数智赋能在高中数学教学中的实践与应用

随着数字技术的飞速发展，数智技术已成为推动教学创新的重要力量。知识图谱、人工智能助教、虚拟现实与增强现实等技术正深刻地改变着我们的教育模式和学习方式。在高中数学课堂上，通过数智技术赋能，教师可构建出高度仿真的虚拟学习空间与场景，让学生沉浸式体验数学的魅力。沉浸式学习环境，不仅可以显著提升学生对知识点的理解和掌握，激发其创新思维，提升学习的广度与深度，还使学习过程更加生动有趣，有效激发了学生的学习热情与探索欲。一、数智赋能的概念及外延（一）数智赋能的基本概念根据《党的二十届三中全会lt;决定gt;学习辅导百问》中对数智技术的定义，数智技术是数字化和智能化的有机融合（可以理解为“数字化+智能化”），是在数字化基础上融合应用机器学习、人工智能等智能技术的过程，是形成新质生产力的重要途径。“数智赋能\"是指为个人、组织、社会赋予数据的智慧和力量，使其能够更好地利用数据进行决策、创新和协作。在教育领域，数智赋能意味着利用数字技术和智能算法，优化教育资源配置，提升教学效率和质量，实现教育的个性化和精准化。（二）数智赋能的逻辑意蕴数智技术的原理并不复杂，它是基于数字技术的进步和AI技术的成熟，优化和改进了数据采集方式，依托AI技术的强大算法，把收集到的数据进行加工处理，以直观的方式呈现出来，催生、裂变出了全新的教学形式。教师对数据的理解，不能局限于学术概念，而是要将其外延扩展到整个教学活动中，涉及教学的一切资源都可称为数智技术可供加工处理的数据。这种数据在AI技术的强大算法加持下，可转化为能让教师直观理解和运用的教学模型，帮助教师改变课堂。这种改变，在教学领域可以说是革命性的、颠覆性的。（三）数智赋能的发展方向一是数智赋能创造了全新学习形式。传统教学侧重群体平均水平，忽视个体差异；数智赋能依托数据分析与AI技术，定制个性化学习路径并提供精准反馈。二是数智赋能催生了全新教学模式。在数智技术加持下，教师可以利用智能化的教学平台和工具进行教学内容的个性化推荐，实现教学过程的智能化和精细化管理，更好地进行教学设计和评估。三是数智赋能孕育了教学变革潜力。数智赋能教育所取得的实际成效，展现出它作为新质生产力所蕴含的巨大潜力与价值。未来，基于虚拟现实和增强现实技术的教学模式，学生可以通过沉浸式学习来更好地理解和掌握知识。二、数智赋能课堂教学的创新之处数智赋能课堂教学实践，能促进数智技术与学校课程、教学、评价、空间、队伍建设等要素的深度融合，不断探索数字环境中的新课程、新教学、新评价等，打造以数字技术、AI技术相互融合，推动教学创新实践的生动局面。（一）教学评价能更好地体现数智赋能的作用一是通过数智赋能更好地反映教学效果。在高中数学课堂上，教师能运用数智赋能技术测试教学效果，能对生成的数据进行汇总和处理，把学生的成长和进步通过数字化的形式进行评价，将每个学生的学习清单以一种全新的形式进行呈现。二是通过数智赋能更好体现知识掌握情况。通过数智赋能技术，可以将学生在解题过程中的思维过程进行如实记录，再通过系统分析，直观地展现学生的思维水平和课程掌握情况，对症解决其学习的问题。三是通过数智赋能更好地呈现学生心理状态。数智赋能技术兼具多元性与广泛性，将其融入学习环节，能够追踪学生的心理动态，监测学生注意力的集中程度，为教学评价提供客观的支撑依据。（二）数智赋能让更多教学创新变为现实一是通过数智赋能培养学生的自主学习能力。数智赋能技术推动AI深度参与教学，赋能学生探究未知，促进自主学习与协作分享，激发学生的创新思维与能力。二是通过数智赋能培养学生的创新学习能力。AI的强大处理能力，可以引导学生形成创新意识，使学生将创新性思维运用到学习中，提升自我独立学习能力，综合运用互联网平台和AI技术，实现学习方式的跃升。三是通过数智赋能培养学生的团队协作能力。数智赋能具有互联网的开放性和包容性，学生的不同思维相互交流碰撞，形成更加高效的学习模式。AI技术让学生的团队意识和协作能力在更广阔的平台上得到体现。三、教师在数智赋能教学中的作用教师在教学中发挥引领作用，作为核心载体与驱动力推动数智技术的实践应用。强化教师的作用，并以技术应用为导向提升其教学水平，可实现课堂教学效果与技术应用的共同提升。（一）以课程为统领，打造教师数智素养闭环数智技术的应用场景主要在课堂上。教师在教学经验与知识点中融人数智技术，形成“技术为载体、教学能力为支撑、知识点为结果呈现”的创新教学模式。一是把数智技术作为教学载体。数智技术最大的特点是可以收集学生的学习数据。教师可以根据这些数据反馈，掌握学生的学习情况，并及时调整授课方法。这种改变，使教师的教学活动能以数据模型的形式呈现出来，并通过不断的教学积累得以改进和提高。二是科学评价课堂教学要素。数智技术的数据收集、信息采集是多元化、宽领域、深层次的，通过数据模式的筛选处理，生成课堂循证报告。教师依托数智课堂教学评价体系，建立教学模型，形成独有的教学风格。三是借助数智技术实现高效协同。数智技术的教学应用不仅在课堂上，也在科学实践领域。这种应用，体现的是教师的教学经验与数智技术的双重叠加，使学生的学习不再是单一的被动接受，而是高效协同。（二）以课堂为核心，助力教师数智素养提升一是数智技术促进教师应用能力的提升。教师通过人工智能及大数据技术对学生的练习、作业进行智能化、结构化分析，全面采集课前、课中、课后等学习数据，将“以学定教、因材施教\"落到实处，使教学更富选择、更有个性、更加精准。二是数智工具能帮助教师优化教学手段。教师利用数智教学平台，为学生设计个性化学习路径，通过数据分析精准掌握学习进度和难点，及时调整教学策略；还可以运用3D几何模型、动态演示实验等资源，使抽象概念直观化。三是数智赋能帮助学生进行精准学习。数智技术能为学生提供个人成长报告及错题本，通过定制化练习促进自适应学习；用错题再练与智能推送巩固关键知识，助力精准补短，实现高效学习目标，使学生在有限的时间内既\"学会”又“会学”。四、数智赋能在高中数学课堂教学中的运用现阶段的高中数学教学受多方面因素影响，课堂十分枯燥，难以激发学生的学习兴趣。而数智赋能让教学方式多元化，为高中数学教学开辟出更多模式，提供了更多可能（一）从构建教学情境人手，找准切人点教师应以学生为中心，以教材为依托，从教学目标出发，运用数智技术对教学实践进行重新架构，将课堂教学元素与数智应用场景有机结合，把抽象的数学思维转变为直观的数学知识，这样才能调动学生的兴趣和感知能力，形成多元合一的教学场景。在教学过程中，教师运用数智技术启发学生在掌握知识的基础上进行更为深入的思考，可以实现更高层次的教学目标。此外，数智技术在课堂情境创建和课堂环境创设方面具有得天独厚的优势，多种教学形式的运用，多种教学资源的引入，可以将学生的思维快速带入教师创设的课堂教学情境中，让学生产生自主学习的积极性。基于上述优势，教师应进行积极探索和创新，主动、深人、广泛运用数智技术，让数智技术优势成为学生打开数学奥秘大门的钥匙，为其将来更高层次的学习打下良好的数学基础。例如，高中数学教学内容中的三角函数学习，要求学生能够正确画出正弦函数、余弦函数、正切函数的具体图象，理解三角函数的周期性，了解正弦函数以及余弦函数的性质，并了解正切函数单调性。想要学生全面认识并牢记三角函数的图象，教师可以首先引导学生借助描点法来对图象进行绘制。但是，如果正弦、余弦以及正切函数同时出现时，学生极易将这三者混为一谈。这时，教师借助数智技术的优势，制作课件将三幅图象充分形象地展示在学生面前，可使学生对其形成更加深刻的印象，方便后续进行比较与分析，进而实现理解与区别函数图象的目的，帮助学生对三角函数形成自己的理解。（二）实现抽象向具体转变，瞄准关键点在高中数学中，学生是难以通过想象全面理解并掌握大部分的复杂函数图象的。这些图象对于学生而言是非常抽象晦涩的，难以理解与记忆。数智技术的应用，可以使教师的教学方式得到极大的改进。教师借助数智工具向学生直观地演示函数图象变化的方式与规律，以此让学生直观看到图象变化的具体过程，而非直接告知学生结果。学生通过自主观察图象的变化，能形成更加深刻的感受，进而加深对函数图象的理解与记忆。例如，在\"函数y=Asin（ωx+φ）的图象\"这一内容的教学中，如果仅仅凭借教师的讲解与语言描述，学生理解起来是非常困难的。但是运用数智技术，可以直观呈现参数影响函数图象的动态变化过程。教师可以借助GeoGebra制作课件，向学生直观展示振幅、周期以及相位的具体变换。首先通过固定两个参数，变化另一个参数的方式分别展示变化时图象的变化情况。如在探究参数ω对函数图象的影响方面，教师借助GeoGebra构造y=sinωx的图象，同时与y=sinx的图象进行对比展示。随着ω值的改变，学生可以清晰地观察到函数周期的变化。这种动态的演示让学生深切感受到参数与函数y=Asin（ωx+φ）周期及图象伸缩之间的紧密联系。数智技术让学生在学习函数时能将抽象的知识转化为具体、生动的图象，有利于激发学生的学习兴趣，实现学生对知识的理解与掌握，引导学生积极投人数学原理与数学规律的探究之中。（三）最终实现探究性教学，找准落脚点高中数学的教学目的，不只是让学生记住一些概念与理论、通过例题学习解答相关的数学问题。锻炼学生的思维，提高其自主学习的能力，让其积极投身于问题的研究，才是高中数学教学的根本所在。学习起源于思考，而思考起源于疑惑。传统的数学教学模式，注重结果，注重问题的解决，而忽视对学生提问能力、推理能力的培养。在这样的教学模式下，学生只能学会如何解决表象问题，而无法理解与掌握解决问题的思路与方法。教师要运用数智赋能技术，为学生设置有意义的问题，以培养学生自主学习的能力为基础，引导学生充分开展合作学习与探究，教会学生如何分析与判断，锻炼学生提炼与归纳的能力，实现学生探究能力的实质性提升。例如，在“圆锥曲线”单元的教学中，在椭圆部分利用GeoGebra软件动态演示三种定义下椭圆的形成过程，让学生基于三种不同的定义推导方程，认识椭圆三种定义的统一性，让学生通过观察点的运动轨迹和图形的变化规律，真实体验“数\"的变化带来椭圆“形”的变化过程，认识椭圆的几何性质；在双曲线与抛物线的教学中，类比椭圆的三种定义并提出问题，如“与两定点的距离之差为常数的点的轨迹”“到定点与到定直线距离之比大于（等于）1的点的轨迹”“与两定点的斜率之积为正常数的点的轨迹”等，让学生在分析与解决问题的过程中探究圆锥曲线的路径，体会三种圆锥曲线的统一性。此外，面对学生就“椭圆、双曲线、抛物线为什么称作圆锥曲线\"产生的疑问，教师可以通过GeoGebra绘制圆锥及圆锥的两个内切球，利用丹德林双球模型证明圆锥截线定义与轨迹定义的统一性，形成对圆锥曲线完整的认知结构。（四）数智赋能在三角函数教学中的应用实例教师运用GeoGebra的可视化、交互式动态操作，帮助学生直观理解抽象概念，增强其数形结合能力。表1＼～3是GeoGebra在三角函数教学中的具体实践，涵盖概念讲解、探究学习、练习巩固等环节。表1三角函数图象的基本特征表2探究参数对三角函数图象的影响表3自主探究与协作学习以下是解决实际问题与跨学科联系的案例。案例1：简谐运动用y=Asin（ωx+φ）模拟弹簧振子的位移-