資源簡介

第5課 《語音識別技術》教學設計
【課標內容要求】
通過認識身邊的人工智能應用，體會人工智能技術正在幫助人們以更便捷的方式投入學習、生活和工作中，感受人工智能的發展給人類社會帶來的深刻影響。
【教學內容分析】
本課在課標中屬于第四學段（7-9年級）中“人工智能與智慧社會”的人工智能模塊。本課主要涉及在語音識別過程中對人工智能特征提取、模式匹配、語言處理等技術的案例體驗和原理分析，這部分內容較為抽象，需要借助實際案例和活動，通過模仿理解計算機科學中模式識別的過程。在八年級下冊教材中，本課作為第二單元第一課，既是了解了第一單元人工智能技術原理后第一課體驗感較強的課，也是作為智能技術入門的第一課，有著提升學生學習興趣、深入具體技術的作用。難度逐漸提升，并由具體技術延伸到人工智能深度學習、技術基礎和安全意識等方面。
【教學目標】
1. 通過具體任務的實踐活動，感受語音識別技術的基本流程。
2. 理解語音識別技術的基本過程和原理，明白語音識別技術實現的方式，能闡述語音識別技術的基本流程。
3. 能遷移到人工智能應用的生活場景，感受人工智能帶來的便利，增強學習主動性和積極性。
重點：理解語音識別技術的基本過程和原理
難點：明白語音識別技術實現的方式，理解“語音模型”“音素序列”“模式匹配”等術語及其在語音識別過程中發揮的作用
【核心素養指向】
1.認識到互聯網、物聯網和人工智能對社會發展的影響，善于使用信息科技解決學習和生活中的問題（信息意識）
2.能在真實情境中發現問題，提取問題的基本特征，對問題進行抽象、分解、建模、制定解決方案（計算思維）
【學情分析】
八年級學生經歷了信息科技課程的學習，在日常生活中也對信息科技有一定的接觸，具備基本的計算機操作技能，也對語音識別技術有一定的了解，但并不系統、全面，可能存在一些前概念的影響。這個年齡段的學生已經具備一定的邏輯思考能力，對問題的觀察、分析、思考有了提升，能通過感知體會影響。學習語音識別技術需要對計算機基礎知識有一定理解，能明白數據采樣量化的過程，因此要在這方面給予一些輔助學習資料，并逐級增加難度，給學生自主學習的空間。
【設計構想】
（核心素養的落實貫穿其中，設計構想包含以下幾個要素，可根據教學內容自行調整，評價設計是必需的）
1.整體設想：本課通過創設一個模擬語文課堂情境的聽寫環節，讓學生從課堂一開始就潛移默化地進入語音識別的體驗之中。接著借聽寫自然地引出人工智能語音識別技術，并與人類聽寫這一語音識別的過程類比，從人的角度出發，更符合學生的認知結構，并通過自主學習鼓勵學生自主建構新知識。在已經對人工智能語音識別技術有一定的了解之后，再讓學生嘗試、體驗語音識別技術的真實用法，并鼓勵學生自主創新完成新的學習成果。
2.教法學法：主要使用的教法有：講授法、情境教學法、問題驅動法。主要使用的學法有：自主學習法、討論法
3.評價設計：采用過程性評價，以導學單的形式，記錄學生的思考內容和流程圖等反應學生學習成果的內容。在交流討論的過程中請同學互動發言，交流思考結果。最后一同上交語音識別結果截圖或其他成果。
【教學環境及資源準備】
學校機房，訊飛平臺賬號和語音識別技術，Mind+軟件，導學案，帶耳麥的耳機
【教學活動設計】
表格式
學習任務 （各環節） 學習過程 設計意圖（寫出一個環節的設計意圖，包括：本環節學生學習情況的檢測，核心素養的滲透，重難點的落實） 用時（單位：分鐘）
教師活動 學生活動
課堂引入：嘗試聽寫 教師準備一段發音標準，長度適宜，語速較慢的現代詩詞或名人名言朗誦。內容應該簡單易懂，不出現復雜的修飾和辭藻。 打開導學案，在環節一的空白處記錄教師給予的詩詞素材。 這個環節以人類的語音識別導入，讓同學們感受語音識別的一般模式，再由人出發為機器識別鋪墊，既可以理解人工智能語音識別的方便快捷，也引起了學生產生興趣。符合信息意識中理解人工智能對生活、社會影響的素養導向。 5分鐘
增加難度。教師再準備另一段發音標準，但長度較長語速較快的詩詞朗誦。同樣內容標準應該簡單易懂，不出現復雜的修飾和辭藻。 在環節一的空白處再次嘗試記錄所給的材料。
引導思考。第二次給出的材料難以馬上記錄，人類語音識別并記錄的速度上限有限。引導學生思考：有沒有更方便的方法。 思考問題：有沒有更方便的方法，可以高效的記錄這些內容。
引出主題。可以通過人工智能中的語音識別技術，快速記錄聽寫內容。
問題驅動：人機類比 引導思考并發現問題。剛剛聽寫的過程，可以將其分解為哪幾個步驟？ 歸納人類用人腦語音識別的模式。可以以流程圖的形式，讓學生填空或完全自己填寫。（或者排序題、選擇題） 思考問題，并嘗試給出可能的步驟：1.用耳朵聽；2.記錄在腦海里；3.將聽到的句子拆分成詞順序地打字記錄下來； 首先總結、歸納人類語音識別的一般模式，符合計算思維中對問題進行抽象、分解、泛化的導向。類比機器語音識別的過程，既方便學生理解，也由簡入難，由熟悉到陌生，讓學生一直處于最近發展區中。問題驅動，讓學生一直跟隨教師提出的問題產生思考，符合問題迭代、解決問題的計算思維導向。在理解人工智能語音識別的過程中，學生也根據教師所給的材料，對新知識自主學習，給學生一定的空間，為不同學習程度的學生提供了一定的柔性。 15分鐘
引導思考，在歸納出人類聽寫這一語音識別的過程之后，發現新問題：如果讓計算機來“聽寫”，它能聽出來嗎？它是怎么聽出來的？跟人類是一樣的嗎？ 思考問題：計算機如何識別語音并輸出正確的文字？
按人聽寫的過程模式，分步對應計算機語音識別的過程，通過自主學習結合講授法來讓學生逐步理解語音識別的過程。 學生通過導學單上的流程圖或圖解，理解計算機與人類在同樣執行語音識別時的異同。
1.聲音數字化。給出微課材料，讓學生自主學習聲音的采樣量化的數字化過程。 學生自學，完成導學單上的任務
2.信號與處理。在識別前預處理，去除雜音并降噪。類比人的聽覺忽略注意物之外的噪音。
3.特征提取。把聲音的音高音長音強和音色等特征提取，方便對聲音進行識別。類比人聽寫時也將關鍵詞以音長、音強分隔。
4.模式匹配。機器無法直接識別所得到的數字信號是什么文字，只能根據特征在聲學模型中進行比對，得到一組音素序列。由于音素是根據語音自然規律劃分出的最小的語音單位。只需要將音素按語言規律組合起來，就構成了每個單詞的發音。 模式識別作為人工智能進行語音識別的關鍵技術之一，學生需要借助其他輔助材料理解。
5.語言處理。當人類得到幾個音素組成的詞語時，也會在腦海中產生幾個同音不同形的詞語。這個時候需要從中選出最符合語境的詞語，而計算機也是類似。在語言處理的過程中會選擇更符合搭配習慣和出現概率更高的詞語組合，最后形成句子。 語言模型也是大數據和人工智能關鍵技術之一。需要其他輔助材料理解。
自主嘗試：語音識別 為學生準備語音材料，或鼓勵學生自主創新設計語音識別語料。 可以提供Mind+或訊飛平臺的語音識別技術，前者識別效果一般，但是不需要學生登陸，借助圖形化編程的界面也方便學生實現需求的任務成果。訊飛平臺的語音識別模式更多，但需要學生登錄賬號，出于學生無法申請賬號的考慮，可以請個別同學上臺演示。 學生將語音識別的成果保存上交。 在已經理解了課堂知識的基礎上，讓學生自主嘗試語音識別技術，給學生足夠的創新發展空間，并在這時使用新技術展示給學生，讓學生切身感受技術帶來的便利。 20分鐘
總結提升：遷移創新 引導思考：這項技術有什么特點？可以應用于什么地方？有什么發展空間？能和什么技術結合產生新功能？ 思考問題并回答問題。 預設：幫助殘疾人輸入文字。幫助聾啞人交流。幫助不會打字的老人與家人交流。 這里可以讓學生頭腦風暴，結合學生日常生活中發現的問題，遷移新知，產生聯想。符合信息意識中使用信息科技解決學習和生活中的問題的導向。 5分鐘

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