【一等奖小学数学AI赋能论文】AI赋能下小学数学智慧作业的开发与应用研究——以“间隔排列”教学为例

摘要：教育数字化转型对小学数学作业的个性化、智能化与育人功能提出了新要求，而传统作业模式普遍存在同质化、反馈滞后与育人价值单一等困境。本研究以三年级数学“间隔排列”教学为例，探索AI赋能的智慧作业实施路径。通过构建“课前有准备→课中有数据→课后有跟进”的三维智慧作业体系，并实施“情境启智→创作展能→操作探理→评价促长”四维课堂策略，实现学情精准分析、作业个性化推送与过程性智能评价。实践证明，该模式能有效促进精准教学、多元评价与学生数学核心素养发展。

关键词：人工智能；小学数学；智慧作业；核心素养；间隔排列

传统小学数学作业模式面临同质化严重、反馈滞后、育人价值单一等困境，难以满足新时代学生个性化学习需求与核心素养发展要求。《义务教育数学课程标准(2022年版)》(简称课标)明确提出要重视信息技术与数学教学的深度融合，创新教学方式与评价方式，这为智慧作业的开发与应用指明了方向。

一、智慧作业及其设计理念

AI赋能下的智慧作业，是以学生核心素养发展为目标，依托智能技术构建的“情境化、个性化、互动化、数据化”作业体系。它打破了传统作业“统一内容、统一难度、统一评价”的局限，通过AI情境生成、实时数据采集、智能批改与个性化推送等功能，实现了“教→学→练→评”闭环，让作业从“知识巩固的工具”转变为“素养培育的载体”，为改进小学数学教学、发展学生核心素养提供了有力支撑。

在智慧作业设计理念下，教师可结合自己的教学实际自主创编内容，精准适配学情，满足不同水平学生的学习需求，制订个性化任务，使差异化教学落地：布置作业的目的重在“育人”，注重激发学生思维能力与培养核心素养，激发学生的探究兴趣，提升思维品质，促进学生知识的主动构建，推进学习深度；作业评价上注重全过程、全方位、动态及时评价，构建“数据+过程+审美”的三维评价体系，有利于教师实现精准教学，引领学生全面发展。

二、智慧作业的实践探索

“间隔排列”为苏教版《数学(三年级上册)》的重要内容，是学生从具象感知迈向抽象规律探究的关键节点，其教学难点在于引导学生自主发现并运用“两端物体相同，数量差1；两端物体不同，数量相等”的核心规律。根据“间隔排列”的教学内容与学生的认知特点，本文探索AI赋能下智慧作业的开发框架、实施路径与育人价值，充分利用AI的实际优势，构建“课前有准备→课中有数据→课后有跟进”的三维智慧作业体系。该体系通过“情境启智→创作展能→操作探理→评价促长”四维的课堂策略加以实施。本研究实践过程中主要依托电子白板、综合素养平台、教学辅助平台等智能教学工具，收集并分析学生表现数据，旨在通过智慧作业破解传统作业痛点，提供个性化指导，改进小学数学教学。

(一)课前准备

课前设置预习作业，指导学生运用AI与综合素养平台开展自主探究，帮助学生建立认知储备，同时为教师提供清晰的学情剖析图，实现“以学定教”。

1.创设情境化预习，激活认知经验

课前，教师借助电子白板丰富的课程资源，推送“间隔排列”相关生活情境微视频(校园步道花盆排列、社区栏杆设计、传统剪纸间隔纹样等)，让学生自主观看学习，引导学生在熟悉的情境中初步感知“间隔排列”的外在形式特征，为课堂教学做好知识铺垫。同时，组织学生利用综合素养平台围绕“间隔排列”核心预习任务设计在线讨论、答疑解惑环节，让学生课前即对核心问题进行初步体验和思考，课上能专注于认知活动的主动建构。平台数据显示，约99%的学生完成了微课学习，其中82%的学生在讨论区发布了有效疑问，学生的核心问题聚焦在三个方面：一是何谓间隔排列的“两端物体”和“中间物体”；二是两端相同的间隔排列数量差是否固定；三是封闭图形的间隔排列遵循什么规律。这为课堂精准教学提供了明确方向。

2.开展数据分析，精准把握学情

教师可基于综合素养平台分析系统，对学生预习的答题准确率、疑问类型、资源学习时长等数据进行多维度、可视化分析，生成班级整体学情报告与个人预习诊断报告，精准定位学生的认知起点与薄弱环节。例如，75%的学生能识别基本的“两端不同的间隔排列”并能初步猜想数量关系，但仅有42%的学生能初步猜想“两端相同的间隔排列”的数量关系，38%的学生对“封闭图形间隔排列”完全无概念。针对这一学情，教师可精准调整课堂教学计划，将“两端相同间隔排列的规律探究”作为课堂重点环节，把“封闭图形间隔排列的规律建构”作为课堂难点环节。

3.设计分层预习，满足个性化需求

结合学情画像，教师设计“基础感知→能力初探→拓展思考”三级分层预习作业，借助综合素养平台实现个性化推送。基础层作业面向基础薄弱学生，以“识别间隔排列”为核心，如在图片中圈出间隔排列的物体；进阶层作业面向中等水平学生，以“初步猜想规律”为核心，如统计简单间隔排列的物体数量并尝试对比；拓展层作业面向学有余力学生，以“生活应用思考”为核心，如设计一个简单的间隔排列方案。

(二)课中实施

课堂是智慧作业实施的核心场域，依托AI与教学辅助平台的交互功能与实时数据采集能力，以“间隔排列”智慧作业为载体，构建“情境启智→创作展能→操作探理→评价促长”的课堂作业体系，通过人机协同实现数据驱动的精准教学、分层指导与思维培育，让智慧学习在课堂上深化。

1.情境启智•自主建构：数据驱动情境适配，激活规律认知

上课伊始，教师以学生熟悉的校园生活为切入点，借助电子白板创设“树木排列”与“教室桌椅摆放”两个递进式具象情境。展示校园中树木的排列，引导学生观察并发现“大树→小树”交替出现的模式；将视角拉回教室，呈现“桌子→椅子”的固定布局，让学生在熟悉的环境中直观感知“两种物体交替出现”的核心特征。这两个情境从户外到室内，由远及近，既唤醒了学生的生活经验，又自然地引出了“间隔排列”的概念。为深化认知，教师进一步引入“小兔蘑菇图”这一动态情境。通过提问“一个小兔一个蘑菇这样排下去，第n个蘑菇后面该摆什么？”引导学生进行预测。教师利用AI即时生成后续排列动画，将学生的具象观察与猜想转化为可验证的规律推演过程，让学生在“预测→验证→再预测”的循环中，自主提炼出“两种物体彼此间隔，交替出现”的核心认知。