【南京市一等奖初中数学人工智能技术赋能教学论文】:人工智能技术在初中数学教学中的应用分析——以人教版“二次函数的图像与性质”为例
摘要：通过分析传统初中数学课堂教学的现状，发现初中数学教学中存在教师教学模式固定、学生注意力集中程度偏低和教学评价体系不完善等问题。为了解决这些问题，试着探索人工智能技术通过协助二次函数课前预习、优化课堂教学和完善教学评价体系，以期使二次函数的教学变得简单易行，为人工智能技术在初中数学教学中的应用提供参考。
关键词：人工智能技术；初中数学；二次函数
近年来，人工智能、5G、大数据、区块链等多种技术的发展，为各个领域行业带来了新的发展机遇，在教育教学中，这些技术也有着自身的优势。2017年，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，提出了加强人工智能与教育的结合，要将人工智能技术正确地运用在教育教学当中。为了配合“双减”政策的实施，教育部颁布了《义务教育数学课程标准（2022年版）》（以下简称新课标），对比于以前颁布的标准，新课标中的内容中不断出现“核心素养”一词，并提出要以培养学生的核心素养为导向，加强信息技术与数学课程融合，进一步强调学生获得数学“四基”和“四能”。
纵览新课标，不同的学段中核心素养的内涵大不相同，初中数学学科的核心素养包括：抽象能力、运算能力、几何直观、空间观念、推理能力、数据观念、模型观念、应用意识、创新意识[2]。那么在核心素养的背景下，如何将人工智能技术运用于二次函数图像和性质的教学中，提高教师的教学效率，学生的学习质量，不断地完善教学评价体系，为初中数学教学提供更大的便利与优势，是亟待解决的问题。
在1956年的达特茅斯会议上，主要发起人麦卡锡首次提出了人工智能的概念。近年来，我国人工智能的高速发展，促使人工智能不断地渗透各个领域的产业，在教育领域也产生了巨大的冲击。2018年4月，教育部发布《教育信息化2.0行动计划》，提出到2022年要基本实现“三全两高一大”的发展目标，为新时代教育信息化的进一步发展奠定了坚实的基础[3]。2022年8月18日，在北京举办了“2022全球智慧教育大会”，围绕“智能技术与教育数字化转型”的主题开展讨论，邀请了国内外多个领域的专家学者对会议主题进行探讨分析。会议强调教育领域的数字化转型是当今科技时代的必然，要加强智慧教育开放合作，大力推动教育智能化的发展。而人工智能（ArtificialIntelligence）是研究、开发用于模拟和延伸人类智能的理论、方法、技术及应用系统的科学[4]。
初中数学是培养学生良好数学素养的关键，良好的数学素养有助于学生思维能力、创新能力、学习能力等多方面的提高。在初中数学的内容里，函数这一板块的知识较为复杂，计算也有着一定的难度，从而造成了一部分学生对此内容无法透彻理解，也不利于学生数学素养的提高。函数在中学数学体系中地位极其重要，这个知识点教学任务艰巨，并不是单单因为我国现行课程学习标准的规定，而是其具有十分重要的意义，对于学生的继续学习和科学技术的进步都是不可或缺的。退一步来说，现行课程标准的制定也是以函数及其思想在科学领域的重要作用为根据。初中数学函数内容的学习具有一定的复杂性、抽象性以及计算量，在传统的教学中，学生对于函数知识的学习效果并不理想，有时甚至造成了厌倦或反感的情绪。因此，将人工智能技术应用于二次函数的教学中，一方面对教师和学生都有深远的影响，另一方面，对整个初中数学的教学也提供了一定的帮助。随着人工智能、大数据、5G、虚拟现实技术等多种新兴技术在教育领域的不断发展和应用，传统初中数学教学得到了质的提升，虽然教学效率不断提高，但是在初中数学教学中还是存在一些影响教学质量的因素。
在教育教学中，教师有多重角色，教师作为课堂的组织者，在进行课堂教学时所运用的信息技术和选择的教育方法、策略和内容都在一定的程度上决定了学生学习效果的优劣。由于数学内容的复杂性和多样性，导致即使是在现代高科技的环境中，传统的教学模式依旧存在，教师只会使用简单的PPT完成课堂教学，导致本就枯燥无味的数学内容更加无法激起学生的学习兴趣，从而影响数学重难点的讲解，不利于学生数学核心素养的形成和提高。
由于大部分初中生自制力不高，学生很容易会因为其他因素降低学习集中度，导致学习质量下降。根据耶克斯—多德森定律，当任务越难时，动机的最佳水平有逐渐下降的趋势，当任务难易适中时，工作效率也会随动机的提高而上升。同理，当数学知识点越难时，学生的集中度下降，学习效率也会随之降低。促进学生的深度学习是培养学生核心素养的关键途径，教师需要创设合理的教学情景，激发学生对数学学习的兴趣，促进深度学习逐层递进。
评价内容缺乏多维性，在传统教学评价中，教前预习任务师大多只根据学生的学业成绩去进行评价，评价结果具有片面性。评价主体缺乏多元性，在传统评价体系中评价主体大多是学生，教师的教学并没有得到系统的评价，教学效率难以提高。评价方式缺乏多样性，一般的初中教学评价方式是教师根据学生的阶段学业成绩汇总表进行分析评价，方式古板，无法实现学生的全面发展。新课标中提到要大力更新教育评价观念、创新评价方法和提升考试评价质量，完善教学评价体系[5]。核心素养背景下，教师既要关注学生的学业成绩，也要关注学生多方面能力的发展，同时也要与家长和学校形成合力，共同促进学生成长。
初中数学内容具有一定的复杂性和抽象性，在数据计算方面也有难度，在传统的初中数学教学模式中，部分学生学习有一定困难，也容易产生厌恶情绪，导致学习效率大大降低，因此，如何运用人工智能技术提高数学教学效率是目前数学教学中亟待解决的问题之一。
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