《語音識別》教學案例

學習內容分析

本課內容來自浙江攝影出版社出版的小學信息科技教材六年級上冊第二單元。內容涵蓋了文字識別、人臉識別和語音識別。本課是后續語音合成的基礎，具有承上啟下的作用。

學習對象分析

本課的學習者是小學六年級學生，經過之前文字識別和人臉識別的學習，學生對人工智能已經有了初步了解，但對人工智能的部分原理仍一知半解。預測在本課的學習中，學生對“語音識別的應用和影響”以及“語音輸入法的使用”不會存在問題，但對“了解語音識別的過程與原理”還存在困難。

學科核心素養

①了解語音識別的應用與影響，能主動發現身邊的語音識別應用（信息意識）。

②通過對語音識別的過程解析，初步了解其過程與原理（計算思維）。

③學會語音輸入的方法并應用于學習生活（數字化學習與創新）。

④初步了解信息安全意識，知道保護個人隱私的必要性（信息社會責任）。

教學重難點及對策

重點：學會語音輸入的方法，并將其應用于學習生活。

難點：對語音識別過程和原理的認識。

對策：解決本課教學重點需要了解語音識別的原理，這就需要學生具有一定的抽象思維能力。因此，筆者將本課的教學難點定為對語音識別原理的認識，通過把語音采集為波形圖像，再把波形圖像處理為計算機處理的數據，引導學生進行思維上的突破。

教學過程

1.激趣導入

本環節，教師將“小愛同學”請進了課堂，通過三個小互動“模仿動物叫聲（羊、老虎、大象）、中文翻譯英文、造句”，向學生展示語音識別的強大。此時，學生對語音識別充滿了好奇心，教師順勢提問：“語音識別是如何實現的？”通過回顧文字識別和人臉識別的過程（如圖1），讓學生猜一猜（填寫記錄單）。接著提問：“是不是和同學們猜想的一樣呢？老師有一個好辦法——做一個模擬實驗來探究一下吧！”

設計意圖：通過游戲的方式，引出人工智能語音助手“小愛同學”，激發學生的學習興趣，并為課堂教學做鋪墊。同時，學生通過猜測語音識別過程，讓思考有了方向，動手實踐也有了明確目的。

2.實驗揭秘

實驗1：聲音長什么樣？

第一步：語音采集。教師演示用慧編程采集“貓”，通過簡單預處理（如圖2），得到聲波文件。教師指出預處理是語音識別中重要又復雜的一步，端點檢測只是其中的模擬方法，需要經過多道預處理環節。

設計意圖：讓學生先用自己的語言表達，再用軟件進行實驗、模擬、對比，從無形到有形，實現思維上的飛躍。

實驗2：聲音有什么特征？

教師提出問題：“根據聲音‘貓的形狀特征，我們能否繼續通過實驗探索出聲音更多的特征？”學生開始討論，設計想探究的問題和實驗內容（記錄在實驗單上），并嘗試通過實驗得出結論（如圖3）。

學生通過實踐得出以下結論：內容不同，聲波形狀不同；內容相同，聲波形狀相似；每個聲波文件都包含音量、音調、音色等多個特征。

設計意圖：特征是專業術語，學生很難理解。因此，教師引導學生自主探究，通過對比、分析、歸納實驗內容，進一步激發思維、想象、求知欲，讓學習真正地發生。

實驗3：聲音如何匹配？

教師提問：“特征提取出來，怎么進行模型匹配呢？這個過程能不能繼續被模擬出來？（可以）。為什么老師提問羊叫，同學們能馬上反應出‘咩？因為人的記憶產生了作用，那計算機的記憶是什么呢？（聲學模型）”此環節，筆者安排了“看圖辨聲”實驗，即采集聲波文件，并與聲學模型進行匹配，然后確定是什么字。學生在判斷單字單特征的基礎上，嘗試多字多特征的提取和匹配，并結合圖示（如圖4），理解計算機如何進行模型匹配和文字輸出。

教師引導學生對整個語音識別過程進行小結，并讓學生試著說一說原理。教師最后指出：“在現實生活中，語音識別是一個非常復雜的過程，存儲在計算機中的聲波是二進制編碼，其中涉及數據編碼、提取特征、多次匹配，這些都包含了大數據和云計算（如圖5）?！苯處熗瑫r鼓勵學生課后繼續學習。

設計意圖：聲學模型匹配是一個很抽象的過程，讓學生通過親身體驗得出實驗結論，能印象深刻。

3.體驗應用

教師設置懸念：“你們平時用鍵盤輸入，每分鐘可以輸入幾個漢字？老師能讓你們每分鐘輸入一百多個漢字，信不信？一起來體驗‘輸入小超人吧！”學生用訊飛語音輸入法，在Word中輸入自己的作文，計時三分鐘。完成后，通過展示錯別字，引導學生回顧“語音識別過程”的知識，分析語音識別易出的差錯。同時，展示訊飛輸入法的多語種功能，以及其他語音輸入法，如搜狗、百度等，鼓勵學生日后嘗試。

設計意圖：相比鍵盤輸入，語音輸入法的快捷會給學生留下深刻的印象，從而促使學生積極體驗語音輸入法。同時，語音輸入正確率的問題無法規避，教師借助展示適時進行德育引導。

4.拓展延伸

教師提問：“除了強大的語音輸入，生活中還有哪些語音識別應用呢？”教師課堂展示“聽歌識曲”功能，引發學生頭腦風暴，羅列生活中的語音識別應用，分享體驗感受，并由此暢想未來語音識別的發展。最后，教師介紹聲紋驗證（用聲紋演示打開手機），提醒學生注重日常使用語音識別的信息安全意識，學會保護個人隱私。

設計意圖：本環節通過展示引領，喚起生活回憶，呼應課題。教師展示聲紋識別，旨在提醒學生留意隱私保護和信息安全意識。

5.小結評價

評價環節教師采用問卷星設計自我評價的問卷，統計學生的學習情況。一共5道題目，都是圍繞教學目標進行設計，既對教學過程進行回顧，又對學生的學習效果進行統計。

反思

實驗教學法是指學生在教師的指導下，使用一定的設備和材料，通過控制條件的操作過程，引起實驗對象的某些變化，從觀察這些現象的變化中獲取新知識或驗證知識的教學方法。本節課，筆者嘗試使用實驗教學法，通過研究現象，探知知識的本質，在這個過程中培養了學生分析問題、解決問題的能力，培養了學生的計算思維，達到了培養核心素養的目的。

點? 評

人工智能教什么？怎么教？這是當前義務階段信息科技教師普遍感到困惑的兩個問題。楊凱老師通過《語音識別》一課進行了很有價值的探索。

第一，教材內容的理解。浙江攝影出版社小學信息技術教材六年級上冊第二單元“初識人工智能”共有8課，在語音識別之前，安排了文字識別和人臉識別。這3課內容并列，但編排意圖實際上是進階的。本課的教學從整體上看，無論是教學目標的設定還是教學設計，均充分體現了與前兩課之間的遞進關系。從前后相關課的內在聯系，到單元主題的安排邏輯，再到整冊教材的編排意圖，直至課程標準的整體設計，這些維度共同對教材內容進行系統全面的理解，視野通透。

第二，教學方法的選擇。楊凱老師選用了信息科技教師既熟悉又陌生的“實驗教學法”，可謂找準了方向。因為實驗教學法并不是新事物，在物理、化學、生物等課堂中經常使用，說它陌生，那是因為它在信息技術課堂中并不常見。而事實上，對于小學的人工智能教學，重心并不在于知識本身，而在于讓學生在初識人工智能的過程中學會學習，掌握科學的探究方法，同時培育學生的創新意識，為今后的學習和發展打下扎實的基礎。楊凱老師敢于選擇看似傳統的教學方法，實際上是深入理解信息科技課程“科學”屬性的創新之舉，實際的教學效果也證明了選擇的正確性，這是本課教學設計最大的亮點。

第三，教學細節的設計。課堂伊始，楊凱老師用“小愛同學”引入，在激起好奇心的同時，讓學生回顧文字識別和人臉識別過程，然后猜一猜語音識別是如何實現的，并寫在紙上?！安乱徊隆边@個環節設計非?！扒擅睢?。因為這個“猜”不是瞎猜，而是對前兩課學習的梳理和應用，是知識遷移的過程，同時也為下一步的“實驗教學”設定了基本方案。接下來的實驗探秘環節，通過“聲音長什么樣”“聲音有什么特征”“聲音如何匹配”這3個具體的小實驗層層遞進、環環相扣，從“聽”聲音到“看”聲音，再到“看”“聽”驗證，學生親身體驗，以實驗的方式幫助理解抽象的知識，讓學習得以真實發生。其中“聲音有什么特征”這個小實驗，研究的問題是開放式的，先進行集體討論，互相啟發，設計若干個“……會不會一樣”的問題，然后進行自主探究，設計實驗的步驟和細節，最后形成一張完整的實驗記錄單。通過實驗，學生輕松梳理不同內容、對象、音量、音調、音色等與聲波形狀之間的關系，自然而然地理解“特征”這個專業術語的含義，并為下一步理解模型匹配做好鋪墊。整個過程用實驗記錄單進行串連，思維嚴密、流程規范，以實驗的方式進行的探究學習，很好地契合了小學階段人工智能學習的目標，這種科學的訓練和學習過程將使學生終身受用。第三個環節通過語音輸入的體驗，讓學生強烈感受人工智能技術給學習生活帶來的便捷，同時也客觀地認識到目前技術的局限性，與最后一個環節“拓展延伸”無縫對接，從而進一步樹立理想，為今后的學習增添動力。

義務教育信息科技課程的六條邏輯主線為數據、算法、網絡、信息處理、信息安全、人工智能。與人工智能類似，其他主線的專業性也極強，如何根據認知發展規律，以適合這個年齡段學生的方式開展教學，是課程實施過程中的重點和難點所在。想要回答教什么和怎么教的問題，就要從“內容承載”和“教學方法”兩個維度進行深度思考和實踐。教師一方面要精心挑選學生樂于學、可以學的素材，以此為切入口，引領學生進入知識體系；另一方面要正確選擇教學方法，讓學生在掌握知識的同時，探究科學方法，學會專業技能，培育計算思維，提高解決問題的能力，最終提升核心素養。楊凱老師《語音識別》這一課的設計和課堂教學，得到了專家和廣大教師的充分認可，在全國小學信息技術優質課交流展示活動中榮膺標桿課，獲得最高獎項。通過這個案例，我們期待能給信息科技課程的實施帶來新的思考和啟發。