资源简介

第5课 《语音识别技术》教学设计
【课标内容要求】
通过认识身边的人工智能应用，体会人工智能技术正在帮助人们以更便捷的方式投入学习、生活和工作中，感受人工智能的发展给人类社会带来的深刻影响。
【教学内容分析】
本课在课标中属于第四学段（7-9年级）中“人工智能与智慧社会”的人工智能模块。本课主要涉及在语音识别过程中对人工智能特征提取、模式匹配、语言处理等技术的案例体验和原理分析，这部分内容较为抽象，需要借助实际案例和活动，通过模仿理解计算机科学中模式识别的过程。在八年级下册教材中，本课作为第二单元第一课，既是了解了第一单元人工智能技术原理后第一课体验感较强的课，也是作为智能技术入门的第一课，有着提升学生学习兴趣、深入具体技术的作用。难度逐渐提升，并由具体技术延伸到人工智能深度学习、技术基础和安全意识等方面。
【教学目标】
1. 通过具体任务的实践活动，感受语音识别技术的基本流程。
2. 理解语音识别技术的基本过程和原理，明白语音识别技术实现的方式，能阐述语音识别技术的基本流程。
3. 能迁移到人工智能应用的生活场景，感受人工智能带来的便利，增强学习主动性和积极性。
重点：理解语音识别技术的基本过程和原理
难点：明白语音识别技术实现的方式，理解“语音模型”“音素序列”“模式匹配”等术语及其在语音识别过程中发挥的作用
【核心素养指向】
1.认识到互联网、物联网和人工智能对社会发展的影响，善于使用信息科技解决学习和生活中的问题（信息意识）
2.能在真实情境中发现问题，提取问题的基本特征，对问题进行抽象、分解、建模、制定解决方案（计算思维）
【学情分析】
八年级学生经历了信息科技课程的学习，在日常生活中也对信息科技有一定的接触，具备基本的计算机操作技能，也对语音识别技术有一定的了解，但并不系统、全面，可能存在一些前概念的影响。这个年龄段的学生已经具备一定的逻辑思考能力，对问题的观察、分析、思考有了提升，能通过感知体会影响。学习语音识别技术需要对计算机基础知识有一定理解，能明白数据采样量化的过程，因此要在这方面给予一些辅助学习资料，并逐级增加难度，给学生自主学习的空间。
【设计构想】
（核心素养的落实贯穿其中，设计构想包含以下几个要素，可根据教学内容自行调整，评价设计是必需的）
1.整体设想：本课通过创设一个模拟语文课堂情境的听写环节，让学生从课堂一开始就潜移默化地进入语音识别的体验之中。接着借听写自然地引出人工智能语音识别技术，并与人类听写这一语音识别的过程类比，从人的角度出发，更符合学生的认知结构，并通过自主学习鼓励学生自主建构新知识。在已经对人工智能语音识别技术有一定的了解之后，再让学生尝试、体验语音识别技术的真实用法，并鼓励学生自主创新完成新的学习成果。
2.教法学法：主要使用的教法有：讲授法、情境教学法、问题驱动法。主要使用的学法有：自主学习法、讨论法
3.评价设计：采用过程性评价，以导学单的形式，记录学生的思考内容和流程图等反应学生学习成果的内容。在交流讨论的过程中请同学互动发言，交流思考结果。最后一同上交语音识别结果截图或其他成果。
【教学环境及资源准备】
学校机房，讯飞平台账号和语音识别技术，Mind+软件，导学案，带耳麦的耳机
【教学活动设计】
表格式
学习任务 （各环节） 学习过程 设计意图（写出一个环节的设计意图，包括：本环节学生学习情况的检测，核心素养的渗透，重难点的落实） 用时（单位：分钟）
教师活动 学生活动
课堂引入：尝试听写 教师准备一段发音标准，长度适宜，语速较慢的现代诗词或名人名言朗诵。内容应该简单易懂，不出现复杂的修饰和辞藻。 打开导学案，在环节一的空白处记录教师给予的诗词素材。 这个环节以人类的语音识别导入，让同学们感受语音识别的一般模式，再由人出发为机器识别铺垫，既可以理解人工智能语音识别的方便快捷，也引起了学生产生兴趣。符合信息意识中理解人工智能对生活、社会影响的素养导向。 5分钟
增加难度。教师再准备另一段发音标准，但长度较长语速较快的诗词朗诵。同样内容标准应该简单易懂，不出现复杂的修饰和辞藻。 在环节一的空白处再次尝试记录所给的材料。
引导思考。第二次给出的材料难以马上记录，人类语音识别并记录的速度上限有限。引导学生思考：有没有更方便的方法。 思考问题：有没有更方便的方法，可以高效的记录这些内容。
引出主题。可以通过人工智能中的语音识别技术，快速记录听写内容。
问题驱动：人机类比 引导思考并发现问题。刚刚听写的过程，可以将其分解为哪几个步骤？ 归纳人类用人脑语音识别的模式。可以以流程图的形式，让学生填空或完全自己填写。（或者排序题、选择题） 思考问题，并尝试给出可能的步骤：1.用耳朵听；2.记录在脑海里；3.将听到的句子拆分成词顺序地打字记录下来； 首先总结、归纳人类语音识别的一般模式，符合计算思维中对问题进行抽象、分解、泛化的导向。类比机器语音识别的过程，既方便学生理解，也由简入难，由熟悉到陌生，让学生一直处于最近发展区中。问题驱动，让学生一直跟随教师提出的问题产生思考，符合问题迭代、解决问题的计算思维导向。在理解人工智能语音识别的过程中，学生也根据教师所给的材料，对新知识自主学习，给学生一定的空间，为不同学习程度的学生提供了一定的柔性。 15分钟
引导思考，在归纳出人类听写这一语音识别的过程之后，发现新问题：如果让计算机来“听写”，它能听出来吗？它是怎么听出来的？跟人类是一样的吗？ 思考问题：计算机如何识别语音并输出正确的文字？
按人听写的过程模式，分步对应计算机语音识别的过程，通过自主学习结合讲授法来让学生逐步理解语音识别的过程。 学生通过导学单上的流程图或图解，理解计算机与人类在同样执行语音识别时的异同。
1.声音数字化。给出微课材料，让学生自主学习声音的采样量化的数字化过程。 学生自学，完成导学单上的任务
2.信号与处理。在识别前预处理，去除杂音并降噪。类比人的听觉忽略注意物之外的噪音。
3.特征提取。把声音的音高音长音强和音色等特征提取，方便对声音进行识别。类比人听写时也将关键词以音长、音强分隔。
4.模式匹配。机器无法直接识别所得到的数字信号是什么文字，只能根据特征在声学模型中进行比对，得到一组音素序列。由于音素是根据语音自然规律划分出的最小的语音单位。只需要将音素按语言规律组合起来，就构成了每个单词的发音。 模式识别作为人工智能进行语音识别的关键技术之一，学生需要借助其他辅助材料理解。
5.语言处理。当人类得到几个音素组成的词语时，也会在脑海中产生几个同音不同形的词语。这个时候需要从中选出最符合语境的词语，而计算机也是类似。在语言处理的过程中会选择更符合搭配习惯和出现概率更高的词语组合，最后形成句子。 语言模型也是大数据和人工智能关键技术之一。需要其他辅助材料理解。
自主尝试：语音识别 为学生准备语音材料，或鼓励学生自主创新设计语音识别语料。 可以提供Mind+或讯飞平台的语音识别技术，前者识别效果一般，但是不需要学生登陆，借助图形化编程的界面也方便学生实现需求的任务成果。讯飞平台的语音识别模式更多，但需要学生登录账号，出于学生无法申请账号的考虑，可以请个别同学上台演示。 学生将语音识别的成果保存上交。 在已经理解了课堂知识的基础上，让学生自主尝试语音识别技术，给学生足够的创新发展空间，并在这时使用新技术展示给学生，让学生切身感受技术带来的便利。 20分钟
总结提升：迁移创新 引导思考：这项技术有什么特点？可以应用于什么地方？有什么发展空间？能和什么技术结合产生新功能？ 思考问题并回答问题。 预设：帮助残疾人输入文字。帮助聋哑人交流。帮助不会打字的老人与家人交流。 这里可以让学生头脑风暴，结合学生日常生活中发现的问题，迁移新知，产生联想。符合信息意识中使用信息科技解决学习和生活中的问题的导向。 5分钟

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