《語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)》教學(xué)設(shè)計(jì)

包桂霞

設(shè)計(jì)背景

當(dāng)前人工智能課程剛起步，還處于探索研究階段，各版本教材多以理論介紹為主，缺少感知體驗(yàn)、實(shí)踐模擬。如何以學(xué)習(xí)者為中心，上好基于大班教學(xué)的普惠型人工智能課程是本文探索的重點(diǎn)，本文以智能語(yǔ)音技術(shù)中的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)一課為例探討如何培養(yǎng)學(xué)生的人工智能鑒賞力、理解力、應(yīng)用力、創(chuàng)新力以及責(zé)任感。

學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

智能語(yǔ)音技術(shù)是人工智能領(lǐng)域的重要分支，在生活中有著廣泛應(yīng)用，如語(yǔ)音輸入、語(yǔ)音導(dǎo)航、語(yǔ)音助理、語(yǔ)音音箱、語(yǔ)音評(píng)測(cè)等。它綜合應(yīng)用了大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、聲學(xué)、語(yǔ)言學(xué)等知識(shí)。初中階段側(cè)重于讓學(xué)生了解語(yǔ)音識(shí)別的定義，理解其工作流程，知道其應(yīng)用，初步嘗試運(yùn)用人工智能技術(shù)創(chuàng)新地解決生活中的問(wèn)題。

學(xué)習(xí)者分析

本課的學(xué)習(xí)者是初一年級(jí)學(xué)生，他們樂(lè)于接受新技術(shù)，在生活中已經(jīng)積累了許多使用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，如進(jìn)行語(yǔ)音輸入、語(yǔ)音導(dǎo)航、使用智能音箱等，為理解語(yǔ)音識(shí)別的定義及價(jià)值奠定了基礎(chǔ)。他們樂(lè)于挑戰(zhàn)，對(duì)稍具難度的知識(shí)保持著較強(qiáng)的好學(xué)心，他們愛(ài)動(dòng)手、樂(lè)創(chuàng)造，對(duì)制作“智能語(yǔ)音導(dǎo)游”有著強(qiáng)烈的內(nèi)驅(qū)力。本課的學(xué)習(xí)任務(wù)具有挑戰(zhàn)性，需要學(xué)生們分組合作完成，課前將學(xué)生分為3人一組，每組一個(gè)平板，一套人工智能設(shè)備。這需要教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合理分工，調(diào)動(dòng)每一位成員的積極性，確保小組合作高效進(jìn)行。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

①識(shí)別語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在生活中的應(yīng)用并了解及價(jià)值;②掌握語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的定義并理解其工作流程;③運(yùn)用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)設(shè)計(jì)智能導(dǎo)游的功能并編程實(shí)現(xiàn);④樹(shù)立合理使用人工智能技術(shù)的社會(huì)責(zé)任。

教學(xué)過(guò)程

1.慧眼識(shí)AI

（1）展示“黑科技”，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，掌握概念

課前教師搭建基于小米小愛(ài)音箱和小米空調(diào)伴侶的“人工智能+物聯(lián)網(wǎng)”環(huán)境，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制空調(diào)開(kāi)關(guān);在一體機(jī)上連接訊飛智能語(yǔ)音鼠標(biāo)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音轉(zhuǎn)字幕。

師：今天有點(diǎn)冷，讓我們打開(kāi)空調(diào)。小愛(ài)同學(xué)，請(qǐng)打開(kāi)空調(diào)，設(shè)置26度。（此時(shí)空調(diào)自動(dòng)啟動(dòng)，同時(shí)教師的語(yǔ)言以字幕形式呈現(xiàn)在一體機(jī)屏幕上，學(xué)生們看到這兩個(gè)現(xiàn)象時(shí)露出十分驚奇的表情，課堂氣氛一下子被調(diào)動(dòng)起來(lái)）請(qǐng)大家分析老師的語(yǔ)音實(shí)現(xiàn)什么功能。

生：實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音控制空調(diào)和語(yǔ)音變成文字。

分析并理解概念：語(yǔ)音識(shí)別是機(jī)器通過(guò)識(shí)別和理解，將語(yǔ)音轉(zhuǎn)換成指令或文本的技術(shù)。

（2）關(guān)聯(lián)生活，識(shí)別生活中AI應(yīng)用，分析價(jià)值

教師提問(wèn)：生活中還有哪些語(yǔ)音識(shí)別的應(yīng)用，它們發(fā)揮了怎樣的價(jià)值？

學(xué)生對(duì)照概念關(guān)聯(lián)已有生活經(jīng)驗(yàn)，分享相關(guān)應(yīng)用，如語(yǔ)音輸入法，讓溝通更高效;語(yǔ)音控制，讓控制更方便;語(yǔ)音導(dǎo)航，讓駕駛更安全;語(yǔ)音客服，降低成本

設(shè)計(jì)意圖：首先通過(guò)體驗(yàn)生活“黑科技”，感知語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并引出語(yǔ)音識(shí)別的概念。在理解概念的基礎(chǔ)上對(duì)照概念識(shí)別出生活中語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用并能分析價(jià)值，提高對(duì)人工智能技術(shù)應(yīng)用“鑒賞力”，做到慧眼識(shí)AI。

2.用心析AI

（1）類比生活，解析語(yǔ)音識(shí)別原理

師：語(yǔ)音識(shí)別功能是如何實(shí)現(xiàn)的？分析人類的學(xué)習(xí)過(guò)程：辨識(shí)音素→組合成拼音→對(duì)應(yīng)漢字→寫出漢字。該流程與語(yǔ)音識(shí)別過(guò)程對(duì)應(yīng)：聲音輸入→切割音素→特征提取→聲學(xué)模型匹配→語(yǔ)言模型匹配→輸出文字（如圖1）。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)類比人學(xué)習(xí)拼音漢字的過(guò)程，初步理解語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的原理。將深?yuàn)W的語(yǔ)音識(shí)別流程與已有的生活經(jīng)驗(yàn)類比，方便學(xué)生理解。但是語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)不能簡(jiǎn)單地和人類學(xué)習(xí)過(guò)程對(duì)應(yīng)，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)中有很多知識(shí)超過(guò)初中生現(xiàn)階段的認(rèn)知，在講解時(shí)要做適當(dāng)?shù)恼f(shuō)明。

（2）虛擬實(shí)驗(yàn)，剖析語(yǔ)音識(shí)別流程

實(shí)驗(yàn)一：

使用訊飛語(yǔ)記APP，體驗(yàn)語(yǔ)音輸入功能。a.觀察語(yǔ)音轉(zhuǎn)寫的準(zhǔn)確率，分析影響語(yǔ)音識(shí)別準(zhǔn)確率的因素。b.觀察語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)能否識(shí)別出語(yǔ)氣，如疑問(wèn)語(yǔ)氣、感嘆語(yǔ)氣。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：語(yǔ)音轉(zhuǎn)寫的準(zhǔn)確率很高，但會(huì)受環(huán)境音的影響，需要靠近設(shè)備并清晰地說(shuō)出需要輸入的文字;目前語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)能識(shí)別出疑問(wèn)語(yǔ)氣，不能識(shí)別出感嘆語(yǔ)氣。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)還需繼續(xù)發(fā)展。

實(shí)驗(yàn)二：

利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)體驗(yàn)語(yǔ)音轉(zhuǎn)寫的流程，體驗(yàn)語(yǔ)音識(shí)別的過(guò)程（如圖2）。a.預(yù)加重和分幀的作用？b.語(yǔ)言模型匹配過(guò)程中“權(quán)重值”的含義。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：預(yù)加重讓聲音特征更清晰更易提取，分幀是切割音素，權(quán)重值代表匹配度，越高越接近正確答案。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別實(shí)驗(yàn)，學(xué)生體驗(yàn)到語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的魅力，分析不足，學(xué)生的角色從技術(shù)使用者升級(jí)到技術(shù)的評(píng)析者;通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)語(yǔ)音轉(zhuǎn)寫流程，形象感知其中的關(guān)鍵技術(shù)，加深對(duì)AI技術(shù)的理解，提升AI理解力。

3.巧思創(chuàng)AI

（1）任務(wù)

常有外校教師到校參觀，運(yùn)用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)設(shè)計(jì)校園智能導(dǎo)游代替校園講解員的部分工作。

（2）功能設(shè)計(jì)

小組成員分析討論講解員的工作有哪些？哪些工作可被語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)代替？哪些工作不能被代替？設(shè)計(jì)智能導(dǎo)游功能圖（如圖3），并細(xì)化每個(gè)功能的工作場(chǎng)景。

例：指路場(chǎng)景

來(lái)賓：我要問(wèn)路。

機(jī)器人：請(qǐng)問(wèn)你想去哪里？

聽(tīng)來(lái)賓聲音。

如果來(lái)賓說(shuō)“科技長(zhǎng)廊”。

那么機(jī)器人說(shuō)“科技長(zhǎng)廊在篤行樓2樓南側(cè)”。

如果來(lái)賓說(shuō)“理化生長(zhǎng)廊”。

那么機(jī)器人說(shuō)“理化生長(zhǎng)廊在篤行樓5樓”。

（3）編程測(cè)試

小組探究學(xué)習(xí)編程平臺(tái)中的AI模塊：語(yǔ)音轉(zhuǎn)寫、語(yǔ)音命令詞，編寫程序。

（4）評(píng)價(jià)展示

參考學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表（如下表），對(duì)作品進(jìn)行自評(píng)，滿分100分。

小組成員上臺(tái)展示功能，其他學(xué)生仔細(xì)觀察機(jī)器人的動(dòng)作并剖析程序，展示者驗(yàn)證并進(jìn)一步介紹設(shè)計(jì)意圖、功能特色等。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)制作基于語(yǔ)音識(shí)別的智能導(dǎo)游機(jī)器人，學(xué)生運(yùn)用人工智能知識(shí)創(chuàng)新解決生活中的問(wèn)題，從AI的理解者升級(jí)到AI應(yīng)用的設(shè)計(jì)者、創(chuàng)造者。在這個(gè)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生辯證思考人與人工智能的關(guān)系，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)人工智能應(yīng)用場(chǎng)景，編寫人工智能程序，創(chuàng)作人工智能作品，提高AI創(chuàng)作力，實(shí)現(xiàn)巧思創(chuàng)AI。

4.明理用AI

（1）打開(kāi)眼界，了解AI技術(shù)在行業(yè)中的深度應(yīng)用

語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)與行業(yè)深度結(jié)合，可以發(fā)揮更大的價(jià)值。播放北京大學(xué)口腔醫(yī)院修復(fù)科門診運(yùn)用智能語(yǔ)音技術(shù)幫助醫(yī)生記錄病患信息的視頻，播放蘇州市中級(jí)人民法院借助語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)提高提審品質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)視頻。

（2）理性思考，分析技術(shù)的倫理問(wèn)題

技術(shù)是把雙刃劍，使用技術(shù)時(shí)，要理性思考它可能會(huì)帶來(lái)危害并做出對(duì)應(yīng)防范。例如，要規(guī)避麥克風(fēng)惡意監(jiān)聽(tīng)，手機(jī)APP軟件僅在使用時(shí)獲得麥克風(fēng)權(quán)限等。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)深入了解行業(yè)應(yīng)用，打開(kāi)學(xué)生眼界，將對(duì)AI應(yīng)用的認(rèn)知從生活升華到行業(yè)，同時(shí)理性思考濫用技術(shù)帶來(lái)的危害，加強(qiáng)信息社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

教學(xué)反思

“學(xué)習(xí)者中心”是教學(xué)設(shè)計(jì)的核心視角之一，與“學(xué)科中心”“問(wèn)題中心”相比，更加關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，關(guān)注學(xué)生的需要、興趣和目的。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)涉及的知識(shí)很前沿，因此，制訂合理的學(xué)習(xí)目標(biāo)、選擇恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方式、設(shè)計(jì)合適的課堂任務(wù)尤為重要。以學(xué)習(xí)者為中心，就是要充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)已知，圍繞學(xué)情設(shè)計(jì)教學(xué)。通過(guò)課前設(shè)計(jì)的學(xué)情調(diào)查，了解到學(xué)生對(duì)智能語(yǔ)音在生活中的應(yīng)用有不少體驗(yàn)，對(duì)其價(jià)值有初步的認(rèn)識(shí)。因此，筆者在課堂引入環(huán)節(jié)摒棄了常見(jiàn)應(yīng)用，選擇他們能理解但是不常見(jiàn)的“語(yǔ)音控制空調(diào)”“字幕自動(dòng)顯示”作為“黑科技”來(lái)調(diào)動(dòng)課堂氣氛。在調(diào)研中，了解了學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，他們主動(dòng)希望學(xué)習(xí)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)背后的原理，這符合這一年齡段學(xué)生的心理特點(diǎn)，他們對(duì)新事物有著強(qiáng)烈的好奇心、探索欲，因此通過(guò)APP體驗(yàn)、虛擬實(shí)驗(yàn)等方式讓學(xué)生體驗(yàn)感知原理。在小組合作環(huán)節(jié)，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)成員的個(gè)性特點(diǎn)、學(xué)習(xí)風(fēng)格進(jìn)行組內(nèi)分工，充分發(fā)揮組內(nèi)每位成員的價(jià)值，將合作效果最大化。

在課堂設(shè)計(jì)中，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了四個(gè)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生從感知體驗(yàn)到理解掌握，從應(yīng)用創(chuàng)新到感悟內(nèi)化，一步步提高AI鑒賞力、理解力、創(chuàng)造力、責(zé)任感。

智能語(yǔ)音單元的內(nèi)容十分豐富，如何將本課的知識(shí)溶入到大單元整體設(shè)計(jì)中，讓學(xué)生在項(xiàng)目中學(xué)習(xí)，也是需要考慮并實(shí)施的。

點(diǎn) ?評(píng)

包老師的這節(jié)主題為《語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)》的初中人工智能普及課，是讓學(xué)生了解語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用、概念、原理，設(shè)計(jì)并編寫具有語(yǔ)音識(shí)別功能的人工智能作品，教學(xué)目標(biāo)指向?qū)W生的人工智能鑒賞力、理解力、應(yīng)用力、創(chuàng)新力以及責(zé)任感。整堂課體現(xiàn)了以學(xué)習(xí)者為中心的理念。

（1）學(xué)習(xí)者的核心素養(yǎng)是教學(xué)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。信息技術(shù)的核心素養(yǎng)包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任。課堂的各個(gè)環(huán)節(jié)均指向?qū)W生的核心素養(yǎng)。例如，在“慧眼識(shí)AI”環(huán)節(jié)，通過(guò)識(shí)別、列舉包含語(yǔ)音識(shí)別功能的應(yīng)用，分析其在各種場(chǎng)景下的價(jià)值，提高人工智能鑒賞力，提高學(xué)生在識(shí)別人工智能技術(shù)時(shí)的信息意識(shí)。在“用心析AI”環(huán)節(jié)，通過(guò)原理剖析及虛擬實(shí)驗(yàn)帶領(lǐng)學(xué)生分析語(yǔ)音識(shí)別的算法原理，提高學(xué)生的計(jì)算思維。在“巧思創(chuàng)AI”環(huán)節(jié)，通過(guò)運(yùn)用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)解決校園生活中的真實(shí)問(wèn)題，提高數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。在“明理用AI”環(huán)節(jié)，側(cè)重于提高學(xué)生的信息社會(huì)責(zé)任，學(xué)生分析語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可能帶來(lái)的危害以及規(guī)避危害方法，培養(yǎng)信息安全意識(shí)與能力，遵守信息社會(huì)的道德與倫理準(zhǔn)則，對(duì)信息技術(shù)創(chuàng)新所產(chǎn)生的新觀念和新事物，既具有積極學(xué)習(xí)的態(tài)度，又有理性判斷和負(fù)責(zé)行動(dòng)的能力。

（2）學(xué)習(xí)者的學(xué)情特征是教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。學(xué)情分析是教學(xué)的羅盤針，是確立教學(xué)目標(biāo)和實(shí)施教學(xué)過(guò)程的重要基礎(chǔ)。學(xué)情研判可以通過(guò)摸底考查、問(wèn)卷等較為正式的方式，也可以采取抽查或提問(wèn)等非正式的方式，據(jù)此設(shè)計(jì)課程的深度、難度和廣度。包老師采用課前調(diào)查的方式了解學(xué)情，根據(jù)學(xué)生年齡特點(diǎn)、已有知識(shí)和能力讓學(xué)生從感知體驗(yàn)到理解掌握，從應(yīng)用創(chuàng)新到感悟內(nèi)化，一步步提高學(xué)生AI鑒賞力、理解力、創(chuàng)造力、責(zé)任感。例如，選擇更能吸引學(xué)生的黑科技作為引入，通過(guò)互動(dòng)體驗(yàn)的方式理解概念及原理，選擇學(xué)生感興趣的問(wèn)題作為課堂任務(wù)等，獲得學(xué)生更高的參與度。

（3）學(xué)習(xí)者的參與熱情是教學(xué)評(píng)價(jià)的依據(jù)。學(xué)生是課堂的主體，只有學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)了，才能產(chǎn)生良好的學(xué)習(xí)效果。課堂上引導(dǎo)學(xué)生觀察生活并設(shè)置學(xué)生感興趣的任務(wù)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情;小組合作的方式調(diào)動(dòng)了學(xué)生合作研究的熱情;小組展示分享環(huán)節(jié)，先讓學(xué)生觀察展示者的作品效果，并嘗試剖析作品的創(chuàng)作原理，最后請(qǐng)展示者分享創(chuàng)作思想，讓學(xué)生從觀察者走向剖析者，從聆聽(tīng)者走向創(chuàng)作者，這種剖析策略有效提高了學(xué)生積極思考的熱情。包老師還設(shè)計(jì)了課堂評(píng)價(jià)表，建議在評(píng)價(jià)表中增加對(duì)學(xué)生參與度的評(píng)價(jià)，通過(guò)評(píng)價(jià)引導(dǎo)學(xué)生更好地參與課堂學(xué)習(xí)。

（點(diǎn)評(píng)人：江蘇省南京市科利華中學(xué) 高建君）