《語音識別技術》教學設計

包桂霞

設計背景

當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、實踐模擬。如何以學習者為中心，上好基于大班教學的普惠型人工智能課程是本文探索的重點，本文以智能語音技術中的語音識別技術一課為例探討如何培養學生的人工智能鑒賞力、理解力、應用力、創新力以及責任感。

學習內容分析

智能語音技術是人工智能領域的重要分支，在生活中有著廣泛應用，如語音輸入、語音導航、語音助理、語音音箱、語音評測等。它綜合應用了大數據、機器學習、聲學、語言學等知識。初中階段側重于讓學生了解語音識別的定義，理解其工作流程，知道其應用，初步嘗試運用人工智能技術創新地解決生活中的問題。

學習者分析

本課的學習者是初一年級學生，他們樂于接受新技術，在生活中已經積累了許多使用語音識別技術的經驗，如進行語音輸入、語音導航、使用智能音箱等，為理解語音識別的定義及價值奠定了基礎。他們樂于挑戰，對稍具難度的知識保持著較強的好學心，他們愛動手、樂創造，對制作“智能語音導游”有著強烈的內驅力。本課的學習任務具有挑戰性，需要學生們分組合作完成，課前將學生分為3人一組，每組一個平板，一套人工智能設備。這需要教師指導學生進行合理分工，調動每一位成員的積極性，確保小組合作高效進行。

學習目標

①識別語音識別技術在生活中的應用并了解及價值;②掌握語音識別技術的定義并理解其工作流程;③運用語音識別技術設計智能導游的功能并編程實現;④樹立合理使用人工智能技術的社會責任。

教學過程

1.慧眼識AI

（1）展示“黑科技”，激發學習興趣，掌握概念

課前教師搭建基于小米小愛音箱和小米空調伴侶的“人工智能+物聯網”環境，實現語音控制空調開關;在一體機上連接訊飛智能語音鼠標，實現語音轉字幕。

師：今天有點冷，讓我們打開空調。小愛同學，請打開空調，設置26度。（此時空調自動啟動，同時教師的語言以字幕形式呈現在一體機屏幕上，學生們看到這兩個現象時露出十分驚奇的表情，課堂氣氛一下子被調動起來）請大家分析老師的語音實現什么功能。

生：實現了語音控制空調和語音變成文字。

分析并理解概念：語音識別是機器通過識別和理解，將語音轉換成指令或文本的技術。

（2）關聯生活，識別生活中AI應用，分析價值

教師提問：生活中還有哪些語音識別的應用，它們發揮了怎樣的價值？

學生對照概念關聯已有生活經驗，分享相關應用，如語音輸入法，讓溝通更高效;語音控制，讓控制更方便;語音導航，讓駕駛更安全;語音客服，降低成本

設計意圖：首先通過體驗生活“黑科技”，感知語音識別技術，激發學生的學習興趣并引出語音識別的概念。在理解概念的基礎上對照概念識別出生活中語音識別技術的應用并能分析價值，提高對人工智能技術應用“鑒賞力”，做到慧眼識AI。

2.用心析AI

（1）類比生活，解析語音識別原理

師：語音識別功能是如何實現的？分析人類的學習過程：辨識音素→組合成拼音→對應漢字→寫出漢字。該流程與語音識別過程對應：聲音輸入→切割音素→特征提取→聲學模型匹配→語言模型匹配→輸出文字（如圖1）。

設計意圖：通過類比人學習拼音漢字的過程，初步理解語音識別技術的原理。將深奧的語音識別流程與已有的生活經驗類比，方便學生理解。但是語音識別技術不能簡單地和人類學習過程對應，語音識別技術中有很多知識超過初中生現階段的認知，在講解時要做適當的說明。

（2）虛擬實驗，剖析語音識別流程

實驗一：

使用訊飛語記APP，體驗語音輸入功能。a.觀察語音轉寫的準確率，分析影響語音識別準確率的因素。b.觀察語音識別技術能否識別出語氣，如疑問語氣、感嘆語氣。

實驗結論：語音轉寫的準確率很高，但會受環境音的影響，需要靠近設備并清晰地說出需要輸入的文字;目前語音識別技術能識別出疑問語氣，不能識別出感嘆語氣。語音識別技術還需繼續發展。

實驗二：

利用虛擬實驗平臺體驗語音轉寫的流程，體驗語音識別的過程（如圖2）。a.預加重和分幀的作用？b.語言模型匹配過程中“權重值”的含義。

實驗結論：預加重讓聲音特征更清晰更易提取，分幀是切割音素，權重值代表匹配度，越高越接近正確答案。

設計意圖：通過語音識別實驗，學生體驗到語音識別技術的魅力，分析不足，學生的角色從技術使用者升級到技術的評析者;通過虛擬實驗體驗語音轉寫流程，形象感知其中的關鍵技術，加深對AI技術的理解，提升AI理解力。

3.巧思創AI

（1）任務

常有外校教師到校參觀，運用語音識別技術設計校園智能導游代替校園講解員的部分工作。

（2）功能設計

小組成員分析討論講解員的工作有哪些？哪些工作可被語音識別技術代替？哪些工作不能被代替？設計智能導游功能圖（如圖3），并細化每個功能的工作場景。

例：指路場景

來賓：我要問路。

機器人：請問你想去哪里？

聽來賓聲音。

如果來賓說“科技長廊”。

那么機器人說“科技長廊在篤行樓2樓南側”。

如果來賓說“理化生長廊”。

那么機器人說“理化生長廊在篤行樓5樓”。

（3）編程測試

小組探究學習編程平臺中的AI模塊：語音轉寫、語音命令詞，編寫程序。

（4）評價展示

參考學習評價表（如下表），對作品進行自評，滿分100分。

小組成員上臺展示功能，其他學生仔細觀察機器人的動作并剖析程序，展示者驗證并進一步介紹設計意圖、功能特色等。

設計意圖：通過制作基于語音識別的智能導游機器人，學生運用人工智能知識創新解決生活中的問題，從AI的理解者升級到AI應用的設計者、創造者。在這個過程中引導學生辯證思考人與人工智能的關系，學會設計人工智能應用場景，編寫人工智能程序，創作人工智能作品，提高AI創作力，實現巧思創AI。

4.明理用AI

（1）打開眼界，了解AI技術在行業中的深度應用

語音識別技術與行業深度結合，可以發揮更大的價值。播放北京大學口腔醫院修復科門診運用智能語音技術幫助醫生記錄病患信息的視頻，播放蘇州市中級人民法院借助語音識別技術提高提審品質的現場視頻。

（2）理性思考，分析技術的倫理問題

技術是把雙刃劍，使用技術時，要理性思考它可能會帶來危害并做出對應防范。例如，要規避麥克風惡意監聽，手機APP軟件僅在使用時獲得麥克風權限等。

設計意圖：通過深入了解行業應用，打開學生眼界，將對AI應用的認知從生活升華到行業，同時理性思考濫用技術帶來的危害，加強信息社會責任意識。

教學反思

“學習者中心”是教學設計的核心視角之一，與“學科中心”“問題中心”相比，更加關注學生學習的起點和終點，關注學生的需要、興趣和目的。語音識別技術涉及的知識很前沿，因此，制訂合理的學習目標、選擇恰當的學習方式、設計合適的課堂任務尤為重要。以學習者為中心，就是要充分了解學生的學習興趣、學習已知，圍繞學情設計教學。通過課前設計的學情調查，了解到學生對智能語音在生活中的應用有不少體驗，對其價值有初步的認識。因此，筆者在課堂引入環節摒棄了常見應用，選擇他們能理解但是不常見的“語音控制空調”“字幕自動顯示”作為“黑科技”來調動課堂氣氛。在調研中，了解了學生的學習需求，他們主動希望學習語音識別技術背后的原理，這符合這一年齡段學生的心理特點，他們對新事物有著強烈的好奇心、探索欲，因此通過APP體驗、虛擬實驗等方式讓學生體驗感知原理。在小組合作環節，指導學生根據成員的個性特點、學習風格進行組內分工，充分發揮組內每位成員的價值，將合作效果最大化。

在課堂設計中，根據學生的認知特點，設計了四個環節，讓學生從感知體驗到理解掌握，從應用創新到感悟內化，一步步提高AI鑒賞力、理解力、創造力、責任感。

智能語音單元的內容十分豐富，如何將本課的知識溶入到大單元整體設計中，讓學生在項目中學習，也是需要考慮并實施的。

點 ?評

包老師的這節主題為《語音識別技術》的初中人工智能普及課，是讓學生了解語音識別技術的應用、概念、原理，設計并編寫具有語音識別功能的人工智能作品，教學目標指向學生的人工智能鑒賞力、理解力、應用力、創新力以及責任感。整堂課體現了以學習者為中心的理念。

（1）學習者的核心素養是教學設計的目標。信息技術的核心素養包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任。課堂的各個環節均指向學生的核心素養。例如，在“慧眼識AI”環節，通過識別、列舉包含語音識別功能的應用，分析其在各種場景下的價值，提高人工智能鑒賞力，提高學生在識別人工智能技術時的信息意識。在“用心析AI”環節，通過原理剖析及虛擬實驗帶領學生分析語音識別的算法原理，提高學生的計算思維。在“巧思創AI”環節，通過運用語音識別技術解決校園生活中的真實問題，提高數字化學習與創新能力。在“明理用AI”環節，側重于提高學生的信息社會責任，學生分析語音識別技術可能帶來的危害以及規避危害方法，培養信息安全意識與能力，遵守信息社會的道德與倫理準則，對信息技術創新所產生的新觀念和新事物，既具有積極學習的態度，又有理性判斷和負責行動的能力。

（2）學習者的學情特征是教學設計的關鍵。學情分析是教學的羅盤針，是確立教學目標和實施教學過程的重要基礎。學情研判可以通過摸底考查、問卷等較為正式的方式，也可以采取抽查或提問等非正式的方式，據此設計課程的深度、難度和廣度。包老師采用課前調查的方式了解學情，根據學生年齡特點、已有知識和能力讓學生從感知體驗到理解掌握，從應用創新到感悟內化，一步步提高學生AI鑒賞力、理解力、創造力、責任感。例如，選擇更能吸引學生的黑科技作為引入，通過互動體驗的方式理解概念及原理，選擇學生感興趣的問題作為課堂任務等，獲得學生更高的參與度。

（3）學習者的參與熱情是教學評價的依據。學生是課堂的主體，只有學生積極參與學習了，才能產生良好的學習效果。課堂上引導學生觀察生活并設置學生感興趣的任務激發學生的學習熱情;小組合作的方式調動了學生合作研究的熱情;小組展示分享環節，先讓學生觀察展示者的作品效果，并嘗試剖析作品的創作原理，最后請展示者分享創作思想，讓學生從觀察者走向剖析者，從聆聽者走向創作者，這種剖析策略有效提高了學生積極思考的熱情。包老師還設計了課堂評價表，建議在評價表中增加對學生參與度的評價，通過評價引導學生更好地參與課堂學習。

（點評人：江蘇省南京市科利華中學 高建君）