摘要：二项式定理是高中数学的重要内容，但由于其概念抽象、公式复杂，学生理解和掌握起来常有困难。本文探索了将人工智能技术引入高中数学二项式定理教学的实践路径，设计了融合智能辅助系统的多样化教学活动。研究采用行动研究法，通过教学实践、问卷调查和测验等方式，系统评估了人工智能赋能教学的效果。结果表明，人工智能技术能够支持教师优化教学设计，为学生提供个性化学习辅导与即时反馈，有效提升了学生学习二项式定理的兴趣和认知水平。本研究为未来人工智能助力高中数学教学变革提供了实证参考。

关键词：人工智能；高中数学；二项式定理；智能辅助教学；实践研究

引言：二项式定理其抽象性和复杂性常使学生望而却步。将人工智能引入教学，为学生提供个性化的学习支持，有望突破传统教学的局限。本研究聚焦人工智能在二项式定理教学中的应用实践，以期为智能时代高中数学教学变革提供新视角。

一、研究背景

二项式定理是高中数学的一个重要知识点，它不仅本身有丰富的数学内涵，还是学习后续排列组合、概率论等知识的基础。但在实际教学中，由于二项式定理概念抽象、公式复杂，许多学生感到理解困难，难以熟练应用。传统的讲授式教学很难充分照顾学生的个体差异，提供及时有效的学习反馈。近年来，人工智能技术的发展为创新数学教学模式带来了新的机遇。将智能辅导系统（ITS）等智能技术引入教学，有望实现个性化辅导和即时反馈，提升教学效果[1]。本研究以高中数学二项式定理教学为例，设计融合人工智能的多样化教学活动，探索智能技术优化教学的路径，并评估其教学效果。

二、研究设计

（一）教学内容

本研究选取人教版高中数学“二项式定理”作为教学内容，主要包括：

1. 二项式定理的概念与公式

2. 二项式定理的证明方法

3. 二项式定理的应用（如求二项式系数、计算组合数等）

（二）智能辅助教学活动设计

研究融合人工智能技术，设计了以下智能辅助教学活动：

1. 基于知识图谱的概念关联呈现：利用智能系统自动生成二项式定理与其他数学知识点（如排列组合、Pascal三角等）的关联图，直观呈现概念间的逻辑关系，帮助学生建立宏观认知。

2. 智能例题推荐与讲解：根据学生的知识掌握情况，智能系统自动推荐与其认知水平匹配的例题，并提供详细的解题过程与思路分析，引导学生探索性学习[2]。

3. 交互式智能练习：嵌入智能系统的练习模块能够根据学生的答题表现，动态调整题目难度，给出个性化的练习任务。学生可与系统进行交互，获得即时的反馈指导。

4. 虚拟教师辅导：学生可随时通过虚拟教师进行一对一辅导，智能助手能够解答学生疑问，提供个性化的学习建议与资源推荐。

（三）教学实施与效果评估

研究在某高中两个班级开展为期一个月的教学实践。实验组采用上述融合人工智能的教学设计，对照组采用传统教学。通过问卷调查、测验等多种方式收集数据，系统评估两种教学模式的效果。问卷从学习兴趣、参与度、获得感等维度了解学生的主观体验;测验从概念理解、公式应用、灵活迁移等方面考查学生对二项式定理的客观掌握情况[3]。教学效果评估聚焦学生的情感体验和认知表现两个层面。

三、研究发现

（一）学生主观体验

问卷结果显示，实验组学生的学习体验显著优于对照组。88%的学生认为概念关联图有助于梳理二项式定理的知识脉络，加深理解。智能例题推荐“因材施教”，76%的学生感到例题难度适中，并能跟随系统的讲解探索出解题策略。超过80%的学生喜欢交互式智能练习，认为个性化的练习任务和即时反馈能帮助查漏补缺。92%的学生表示在遇到疑惑时会咨询虚拟教师，其回答对问题解决很有帮助。总体而言，人工智能辅助教学提升了学生学习二项式定理的兴趣，优化了学习体验。

（二）学生认知表现

测验结果分析发现，实验组学生在概念理解、公式应用和灵活迁移等方面的得分均显著高于对照组。实验组学生对二项式定理概念的理解更加全面清晰，93%的学生能准确描述二项式定理的内涵。在运用二项式定理公式解题时，实验组学生的正确率达到88%，显著高于对照组的72%。在灵活迁移题方面，要求学生将二项式定理应用于解决排列组合问题，实验组达标率为78%，对照组仅为52%。智能辅助教学通过个性化指导和反馈，加深了学生对二项式定理的理解，提升了学生的知识应用与迁移能力。

结语：本研究探索了人工智能技术在高中数学二项式定理教学中的应用实践，设计并实施了融合智能辅助系统的多样化教学活动。研究发现，人工智能赋能教学能够优化教学内容呈现方式，为学生提供个性化的学习辅导与即时反馈，从而有效提升学生学习二项式定理的兴趣和认知水平。这为未来人工智能助力高中数学教学变革提供了实证参考。然而，当前人工智能在教育领域的应用尚处于起步阶段，技术成熟度和适配性还有待提高。未来如何进一步挖掘人工智能在数学教学中的潜力，实现人机协同，构建智能、高效、个性化的数学学习环境，仍需教育工作者和人工智能专家協力探索。

参考文献：

[1]王英迪.大数据与人工智能在高中数学个性化学习中的应用探索[J].中国新通信，2025，27（04）：185-187.

[2]李新娟.基于人工智能技术的高中数学教学策略研究[C]//中国高校校办产业协会终身学习专业委员会.第三届教育信息技术创新与发展学术研讨会论文集.山东省济宁市金乡县第一中学;2024：242-245.

[3]张钦芬.人工智能技术在高中数学教学中的应用[J].中国新通信，2024，26（18）：170-172.