【杭州市一等奖人工智能赋能初中数学获奖论文】:初中数学“综合与实践”中生成式人工智能应用路径分析——以“日昼时长规律的探究”为例

初中数学“综合与实践”中生成式人工智能应用路径分析

——以“日昼时长规律的探究”为例

摘要：“综合与实践”是初中数学的重要组成部分，但教学实践中普遍存在主题探究“浅”、学科融合“浮”、个性支持“缺”困境。本文以“日昼时长规律的探究”为例，提出在综合与实践活动中应用生成式人工智能。研究发现，通过生成式、交互式和个性化技术优势，能摆脱综合与实践教学困境，有效发挥该活动发展数学综合素养和跨学科学习能力的育人作用，有助于提高学生数学能力和学科素养。

关键词：初中数学，综合与实践，生成式人工智能，日昼时长规律的探究

《义务教育数学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）中特别设置了“综合与实践”领域，旨在引导学生通过综合运用数学及其他学科的知识与方法，经历发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的过程，培养其创新意识、实践能力和跨学科思维。为充分发挥综合与实践版块育人作用，本文以七年级下册“日昼时长规律的探究”为研究对象，提出可在教学中应用生成式人工智能。生成式人工智能（Generative Artificial Intelligence, GAI）是一种能生成新内容的新型技术，应用在该综合与实践活动中能使学生感受数学与现实生活的紧密联系，并了解地球公转、黄赤交角、太阳直射点等地理知识，突破传统学习模式下的时空限制与认知瓶颈的同时能为学生深度探究提供支持，综合与实践活动的育人作用也能得以有效发挥。

综合与实践活动是初中数学的重要板块，旨在引导学生经历完整的问题探究过程，使其能运用数学知识与技能解决现实问题，实现学习能力和学科素养有效提升。但结合实际教学发现，受到知识视野局限和教师储备知识不足等多重因素影响，学生在活动探究中多止步于资料收集和信息归纳，难以深度探究中的知识。如在本次实践活动中，学生止步于绘制折线图、描述“夏长冬短”的直观规律，难以深入探讨规律的原因。这种缺乏认知冲突的学习形式导致综合与实践活动教学呈“形式化”，难以发挥活动育人作用。

“日昼时长规律的探究”中涉及数学、地理等学科知识，要求学生打通学科壁垒，通过跨学科探究把握核心知识与技能。但在实际教学中学科融合多流于表面。一方面，教师对“黄赤交角”“太阳直射点移动”“正午太阳高度角”等概念理解有限，难以准确阐述与日昼时长变化间的内在关联。另一方面，教学设计中的融合多呈现“拼盘式”特征，即在教学前简单讲解地理知识或在活动后补充地理原理说明，两者间缺乏有机整合，综合与实践活动育人价值难以发挥^[1]。

活动实施中受传统教学模式和理念影响，教师在活动中难以对每个学生活动参与情况进行针对性指导。部分学生在活动中遇到思维掌握和知识盲点时难以获得有效启发，导致其在活动中难以有效融入，进而失去参与探究的积极性。而且活动中难以根据学生个性化差异提供支持，学生在活动参与中存在“跟不上”或“吃不饱”现象。这种个性化支持“缺位”问题不仅会影响活动育人效果，而且还会加剧学生探究动机“分化”—即学有余力学生的积极性难以被调动，陷入困境未得到支持的学生会产生挫败感。

GAI由大语言模型驱动，能生成文本、代码等内容，并根据用户输入的提示词，生成相应的内容并进行多轮智能对话。在综合与实践活动中应用GAI，利用生成式、交互式和个性化技术优势，能为学生深度探究提供支持。本文以“日昼时长规律的探究”综合与实践活动为例，提出可以向GAI“借料”“借力”“借智”，能提升学生数学探究能力和学科素养。

所谓“借料”是指在活动前期教师利用GAI梳理、收集与活动主题相关的跨学科知识，完善活动方案的同时丰富师生知识视野，由此能为后续深度探究提供支持^[2]。“日昼时长规律的探究”中涵盖了数学（数据意识、统计观念与函数）和地理（地球运动、二十四节气、黄赤交角、太阳直射点）知识，但数学教师对地理知识掌握不足，大部分学生更是不了解这些知识，导致活动探究停留在浅层。为充分发挥活动育人价值，本文提出课前阶段可以向GAI“借料”，旨在为后续活动有效实施提供支持。

（1）教师层面

根据提示词GAI会生成具体的文案，教师可以根据获得的信息设计跨学科主题学习活动，筛选出适合七年级学生的学习内容并完成学习方案制订。在完成学习方案制订后可以将其输入国家中小学智慧教育平台中，在平台上搜集与课时内容相关的视频，根据视频摘要、大纲以及知识点标签等筛选出适合的教学资源并融入其中。

（2）学生层面

本文为节选。

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