总第362期
2021年5
月作者简介：许雅丽，本科，一级教师。福建省厦门外国语学校附属小学，361004
借人工智能    寻数学原理
—以人工智能与数学学科融合课《掷一掷》磨课过程为例
许雅丽
摘　要：人工智能给数学学科的教学带来了新的契机。以人教版《数学(五年级上册)》《掷一掷》的磨课过程为例，阐述人工智能与数学学科融合的具体思考与策略梳理，明晰“人工智能助力数学学习，数学原理实为智能根本”的教学理念，明确人工智能与数学势必要融通共进。关键词：人工智能；数学学科；融合
当人工智能成为社会热门词汇，每一位教育工作者都必须意识到“智能为王”的时代已来，时代的洪流已将每个人都卷入这场前所未有的变革中，人工智能也给数学学科的教学带来了新的契机。中国科学院院士、西安交通大学教授徐宗本曾说：“人工智能的基石是数学，没有数学基础科学的支持，人工智能很难行稳至远。”看来，助力人工智能学习的第一步就是数学。人工智能与数学，势必要融通共进。
2020年11月，厦门外国语学校附属小学作为“福建省义务教育教改示范校”，筹划了一场展示活动，研讨主题是人工智能与学科教学融合。其中数学学科展示的课例是《掷一掷》，现结合本课磨课过程，谈一谈人工智能与数学学科融合的思考与实践。
一、开篇曲—研读课程背景
教学只有立足于“本”，才能实现真正有效的教学，虽是融合课程，研读教材却也是必要路径。《掷一掷》是人教版《数学(五年级上册)》《可能性》单元中的一课，是学生对“概率”具备初步认识后的综合实践活动。常规教学思路主要以游戏化的实践操作为主，教师带领学生按规定操作分组掷骰子，随后列举并画出统计表，再观察统计图后简单推理，明确点数和为7的可能性最大。
本课中，学生观察与思考的起点就是“掷骰子求点数和”这一活动，但这一操作活动明显受到课堂教学时间、空间、随机性的限制，对结果的预判有一定的难度。
二、衔接曲——思考教学定位
基于课程背景及教材研读，笔者发出叩问，提出思考点：第一，人工智能与课程的融合点在哪里？第二，人工智能能提供哪些有效的服务？第三，人工智能能给学生带来什么影响？
深入分析后，教研团队明晰教学定位，明确着力点：第一，不脱离数学学科的本质，定位数学课；第二，体现人工智能的优越性，借助其工具性；第三，强化分析观念，引入统计观。
三、奏鸣曲——聚焦教学结构
基于以上思考，笔者设计初步的教学结构：借助Uco 软件，利用编程计算点数和。在程序中，学生只要理解其中的逻辑，将“点数和”设为“变量1+变量2”，变量1和变量2对应的就是“子1+子2”(见图1)，两人合
作，操纵Uco 完成“掷一掷”直至实验结束。接着利用电子白板展示(见图2)，体会数据的随机性，虽然每组的实验数据不同，但数据呈现趋势图是一致的。
图1    教学效果展示            图2    电子白板效果展示
借助实验软件进行数据统计(见图3)，并直观地呈现柱状图动态变化过程(见图4)，学生对比小组统计
总第362
期
2021年5月
教育信息化与智能化
图、1 000次统计图、10 000次统计图，可以更清晰地看
到统计图背后所蕴含的数学规律。
图3
数据统计展示
图4    动态变化统计图对比
全课借助人工智能的工具性，让学生更容易理解数据背后的规律及数学原理，巧妙突破本课的难点，提供解决这类问题的方法，渗透统计思想，并让学生初步感悟到“人工智能助力数学学习，数学原理实为智能根本”的理念。
四、转折曲—优化教学细节
大学编程课是学什么的
一节课，从无到有，从尝试到成熟，都是需要时间和智慧去沉淀的。磨课的过程，必然是阵痛的过程，同时也是收获的过程。
1.磨课一：从理想走向现实
第一次磨课，选择的是每两周有一堂人工智能课的五年级(6)班，他们已有8节完整人工智能课的编程经验，有一定的编程基础(有部分学生在校外已经深入接触过编程课程)。然而观课后，笔者发现一些问题：一是学生编程水平高低不一，部分学生对于编程规则不了解；二是教师课堂问题指向性不明确；三是“利用数据分析，揭
示背后规律”环节，学生主动性不足。
笔者先前对学生的编程基础过于乐观，因此在教学现场观课后，倾听学生最真实的声音及反馈，针对问题进行重新调整：教师首先对编程规则进行示范讲解；其次优化教师语言，提高问题的指向性；最后修改程序，提升编程环节的有效性。
此外，笔者还关注不同编程素养学生在数学课堂上的发展。编程水平高的学生可以挑战Uco 程序填空版(见图5)
，发现变量和子的关系，编辑两个变量，求点数和；编程水平较弱的学生可以使用教师提供的Uco
程序完整版(见图6)进行实验。
图5    Uco 程序填空版界面展示
图6    Uco 程序完整版界面展示
2.磨课二：从同步走向分层
在编程环节分层后，既满足不同水平学生的发展需求，也使课堂更高效，初步达到融合效果。但是，第二次试教也暴露了一些问题：一是该班的编程基础比第一次试教的班级更弱；二是教师针对学生的理答情况不理想，规律背后的数学原理表述过于浅显；三是拓展练习没有分层提升。
但是试教后，笔者也坚定了观点，即利用人工智能采集数据的便捷性、直观性以及大数据分析的优越性辅助数学学科教学。
总第362期
2021年5
月3.磨课三：从预见走向遇见
经历两次磨课，亟待解决的问题聚焦在学生的编程水平，能预见的难点就是编程水平不一。这时，笔者想到前置学习任务，这是在教学正式开展前，帮助学生预习、交流和自主进行学习建构的有效方法。因此，利用五年级教材的《用字母表示数》一课渗透“变量”相关知识。在Uco 中，字母就是变量。把小红的年龄设为变量1，爸爸的年龄设为变量2(见图7)，设置较为完整的时间让学生探索编程逻辑。
图7    编程示意
三次磨课，三次调整。每一次调整都是一次思考，每一次调整都是与不同的鲜活个体进行的对话。梳理对比后可以发现，编程的环节一直在调整，目标的定位越来越清晰，操作过程的安排不断优化(见表1)。
表1    三次磨课梳理对比
第一次教学
第二次教学
第三次教学
编程时间
安排
15分钟12分钟6分钟
融合目标定位特意放大“智
能”味智能辅助教学智能助力教学
操作过程安排完全放手编程
教师先示范，学生再尝试前置智能课，
分层编程
五、延伸曲—反思融合策略
根据长达一个多月的团队磨课，笔者也在不断思考中总结出人工智能与数学学科融合的策略与切入点。
(1)根据优势    精选融合点
教学设计前应先了解人工智能设备的优势，本课《掷一掷》的融合点就是利用Uco 软件、编辑软件生成数据，这种数据采集的便捷性、直观性以及大数据分析
的优越性能大大助力教学的开展。
(2)根据学情    寻求联结点
教学离不开学生，学生才是课堂主体，教师应关注不同编程素养学生在数学课堂上的发展。编程水平高的学生可以挑战Uco 程序填空版，发现变量和子的关系，利用编辑两个变量，求点数和；编程水平较弱的学生可使用教师提供的Uco 程序完整版进行实验，满足不同水平学生的发展需求。
(3)根据目标    确立提升点
当教学目标确立以后，教师需要思考的是：在人工智能条件下，是否有更好的方式方法突破重难点，又该如何运用？人工智能离不开深度学习，教师必须基于深度学习理念在教学中探索融合人工智能，而不能只是靠“人工”来换“智能”，“人工智能≠人工+智能”。
(4)根据规律    关注本质点
借助大数据的量化分析及云存储，学习的过程可以被及时记录，学习成果可以被即时分享。如在本节课中，在探索规律时，利用电子白板进行各组实验并揭秘规律趋势，可让学生直观认识到数据虽然是随机的，但规律是一致的，规律的背后是算式的组合数量的多少，这才是外在规律内在的数学本质原因。
六、结语
人工智能与数学学科的融合意义非凡，却也任重而道远。本文记录了一节融合课从萌芽到呈现的全过程，是我校数学教研团队最真实的经历和感受，有感触、有思考、有经历，更有沉淀与收获。相信在不久的将来，人工智能与数学融合的智慧课堂能焕发出更夺目的光彩。参考文献
[1] 袁晓萍.学会向学生借智慧[M].杭州：浙江教育出
版社,2018:20.

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。