人工智能初體驗(yàn)

田迎春

教學(xué)背景

2017年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出：在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。同時(shí)，教育部印發(fā)的《中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程指導(dǎo)綱要》也指出：創(chuàng)意物化，學(xué)會(huì)運(yùn)用信息技術(shù)，設(shè)計(jì)并制作有一定創(chuàng)意的數(shù)字作品。運(yùn)用常見、簡(jiǎn)單的信息技術(shù)解決實(shí)際問題，服務(wù)于學(xué)習(xí)和生活。

我校從去年開始嘗試在小學(xué)階段落實(shí)人工智能教育，采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式引導(dǎo)學(xué)生在活動(dòng)中了解人工智能，體驗(yàn)人工智能。本項(xiàng)目的創(chuàng)意來源于創(chuàng)客社團(tuán)一個(gè)學(xué)生的創(chuàng)客作品，整個(gè)項(xiàng)目采用項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)方式。本項(xiàng)目分為五個(gè)階段，本課是第三階段的語(yǔ)音控制部分。本課的學(xué)習(xí)目的主要是讓學(xué)生親身體驗(yàn)人工智能的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，探究語(yǔ)音技術(shù)原理和設(shè)計(jì)方案，發(fā)揮想象，設(shè)計(jì)出滿足學(xué)習(xí)需要的智能臺(tái)燈。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能 認(rèn)識(shí)語(yǔ)音識(shí)別模塊，了解語(yǔ)音識(shí)別的基本工作過程。

過程與方法 通過制作語(yǔ)音控制臺(tái)燈的過程，掌握電路搭建和編程實(shí)現(xiàn)的方法。

情感態(tài)度與價(jià)值觀 感受人工智能為生活帶來的便捷，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)創(chuàng)新的熱情。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn) 了解語(yǔ)音識(shí)別的基本工作過程。

教學(xué)難點(diǎn) 掌握電路搭建和編程實(shí)現(xiàn)的方法。

教學(xué)準(zhǔn)備

PPT課件、 廣播軟件、 Arduino Uno主板、杜邦線、 LED燈、 語(yǔ)音識(shí)別模塊、 USB to TTL工具。

教學(xué)過程

一、應(yīng)用體驗(yàn)，提出問題

人類已經(jīng)進(jìn)入到人工智能時(shí)代，我們生活中有很多人工智能的產(chǎn)品，如智能語(yǔ)音音響和電視、手機(jī)上的Siri等，這些智能化的設(shè)備讓人和機(jī)器能夠通過語(yǔ)音進(jìn)行交流。聯(lián)想到我們的多場(chǎng)景智能臺(tái)燈，我們能不能也給它增加語(yǔ)音識(shí)別的功能，讓它也能識(shí)別我們的語(yǔ)音命令呢？

二、實(shí)驗(yàn)探究，體驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)1 測(cè)試語(yǔ)音模塊的連接是否正常

1.語(yǔ)音識(shí)別模塊與USB to TTL連接

教師通過圖示講解連接方式，滲透串口通信的概念。（如圖1）

2.測(cè)試語(yǔ)音識(shí)別模塊

學(xué)生按照要求連接好后，教師講解軟件參數(shù)設(shè)置，學(xué)生自行測(cè)試原主板自帶的識(shí)別內(nèi)容：說出左轉(zhuǎn)，輸出00；說出右轉(zhuǎn)，輸出01。（如圖2）若學(xué)生測(cè)試不成功，教師需要幫助查找原因。

實(shí)驗(yàn)2 設(shè)置語(yǔ)音識(shí)別模塊

教師將軟件通過文檔發(fā)給學(xué)生。學(xué)生小組合作自學(xué)語(yǔ)音識(shí)別模塊的設(shè)置。設(shè)置內(nèi)容為：開燈和關(guān)燈指令。

設(shè)置完畢后，學(xué)生進(jìn)行測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果記錄在實(shí)驗(yàn)單上，通過實(shí)驗(yàn)初步感知語(yǔ)音識(shí)別的工作過程。

教師通過圖片講解實(shí)驗(yàn)過程，加深學(xué)生的理解。（如圖3）

實(shí)驗(yàn)3 用語(yǔ)音識(shí)別模塊控制LED燈

根據(jù)學(xué)生的需求，教師提出要求：用語(yǔ)音識(shí)別模塊識(shí)別出來的內(nèi)容來設(shè)計(jì)我們的臺(tái)燈。

教師出示連接圖（如圖4），學(xué)生根據(jù)連接圖進(jìn)行設(shè)備連接。

整個(gè)過程，教師需要對(duì)學(xué)生連接的設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)，保證學(xué)生插線的準(zhǔn)確，以免燒壞元件。

學(xué)生小組合作進(jìn)行編程和測(cè)試，并填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告單，記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)遇到的問題及解決辦法。程序設(shè)計(jì)如圖5所示。

總結(jié)提升

教師展示學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

在演示過程中有意識(shí)地用含有學(xué)生設(shè)計(jì)的語(yǔ)音指令的句子將其喚醒，導(dǎo)致誤操作。

教師提出問題引發(fā)學(xué)生思考：為什么會(huì)導(dǎo)致誤操作？如何解決？

學(xué)生小組內(nèi)部充分討論。

教師最后匯總整理學(xué)生的方案：用日常出現(xiàn)概率小的詞語(yǔ)作為命令前綴；用兩級(jí)命令的方式進(jìn)行識(shí)別。

師生討論最簡(jiǎn)單的解決辦法：利用日常出現(xiàn)概率小的詞語(yǔ)作為命令的前綴，如開燈改成芝麻開燈等。

三、綜合運(yùn)用，完成作品

教師出示綜合任務(wù)：完成多場(chǎng)景智能臺(tái)燈語(yǔ)音識(shí)別的設(shè)計(jì)。（如圖6）

學(xué)生小組內(nèi)部成員分工合作，設(shè)計(jì)好方案。語(yǔ)音模塊設(shè)置與米思齊編程同時(shí)進(jìn)行。

在設(shè)置任務(wù)時(shí)將任務(wù)分為必做和選做，主要是照顧不同層次的學(xué)生，在學(xué)生完成基本任務(wù)時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生挑戰(zhàn)高難度。

四、總結(jié)本課，拓展延伸

師生回顧本課所學(xué)內(nèi)容。教師拓展學(xué)生的思路，總結(jié)日常生活中還有哪些地方可以用到語(yǔ)音識(shí)別。學(xué)生發(fā)散思維，說出答案。

教學(xué)評(píng)價(jià)

本節(jié)課的評(píng)價(jià)以過程性評(píng)價(jià)為主，總結(jié)性評(píng)價(jià)為輔。過程性評(píng)價(jià)更能看出學(xué)生的思考過程和思維路徑。評(píng)價(jià)表見左側(cè)二維碼。

作品展示

本課是“多功能智能遙控臺(tái)燈”項(xiàng)目中的一個(gè)環(huán)節(jié)，這個(gè)項(xiàng)目運(yùn)用STEM理念讓學(xué)生體驗(yàn)“創(chuàng)意物化”的過程。通過整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施，學(xué)生了解到人工智能中語(yǔ)音識(shí)別的工作原理，通過學(xué)習(xí)也設(shè)計(jì)了一些較為實(shí)用的產(chǎn)品。（如圖7）

實(shí)踐反思

本課是“多功能智能遙控臺(tái)燈”項(xiàng)目中的一個(gè)環(huán)節(jié)，項(xiàng)目主要讓學(xué)生體驗(yàn)“創(chuàng)意物化”的過程。本課讓學(xué)生了解到人工智能中語(yǔ)音識(shí)別的工作原理，讓學(xué)生和人工智能之間沒有距離感，鼓勵(lì)學(xué)生將所學(xué)技能應(yīng)用于自己的實(shí)際生活。

本課在原社團(tuán)活動(dòng)的基礎(chǔ)上根據(jù)學(xué)生的實(shí)際技能進(jìn)行了刪減，對(duì)串口通信的概念由原來的理解改為了解，但課程實(shí)施后感覺這部分的知識(shí)還需要給學(xué)生們?cè)敿?xì)講解一下，以方便后面的學(xué)習(xí)。

專家點(diǎn)評(píng)

本課根據(jù)課前對(duì)學(xué)生的調(diào)研結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分考慮到學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和認(rèn)知特點(diǎn)，用學(xué)生身邊的事例引領(lǐng)學(xué)生零距離接觸人工智能，了解語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的基本工作原理，為在小學(xué)階段開設(shè)人工智能相關(guān)課程探索出一條可行的路徑。在整個(gè)課堂中，教師作為引導(dǎo)者，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)現(xiàn)實(shí)需求、任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行分析，在掌握基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能的基礎(chǔ)上，注重學(xué)科思維的形成，培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)。

教學(xué)中采用小組合作方式，通過同伴間的交流、分享，不僅加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，拓展思維的開放性，同時(shí)有助于培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)，提升綜合實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神。（點(diǎn)評(píng)人：金文，北京市海淀區(qū)信息技術(shù)教研員，高級(jí)教師，市級(jí)學(xué)科帶頭人）