人工智能对中学数学“教”与“学”的作用

孙春云

摘 要：自2016年AlphaGo战胜了韩国最强围棋选手后，“人工智能”便人尽皆知。人工智能被广泛应用于各个行业，教育领域也不例外。人工智能在教育领域的应用，不仅能解决学生在数学学习中遇到的难题，而且对教师的教学也有很大的促进作用，使教师和学生可以得到双向发展，在教学中形成一个良好的动态循环。

关键词：人工智能;数学学习;数学教学

我国的教育长期笼罩在“应试教育”的阴影之下，要实现从应试教育到素质教育的转变，就要改变教师为了教而教，学生为了学而学的现状。人工智能可以调动学生学习的积极性，准确捕捉学生学习的弱点，对学生进行专项训练，为其制定适合自己的学习计划，大幅度减少学习时间，有效提高学习效率，实现个性化学习。同时，人工智能也可以减少教师的工作量，从而让他们有时间和精力专注于专业技能的发展[1]。

一、中学数学学习的困难

（一）对数学缺乏兴趣，没有求知欲

在传统的数学课堂中往往采用的是单一的“教师-学生传授-接受知识”教学模式，是以教师为主导，学生被动接受知识的方式。这种枯燥单调的教育方式，使学生无法感受到自身是学习过程中的主体，也无法体会到课堂的参与感，因此从一定程度上其实是打击了学生学习的积极性。

数学本身是一门抽象的学科，它并不像其他学科一样，研究对象是现实生活中客观存在的事物，在学习过程中能够得到具体事物的支持，给学生直观性的感受，有助于加深学生对知识点的理解。例如：物理学科研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律;生物学科研究生物（包括植物动物和微生物）的结构，功能，发生和发展规律的科学。而数学研究的是抽象的形式化的思想材料，例如：数、式、方程、函数等。对于学生而言，在没有具体事物的支持下，没有经历知识的发生发展过程，他们对一连串冰冷的数学符号所代表的实际含义是难以理解的[2]。

（二）对教师的授课节奏和风格难以适应

每个学生都是一个独立的个体，他们在学习过程中所体现出来的观察力，注意力，记忆力，空间想象能力，逻辑思维能力等都是不同的，并且通过长期的数学知识积累，头脑中的数学认知结构也存在着千差万别。不同的学生接受新知识的能力，速度，难度等也都存在着差异，因此在一个班级中，有些学生能够较快适应教师的讲课节奏，也较容易吸收新知识，并将其整合到自己已有的认知结构当中;有些学生基础较差，他们的认知结构中没有能同化新知识的知识，在理解新知识的过程中就会有一定的障碍。在中国传统的教学组织形式（班级授课制）下，注定教师在课堂中无法顾及到所有学生的学习状态，只能照顾到成绩居中的大多数学生。尽管课程改革一直强调要因材施教，注重每个学生的全面发展，但是仍然难以落实到实践当中[3]。

教师的专业知识水平，人格魅力等都会影响学生对老师的态度，进而影响学生对这门课程的喜爱程度。

二、中学数学教学的困难

（一）多重角色，负担较重

教师这一职业天生自带责任感和使命感，让人常常忘记在讲台下，摘掉教师的称呼，他们也是一个社会人，有自己的生活。尤其对于女老师，繁忙的工作与家庭琐事使他们应接不暇，对工作的热情和积极的态度也会逐渐被消磨殆尽。在他人眼中，教师这一职业代表着轻松，其实不然。呈现在学生面前的一节课，看似只是短短的四十分钟，背会却是由多少个四十分钟汇聚而成的。根据教学大纲的重难点进行教学设计，考虑如何设计才能使整个课程环环相扣引人深思，如何激发学生的兴趣，如何引导学生向正确的方向进行思考，如何应对课堂上可能会出现的各种突发情况，如何在有限的时间内完成一节课的教学任务……这都需要时间的付出，才能最终展现给学生[4]。

教师的教育对象是一个个鲜活灵动的人，学生都有自己的情绪，爱好，兴趣，感受，体验等，在学习过程中，不仅知识积累逐渐丰富，心理也变得复杂，教师应时刻关注了解学生的心理状况，及时进行疏导与沟通，确保学生顺利有效的进行学习。

（二）难以因材施教

因班级人数太多，教师无法及时了解每个学生的学习情况，也无法及时知道那些知识他们已经掌握，那些知识是他们的薄弱点，从而无法根据学生的学习能力和学习进度进行指导，为他们制定适合自己的学习方法和目标。

三、人工智能对学生学习数学的促进作用

（一）哪里不会学哪里

人工智能可以像基因检测一样准确找到学生的学习漏洞，及时反馈给学生自己的学习情况，让学生清楚的了解哪些知识是自己没有掌握的，继而进行专题训练。例如：二次函数的知识点主要包括二次函数的定义，表示形式，性质，图像，三要素等。在学完有关二次函数的知识后，可以让学生练习人工智能学习系统筛选出的相关习题，之后系统会准确诊断出学习的弱点。如果学生对二次函数的性质不熟悉，可以专门针对这部分内容进行学习，达到让学生只学不会的知识点，节省80%的刷题时间，轻松提高学习效率[5]。

（二）追根溯源，找到知识漏洞

一个九年级的知识点学不会可能是因为六，七年级的某些知识点没有掌握而导致的。例如：高中学习二次函数时，会有求函数值为零时自变量的值，其中一种方法是将求函数自变量的值转化为求二元一次方程的根，这时考察的就是初中学过的有关二元一次方程求根的知识点。如果学生在解方程中遇到困难，那么初中这部分内容就没有掌握。人工智能学习系统可以帮助学生从源头找准知识漏洞，查漏补缺，确保学生之后的学习可以顺利有效的进行。

（三）根据目标放弃

不同学生的学习能力是有悬殊的。在数学学习中，有些学生的空间想象能力较好，那么他可能对空間几何方面的知识点掌握的就比较好;而有些学生的逻辑抽象能力较强，那么他可能在学方程和函数时的成绩就比较突出。通过系统检测，可以分析出学生哪方面的能力较强，有效地帮助学生找到对他们来说容易学会的知识点，使他们快速建立成就感，战略性放弃难度大耗时间长的知识点，在短时间内快速掌握尽可能多的内容。

（四）动态规划学习路径

实时捕捉学生学习动态数据，根据每位学生学习进度的不同，制定个性化学习方案，将时间有效花在薄弱的知识点上，辅助教师将因材施教真正落实到实处，让每个孩子的能力得到最大程度的发展与提升[6]。

（五）难度实时调控

让成绩優异的学生根据自身能力学习具有挑战的内容，成绩一般或者成绩不佳的学生学习容易听懂的并能够接受的知识。

（六）激发学生学习数学的兴趣

人工智能学习系统可以向学生呈现每一个抽象复杂的数学知识点的来源发展过程，激发学生的好奇心和探索知识的欲望，让学生了解足够的数学文化，在数学文化背景下进行学习，有利于学生理解抽象的数学概念，命题和定义等。

（七）整合教育资源，实现优质教育公平化

我国优秀教育资源分配是极度不平衡的，大多高学历有经验的名师都聚集在北上广这样的一线城市，其他城市由于受地理位置，发展前景以及经济条件等的制约，难以吸引到优秀的教师，学生就无法受到良好的教育。人工智能学习系统实现了将优秀教育资源整合，打破时间和空间的限制，让每位学生都可以根据自己的兴趣和学习能力选择适合自己的教师，实现优质教育公平化。

四、人工智能对数学教师教学的辅助作用

（一）通过检测出来的学习报告，教师可以及时获取每位学生的学习情况和能力发展趋势，有利于教师改进自己的教学方式和进度，尽可能照顾到更多的学生。

（二）减轻教师的负担，代替教师完成没有技术含量的工作，让教师有更多的时间和精力提升自身教学能力，积累教学经验，扩大知识面，钻研中学数学教材，进行有创造性的教学设计，了解当下中学生的心理和学习进度等，给学生们提供更精彩的课堂展示[7]。

五、结束语

人工智能在教育领域的逐步普及，使得长久以来未得到解决的教育难题迎刃而解，即便如此，人工智能也无法完全取代传统的课堂教学。在未来，教师和人工智能的相互配合，相辅相成，使数学不再是让中学生感到困难的一门学科，而是能让学生深刻感受到数学的魅力所在，切身体会到学习数学的乐趣[8]。

参考文献：

[1]于泽元，尹合栋.人工智能所带来的课程新视野与新挑战[J]课程教材教法.2019（2）.

[2]宋灵青，许林.人工智能教育应用的逻辑起点与边界—以知识学习为例[J].中国电化教育，2019（6）：14-20.

[3]孙田琳子，沈书生.论人工智能的教育尺度—来自得雷福斯的现象学反思[J].中国电化教育，2019（11）.

[4]吕恺悦，孙众.“人工智能+教师现状”的现状，动态与问题[J].现代教育技术.2019（11）.

[5]叶澜.教育概论[M].北京：教育科学出版社，1991.

[6]谭维智.互联网时代教育的时间逻辑[J].教育研究，2017（8）：12-14.

[7]闫小叶.浅析“互联网+”背景下高校青年教师专业成长问题[J]西部学刊.2019（14）.

[8]顾建军.技术的现代维度与教育价值[J].华东师范大学学报（教育科学版），2018：1-18.