引言

伴随着人工智能、大数据等信息技术同教育教学的深度融合，智慧教育已经成为基础教育改革的主要方向。小学数学是打牢学生逻辑思维、培养科学素养的基础学科，必须冲破传统标准化教学的束缚。人机协同教学冲破了技术单纯赋能教学的模式，依靠教师主导、智能技术相助的协同育人模式，破解了数学知识抽象难懂、个体学情差别大的教学难题。因此，本文研究科学合理的数学课堂教学人机协同教学策略，促进小学数学课堂教学质量的提高和效率的提升，推进教育个性化、智能化的发展。 

一、智慧教育背景下小学数学课堂人机协同教学开展的必要性

（一）破解传统教学弊端，适配小学数学课堂教学改革需求

在教育数字化、智慧化大趋势之下，传统的数学课堂教学模式的弊端越来越明显，已经不能适应新时代基础教育的育人需求了。小学数学知识具有逻辑性、抽象性、应用性等特点，对于心智还不成熟、以具象思维为主的低年级小学生来说，公式、定理、几何逻辑等知识内容的理解难度比较大。传统的课堂一直采用教师讲授、学生被动接受的单一教学模式，教学过程固定、教学手段单一，教师很难通过统一的课堂教学来兼顾各个班级学生的差异化学情。同时传统教学学情反馈是滞后的，课堂练习、课后作业的学情统计依靠人工来完成，效率低、误差大，教师不能及时了解到学生的知识薄弱环节，从而不能对教学节奏和内容做出准确的调整。人机协同教学模式依靠大数据、人工智能等智能技术，可以很好地冲破传统教学的束缚，重新塑造小学数学课堂教学流程。智能设备可以对课堂上的答题、互动反馈、练习正确率等学情数据进行实时采集，并且可以迅速完成数据分析工作，给教师精准教学提供数据支持。同时利用动画演示、虚拟实操、分层题库等智能教学手段把抽象的数学知识具体化，改善课堂教学气氛，弥补传统教学的不足，符合小学数学课堂提质增效的改革核心需求。

（二）落实因材施教理念，契合小学生数学核心素养培育需求

小学数学教学的主要目的已经从知识传授转向了学生数学思维、运算能力、逻辑推理、创新应用等核心素养的全面培养，而传统的教学模式很难达到个性化育人的效果和素养落地的目的。小学生个体认知水平、学习基础、思维节奏存在着较大的差异，部分学生基础薄弱、理解速度慢，部分学生思维灵活、求知欲强，统一化的教学内容和进度很容易造成学困生跟不上、优等生吃不饱的困境，长期下去会抑制学生数学学习的兴趣和思维的发展。人机协同教学给人性化、个性化教学的落地赋予了有效的载体，创建起“教师主导，智能赋能”的新式育人模式。智能教学系统依据学生平时的学习数据做画像分析，智能推送分层的习题、个性化的学习资料、拓展的内容等来弥补学生知识上的不足，满足各个层次学生学习的需求。在人机协同课堂中，智能设备可以代替老师完成机械的讲解、批改、学情统计等工作，使老师把更多的精力放在思维引导、答疑解惑、个性化指导、课堂育人当中。

二、智慧教育背景下小学数学课堂人机协同教学案例分析

（一）概念新知类课堂人机协同教学案例，以《长方体和正方体的认识》为例

本案例为小学五年级数学《长方体和正方体的认识》新知教学课堂，主要教学难点是帮助学生建立立体空间概念，区分立体图形的棱长、面、顶点特征，是小学数学空间几何教学的典型重难点课堂。本次教学严格按照人机协同三个要素来开展教学，很好地克服了传统几何教学的不足。教师在人机协同分工中起着主导作用，即课堂的组织者、思路的引导者、重难点的点拨者和总结归纳者，主要作用是激发学生的空间思维、指导学生的学习方法；智能教学平台、3D立体动画演示系统、交互式电子设备等承担辅助教学任务，即把抽象的几何知识形象化地展示出来，进行动态演示，实时开展课堂互动。在协同实施过程中，教师先用生活实物导入调动学生的兴趣，再用智能设备展示长方体拼接、拆分、旋转的3D动态过程，使学生直观地观察到面、棱、顶点的数量和特点，并且推送线上拖拽实操小游戏，让学生自主组合立体图形。课堂上智能系统对学生的操作正确率进行实时统计，然后从中找出错误率较高的知识点。从教学效果上看，人机协同模式很好地解决了小学生空间想象能力差的问题，把抽象的立体几何知识具体化、操作化，大大降低了学生对知识的理解难度。智能学情数据使教师能准确找到学生的认知漏洞，有针对性地进行二次讲解，从而提高课堂新知的吸收率，真正培养学生的空间观念和几何直观的核心素养。

（二）运算应用类课堂人机协同教学案例——以《小数的四则混合运算》为例

本文以小学四年级《小数的四则混合运算》课堂教学为载体，针对小学生运算易错点多、计算熟练度参差不齐、课堂训练针对性弱等教学问题，开展人机协同教学实践，符合小学数学计算类课程教学需求。教学三要素清楚明确，分工体系清楚高效。教师的核心职责是讲解运算法则、规范解题步骤、纠正学生思维误区、开展个性化答疑，控制整个课堂的节奏和教学方向，智能题库系统、课堂答题器、学情分析软件负责习题推送、实时答题、自动批改、数据统计等机械性、重复性的教学工作。教师完成基础运算规则的讲解之后，智能系统按照班级整体学情，对基础题、提升题、拓展题进行分层推送，满足不同基础学生不同的训练需求。学生在终端设备上即时作答，系统立刻完成批改，自动生成全班错题类型、错误率等主要数据，生成学情报告并传送到教师端。教师根据智能数据分析的结果，以高频易错题型为重进行集中讲解，对个别薄弱的学生单独辅导。该种人机协同教学模式很好地解决了传统计算课统一刷题、无效训练的问题，极大地提高了课堂练习的效率。分层训练模式兼顾学困生和优等生，夯实学生运算基础，提高计算准确率和速度，培养学生严谨的数学运算思维。

（三）综合实践类课堂人机协同教学案例，以《条形统计图》为例

本案例选择小学三年级《条形统计图》综合实践课，该课程重视学生数据收集、整理、分析和应用的能力，重视数学知识与生活的联系，传统课堂存在着数据统计繁杂、绘图效率低、数据分析教学薄弱等状况。本次课堂严格按照人机协同的三个要素来开展高效智慧教学。教师是教学目标的设计者、实践任务的布置者、数据整理的引导者、学习结果的评判者，主要培养学生的数据意识和应用能力，使用智能统计软件、可视化绘图工具、班级互动终端等对数据进行处理、自动绘制图形、展示成果、互动评价。教师在教学中布置了“统计班级同学兴趣爱好”这样的生活化实践任务，让学生自己去搜集基础数据，然后用智能设备把数据输入到系统里，系统很快地对数据进行了分类汇总，并自动生成了标准的条形统计图。学生可以和智能绘图结果进行对比，找出自身的绘图错误，并且利用平台展开小组间的互动展示。教师依据产生的可视化图表引导学生去探究图表里隐藏的信息，教授数据分析的方法。采用人机协同教学方式，彻底解决了传统课堂手工统计、绘图耗时长、误差大等问题，极大地节省了课堂时间，把课堂的重心从机械绘图转移到数据分析和思维培养上来，有效地提高了学生的数据整理和数学应用能力，落实了小学数学实践育人教学目标。

三、当前小学数学课堂人机协同教学面临的挑战

（一）人机协同配比失衡，技术滥用与技术缺位问题并存

目前小学数学人机协同课堂最突出的问题是人机比例失衡，呈两极分化现象，包括现状、原因、影响三大部分。从现状上看，部分教师过分依靠智能教学设备，把课堂教学全部交由智能系统来完成，课件播放、习题讲解、知识总结全流程机械化地依靠技术，削弱了自身的主导地位；也有部分中老年教师固守传统的教学模式，对于智能设备的使用不熟练，仅仅把多媒体当作简单的投屏工具，没有真正实现人机协同。从原因上讲，根源在于教师没有形成系统的智能技术人机协同教学理念，对于教师为主、技术为辅的核心理念认识不清，不能清楚地知道智能技术的应用边界和应用场景。从教学影响来说，技术滥用会造成课堂变成智能化灌输课堂，缺少师生之间的情感交流和思维引领，抑制学生主动思考的能力，技术缺位会让人机协同变成表面的形式，不能发挥出智能技术精准教学、可视化教学的优势，难以解决传统数学教学的痛点，最后造成智慧课堂提质增效的育人目标无法实现。

（二）智能教学资源适配性不足，与小学数学学情契合度较低

智能教学资源适配度低是阻碍人机协同教学落实的主要问题，它包括了存在的问题状况、造成的原因以及对教学产生的影响这三个部分。现状上，目前市面大部分智慧教学资源是通用型的，没有根据小学数学学段的特点、教材的重点难点以及小学生的认知规律来研发，存在资源同质化、难度失衡、题型固化等问题。部分几何、计算类教学资源太浅显，不能满足高年级学生思维拓展的需求，部分拓展资源难度过大，脱离课堂教学的实际。成因上智能资源研发团队以技术人员为主，缺少一线小学数学教师的参与，资源研发重技术轻学科，重展示轻应用。就实际的影响而言，由于资源的不适应性而造成课堂教学目标不能得到精准的匹配，教师也很难依靠智能资源来实施分层教学。同时杂乱无章的教学资源会扰乱正常的教学节奏，不但不能弥补学生知识上的不足，还会加重学生的学习负担，影响人机协同教学的针对性和有效性，阻碍个性化教学的开展。

（三）教师智慧教学能力不足，人机协同实操素养存在短板

教师专业能力的不足是目前小学数学人机协同教学实施的主要障碍，具有完整的问题三要素。从现状上看，大部分小学数学教师具有基本的课堂教学能力，但是人机协同综合素养参差不齐，年轻教师熟悉智能设备的操作，但是缺少教学设计和技术融合的能力，不能把设备的功能和数学的重点难点结合起来；中老年教师普遍存在着设备操作不熟练、数据分析能力欠缺等状况，不能很好地利用学情数据来改进教学。造成这一现象的原因是学校对于小学数学学科的智慧教学专项培训体系不健全，培训大多为通用技术操作，缺少学科针对性、场景化的人机协同教学实操指导，教师缺少常态化的实践打磨机会。就教学影响而言，教师不能准确地利用智能技术来完成备课、互动、评价、课后辅导等工作，不能挖掘出大数据学情分析、智能分层推送等核心功能的教学价值。薄弱的实操能力会造成人机协同过程杂乱无章、职责不明，不能形成有效的智慧教学模式，严重阻碍了小学数学智慧课堂的改革以及教学质量的提高。

四、智慧教育背景下小学数学课堂人机协同教学策略

（一）明确人机协同边界，创建师生主导、技术赋能的协同机制

针对目前小学数学课堂人机配比失衡、技术滥用和技术缺位并存的问题，教师要明确人机协同的权责边界，树立起教师为主、智能为辅、因材施教的科学教学观念，创建起规范化、常态化的课堂协同机制。教师在教学实践当中必须牢牢掌握课堂的主导地位，承担起教学设计、思维引导、情感育人、重难点精讲、价值引领等主要的育人任务，不能出现智能技术完全取代人工教学的情况。智能设备和教学系统属于辅助工具，主要完成机械的、重复的、数据的教学工作，如课堂答题统计、习题自动批改、学情数据采集、知识可视化演示等。课前教师利用智能平台整理学情，制定教学计划；课中用智能设备做互动演示，及时了解学情并作相应的调整；课后用智能系统批改作业，统计错误。教师要按照小学数学不同的课型来调节人机比例，概念新授课重视技术的可视化辅助，练习巩固课看重智能分层训练，复习课重视大数据学情诊断。经由明晰的人机分工，有效地避开技术泛化应用引发的思维缺失情况，而且防止技术闲置、形式化智慧教学的状况出现，使得智能技术准确地服务于课堂教学，达成人机互补、协同增效的目的。

（二）优化校本智能资源，搭建适配小学数学学情的资源体系

为了克服通用智能教学资源同质化、适配性差、脱离学科学情的弊端，学校要从小学数学教材体系、学段认知特点、学生分层学情出发，建立本土化、专业化、分层化的智慧教学资源库。首先，成立以一线数学骨干教师、学科教研组、技术研发人员为成员的资源开发小组，摒弃通用化的资源套用模式，根据各个年级的数学重难点、易错点、考点难点来开展有针对性的资源研发。根据低学段以形象思维为主的特征，主要开发动画演示、趣味实操、图形可视化等启蒙类资源；根据高学段逻辑推理、运算应用、几何建模等教学需要，开发分层题库、思维拓展、专项训练、错题精讲等进阶性资源。其次，创建资源筛选、更新、审核制度，定时淘汰旧的、难以为继、缺乏实用性的资源，依照课堂教学实际情况更新改良资源内容，使资源同教材进度、课堂目的、学生学情保持高度契合。依靠智慧平台将资源分成了基础层、提升层、拓展层三类，便于教师按照班级学情、学生个体差异准确地调取和使用。优质的校本化智能资源可以有效地解决通用资源适配度低的问题，给分层教学、精准教学的实施提供资源支持，从而提高小学数学人机协同教学的针对性和实效性。

（三）强化教师专项培训，提升学科人机协同教学综合素养

针对教师智慧教学能力参差不齐、技术与学科融合能力弱的问题，学校要创建起系统的、学科化的、场景化的专项培训体系，全方位提高小学数学教师人机协同实操能力及教学设计水平。首先抛弃单一的设备操作培训方式，实行分层分类精准培训，对中老年教师主要进行智能设备基本操作、学情平台应用、基础资源调取等实操培训，弥补技术操作的不足，对青年教师主要进行技术与学科深度融合、大数据学情分析、智慧课堂教学设计等高阶培训，提高创新教学的能力。第二，创建常态化的教研交流平台，定期举办小学数学人机协同公开课、示范课、磨课研讨活动，组织教师就几何教学、计算教学、统计教学等不同的课型，研究适合的适配人机协同教学的方法，积累实战教学经验。同时创建起师徒帮扶、校本研修、校外研学相融合的培养体系，促使教师积极地使用智慧设备来展开日常教学工作，在实际操作中熟练掌握数据解读、资源整合、智能互动、精准辅导这些主要的能力。经过全方位、常态化的专项培养，使教师完全摆脱只会投屏、不会赋能的困境，实现由“会用设备”到“善用技术育人”的转变，为人机协同教学高质量落地提供师资保障。

结语

综上所述，本文以智慧教育的发展背景为依托，分析小学数学课堂人机协同教学的开展价值和存在的问题，从协同机制、资源建设、教师素养、教学评价四个方面提出优化策略。推进人机深度协同可以很好地弥补传统数学教学的不足，践行因材施教的思想。未来还要继续探索技术同数学课堂的融合途径，不断改进人机协同教学模式，促进小学数学智慧教学的高质量发展。

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