高中信息技術人工智能——以語音交互為例

施宇晴 劉力

摘要：教育信息化2.0時代要求信息技術和智能技術深度融入教學過程。這對信息技術教師提出了新要求。教師應當主動求變，通過創設人工智能情境，激發學生學習興趣，提升信息技術核心素養。以語音交互為例，通過分析教材內容、課標要求、學生學情、教學重難點分析和教學資源，設計了適合高中學生的教學方案。

關鍵詞：人工智能;教學情境;教學設計;信息技術核心素養

中圖分類號：G434? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）26-0094-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

近年來，我國正經歷人工智能發展熱潮，這對信息技術教師提出了新要求。2018年1月，國務院出臺的《全面深化新時代教師隊伍建設改革的意見》指出：“教師要主動適應信息化、人工智能等新技術變革，積極有效開展教育教學[1]。”2017年發布的《普通高中信息技術課程標準》（以下簡稱“課標”）要求在必修一教材中對人工智能進行案例剖析，使學生了解人工智能的作用;選擇性必修4“人工智能初步”模塊中要求學生能搭建簡單的人工智能應用模塊[2]。教師要主動適應時代的發展，對新技術保持積極的學習態度，熟悉新技術的應用方法，在課堂中引導學生了解智能應用的發展，促進核心素養提升。

本文針對人民教育出版社和中國地圖出版社高中信息技術必修一第四章“走進智能時代”中“感受人工智能的魅力”一節的人機交互部分，基于情境學習理論進行了教學設計。

2 教學設計分析

情境學習理論指出，學習是參與的過程。對于人工智能部分，置身于情境中才能激發學生的興趣。在設計課堂教學以前，需要對教材內容、課標要求、學生學情、教學重難點分析和教學資源做全面的分析和準備。

（1）在教材內容方面，本節課要學習的是人機交互和其中的語音交互部分，根據最近發展區理論，在教學中要注意前后知識的聯系。在學習了人工智能的產生與發展之后，學生已經理解了人工智能的概念，本課主要介紹人機交互技術的語音交互部分，為后面學習《利用智能工具解決問題》做鋪墊。對于語音交互過程，教材第一章已經對數字信號和模擬信號的知識進行了介紹，教師可以讓學生翻閱教材，進行知識回顧，搭建聯系。

（2）課標中提出，可以通過設置人工智能情境的方式進行教學，同時要培養學生的信息社會責任意識，這就要求教師讓學生發現并善于利用身邊的人工智能應用，同時帶學生感受智能應用的巨大應用潛能。本節課教師將通過直觀演示與百度旗下人工智能助手“小度”對話，來激發學生的興趣、創設智能情境，親歷使用過程，感受人工智能的魅力。教師在教授知識的同時，也要提醒學生遵守信息法律，培養責任意識。

（3）對于學生學情，高一年級學生在生活中大多接觸過語音交互技術，例如智能手機正中的語音輸入、語音識別等功能，對其有強烈的求知欲。但是，學生可能會對于其中的原理感到陌生。對于原理的學習，可以選擇演示法，將語音交互過程繪制成流程圖。

（4）基于對教材內容、課標、學情的分析，本節課的教學重點是通過創設人工智能情境，讓學生領會科技的進步給人類帶來的方便;教學難點是理解語音交互的過程。

（5）本節課需要用到的教學資源硬件有“小度”和多媒體計算機演示系統，需要用到的軟件是教學課件。在上課前，需要確認教室中有可以上網的無線網絡，并將“小度”連接到網絡，確保能正常使用。

3 教學設計

本節課的教學目標是理解人機交互的概念、了解其過程（信息意識）;了解語音交互的過程、認識語音交互技術在生活中的重要作用（信息意識、信息社會責任）。

（1）情境導入

教師提問，在生活中，你用過哪些人工智能呢？通過生活中的實例來引發學生思考，引入本節課的學習內容。學生基于生活經驗，會很快回答他們在生活中用過的實例。教師對學生的回答進行總結：這些例子都應用了人機交互技術。

（2）新課講授

①人機交互的概念

教師用圖示的方式展示人機交互過程（如圖1），并配合講解，人機交互就是信息在人與計算機之間相互傳遞，包括人到計算機和計算機到人兩個部分。人們借助鍵盤、鼠標、話筒等輸入設備，通過身體器官、聲音等向計算機傳遞信息，同時，計算機通過等輸出設備給人提供信息，這就是人機交互。通過圖示展示人機交互的過程，更加直觀。同時，學生在理解了人機交互過程的基礎上，理解語音交互過程會更加容易。

②人機交互的類型

教師講解，人機交互包括很多方面，除了利用以上所說的基本交互以外，還有圖形交互，比如在上網時，點擊圖片會跳轉到其他界面，另外，還有語音交互。教師請學生基于人機交互的概念，描述語音交互的概念。

③感知語音交互

教師和人工智能助手小度對話，詢問小度今天的天氣，小度很快將今日溫度“告訴”了老師。此時，教師引發學生思考：在剛剛和小度的對話中，我們發現小度既能聽，也會說，小度是怎么做到的？通過直觀演示應用人工智能的方式，引發學生的興趣和求知欲，引出語音交互過程，同時完成教材中的“實踐活動”環節。

教師講解語音交互過程的第一步：語音采集。教師請學生回憶數模轉換原理，此處可以讓學生來回答，對學生進行過程性評價。通過回憶知識點的方式，使前面學習的知識掌握得更加牢固，也更容易理解新知識。

教師講解語音交互過程的第二步：語音識別。語音識別通俗地講就是讓機器能夠明白人類的語言。（展示PPT，如圖2）將語言中包含的文字信息進行提取，將提取出的聲音特征（例如：發音特點）與語音數據庫進行比對，相似度最高的作為結果輸出，這個過程相當于給機器裝上了耳朵。這種通過比喻的方式能使學生更容易理解。