摘要：在教育数字化转型与《义务教育数学课程标准（2022年版）》落地的双重背景下，小学数学学科素养培育面临教学模式固化、个性化需求难以满足、评价体系单一等现实困境，人工智能技术以其个性化、智能化、情境化的核心优势，为破解上述困境、推动学科素养培育落地提供了全新支撑。本文基于建构主义与实用主义理论，结合小学数学教学实际，界定人工智能技术与小学数学学科素养的融合内涵，分析当前二者融合实践中的现存问题，探索科学可行的融合路径，并结合教学案例开展实践验证，旨在为小学数学教师开展素养导向的智能化教学提供实践参考，推动人工智能技术与小学数学教学深度融合，实现“以技赋能、以素养育人”的教学目标。

关键词：人工智能技术；小学数学；学科素养；融合路径；教学实践

一、引言

数学学科素养是学生在数学学习过程中逐步形成的、适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格与关键能力，《义务教育数学课程标准（2022年版）》明确将数感、量感、符号意识、几何直观、数据分析观念、运算能力、推理意识、模型意识、应用意识和创新意识作为小学数学学科素养的核心内涵，凸显了素养培育在小学数学教学中的核心地位。随着人工智能技术在教育领域的深度渗透，《中国教育现代化2035》明确提出“加快信息化时代教育变革，开发智能教育助手”，推动人工智能与学科教学深度融合已成为基础教育改革的必然趋势。

当前，小学数学教学中仍存在诸多制约学科素养培育的问题：传统“一刀切”教学模式难以适配学生的个性化认知差异，抽象数学概念的教学缺乏有效载体导致学生理解困难，学科素养评价多依赖纸笔测试、忽视过程性反馈，这些问题严重影响了小学数学学科素养培育的实效。人工智能技术凭借其智能诊断、个性化推送、情境模拟、大数据分析等功能，能够有效弥补传统教学的不足，搭建“技术赋能素养”的教学桥梁。基于此，本文聚焦人工智能技术与小学数学学科素养的融合与实践，通过梳理融合内涵、分析现存问题、探索融合路径、开展实践验证，为小学数学素养导向的智能化教学改革提供思路与支撑，助力小学数学教学实现从“知识灌输”向“思维生长”的转型。

二、核心概念界定与理论基础

（一）核心概念界定

1. 人工智能技术（教育领域）

本文所指的教育领域人工智能技术，是指应用于小学数学教学过程中，以大数据、机器学习、自然语言处理、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等为核心，能够实现学情诊断、个性化教学、情境模拟、智能评价等功能的技术集合，具体包括智能教学平台、自适应学习系统、虚拟仿真教具、智能作业批改系统等，其核心价值在于“以学定教”，适配学生的个性化学习需求，减轻教师重复性工作，提升教学的精准度与实效性。

2. 小学数学学科素养

结合《义务教育数学课程标准（2022年版）》要求，小学数学学科素养是基于小学数学知识与技能，在长期数学学习实践中逐步形成的，兼具基础性、综合性与发展性的必备品格与关键能力，核心涵盖十大要素，可概括为三大维度：一是知识应用维度（运算能力、应用意识、模型意识），强调学生运用数学知识解决实际问题的能力；二是思维发展维度（推理意识、数据分析观念、几何直观、符号意识），聚焦学生数学思维的形成与提升；三是品格养成维度（数感、量感、创新意识），注重学生数学核心素养的长效发展与综合提升，三者相互关联、协同发展，共同构成小学数学学科素养的完整体系。

3. 二者融合的内涵

人工智能技术与小学数学学科素养的融合，并非简单的技术叠加，而是将人工智能技术深度融入小学数学教学的目标设定、课程设计、教学实施、评价反馈等全流程，以技术赋能打破传统教学壁垒，优化教学过程，让人工智能技术服务于学科素养培育的每一个环节。其核心内涵在于：以小学数学学科素养培育为根本目标，依托人工智能技术的个性化、智能化优势，构建“技术适配素养、素养引领技术”的教学模式，实现“教”的精准化、“学”的个性化、“评”的全面化，最终促进学生数学学科素养的全面、可持续发展。

（二）理论基础

1. 建构主义学习理论

建构主义学习理论认为，学习是学生主动建构知识的过程，而非被动接受知识的过程，学生通过与环境的互动、自主探究，逐步形成对知识的理解与认知。人工智能技术能够为学生搭建个性化的探究环境，通过虚拟情境模拟、智能问题引导等方式，激发学生的探究兴趣，引导学生主动参与数学学习过程，自主建构数学知识、发展数学思维，与小学数学学科素养“强调自主发展、注重实践探究”的要求高度契合，为二者的融合提供了重要的理论支撑。

2. 实用主义理论

实用主义理论强调学习的实用性与实践性，认为学习的核心是解决实际问题，注重学生在实践中积累经验、提升能力。人工智能技术能够搭建真实的数学应用情境，将抽象的数学知识与生活实际紧密结合，引导学生运用数学知识解决真实问题，在实践中培养应用意识、创新意识等核心素养，契合实用主义理论“实践育人”的核心观点，为融合实践提供了重要的理论指引。

3. 因材施教理论

因材施教理论强调“以学生为中心”，根据学生的认知差异、学习能力，制定个性化的教学方案，实现“一把钥匙开一把锁”。人工智能技术通过大数据分析功能，能够精准捕捉学生的学习数据，分析学生的认知特点、薄弱环节，自动生成个性化的学习路径与教学方案，有效落实因材施教理念，为不同层次学生的学科素养培育提供精准支撑。

三、人工智能技术与小学数学学科素养融合的现存问题

当前，人工智能技术在小学数学教学中的应用已逐步普及，但在与学科素养培育的深度融合过程中，仍存在诸多问题，主要集中在教学应用、教师能力、技术适配、评价体系四个方面，具体如下：

（一）技术应用流于形式，未聚焦素养培育核心

部分小学数学教师对人工智能技术的应用存在“重形式、轻实效”的误区，将技术应用等同于“多媒体展示”，仅用智能教学平台播放课件、布置作业，未能将人工智能技术与学科素养培育目标深度结合。例如，在“不规则图形面积计算”教学中，部分教师仅用AI课件展示图形拼接过程，却未借助技术引导学生探究面积计算的逻辑的，未能培养学生的几何直观与推理意识；部分教师过度依赖智能作业批改系统，仅关注学生的作业正确率，却忽视了对学生运算思路、思维过程的分析，难以实现运算能力、推理意识等素养的培育，导致技术应用与素养培育脱节。

（二）教师智能化教学能力不足，制约融合实效

人工智能技术与学科素养的融合，对小学数学教师的专业能力提出了更高要求，需要教师既掌握扎实的数学教学知识、明确学科素养培育目标，又具备一定的人工智能技术应用能力。但当前部分小学数学教师存在“技术应用能力薄弱”的问题：一是对人工智能技术的功能了解不深入，无法熟练运用智能教学平台、虚拟仿真教具等工具开展素养导向的教学；二是缺乏“技术赋能素养”的教学设计能力，难以将人工智能技术与教学内容、素养目标有机结合，无法设计出贴合素养培育的智能化教学活动；三是对技术生成的学情数据解读能力不足，难以通过数据精准分析学生的素养发展短板，无法开展针对性的教学干预。

（三）技术适配性不足，与小学数学教学特点脱节

当前市面上的人工智能教学产品大多缺乏针对性，部分产品是通用型设计，未充分结合小学数学的教学特点与学生的认知规律，导致技术与教学融合的适配性不足。一方面，部分智能教学内容难度设置不合理，要么过于简单，无法满足学生的素养提升需求；要么过于复杂，超出小学生的认知水平，打击学生的学习积极性。例如，在“小数的初步认识”教学中，部分AI教学产品过度强调小数的抽象概念推导，未结合小学生具象思维的特点设计直观化、情境化的教学内容，导致学生难以理解；另一方面，部分人工智能技术操作复杂，小学生难以独立操作，需要教师反复指导，反而增加了教学负担，影响了融合实效。

（四）评价体系不完善，难以全面反映素养发展水平

学科素养的培育需要完善的评价体系作为支撑，但当前人工智能技术与小学数学学科素养融合实践中，评价体系仍存在明显不足：一是评价内容单一，多聚焦于学生的知识掌握情况（如作业正确率、测试成绩），忽视了对学生思维发展、品格养成等素养维度的评价，难以全面反映学生的学科素养发展水平；二是评价方式固化，仍以终结性评价为主，缺乏过程性评价，无法实时跟踪学生素养的形成与发展过程；三是评价主体单一，多以教师评价为主，缺乏学生自评、互评与家长评价，且人工智能技术的评价功能未充分发挥，无法实现评价的精准化、全面化。

四、人工智能技术与小学数学学科素养的融合路径

针对当前二者融合实践中的现存问题，结合小学数学教学实际与学科素养培育目标，依托人工智能技术的核心优势，从教学目标、教学实施、教师能力、评价体系四个维度，探索人工智能技术与小学数学学科素养的深度融合路径，实现技术赋能与素养培育的同频共振。

（一）锚定素养目标，构建智能化教学目标体系

融合的前提是明确目标，需将小学数学学科素养培育目标与人工智能技术的应用目标有机结合，构建“素养导向、技术支撑”的智能化教学目标体系。一是分层拆解素养目标，结合小学数学各学段、各知识点的特点，将十大核心素养目标拆解为具体的、可操作的教学子目标，例如，在低年级“数位”教学中，将“数感”素养拆解为“能准确区分个位、十位，理解数位的意义”“能结合具体情境感受数的大小”等子目标；在高年级“长方体体积”教学中，将“几何直观”素养拆解为“能通过观察、操作，理解长方体体积公式的推导过程”“能运用体积公式解决实际问题”等子目标。二是结合技术功能适配目标，根据各子目标的特点，选择合适的人工智能技术，例如，针对“直观化教学”子目标，可采用VR/AR技术构建虚拟情境；针对“个性化提升”子目标，可采用自适应学习系统推送个性化学习内容，确保技术应用始终围绕素养培育目标展开。

（二）优化教学实施，打造素养导向的智能化教学模式

教学实施是融合的核心环节，需依托人工智能技术，优化教学流程，打造“情境创设—自主探究—精准辅导—实践应用”的智能化教学模式，推动学科素养培育落地。

1. 情境化创设，激发素养培育兴趣

借助人工智能技术的情境模拟功能，将抽象的数学概念转化为可感知、可交互的沉浸式场景，激发学生的学习兴趣，为素养培育奠定基础。例如，在“百分数的应用”教学中，利用AI虚拟商城系统，构建“超市促销”的真实情境，让学生分小组参与促销活动策划，一组负责计算商品的原价、折扣、折后价，另一组扮演消费者，计算不同促销方式的省钱方案，在实践中培养学生的运算能力、应用意识；在“时分秒”教学中，借助智能平台生成个性化时间记录表，引导学生自主记录日常生活中各项活动的耗时，在数据收集中感知时间长短，培养学生的量感。

2. 个性化探究，促进思维素养发展

利用人工智能技术的大数据分析与个性化推送功能，为学生搭建个性化的探究平台，引导学生自主探究、主动思考，发展数学思维素养。例如，在“鸡兔同笼”问题教学中，借助AI解题系统，不直接给出解题步骤，而是通过智能问题链引导学生自主推导：“如果笼子里全是兔，脚的数量比实际多多少？”“多的脚是因为把鸡当成了兔，每只鸡多算了几只脚？”，通过层层引导，培养学生的推理意识；在“乘法分配律”教学中，利用自适应学习系统，根据学生的认知风格差异，为具象思维型学生推送虚拟计数棒拆分动画，为抽象思维型学生推送数字迷宫游戏，引导学生自主探究运算规律，培养学生的符号意识与运算能力。

3. 精准化辅导，弥补素养发展短板

依托人工智能技术的学情诊断功能，精准捕捉学生的学习数据，分析学生的素养发展短板，开展针对性的精准辅导。例如，在“小数加减法”教学中，通过智能终端采集学生的练习数据，利用自然语言处理技术解析学生的表述，发现部分学生存在“机械记忆小数点对齐规则，忽略数位对齐本质”的认知偏差，教师据此设计“货币单位对齐”具身活动，引导学生在“6元5角+3元8角”的实物操作中，自主建构“单位对齐”与“小数点对齐”的等价关系，弥补运算能力的短板；对于学困生，利用智能辅导系统推送基础练习题与分步讲解视频，逐步引导其掌握知识、提升素养；对于资优生，推送拓展性题目，激发其创新意识，实现“因材施教”。

4. 实践化应用，强化素养综合提升

借助人工智能技术，拓宽数学实践的边界，引导学生将数学知识应用于生活实际，强化学科素养的综合提升。例如，在“平均数”教学中，设计“校园生态环境调查”项目，利用AI平台整合数学、科学、信息技术学科内容，让学生使用智能传感器采集校园不同区域的温度、湿度数据，运用平均数算法分析区域微气候差异，在实践中培养学生的数据分析观念与应用意识；课后布置“利用AI拍摄水电单，计算水电费占家庭支出比例”的实践作业，让学生在生活中感受数学的价值，强化应用意识。

（三）强化能力提升，打造智能化教学师资队伍

教师是融合实践的核心主体，需强化教师的智能化教学能力，打造一支“懂数学、懂技术、懂素养”的师资队伍。一是开展分层培训，针对不同技术应用水平的教师，设计个性化的培训内容：对技术基础薄弱的教师，重点培训人工智能技术的基本操作的（如智能教学平台、作业批改系统的使用）；对技术基础较好的教师，重点培训“技术与素养融合”的教学设计能力、学情数据解读能力。二是搭建交流平台，组织教师开展智能化教学案例交流、研讨活动，分享优秀融合实践经验，促进教师之间的相互学习、共同提升；邀请专家开展专题讲座，解读人工智能技术与学科素养融合的核心要点，引导教师树立“技术赋能素养”的教学理念。三是建立激励机制，鼓励教师开展智能化教学改革与实践，对优秀融合案例、教学成果进行表彰，激发教师的参与积极性，推动教师主动提升智能化教学能力。

（四）完善评价体系，构建素养导向的智能化评价机制

依托人工智能技术，构建“过程性评价+终结性评价”“教师评价+学生自评+互评+家长评价”的多元化、智能化评价体系，全面反映学生的学科素养发展水平。一是丰富评价内容，将知识掌握、思维发展、品格养成等素养维度全部纳入评价范围，不仅评价学生的作业正确率、测试成绩，还评价学生的探究过程、思维方式、合作能力、创新意识等，例如，通过AI系统记录学生的探究过程、解题思路，评价学生的推理意识与创新意识；通过虚拟小组合作活动，评价学生的合作能力。二是优化评价方式，强化过程性评价，利用人工智能技术实时跟踪学生的学习数据，记录学生素养的形成与发展过程，生成个性化的素养发展报告，让学生、教师、家长及时了解学生的素养发展情况；结合终结性评价，全面评价学生的素养发展水平，避免“一考定终身”。三是完善评价主体，引入学生自评、互评与家长评价，利用人工智能技术搭建评价平台，让学生自主评价自己的学习过程与素养发展情况，开展小组互评，家长通过平台了解学生的学习情况并参与评价；教师结合AI生成的评价数据与各方评价意见，给出针对性的评价反馈与改进建议，实现评价的精准化、全面化。

五、融合实践案例分析

为验证上述融合路径的可行性与实效性，本文以小学四年级“多边形的面积”教学为例，开展人工智能技术与小学数学学科素养融合的实践研究，选取某小学四年级两个平行班作为实验对象，其中实验班采用上述融合路径开展教学，对照班采用传统教学模式开展教学，实践周期为4周，通过对比分析两班学生的素养发展水平，验证融合路径的实效。

（一）实践目标

结合“多边形的面积”教学内容，聚焦几何直观、运算能力、推理意识、应用意识四大核心素养，通过人工智能技术与教学的深度融合，实现以下目标：1. 学生能够通过虚拟操作，理解平行四边形、三角形、梯形面积公式的推导过程，培养几何直观与推理意识；2. 能够熟练运用面积公式计算多边形的面积，提升运算能力；3. 能够运用多边形面积知识解决生活中的实际问题，强化应用意识。

（二）实践过程

1. 情境创设，激发兴趣

借助AR技术，构建“校园绿化面积测量”的真实情境，让学生通过AR设备观察校园内的平行四边形、三角形、梯形草坪，提出“如何测量这些草坪的面积”的问题，激发学生的探究兴趣，引导学生主动参与学习过程，初步感知几何图形与生活的联系。

2. 个性化探究，推导公式

利用虚拟仿真教具，让学生自主操作、拼接、转化几何图形：将平行四边形转化为长方形，将三角形、梯形转化为平行四边形，AI系统实时记录学生的操作过程，对操作正确的学生，推送拓展性问题（如“还有其他转化方法吗？”）；对操作错误的学生，推送分步引导提示，帮助其完成转化过程。通过自主探究，学生自主推导面积公式，培养几何直观与推理意识；同时，利用自适应学习系统，根据学生的探究情况，推送个性化的练习题目，巩固公式推导过程。

3. 精准辅导，弥补短板

通过智能作业批改系统，收集学生的练习数据，分析学生的薄弱环节：部分学生存在“底高对应关系混淆”“单位换算遗漏”等问题，AI系统自动为这些学生推送针对性的讲解视频与练习题，教师结合AI生成的学情报告，开展一对一精准辅导，帮助学生弥补短板，提升运算能力。

4. 实践应用，强化素养

布置“校园绿化面积设计”实践作业，让学生利用AI绘图工具，设计校园绿化方案，计算不同多边形草坪的面积，提出合理的绿化建议，将多边形面积知识应用于生活实际，强化应用意识；同时，利用AI评价平台，组织学生自评、互评，教师结合AI评价数据与实践成果，对学生的素养发展情况进行全面评价，给出改进建议。

（三）实践结果与分析

实践结束后，从知识掌握、素养发展两个维度，对实验班与对照班学生进行对比分析：1. 知识掌握层面，实验班学生的作业正确率、测试成绩均显著高于对照班，其中实验班作业正确率平均为92.3%，对照班为78.6%，实验班测试平均分比对照班高11.2分，说明人工智能技术的应用能够帮助学生更好地掌握知识；2. 素养发展层面，通过问卷调查与课堂观察发现，实验班学生的几何直观、推理意识、运算能力、应用意识均得到显著提升，85%的学生能够自主推导面积公式，78%的学生能够运用面积知识解决生活中的实际问题，而对照班仅有52%的学生能够自主推导面积公式，45%的学生能够运用知识解决实际问题，说明融合路径能够有效促进学生数学学科素养的提升。

实践结果表明，本文提出的人工智能技术与小学数学学科素养的融合路径，能够有效优化教学过程，提升教学实效，促进学生数学学科素养的全面发展，具有较强的可行性与实用性。

六、结论与展望

（一）研究结论

本文通过对人工智能技术与小学数学学科素养融合的内涵、理论基础、现存问题、融合路径的研究，结合教学案例开展实践验证，得出以下结论：1. 人工智能技术与小学数学学科素养的融合，是教育数字化转型的必然趋势，能够有效破解传统小学数学教学中素养培育的困境，提升教学实效；2. 当前二者融合实践中存在技术应用流于形式、教师智能化教学能力不足、技术适配性不足、评价体系不完善等问题，制约了融合实效；3. 锚定素养目标、优化教学实施、强化教师能力、完善评价体系的融合路径，能够实现人工智能技术与小学数学学科素养的深度融合，有效促进学生数学学科素养的全面发展。

（二）研究展望

随着人工智能技术的不断发展，其与小学数学学科素养的融合将呈现更加多元化、智能化的发展趋势。未来，可从三个方面进一步深化研究：一是进一步优化人工智能教学产品，结合小学数学教学特点与学生认知规律，开发更具针对性、适配性的智能化教学工具，提升技术与教学的融合度；二是扩大融合实践的范围，涵盖小学各学段、各知识点，探索不同学段、不同知识点的融合路径，形成系统化的融合实践模式；三是深入研究人工智能技术对学生数学学科素养的长期影响，跟踪学生的素养发展过程，不断优化融合路径，推动小学数学素养导向的智能化教学改革持续深入，实现“以技赋能、素养育人”的教育目标。

参考文献（示例）

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[3] 李娟.AI为小学数学单元整体教学注入新动能[J].山东教育报,2026(03):6.

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