【AI赋能+课堂融合】小学数学论文:AI与小学数学课堂融合的路径探索——以“测量旗杆高度”一课为例

【摘要】在教育数字化背景下，AI正从教学辅助工具转变为重要支撑。本文针对小学数学实践课传统教学的局限，以“测量旗杆高度”一课为载体，将AI仿真、人机协同融入课堂教学，借助虚拟实验与动态数据平台化解实验误差、场景受限等难题，引导学生完成模型建构。同时反思AI应用存在的短板，采用虚实结合的方式优化教学设计，在发挥技术优势的同时，兼顾学生实操能力与高阶思维发展，探索AI与小学数学课堂深度融合的有效路径。

【关键词】AI赋能；人机协同；深度融合；核心素养

一、教学内容及学情分析

  “测量旗杆的高度”是人教版六年级下册第四单元“比例”中的“比例的应用”部分，通常在“比例的意义与性质”“正反比例”之后进行教学，是比例知识综合实践的典型课例，是小学阶段“数与代数”领域的重要模块，衔接初中相似三角形与函数知识。本节课的教学内容是将比例知识迁移到真实场景，构建“物体高度与影长”数学模型，通过身高与影长的比值推算旗杆高度，强调数形结合，培养学生的模型意识、推理能力和应用思维。

  在传统教学中，教师通常会面临如下困难：如何让学生在有限的课堂时空内，突破“太阳光动态变化”与“教室静态教学”的限制，完成从“直观感知”到“数学建模”的转变；如何结合学科知识解释影子形成条件；设计怎样的工具能够有效解决已知比例结果反推工具精度要求(如比例尺的最小刻度设计)；采用哪种方式进行猜想验证，解决复杂情境(如地面不平整、光线散射)对数据准确性的影响。

  人工智能的到来为解决上述困境提供了可能和契机。众所周知，小学生的专注力较弱，传统讲授式的教学模式难以让学生持续保持学习兴趣。人工智能赋能小学数学课堂，通过互动游戏、模拟实验、虚拟场景、人机互动等方式，将枯燥无味的数学知识变得有趣、有感，从被动的学习转向主动的学习。

二、教学设计与实践

  小学数学核心素养的落地，集中体现在六大维度：数与量的抽象感知、符号与模型的建构表达、逻辑推理的有序思考、运算与实际问题的应用、空间几何的直观想象、数据意识与创新思维发展。在小学数学核心素养体系中，数感、量感、运算能力等属于基础层级素养；推理意识、几何直观属于中间思维层级；抽象意识与模型意识居于素养体系的最高层级，是学生从具象感知走向本质概括、从零散知识走向结构化认知的关键标志，也是数学核心素养落地的高阶体现。

  如何更好地让学生的核心素养落地？在教学中我们可以遵循“提出猜想-实证探究-抽象模型-AI智能仿真验证”的思维进阶路径。学生先基于经验提出猜想，通过动手实践获取具象事实；继而舍弃非本质属性，完成数学抽象与模型建构，实现核心素养高阶落地；最后依据AI交互式数据平台开展多情境仿真验证，突破传统实验局限，巩固模型认知，促进规律迁移与深度理解。

1.问题驱动，立足真实情境提出猜想

  新课标明确指出：数学活动应从学生已有经验出发，创设真实的情境，引导学生自主探索，合作交流。在设计本节课的教学过程时，笔者创设一个贴近学生生活的真实情境，并抛出一个驱动性的问题：学校即将更换旗杆，如何精准获取旗杆的高度？

  学生基于生活经验提出了多种猜想：剪绳测量法、类比估算法等。其中，有学生提出“利用影子测量”的设想，这成为了本课探究的逻辑起点。

  为了验证猜想，笔者组织学生进行第一次探究活动：学生迁移已有的生活经验，利用手电筒模拟太阳光，探究物体高度与影长的关系。学生在操作中发现，影子的长度会随着手电筒照射的角度变化而发生变化，即便把手电筒固定角度后，物体的高度与影长仍然不成比例，从而产生了新的认知冲突。在此基础上，教师引领学生思考其背后的原因到底是什么？

2.人机互动，破解物理模拟实验局限

  该猜想背后的原理涉及初中物理光学的直线传播相关知识，对于小学生而言，确实理解起来有难度，此时笔者借助AI通过“人机互动”帮助学生初步理解背后的道理—手电筒发出的是散射光，而太阳距离地球约1.5亿公里，光线是平行的。同时揭示出物理实验的局限性：在教室环境中，无法复现真实的平行光条件。第一次模拟实验虽然是以失败告终，但是学生的学习兴趣和探究欲望被最大限度地激发出来。鉴于物理实验的受阻，笔者引导学生转向几何模型自主探究，在A4纸上绘制平行线模拟太阳光线，要求学生绘制不同高度的线段(物体)并测量其影长。学生通过计算发现：在平行光条件下，物体高度与影长的比值恒定。据此，学生成功推导出测量公式：旗杆影长/旗杆高度=参照物影长/参照物高度。

3.人机协同，依托仿真实验培育核心素养

  学生已经经历了第一步，提出猜想—旗杆高度与影长成比例关系，第二步利用模拟实验进行物理实验和第三步聚焦数学本质抽象出数学模型，第四步也是最关键的一步，是进行实地检验。虽然模型已建立，但新的问题随之而来：太阳每秒都在移动，实地测量难免产生误差，且教室无法实时获取不同时刻的数据。为解决这一难题，教师提前一周利用DeepSeek生成了“北京春分日从日出至日落的交互式数据页面”。教师向AI输入的指令是：请生成一份北京春分当天，从日出到日落每隔两小时的旗杆(高12米)及不同参照物的影长数据集，并制作成可交互的网页代码。

  在课堂上，学生通过平板访问该页面，拥有了对时空的“控制权”：一是突破时间限制，可任意选择上午9点、正午12点或下午4点的数据。二是突破空间限制，可自由设定参照物高度(1m、1.5m、2m等）。学生利用虚拟数据代入公式进行计算，最终得出了旗杆高度均为12米的精准结论，成功验证了模型的正确性。

  传统教学中，手电筒模拟的失败往往导致学生陷入对工具的质疑。DeepSeek生成的高保真数据，剔除了“散射光于扰”和“人为读数误差”，为学生提供了一个纯净的“理想实验”环境，使其能专注于比例关系的本质。预设的静态教案无法满足差异化需求。通过AI交互页面，学生不再是被动接收一组死板数字，而是主动选择变量进行多轮验证。这种“数据主权”的下放，极大地提升了探究的真实感。通过DeepSeek设计物体高度与影长正比例关系交互式网页验证软件，不仅弥补了测量误差的短板，同时借助精准控制变量、批量生成标准数据，引导学生从具体现象走向数学抽象。

  遵循“提出猜想-实证探究-抽象模型-AI智能仿真验证”的进阶路径，既突破了教学难点，又有效发展了学生的抽象意识、模型意识与推理意识，实现了小学数学核心素养的落地。

三、案例反思：AI赋能的价值审视

1.AI赋能的核心价值

(1)突破物理限制，实现实验“去伪存真”。

  传统室内模拟光照实验误差较大，容易让学生质疑实验方法与结论。AI提供的标准化、高保真数据集，排除了散射光、人为读数、地面环境等外界干扰，搭建起理想实验场景，帮助学生剥离表象，直击比例规律的数学本质。

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