一、案例背景
在小学几何教学中，《平行与垂直》是构建学生空间观念的重要内容，也是培养几何直观、推理意识和实践能力的关键载体。四年级学生已具备初步的观察、操作能力，但对抽象几何概念的理解和精准作图技能的掌握仍存在困难。本案例依托人工智能技术，将数字人互动、可视化展示、智能反馈等功能融入教学全过程，聚焦核心素养发展，打破传统教学中 “概念理解模糊、作图步骤生硬” 的局限，让几何学习更具直观性、互动性和实效性。
二、核心素养目标
几何直观：通过数字人演示、折痕图片观察、作图过程可视化等方式，让学生直观感知平行与垂直的本质特征，能清晰辨识生活中的垂直关系，建立图形与概念之间的联系。
运算能力与推理意识：在探索画垂线步骤的过程中，引导学生通过独立尝试、小组讨论归纳作图逻辑，理解 “边线重合、平移靠点、画垂线、标符号” 的内在合理性，培养初步的几何推理能力。
实践创新能力：借助学习单、错误示例分析、智能习题反馈等资源，让学生熟练运用三角尺完成过直线上一点和直线外一点画垂线的操作，提升动手实践的精准度和创新思维。
合作交流素养：通过小组讨论、成果分享等环节，鼓励学生主动表达自己的作图思路，倾听他人见解，在思维碰撞中完善认知，培养协作探究的能力。
三、教学实施过程
（一）AI 情境导入，激活几何直观
教学伊始，数字人小智以趣味互动的方式登场，展示正方形纸折痕的动态图片，引导学生仔细观察折痕的相交关系。AI 技术
将静态的折痕转化为可动态演示的图形，学生通过放大、旋转图片，清晰发现折痕相交成直角的特征。数字人结合生活场景，同步展示电线杆与地面、桌腿与桌面等垂直实例的动态画面，并通过语音提问 “这些图形的相交有什么共同特点？”，引发学生思考。随后，数字人精准讲解 “互相垂直” 的概念，结合 AI 生成的动态示意图，标注出 “垂线” 和 “垂足”，让抽象概念通过可视化形式被学生快速感知，初步建立几何直观。
（二）AI 精准示范，突破作图难点
在 “过直线上一点画垂线” 的知识讲解环节，AI 课件通过分步动画展示作图过程，每一步操作都配有详细的语音解说和图形标注。首先呈现 “边线重合” 的动画：三角尺的一条直角边与直线精准贴合，AI 用红色线条突出重合部分，让学生明确操作基准；接着演示 “平移靠点”：三角尺平稳平移，另一条直角边逐步靠近直线上的点，动画放慢平移速度，标注出平移轨迹，解决 “平移不平稳、靠点不准确” 的常见问题；然后展示 “画垂线” 和 “标符号” 的过程，AI 自动生成规范的垂线和直角符号，并对比不同倾斜角度的直线，强调 “垂直与直线放置方向无关，仅与相交角度为 90° 有关”。同时，AI 工具可重复播放演示过程，学生可根据自身节奏暂停、回看，确保每个学生都能理解作图步骤的本质逻辑。
（三）AI 赋能探究，深化推理意识
进入 “过直线外一点画垂线” 的小组讨论环节，AI 先为每个学生推送独立尝试的作图任务单，任务单上配有动态提示按钮，学生遇到困难时可点击查看关键步骤的简化动画。独立尝试后，小组围绕 “作图时如何确保垂线精准” 展开讨论，AI 为每组提供实时记录工具，小组长可通过语音输入快速记录小组归纳的步骤，系统自动整理成清晰的文字条目。讨论结束后，小组代表分享成果，AI 将各小组的作图步骤同步展示在大屏幕上，通过对比不同小组的表述，突出 “边线重合、平移靠点” 的核心共性。教师结合 AI 汇总的反馈信息，补充总结规范步骤，引导学生思考 “为什么这四步能画出准确的垂线？”，让学生从 “机械模仿” 走向 “理解本质”，培养推理意识。
（四）AI 个性化反馈，提升实践能力
练习巩固阶段，学生在 AI 学习单上完成作图任务，学习单具备实时检测功能。学生提交作品后，AI 通过图像识别技术快速判断作图是否准确，针对 “直角边未与直线重合”“平移偏移”“未标直角符号” 等常见错误，自动生成个性化反馈，用红色圈出错误位置，并推送对应的纠正动画。同时，AI 展示典型错误示例，如小华的作图作品，引导学生通过点击错误点，自主分析错误原因，系统实时统计学生的错误类型，教师根据 AI 生成的数据分析报告，针对性地进行集中讲解。此外，AI 还为学生推送分层练习任务，基础薄弱的学生侧重基础作图训练，能力较强的学生则挑战 “利用垂线画长方形” 等拓展任务，让每个学生都能在适合自己的节奏中提升实践能力。
（五）AI 总结拓展，完善素养体系
教学尾声，AI 课件自动梳理本节课的核心知识，以思维导图的形式动态呈现过直线上一点和直线外一点画垂线的步骤，学生可通过触摸屏幕点击节点，回看对应步骤的演示视频。在学习收获分享环节，学生自主输入或语音录制自己的学习感悟，AI 将学生的分享整理分类，生成 “知识收获”“技能提升”“合作感悟” 等板块的汇总报告。随后，AI 推送生活中的垂直应用拓展视频，如建筑施工中垂线的使用、家具制作中的垂直测量等，让学生感受几何知识的实际价值。最后，AI 布置课后实践任务，引导学生利用家中的物品（如书本、尺子）尝试画垂线，并通过拍照上传功能，让教师随时查看学生的课后实践成果，实现课堂教学与课后拓展的无缝衔接。
四、教学反思
本案例借助人工智能技术，将核心素养培养贯穿教学始终。数字人的趣味互动、作图过程的可视化演示，有效激活了学生的几何直观；AI 支持的自主探究、小组讨论中的思维碰撞，促进了推理意识和合作能力的发展；个性化的错误反馈和分层练习，让每个学生的实践能力都得到精准提升。教学中，AI 不仅是教学工具，更是学生学习的伙伴，它通过实时反馈、资源推送等功能，满足了学生的个性化学习需求，打破了传统几何教学的时空限制。
后续教学中，可进一步优化 AI 功能，如增加作图过程的实时语音指导、引入虚拟仿真作图环境，让学生在更真实的场景中开展探究；同时，需关注学生的个性化思维差异，鼓励学生在 AI 演示的基础上，探索更多独特的作图方法，让核心素养的培养更加全面、深入。
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