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        人工智能對(duì)中學(xué)數(shù)學(xué)“教”與“學(xué)”的作用

        2021-11-10 08:59:53孫春云
        科學(xué)與生活 2021年21期
        關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)教學(xué)人工智能

        孫春云

        摘 要:自2016年AlphaGo戰(zhàn)勝了韓國(guó)最強(qiáng)圍棋選手后,“人工智能”便人盡皆知。人工智能被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè),教育領(lǐng)域也不例外。人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用,不僅能解決學(xué)生在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中遇到的難題,而且對(duì)教師的教學(xué)也有很大的促進(jìn)作用,使教師和學(xué)生可以得到雙向發(fā)展,在教學(xué)中形成一個(gè)良好的動(dòng)態(tài)循環(huán)。

        關(guān)鍵詞:人工智能;數(shù)學(xué)學(xué)習(xí);數(shù)學(xué)教學(xué)

        我國(guó)的教育長(zhǎng)期籠罩在“應(yīng)試教育”的陰影之下,要實(shí)現(xiàn)從應(yīng)試教育到素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)變,就要改變教師為了教而教,學(xué)生為了學(xué)而學(xué)的現(xiàn)狀。人工智能可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,準(zhǔn)確捕捉學(xué)生學(xué)習(xí)的弱點(diǎn),對(duì)學(xué)生進(jìn)行專項(xiàng)訓(xùn)練,為其制定適合自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃,大幅度減少學(xué)習(xí)時(shí)間,有效提高學(xué)習(xí)效率,實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。同時(shí),人工智能也可以減少教師的工作量,從而讓他們有時(shí)間和精力專注于專業(yè)技能的發(fā)展[1]。

        一、中學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的困難

        (一)對(duì)數(shù)學(xué)缺乏興趣,沒有求知欲

        在傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)課堂中往往采用的是單一的“教師-學(xué)生傳授-接受知識(shí)”教學(xué)模式,是以教師為主導(dǎo),學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的方式。這種枯燥單調(diào)的教育方式,使學(xué)生無法感受到自身是學(xué)習(xí)過程中的主體,也無法體會(huì)到課堂的參與感,因此從一定程度上其實(shí)是打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

        數(shù)學(xué)本身是一門抽象的學(xué)科,它并不像其他學(xué)科一樣,研究對(duì)象是現(xiàn)實(shí)生活中客觀存在的事物,在學(xué)習(xí)過程中能夠得到具體事物的支持,給學(xué)生直觀性的感受,有助于加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。例如:物理學(xué)科研究大至宇宙,小至基本粒子等一切物質(zhì)最基本的運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律;生物學(xué)科研究生物(包括植物動(dòng)物和微生物)的結(jié)構(gòu),功能,發(fā)生和發(fā)展規(guī)律的科學(xué)。而數(shù)學(xué)研究的是抽象的形式化的思想材料,例如:數(shù)、式、方程、函數(shù)等。對(duì)于學(xué)生而言,在沒有具體事物的支持下,沒有經(jīng)歷知識(shí)的發(fā)生發(fā)展過程,他們對(duì)一連串冰冷的數(shù)學(xué)符號(hào)所代表的實(shí)際含義是難以理解的[2]。

        (二)對(duì)教師的授課節(jié)奏和風(fēng)格難以適應(yīng)

        每個(gè)學(xué)生都是一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體,他們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中所體現(xiàn)出來的觀察力,注意力,記憶力,空間想象能力,邏輯思維能力等都是不同的,并且通過長(zhǎng)期的數(shù)學(xué)知識(shí)積累,頭腦中的數(shù)學(xué)認(rèn)知結(jié)構(gòu)也存在著千差萬(wàn)別。不同的學(xué)生接受新知識(shí)的能力,速度,難度等也都存在著差異,因此在一個(gè)班級(jí)中,有些學(xué)生能夠較快適應(yīng)教師的講課節(jié)奏,也較容易吸收新知識(shí),并將其整合到自己已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)當(dāng)中;有些學(xué)生基礎(chǔ)較差,他們的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中沒有能同化新知識(shí)的知識(shí),在理解新知識(shí)的過程中就會(huì)有一定的障礙。在中國(guó)傳統(tǒng)的教學(xué)組織形式(班級(jí)授課制)下,注定教師在課堂中無法顧及到所有學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài),只能照顧到成績(jī)居中的大多數(shù)學(xué)生。盡管課程改革一直強(qiáng)調(diào)要因材施教,注重每個(gè)學(xué)生的全面發(fā)展,但是仍然難以落實(shí)到實(shí)踐當(dāng)中[3]。

        教師的專業(yè)知識(shí)水平,人格魅力等都會(huì)影響學(xué)生對(duì)老師的態(tài)度,進(jìn)而影響學(xué)生對(duì)這門課程的喜愛程度。

        二、中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的困難

        (一)多重角色,負(fù)擔(dān)較重

        教師這一職業(yè)天生自帶責(zé)任感和使命感,讓人常常忘記在講臺(tái)下,摘掉教師的稱呼,他們也是一個(gè)社會(huì)人,有自己的生活。尤其對(duì)于女老師,繁忙的工作與家庭瑣事使他們應(yīng)接不暇,對(duì)工作的熱情和積極的態(tài)度也會(huì)逐漸被消磨殆盡。在他人眼中,教師這一職業(yè)代表著輕松,其實(shí)不然。呈現(xiàn)在學(xué)生面前的一節(jié)課,看似只是短短的四十分鐘,背會(huì)卻是由多少個(gè)四十分鐘匯聚而成的。根據(jù)教學(xué)大綱的重難點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),考慮如何設(shè)計(jì)才能使整個(gè)課程環(huán)環(huán)相扣引人深思,如何激發(fā)學(xué)生的興趣,如何引導(dǎo)學(xué)生向正確的方向進(jìn)行思考,如何應(yīng)對(duì)課堂上可能會(huì)出現(xiàn)的各種突發(fā)情況,如何在有限的時(shí)間內(nèi)完成一節(jié)課的教學(xué)任務(wù)……這都需要時(shí)間的付出,才能最終展現(xiàn)給學(xué)生[4]。

        教師的教育對(duì)象是一個(gè)個(gè)鮮活靈動(dòng)的人,學(xué)生都有自己的情緒,愛好,興趣,感受,體驗(yàn)等,在學(xué)習(xí)過程中,不僅知識(shí)積累逐漸豐富,心理也變得復(fù)雜,教師應(yīng)時(shí)刻關(guān)注了解學(xué)生的心理狀況,及時(shí)進(jìn)行疏導(dǎo)與溝通,確保學(xué)生順利有效的進(jìn)行學(xué)習(xí)。

        (二)難以因材施教

        因班級(jí)人數(shù)太多,教師無法及時(shí)了解每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,也無法及時(shí)知道那些知識(shí)他們已經(jīng)掌握,那些知識(shí)是他們的薄弱點(diǎn),從而無法根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)進(jìn)度進(jìn)行指導(dǎo),為他們制定適合自己的學(xué)習(xí)方法和目標(biāo)。

        三、人工智能對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的促進(jìn)作用

        (一)哪里不會(huì)學(xué)哪里

        人工智能可以像基因檢測(cè)一樣準(zhǔn)確找到學(xué)生的學(xué)習(xí)漏洞,及時(shí)反饋給學(xué)生自己的學(xué)習(xí)情況,讓學(xué)生清楚的了解哪些知識(shí)是自己沒有掌握的,繼而進(jìn)行專題訓(xùn)練。例如:二次函數(shù)的知識(shí)點(diǎn)主要包括二次函數(shù)的定義,表示形式,性質(zhì),圖像,三要素等。在學(xué)完有關(guān)二次函數(shù)的知識(shí)后,可以讓學(xué)生練習(xí)人工智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)篩選出的相關(guān)習(xí)題,之后系統(tǒng)會(huì)準(zhǔn)確診斷出學(xué)習(xí)的弱點(diǎn)。如果學(xué)生對(duì)二次函數(shù)的性質(zhì)不熟悉,可以專門針對(duì)這部分內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí),達(dá)到讓學(xué)生只學(xué)不會(huì)的知識(shí)點(diǎn),節(jié)省80%的刷題時(shí)間,輕松提高學(xué)習(xí)效率[5]。

        (二)追根溯源,找到知識(shí)漏洞

        一個(gè)九年級(jí)的知識(shí)點(diǎn)學(xué)不會(huì)可能是因?yàn)榱?,七年?jí)的某些知識(shí)點(diǎn)沒有掌握而導(dǎo)致的。例如:高中學(xué)習(xí)二次函數(shù)時(shí),會(huì)有求函數(shù)值為零時(shí)自變量的值,其中一種方法是將求函數(shù)自變量的值轉(zhuǎn)化為求二元一次方程的根,這時(shí)考察的就是初中學(xué)過的有關(guān)二元一次方程求根的知識(shí)點(diǎn)。如果學(xué)生在解方程中遇到困難,那么初中這部分內(nèi)容就沒有掌握。人工智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以幫助學(xué)生從源頭找準(zhǔn)知識(shí)漏洞,查漏補(bǔ)缺,確保學(xué)生之后的學(xué)習(xí)可以順利有效的進(jìn)行。

        (三)根據(jù)目標(biāo)放棄

        不同學(xué)生的學(xué)習(xí)能力是有懸殊的。在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中,有些學(xué)生的空間想象能力較好,那么他可能對(duì)空間幾何方面的知識(shí)點(diǎn)掌握的就比較好;而有些學(xué)生的邏輯抽象能力較強(qiáng),那么他可能在學(xué)方程和函數(shù)時(shí)的成績(jī)就比較突出。通過系統(tǒng)檢測(cè),可以分析出學(xué)生哪方面的能力較強(qiáng),有效地幫助學(xué)生找到對(duì)他們來說容易學(xué)會(huì)的知識(shí)點(diǎn),使他們快速建立成就感,戰(zhàn)略性放棄難度大耗時(shí)間長(zhǎng)的知識(shí)點(diǎn),在短時(shí)間內(nèi)快速掌握盡可能多的內(nèi)容。

        (四)動(dòng)態(tài)規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑

        實(shí)時(shí)捕捉學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),根據(jù)每位學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)度的不同,制定個(gè)性化學(xué)習(xí)方案,將時(shí)間有效花在薄弱的知識(shí)點(diǎn)上,輔助教師將因材施教真正落實(shí)到實(shí)處,讓每個(gè)孩子的能力得到最大程度的發(fā)展與提升[6]。

        (五)難度實(shí)時(shí)調(diào)控

        讓成績(jī)優(yōu)異的學(xué)生根據(jù)自身能力學(xué)習(xí)具有挑戰(zhàn)的內(nèi)容,成績(jī)一般或者成績(jī)不佳的學(xué)生學(xué)習(xí)容易聽懂的并能夠接受的知識(shí)。

        (六)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣

        人工智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)可以向?qū)W生呈現(xiàn)每一個(gè)抽象復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)的來源發(fā)展過程,激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索知識(shí)的欲望,讓學(xué)生了解足夠的數(shù)學(xué)文化,在數(shù)學(xué)文化背景下進(jìn)行學(xué)習(xí),有利于學(xué)生理解抽象的數(shù)學(xué)概念,命題和定義等。

        (七)整合教育資源,實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育公平化

        我國(guó)優(yōu)秀教育資源分配是極度不平衡的,大多高學(xué)歷有經(jīng)驗(yàn)的名師都聚集在北上廣這樣的一線城市,其他城市由于受地理位置,發(fā)展前景以及經(jīng)濟(jì)條件等的制約,難以吸引到優(yōu)秀的教師,學(xué)生就無法受到良好的教育。人工智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將優(yōu)秀教育資源整合,打破時(shí)間和空間的限制,讓每位學(xué)生都可以根據(jù)自己的興趣和學(xué)習(xí)能力選擇適合自己的教師,實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育公平化。

        四、人工智能對(duì)數(shù)學(xué)教師教學(xué)的輔助作用

        (一)通過檢測(cè)出來的學(xué)習(xí)報(bào)告,教師可以及時(shí)獲取每位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和能力發(fā)展趨勢(shì),有利于教師改進(jìn)自己的教學(xué)方式和進(jìn)度,盡可能照顧到更多的學(xué)生。

        (二)減輕教師的負(fù)擔(dān),代替教師完成沒有技術(shù)含量的工作,讓教師有更多的時(shí)間和精力提升自身教學(xué)能力,積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn),擴(kuò)大知識(shí)面,鉆研中學(xué)數(shù)學(xué)教材,進(jìn)行有創(chuàng)造性的教學(xué)設(shè)計(jì),了解當(dāng)下中學(xué)生的心理和學(xué)習(xí)進(jìn)度等,給學(xué)生們提供更精彩的課堂展示[7]。

        五、結(jié)束語(yǔ)

        人工智能在教育領(lǐng)域的逐步普及,使得長(zhǎng)久以來未得到解決的教育難題迎刃而解,即便如此,人工智能也無法完全取代傳統(tǒng)的課堂教學(xué)。在未來,教師和人工智能的相互配合,相輔相成,使數(shù)學(xué)不再是讓中學(xué)生感到困難的一門學(xué)科,而是能讓學(xué)生深刻感受到數(shù)學(xué)的魅力所在,切身體會(huì)到學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的樂趣[8]。

        參考文獻(xiàn):

        [1]于澤元,尹合棟.人工智能所帶來的課程新視野與新挑戰(zhàn)[J]課程教材教法.2019(2).

        [2]宋靈青,許林.人工智能教育應(yīng)用的邏輯起點(diǎn)與邊界—以知識(shí)學(xué)習(xí)為例[J].中國(guó)電化教育,2019(6):14-20.

        [3]孫田琳子,沈書生.論人工智能的教育尺度—來自得雷福斯的現(xiàn)象學(xué)反思[J].中國(guó)電化教育,2019(11).

        [4]呂愷悅,孫眾.“人工智能+教師現(xiàn)狀”的現(xiàn)狀,動(dòng)態(tài)與問題[J].現(xiàn)代教育技術(shù).2019(11).

        [5]葉瀾.教育概論[M].北京:教育科學(xué)出版社,1991.

        [6]譚維智.互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代教育的時(shí)間邏輯[J].教育研究,2017(8):12-14.

        [7]閆小葉.淺析“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下高校青年教師專業(yè)成長(zhǎng)問題[J]西部學(xué)刊.2019(14).

        [8]顧建軍.技術(shù)的現(xiàn)代維度與教育價(jià)值[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)(教育科學(xué)版),2018:1-18.

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