疫情期间AI技术支持下构建高中数学智慧课堂的研究

莘县莘州中学  鲍莹莹

内容摘要:面对突如其来的新冠疫情，各学校推迟开学，利用网络平台和AI技术采取“停课不停学”的方式，积极开展线上教学，最大程度地保证了学校教学工作有效推进。这次线上教学给我们带来便利的同时也引发了一系列问题。对比线上教学，传统的线下教学模式依然没有避免“填鸭灌输式”教学模式的弊端。传统的线下教学既不利于培养学生的自主学习能力，又不利于学生主观能动性的发挥。教学实践证明，教师在教学中采用AI技术支持下的线上线下混合式教学模式教学，能够有效激发学生的自主学习能力，培养学生的合作探究能力，同时也能够保障因材施教的实施。这些优势正好弥补了线下教学的不足。AI技术支持下的线上线下混合式教学模式彻底打破线下教学以教师为主导的教学模式，使学生真正成为学习的主体，极大地提升了高中数学课堂的教学效果。传统的高中数学课堂在AI技术支持下转变为智慧课堂。因此，将AI技术支持下的线上线下教学模式应用于高中数学教学中，符合教学改革的新理念；混合式教学模式顺应现代教学发展的趋势，为我们教学实践提供了努力的方向。

关键词：AI技术 线上教学  线下教学  高中数学智慧课堂

引言：2020年春天，为了有效地防控新冠疫情，不影响学生的学业，教育部发出“停课不停学”的号召。我校也积极响应号召，在确保防控工作正常进行的同时，我校教师积极开展线上教学。为了进一步提高高中数学教学质量和教学效果，我们申报并立项了山东省教育科学“疫情与教育”专项课题《疫情期间AI技术支持下构建高中数学智慧课堂的研究》。我们积极探索了AI技术支持下的线上教学方法，使用了各种各样的学习软件，比如“每日交作业”、“钉钉”以及“腾讯课堂”等。在“互联网+”的新时代，教育方式和教学模式在不断革新和发展，线上教学应运而生。可以说，线上教学改变了线下教学模式枯燥无味的现状，锻炼了学生的自主学习能力，符合“以学生为主体”的教学理念，实现了网络环境下的因材施教。但同时也存在一些不足之处，比如学生在线上学习中存在情感淡漠的现象、无效学习的可能性加大。因此，AI技术支持下的线上线下混合式教学模式顺应了时代的发展，契合了“教育为先”的要求。为了有效地拓展高中数学课堂教学的空间，构建高中数学智慧课堂，本课题结合线上教学和线下教学的优势和不足，研究如何真正实现AI技术支持下的线上教学与线下教学的完美融合,保证高中数学课堂朝着高效化的方向发展。

成果内容

第一部分：问题缘起

为了应对新冠肺炎疫情，全国大中小学开启了一场集中线上教学活动，将教与学的主阵地从实体课堂转移到线上。线上教学给我们带来了很多的便利。首先，线上教学灵活性强，随时随地都能进行，满足了学生碎片化学习的需求。学生可以随时观看线上教学的课程，不懂的问题也可以反复研究学习，这是在教室上课无法实现的。其次，线上教学趣味性强，文字、音乐、视频都能制作成教学内容，同时还能个性化定制课程，从而满足学生各方面的需求。线上教学让教师和学生都深深感受到了AI技术和信息技术带来的便捷。

但是线上教学也存在一些问题，比如对自律性差的学生管理不及时，网络资源无法满足所有学生的个性化需求，师生互动、情感交流不足等等。这次大规模的线上教学实践，改变了我们的教育观念模式。原教育部副部长刘利民指出“线上线下混合学习将成为教育新常态”，教育从同质化走向个性化不可逆，线上线下混合学习的趋势更不可逆，积极地应对趋势是所有教育者的共同使命。因此复学后我们应改变传统的教学模式，将AI技术支持下的线上教学和线下教学进行有机融合，把AI技术应用于教学，建立高效智慧课堂。

第二部分：研究内容和方法

本课题研究的内容是面对疫情,如何真正实现AI技术支持下的线上教学与线下教学的完美融合,让学生感受到高中数学课堂丰富多彩，构建高中数学智慧课堂。本课题研究采用问卷调查法、行动研究法、文献资料研究法、教育实验法。

问卷调查法是指教师以问卷调查的形式了解了疫情期间学生线上的学习效果及线上线下混合式教学的情况。

行动研究法是指结合线上教学和线下教学的优势和不足，教师研究高中数学教学在AI技术支持下如何取得最好的学习效果。

文献资料研究法是指通过搜集与“线上”+“线下”混合式教学有关的文献资料（包括文字、声频、视频等具有理论价值和资料价值的材料），及时了解研究动态，把握教育改革趋势。

教育实验法是从研究班级中抽出两个同层次班级进行实验，分析这两个班级学生的月考、期中以及期末考试数学成绩。其中一个班级采用线上线下混合式教学模式教学，另一个班级采用传统教学模式教学。

第三部分：研究结论

AI技术支持下的线上教学和线下教学相结合的混合式教学模式既不是“线上教学”与“线下教学”的简单机械的叠加，也不是完全将课堂推向难以掌控的云端，而是通过课前引导学生预习、线上自主学习、课堂重难点知识的讲解、线上线下深层次的讨论和研究等方式，将传统的以“教师讲授”为主的模式转化为以“学生自主学习为主”的模式，进而提高学生自主学习的能力，锻炼学生独立思考的能力，使其养成良好的学习习惯，从而取得最优化的学习效果。因此，我们结合疫情期间高中数学的教学现状和线下教学的优势和不足，提出了新的教学模式——AI技术支持下的线上教学和线下教学相结合的混合式教学模式，即“AI技术支持下高中数学智慧课堂”的教学模式。

“AI技术支持下高中数学智慧课堂”的教学模式，是一种将线上直播和线下面授相结合的教学模式。这种混合式教学模式，既可以发挥学生的积极性和自主性，满足学生的个性化需求，又可以促进生生互动以及师生之间的互动交流，提高数学课堂效率。“AI技术支持下高中数学智慧课堂”的教学实践模式如图1所示，主要包括3个环节：课前、课中以及课后，整个教学过程的设计思路主要是秉承先学后教、当堂达标的理念。

基于“AI技术支持下高中数学智慧课堂”的教学模式，我们以高中数学一节课《等差数列的前n项和公式》为案例探讨如何进行教学实践的。

课前环节设置两个步骤。第一步，教师提供课前预习视频、PPT和习题，为了能够让学生轻松地接受数学新知识，教师先利用现有的资料或AI技术工具（猿搜题、作业帮等）搜集有关等差数列的前n项和公式的题目，然后教师根据学情利用腾讯课堂、天天录课等AI软件精心制作《等差数列的前n项和公式》微课视频（时长大约15分钟）和PPT，再为学生提供一份课前预习清单任务（包括导学问题和自我检测习题）。最后，教师通过微信、钉钉、每日交作业小程序等AI手段，实现任务清单推送、点名签到、微课视频和PPT发布。第二步，学生利用学习平台进行探索。为了有效地激发学生的求知欲，学生先通过微信、钉钉、每日交作业小程序等AI工具认真理解教师在课前预习清单中提出的探究性问题，并带着问题去看视频或PPT课件，然后在线（钉钉和每日交作业小程序）完成自我检测习题。最后，教师在线批阅学生的自我检测习题。

课前环节为学生提供了丰富的、优秀的视频学习资源，为学生确立了学习目标。学生可以根据课堂目标以及自身的数学学情进行自主预习。同时在线（钉钉和每日交作业小程序）自我检测，能够使学生及时进行自我评价，反馈正误，起到自我诊断和激励的作用，再加上教师的在线批阅，共同为数学课堂顺利进行奠定了基础。

课中环节是教学过程最重要的环节，主要设置三个步骤。第一步，教师利用PPT展示我“等差数列前n项和公式”的引导性问题，从而引出本节课的重点，并进行详细讲解，这一步起到了承上启下的作用。第二步，教师先利用小飞侠软件等AI工具抽取学生的自我检测习题，再利用投影仪展示自我检测习题中的易错点和难点，让学生结合教师讲解的知识先进行自我反思，时间控制在5分钟左右；教师再引导学生通过生生互评或小组讨论的方式交流学生自身无法解决的问题，并让学习小组长反馈讨论结果。第三步，教师针对第二步骤学生存在的问题进行解疑答惑并总结本课的重难点。此外，在课中环节教师可以制作微课视频等课堂教学课件，把本节课的重难点知识制作成生动幽默形象有趣的视频，让学生能够随时随地的进行观看，促进学生进行查漏补缺。

课中环节既充分发挥了传统教学模式的优势，在面对面的教学过程中更利于师生集中解决学习的重难点；又突出了“以学生为主体”的教学理念，真正把课堂交给了学生，避免了传统填鸭式教学模式的弊端，教师在整个教学过程中不仅起到了引导者的作用，也培养了学生的自主学习、自主思考的能力以及集体协作能力。

课后环节是为了巩固本节课所学的知识和夯实本节课的重难点而设置的，这个环节也设置了三个步骤。第一步是知识巩固，即利用在线平台（每日交作业小程序，钉钉软件等AI工具）完成课后习题，检测自身对本课的掌握情况。此时，学生也可以根据自身学情作出调整，比如课堂上如果存在尚未解决的数学问题，学生可以在钉钉软件、腾讯课堂软件、微信等平台上通过回放的视频、文本或PPT课件等学习资源进行复习巩固，然后再完成课后习题。第二步是教学反馈，即在钉钉软件、腾讯课堂软件、微信等平台，教师组织学生进行生生互评或是师生互评，线上解决学生课后作业存在的问题。此时，教师可以利用平台优势进行个性化辅导，提供针对性习题训练等，真正做到因材施教。第三步是知识延伸，即通过平台提供探究性问题，引导学生探索前沿知识。这一步是把本课知识点和实践相结合的环节，也是对学生情感态度和价值观熏陶的环节。学生除了完成教师要求的探究性问题，还可以利用平台搜索相关知识，开阔自己的视野，达到学以致用的目的。

在教学中引入“AI技术支持下高中数学智慧课堂”教学模式后，两个班级的学生在第一次月考，期中考试，第二次月考以及期末考试中数学平均成绩情况对比如图2所示。图中显示的A班表示未使用“AI技术支持下高中数学智慧课堂”教学模式和B班表示使用“AI技术支持下高中数学智慧课堂”教学模式。两个班级人数基本相同（50人左右）。

由图2可见，在两种不同的教学模式下，学生数学成绩有明显

的差异。在“AI技术支持下高中数学智慧课堂”教学模式下，学生数学成绩在四次考试中都有不同程度的提升。这充分证明，“AI技术支持下高中数学智慧课堂”教学模式，有助于提高学生学习数学的兴趣和自学能力，也有助于教师开展教学工作，提高教学质量。

“AI技术支持下高中数学智慧课堂”教学模式,能够弥补传统高中数学课堂教学枯燥乏味的不足，并且也能够增强师生之间的互动，开拓学生的视野，提高学生参与数学课堂的主动性和积极性，让学生能够充分运用AI技术来获取数学知识。现在的学生成长于数字化时代，手机、电脑、网络等数字化产物是他们生活的组成要素，这必然影响到我们的高中数学课堂。但是，在这种模式下学生学习数学知识和教学过程的融合上也会存在一些问题，例如“如何提高学生学习数学的兴趣和调动学生学习数学的积极性”。提高学生学习数学的兴趣和参与学习数学的积极性，光靠学生的自觉很显然是不够的，还需要教师对学生的学习效果及时地进行评价。虽然在发展的过程中还存在一些问题，但是随着不断的探索、应用与完善，相信这种模式定会取得前所未有的效果。    

第四部分：政策建议

 随着AI技术的不断发展和教学条件的不断改善，传统教学模式已经很难满足课堂教学需求，混合式教学模式是大势所趋。混合式教学模式的发展需要进一步的完善。

1.“AI技术支持下高中数学智慧课堂”的教学模式需要教育主管部门、学校以及一线教师的介入。现有的在线教育机构提高了教育成本，同时使教育产生两级分化的后果。为了办出高质量、有特色的线上教学，仅仅依靠现有的在线教育机构单方面的努力是很难真正实现智慧课堂的。这就需要教育主管部门、学校以及一线教师的介入，共同提供网络教育资源。

2.“AI技术支持下高中数学智慧课堂”的教学模式需要让智能终端设备走进课堂。AI技术支持下的线上教学与线下教学融合的实现需要国家为学校提供硬件支持。如果一些智能终端设备能走进课堂，并在教师引导下合理利用，将会取得事半功倍的效果。一些智能终端设备在一些软件(钉钉和腾讯课堂)的支持下可以实现在线当堂测试，测试结果可以直接反馈给老师和学生，教师和学生根据反馈情况可以进行教学的调整。