xué)習(xí)資源，有助于激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，推進(jìn)未來教育的變革創(chuàng)新。通過智慧的方式解決課堂教學(xué)中出現(xiàn)的各種問題，讓學(xué)生感受到智慧的魅力，調(diào)動(dòng)學(xué)生“智慧”熱情，同時(shí)，教師在教學(xué)中要注意引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新，特別是在數(shù)學(xué)解題中，鼓勵(lì)學(xué)生開展一題多解、變式訓(xùn)練等活動(dòng)，全面強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生智力發(fā)展[4]。

3中學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)效益提升的策略研究

中小學(xué)階段，課堂教學(xué)仍然是重中之重，人工智能對(duì)課堂教學(xué)帶來強(qiáng)烈的沖擊與挑戰(zhàn)。按照《數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》，教師要掌握現(xiàn)代信息技術(shù)，向?qū)W生提供豐富的學(xué)習(xí)資源，幫助學(xué)生理解問題。主要通過課堂的師生活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)課堂的生活化、情感化以及個(gè)性化，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力素質(zhì)，優(yōu)化數(shù)學(xué)課堂教學(xué)，提高課堂教學(xué)效益。（1）切實(shí)進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，開啟學(xué)習(xí)的知識(shí)前奏。《新課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)：預(yù)習(xí)是學(xué)習(xí)的個(gè)體一種獨(dú)立的探索活動(dòng)。學(xué)生憑借已有的知識(shí)、生活經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)方法，自主探索，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)好數(shù)學(xué)的信心，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。在新課程理念背景下，預(yù)習(xí)不再是單純?yōu)檎莆罩R(shí)和技能而設(shè)置的學(xué)習(xí)活動(dòng)，而是為了讓每一個(gè)孩子發(fā)展得更好。教師明確提出預(yù)習(xí)要求，學(xué)生按照教師的指令，通讀教材，畫出要點(diǎn)，適當(dāng)做筆記，理解主要知識(shí)點(diǎn)，慢慢地學(xué)會(huì)舉例理解，使抽象概念具體化，大膽提出疑問，與教師交流，參與智能教學(xué)平臺(tái)相關(guān)的主題討論，在平臺(tái)反饋預(yù)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)困難，嘗試完成平臺(tái)的預(yù)習(xí)作業(yè)。大數(shù)據(jù)可以反映出學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，根據(jù)這個(gè)結(jié)果，任課教師可以及時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃。（2）關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異，開展因材施教。首先，承認(rèn)學(xué)生個(gè)體差異的存在，深刻認(rèn)識(shí)到每個(gè)學(xué)生的獨(dú)特性，教育教學(xué)中會(huì)存在個(gè)性差異。其次，尊重學(xué)生的個(gè)體差異，不用同一標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生，允許學(xué)生個(gè)體的不同發(fā)展。“人工智能+教育”可以做到根據(jù)學(xué)生的個(gè)體差異授課，課前預(yù)習(xí)任務(wù)，課中基于課前學(xué)生的預(yù)習(xí)數(shù)據(jù)，教師在授課過程中著重講解了學(xué)生預(yù)習(xí)當(dāng)中遇到的共性問題，并且通過大量案例、視頻幫助學(xué)生理解，基于案例的小組討論可以讓學(xué)生記憶深刻。另外，課堂上結(jié)合所授知識(shí)點(diǎn)，設(shè)置不同的學(xué)習(xí)任務(wù)，通過任務(wù)完成情況，感知學(xué)生對(duì)知識(shí)的接受程度。人工智能化的課堂就是讓學(xué)生忙起來，通過完成任務(wù)、參與課堂活動(dòng)獲得知識(shí)。不同的學(xué)生的學(xué)習(xí)能力有所不同，因此要學(xué)會(huì)分層次教學(xué)，對(duì)不同的學(xué)生布置不同類型的題目，對(duì)知識(shí)進(jìn)行加強(qiáng)鞏固。大數(shù)據(jù)的結(jié)果也能讓我們及時(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行督學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信息以及情感鼓勵(lì)。教學(xué)過程中采用多種教學(xué)形式，如師生互動(dòng)、生生互動(dòng)、邊講邊練、生講生練，學(xué)生通過扮演小教師，體驗(yàn)成就感，體現(xiàn)個(gè)性差異。（3）創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。愛因斯坦曾經(jīng)說過：“興趣是最好的老師。”它能激發(fā)人的創(chuàng)造熱情、好奇心和求知欲。一個(gè)好的問題情境，能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他的求知欲與好奇心。教師要學(xué)會(huì)創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生對(duì)新知識(shí)學(xué)習(xí)的熱情，有了興趣，接受新知識(shí)也就更容易一些。教師要學(xué)會(huì)利用人工智能技術(shù)，構(gòu)建有趣的教學(xué)情境。如在§2.12等式的性質(zhì)（《數(shù)學(xué)》七年級(jí)上，人民教育出版社）的學(xué)習(xí)中，通過VR技術(shù)，展示天平稱物體的動(dòng)態(tài)過程，讓學(xué)生初步感知物體的平衡。也可以用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生切身體會(huì)這一過程。這時(shí)再引入新課，學(xué)生頓時(shí)對(duì)等式的知識(shí)產(chǎn)生了極其濃厚的興趣。又如在教學(xué)圓和圓的位置關(guān)系時(shí),通過Geogebra或者幾何畫板軟件制作圓移動(dòng)的動(dòng)態(tài)過程,這樣學(xué)生就看清圓和另一個(gè)圓從相離，到相切，到相交，到內(nèi)含的動(dòng)態(tài)過程，也可以借助展示生活中的例子，比如月球和地球一個(gè)月內(nèi)的位置關(guān)系，平常生活中學(xué)生可能知道月球和地球的大概位置移動(dòng)，但不清楚具體是什么情況，因此可以通過視頻展示，讓學(xué)生看清月食的形成過程，不僅學(xué)習(xí)了天文知識(shí)，也清楚了數(shù)學(xué)中圓與圓的位置關(guān)系。數(shù)學(xué)與生活是緊密聯(lián)系的，數(shù)學(xué)來源于生活，因此可以在實(shí)際生活中來創(chuàng)設(shè)具有趣、異、疑特征的小而具體、新而有趣、有適當(dāng)難度的生活化情境，把學(xué)生帶入數(shù)學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)，不僅激發(fā)了學(xué)生的問題意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，還促使學(xué)生圍繞自己身邊的問題展開探究，提高學(xué)生的數(shù)學(xué)應(yīng)用能力，讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的重要性,有助于學(xué)生利用所學(xué)的數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題。（4）熟悉智能教學(xué)系統(tǒng)，營造自主高效課堂。在教育變革中，必須要將人工智能與大數(shù)據(jù)進(jìn)行全面融合，才能進(jìn)一步通過智能軟件、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法，對(duì)學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性的智能服務(wù)[5]。“駕馭式自主高效課堂”[6]就是在教師的組織、引領(lǐng)下，建立的學(xué)生自主高效學(xué)習(xí)發(fā)展的課堂。把每節(jié)課的內(nèi)容分為許多小任務(wù)，大致按照“學(xué)、教、練、展、評(píng)”的流程，教師分階段引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，以生為本，達(dá)到教育的最終目的，使每位學(xué)生得到最優(yōu)化發(fā)展。在課堂上應(yīng)有一種讀秒意識(shí)，把每個(gè)環(huán)節(jié)做到最佳，真正體現(xiàn)“駕馭式自主高效課堂”，提高課堂效益，努力使各個(gè)層次的學(xué)生在課堂上極致化發(fā)展。有效落實(shí)“駕馭式自主高效課堂”五個(gè)微環(huán)節(jié)，即“學(xué)、教、練、展、評(píng)”+鞏固診斷，提高課堂效率，加強(qiáng)學(xué)生綜合能力的發(fā)展。另外，通過智能教學(xué)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)功能可以分析學(xué)生的具體學(xué)習(xí)效果、解題習(xí)慣等，這樣教師可以進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)，布置針對(duì)性題目，采用分層教學(xué)方式，真正實(shí)現(xiàn)因材施教。（5）借助智能軟件，使數(shù)學(xué)知識(shí)可視化。我們常說數(shù)學(xué)比較抽象，這主要體現(xiàn)在一些定理和概念等形成的過程上，因此可以借助一些智能軟件，如幾何畫板、Geogebra、Mathmatica等軟件，使數(shù)學(xué)知識(shí)可視化，讓學(xué)生感悟到數(shù)學(xué)產(chǎn)生的過程，這樣可以引導(dǎo)學(xué)生形成數(shù)學(xué)抽象的核心素養(yǎng)。由于概念定理等的講解都比較抽象，因此教師除了通過向?qū)W生展示生活實(shí)例外，借助思維可視化技術(shù)輔助學(xué)生理解，結(jié)合文字語言、符號(hào)語言和圖形語言讓學(xué)生真正將知識(shí)融會(huì)貫通，這樣學(xué)生接受起來就容易得多了。如，在學(xué)次函數(shù)的性質(zhì)時(shí)，可利用Geogebra軟件畫出二次函數(shù)形成的過程，通過圖像學(xué)生就能歸納出二次函數(shù)的性質(zhì)。這樣既節(jié)省了畫圖的時(shí)間，又很直觀，從而提高了課堂效率。（6）拓展數(shù)學(xué)問題，體會(huì)數(shù)學(xué)的應(yīng)用價(jià)值。在高效的課堂學(xué)習(xí)后，學(xué)生掌握了數(shù)學(xué)知識(shí)，也有了自主學(xué)習(xí)的能力，教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際問題，比如章節(jié)過后布置任務(wù)，讓學(xué)生知道數(shù)學(xué)來源生活也應(yīng)用于生活。要讓學(xué)生學(xué)會(huì)收集和整理相關(guān)信息，刪繁去簡，學(xué)會(huì)提取有用的信息，通過應(yīng)用數(shù)學(xué)，拓展了他們的思維，也激發(fā)了他們的探索能力，培養(yǎng)自我認(rèn)同感，提高對(duì)科技及其他類型模型的興趣和探求意識(shí)，感受數(shù)學(xué)與生活是密不可分的。人工智能使教育發(fā)生了革命性的變革，但是教育的本質(zhì)是不會(huì)變的，智能也是依賴于“人工”。教師應(yīng)該主動(dòng)擁抱人工智能，利用人工智能的長處，推動(dòng)向“素質(zhì)教育”的深刻轉(zhuǎn)型。

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作者：陳梅香 晏瑜敏 林荔娜 黃少武 單位：莆田學(xué)院 數(shù)學(xué)與金融學(xué)院 莆田學(xué)院