构建智能技术平台促进学习方式变革

【摘要】数学课堂是数学教育的主阵地，要使人人都能获得良好的数学教育，不同的人在数学上得到不同的发展，需要对课堂教学提质增效。本文以“长方体体积的计算”一课为例，对不同班级创设传统学具辅助教学和多媒体辅助教学两种不同的学习环境，通过课堂教学呈现的优劣分析，以及课后测试反馈综合对比，发现构建人工智能互动平台改变了学生的学习方式，激发了学生的主体能动性，在一定程度上能更好地突破教学难点，实现先进教育理念与现代化教学手段的完美融合。【关键词】智能技术；数学；信息化；学习方式数学课堂教学是素质教育的主要阵地之一。要优化课堂教学，使课堂教学高效，使每位学生主动发展，关键在于教师要有先进的教育理念和现代化的教学手段。《义务教育数学课程标准（2022年版）》教学理念中指出，合理利用现代信息技术，提供丰富的学习资源，设计生动的数学活动，促进数学教学方式的变革。随着智能技术的广泛应用，智能技术辅助教学已深入小学数学课堂。那么如何发挥智能技术辅助教学的优势和特长，充分调动学生学习的积极性，从而促进学生深入理解新知识，更好地为课堂教学服务呢？下面结合“长方体体积的计算”这一课内容，就教学手段的使用进行两次实验研究并予以阐述。研究过程1.研究目的与方法本研究以义务教育数学教科书五年级下册“长方体体积的计算”一课为例，通过对比学具操作辅助教学和智能技术辅助教学发现，在这两种不同条件下，学生对长方体体积与它的长、宽、高之间的关系理解方面所达到的效果有差异，进一步分析智能技术在助力学生学习、突破教学难点方面的效果。笔者采取对比教学，在五年级一个班中用学具辅助教学，在另一个班用智能技术辅助教学。2.教学实施（1）做好实验前的测试实验前我对两个班的学生进行了40分钟的能力测试。测试内容：概念、四则运算、几何知识、应用题。测试能力：观察能力、逻辑思维能力、计算机能力、空间想像力、解决问题能力、操作技能。通过测试，可以准确地得出：两个班学生的知识基础、能力水平基本持平。（2）学具操作实践教师设计两次摆体积单位的活动，第一次摆一摆是用12个1立方厘米的小正方体拼摆一个长方体，学生呈现四种不同的摆法（图1）。教师使学生明确：一排摆几个小正方体它的长就是几，摆几排宽就是几，摆几层高就是几，长方体里面有多少个小正方体它的体积就是多少。第二次摆一摆是任意拼摆一个长方体，边摆边思考：你摆的长方体的体积是多少？它的長、宽、高各是几？学生呈现各种摆法。通过交流研讨，学生感悟到长方体的体积与它的长、宽、高之间的关系，长方体的体积正好等于它的长、宽、高的乘积。（3）课后测试课后，笔者及时对学生进行了后测，后测题目如下。题1.计算下图的体积（图2）。题2.一个长方体水箱的体积是10立方米，它的长是5米，宽是2米，高是多少米？题3.一个棱长6厘米的正方体木块可以切成多少个棱长是2厘米的小正方体木块？题4.问答题：为什么长方体的体积等于长×宽×高？学具操作测试结果见表1。对于题目4，有6人画摆小正方体图的；有3人用语言叙述的基本正确；39人表述基本不正确；有2人未作答，正确率为18%。针对以上学具操作实践，笔者自主反思如下优势与不足。优势在于，采用学具操作，在学生脑中建立形成了一个真实的立体图，很容易建立实物立体空间感。不足之处：①用1立方厘米的小正方体摆长方体，在操作过程中学具小非常不容易摆齐，浪费了很多时间。50名学生全部完成用了6分钟。②用实物拼摆是一个堆积的过程，是一个从局部到整体的过程，不容易使学生在摆的过程中自觉地建立起长方体的长、宽、高与小正方体个数的关系。长方体的体积与它的长、宽、高之间的关系是在老师的引导下通过观察数据得到的，不利于学生对长方体体积公式的理解。（4）智能技术辅助操作实践为了清楚地了解不同的教学手段所达到的效果到底如何，笔者又进行了智能技术辅助操作的实验。借助智能技术平台“摆一摆”程序1，学生通过拖动1立方厘米的体积单位，计量长方体的体积（图3）。操作活动使学生明确：长方体里面摆了多少个1立方米的小正方体，它的体积就是多少。再借智能技术平台“摆一摆”程序2，学生根据自己的理解采用不同的方法测量长方体的体积。学生出现如下三种摆法（图4）。交流研讨中，学生明确：长方体的长是几，一排就能摆几个体积单位，宽是几，就能摆几排，高是几，就能摆几层。长×宽×高就能算出这个长方体里面一共有多少个体积单位，有多少个这样的体积单位它的体积就是多少。课后我也及时对学生进行了后测，后测题同上（和采用学具操作的测试题是同一份）。测试结果见表2。对于题目4，学生有画摆小正方体图的，有用语言叙述的，大多数学生叙述得不准确，但从叙述中可以看出他们头脑中有摆小块的意思。表述基本正确的有45人，正确率达到了90%。针对以上多媒体智能技术辅助操作实践，笔者自主反思如下优势与不足。优势：①在平台上操作24个小正方体，50名学生全部完成仅用了3分钟，节省了一定的时间。②学生通过拖动小正方体来计量大长方体的体积。在这一过程中，信息技术充分发挥自身的直观性、生动性、交互性的特点，极大地激发了学生的兴趣，使学生始终能兴趣盎然地投入自主探索的活动中。③智能技术助力学生学习，学生想到哪，技术支持就到哪里，技术支持紧跟学生的思考前行。学生能够在智能技术支持下自主选择测量方法，直观、形象的视觉呈现促使学生深化理解，更好地建构长方体体积与它的长、宽、高之间的关系，发展空间观念。信息技术可以实现从整体到局部的过程，即在计算机上提供长方体框架图以及若干个同样大小的小正方体，让学生通过拖动小正方体来计量大长方体的体积，这是学具操作无法实现的，这样突出体现了测量的思想方法。同样是摆，但这次的摆其实就是在测量。这样很容易使学生自主建立长方体的长是几，一排就能摆几个体积单位，宽是几就能摆几排，高是几就能摆几层。这有助于学生理解长方体的体积与长方体长、宽、高之间的关系。不足之处是，平台操作与实物操作还是有本质区别的。信息化学习环境毕竟是虚拟的立体图，和实物立体图还是有差别的，学生还是缺乏一定的实物立体感。研究启示1.整体把握教材，以度量为核心深入知识本质课本上的活动设计是用体积单位堆积长方体，再进一步引导学生通过观察堆积拼摆的长方体的长、宽、高，找到长方体的体积单位个数与其长、宽、高之间的关系，进而推导出长方体体积的计算公式。这样的活动缺乏学生主动探究的意识，缺乏学生感悟的过程，不利于学生理解长方体体积公式。而借助信息技术设计测量活动，智能技术的强交互性融入长方体体积探究活动，实现技术跟着学生思维走的学习样态，有效地突破了本课的教学难点。给学生提供一个长方体框架和若干个1立方厘米的体积单位，学生通过拖动体积单位进行测量，直观形象的动态设计，促使学生主动探究，积极思考长方体的体积单位个数与其长、宽、高之间的关系，从而使学生深刻地理解长方体体积与长、宽、高之间的关系，很好地突出了度量的方法。这种由一个标准去测量的方法是非常重要的，这是学具操作无法实现的。给測量的方法以中心的地位，从而促进学生建立良好的知识体系，为后续学生研究圆的面积、圆柱与圆锥的体积奠定知识基础，提供研究方法的支撑。2.借助智能技术，促进学生对知识的理解“长方体体积的计算”是整个小学数学“图形与几何”领域学习的重点内容。理解长方体公式的推导过程，既是本节课的教学重点，也是教学难点。长方体体积公式是体积公式中的原始概念，学生可以借鉴的材料比较少。因此，学生难于理解长方体体积公式的推导过程。采用学具操作主要是通过摆体积单位形成长方体，并综合几次实验的结果，让学生通过观察数据得出长方体体积与长方体长、宽、高之间的关系，进而推导长方体体积公式。由于采用实物拼摆，无法透视，很难让学生理解长方体体积与长、宽、高之间的关系。这种教学手段使学生只知道体积公式是什么，却不能说出为什么，学生对公式的理解具有一定的局限性。借助智能技术辅助教学，交互式教学平台融入学生测量长方体的活动，助力学生自主探究，提升学生思维能力。智能技术专为测量活动设计了既清晰又丰富的操作界面，学生在自主操作中明确地认识到：长方体的长是几，一排就能摆几个体积单位，宽是几就能摆几排，高是几就能摆几层。这种形象的动态演示并配合教师适当的点评，把长方体拼拆的全过程透视地展现给学生，充分展示了公式的推导过程，有效地激发了学生探究新知识的兴趣，使教与学充满了生机，使学生学得主动，加深了学生对知识的理