摘 要：《語音識(shí)別技術(shù)之智慧寵物》一課教學(xué)，以語音識(shí)別技術(shù)為抓手，從技術(shù)體驗(yàn)開始，以技術(shù)應(yīng)用結(jié)束，讓原理認(rèn)識(shí)和問題解決相融合。從實(shí)踐來看，體現(xiàn)了“技術(shù)體驗(yàn)—原理認(rèn)知—技術(shù)應(yīng)用—技術(shù)反思”的教學(xué)邏輯，即通過技術(shù)體驗(yàn)，點(diǎn)燃學(xué)習(xí)興趣；立足學(xué)習(xí)興趣，剖析技術(shù)原理；基于技術(shù)原理，嘗試制作作品；分析作品實(shí)現(xiàn)，思辨技術(shù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：初中信息科技；人工智能；語音識(shí)別技術(shù)

隨著《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“課標(biāo)”）的頒布，“人工智能”正式成為初中信息科技的課程內(nèi)容。按照課標(biāo)要求，初中階段開展人工智能教學(xué)，要深化原理認(rèn)識(shí)，探索利用信息科技手段解決問題的過程和方法^［1］。但對于初中生來說，人工智能原理過于深?yuàn)W，單純的理論講解很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，如何平衡教學(xué)內(nèi)容，選擇合適的教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)原理認(rèn)識(shí)和問題解決的融合設(shè)計(jì)成為棘手的問題。對此，筆者發(fā)掘了“從體驗(yàn)到應(yīng)用”的教學(xué)思路，并進(jìn)一步延伸出了“技術(shù)體驗(yàn)—原理認(rèn)知—技術(shù)應(yīng)用—技術(shù)反思”的教學(xué)邏輯。語音識(shí)別技術(shù)作為人工智能關(guān)鍵技術(shù)之一，在生活中應(yīng)用廣泛。實(shí)踐中，以語音識(shí)別技術(shù)為抓手，按照上述教學(xué)思路與邏輯，實(shí)施了《語音識(shí)別技術(shù)之智慧寵物》一課教學(xué)。

一、課前慎思

本課內(nèi)容選自課標(biāo)第四學(xué)段（7—9年級(jí)）中的“人工智能與智慧社會(huì)”模塊，使用了優(yōu)必選公司的《AI在未來小鎮(zhèn)》硬件套裝，組織學(xué)生利用uApp Creator開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)App，結(jié)合uKit Explore主控板以及uCode軟件進(jìn)行模塊化程序編寫。

初中生思維活躍、動(dòng)手能力強(qiáng)，對新事物充滿好奇。在前期學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)會(huì)用uApp軟件設(shè)計(jì)遙控寵物的界面，用uCode軟件編寫模塊化程序，能夠?qū)崿F(xiàn)遙控寵物的制作；并且，學(xué)生已經(jīng)完成寵物外形的搭建，對uKit Explore主控板比較熟悉，能夠借助各類傳感器實(shí)現(xiàn)感應(yīng)的反饋。學(xué)生雖然在生活中應(yīng)用過語音識(shí)別技術(shù)，但對其原理的理解比較模糊。所以，本課主要學(xué)習(xí)目標(biāo)如下：（1）知道語音識(shí)別技術(shù)的概念；（2）掌握語音識(shí)別技術(shù)的基本原理；（3）能夠說出語音識(shí)別技術(shù)在生活中的應(yīng)用；（4）能夠使用uCode軟件中的語音識(shí)別組件調(diào)用“訊飛語記”App；（5）能夠通過小組合作完成智慧寵物中語音識(shí)別功能的設(shè)計(jì)；（6）能夠理解語音識(shí)別技術(shù)帶來的社會(huì)變化和安全挑戰(zhàn)。

二、課中篤行

為實(shí)現(xiàn)以上學(xué)習(xí)目標(biāo)，筆者帶領(lǐng)學(xué)生先體驗(yàn)語音識(shí)別技術(shù)；進(jìn)而，明晰技術(shù)原理；再應(yīng)用原理，借助“語音識(shí)別組件”調(diào)用“訊飛語記”App，制作語音識(shí)別寵物；最后，對技術(shù)進(jìn)行辯證反思。由此設(shè)置了四個(gè)環(huán)節(jié)：立足生活，引出技術(shù)；體驗(yàn)探究，明晰原理；實(shí)踐應(yīng)用，深化認(rèn)識(shí)；總結(jié)反饋，辯證思考。

（一）立足生活，引出技術(shù)

教師提出問題：與朋友在線上聊天時(shí)，你習(xí)慣發(fā)語音還是發(fā)文字？引導(dǎo)學(xué)生各抒己見，并歸納總結(jié)：有的同學(xué)習(xí)慣發(fā)語音，因?yàn)榭梢怨?jié)省打字的時(shí)間，于己方便；有的同學(xué)習(xí)慣發(fā)文字，因?yàn)橛械臅r(shí)間和地點(diǎn)不方便聽語音，與人方便。接著，教師播放視頻，展示自己與同事線上交流的方法——使用訊飛輸入法來實(shí)現(xiàn)語音轉(zhuǎn)文字，引出本課核心內(nèi)容——語音識(shí)別技術(shù)，并進(jìn)一步引入本課的學(xué)習(xí)主題：語音識(shí)別技術(shù)之智慧寵物。

課始，通過創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際，拉近學(xué)生與即將學(xué)習(xí)的語音識(shí)別技術(shù)的距離，激發(fā)學(xué)生的好奇心，使學(xué)生對“人工智能技術(shù)正在幫助人們以更便捷的方式投入生活”產(chǎn)生初步印象。

（二）體驗(yàn)探究，明晰原理

教師首先揭示語音識(shí)別技術(shù)的含義，即一種可以將語音轉(zhuǎn)成文字的技術(shù)，讓機(jī)器能夠“聽懂”人說的話；接著，帶領(lǐng)學(xué)生使用“訊飛語記”App體驗(yàn)語音識(shí)別技術(shù)。

體驗(yàn)活動(dòng)1：你好，我是幾班某某某同學(xué)

學(xué)生明確體驗(yàn)任務(wù)后，開始積極投入體驗(yàn)。個(gè)別小組經(jīng)過試錯(cuò)，成功實(shí)現(xiàn)從語音到文字的正確識(shí)別，完成班級(jí)、姓名的對應(yīng)。體驗(yàn)結(jié)束后，教師提問學(xué)生，是否了解語音識(shí)別技術(shù)的基本原理。

對學(xué)生來說，技術(shù)原理的認(rèn)識(shí)，難度較大。因此，教師將“人聽懂聲音”和“機(jī)器聽懂聲音”兩個(gè)過程做了一個(gè)對比。先幫助學(xué)生回憶已知：人是如何聽懂聲音的。即人的耳朵捕獲到聲音后，形成振動(dòng)，傳到聽覺神經(jīng)，再傳到大腦，于是人就能聽懂聲音了。然后追問：機(jī)器上哪樣設(shè)備能充當(dāng)“耳朵”。此時(shí)，學(xué)生能聯(lián)想到麥克風(fēng)的作用，但是對后續(xù)過程，仍然沒有頭緒。教師播放視頻，對“機(jī)器聽懂聲音”過程的每個(gè)環(huán)節(jié)做了文字標(biāo)注（如下頁圖1所示），帶領(lǐng)學(xué)生剖析語音識(shí)別技術(shù)的原理，并借助學(xué)習(xí)單，讓學(xué)生通過填空的方式加深對原理的認(rèn)識(shí)。

在學(xué)生對語音識(shí)別技術(shù)的原理有了初步理解后，教師組織第二次體驗(yàn)。

體驗(yàn)活動(dòng)2：長詞組、短詞組的識(shí)別效果分析

在進(jìn)行體驗(yàn)之前，教師引導(dǎo)學(xué)生先思考：如下頁圖2所示的長詞組與短詞組，哪種識(shí)別效果更好？隨后，請學(xué)生代表上臺(tái)，進(jìn)行語音識(shí)別體驗(yàn)，并借助希沃傳屏，確保全部學(xué)生實(shí)時(shí)觀看識(shí)別過程。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，長詞組識(shí)別效果更好。教師追問：為什么長詞組識(shí)別效果要優(yōu)于短詞組？引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合語音識(shí)別技術(shù)原理中的匹配聲學(xué)模型和匹配語言模型兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行思考。教師組織學(xué)生討論，隨后歸納原因：長詞組可以減少同音字的概率，因而在匹配聲學(xué)模型環(huán)節(jié)效果更好；同時(shí)，長詞組能更好地避免“同音不同字”的情況，在匹配語音模型環(huán)節(jié)效果更佳。綜上，可以得出結(jié)論：長詞組識(shí)別效果要優(yōu)于短詞組。

兩輪體驗(yàn)活動(dòng)結(jié)束后，引導(dǎo)學(xué)生思考第一次體驗(yàn)活動(dòng)中語音識(shí)別失敗的原因，進(jìn)而加深學(xué)生對匹配聲學(xué)模型和匹配語音模型環(huán)節(jié)的理解。然后，教師追問：結(jié)合語音識(shí)別技術(shù)基本原理的五個(gè)步驟，除了以上兩個(gè)環(huán)節(jié)，還能怎樣提升語音識(shí)別的效果。學(xué)生結(jié)合體驗(yàn)，容易答出：獲取聲音信號(hào)環(huán)節(jié)，可以做到減少噪音；匹配聲學(xué)模型環(huán)節(jié)，可以做到避免不正確的發(fā)音；匹配語音模型環(huán)節(jié)，要關(guān)注同音不同字的問題。由此，學(xué)生對語音識(shí)別基本原理的認(rèn)識(shí)不再局限于理論層面，更具備了感性認(rèn)識(shí)。

（三）實(shí)踐應(yīng)用，深化認(rèn)識(shí)

熟悉了語音識(shí)別技術(shù)的含義和基本原理后，教師又引導(dǎo)學(xué)生討論語音識(shí)別技術(shù)在生活中的其他應(yīng)用場景。然后，教師播放視頻：將語音識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于學(xué)生之前所制作的遙控寵物。在視頻中，教師點(diǎn)擊“語音識(shí)別”按鈕，通過語音的方式來指揮寵物，做出搖尾巴、眨眼睛等相關(guān)動(dòng)作。

為了使學(xué)生在稍后的制作中更具條理性，教師先借助遙控寵物的工作原理，幫助學(xué)生遷移理解語音識(shí)別寵物的工作原理（如圖3所示），即發(fā)送端是平板上的App，中介是藍(lán)牙，接收端是主板等知識(shí)。

明確產(chǎn)品的制作邏輯后，教師帶著學(xué)生回憶上節(jié)課遙控寵物作品的按鈕、邏輯設(shè)計(jì)中藍(lán)牙發(fā)送的數(shù)字、接收端執(zhí)行操作的關(guān)系，得到下頁表1。接著，教師讓學(xué)生思考：如果要將上節(jié)課的遙控寵物升級(jí)為語音識(shí)別寵物，要修改的是發(fā)送端還是接收端？學(xué)生通過聯(lián)系已有知識(shí)，能順利回答出需要修改發(fā)送端。

教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)遙控寵物和語音識(shí)別寵物兩份作品在界面組件上的不同之處，明確本課學(xué)習(xí)的新組件，即語音識(shí)別器組件。隨后，講解該組件的功能與基礎(chǔ)代碼，使學(xué)生明確使用該組件可以調(diào)用手機(jī)上的語音識(shí)別軟件。接著，組織學(xué)生以小組為單位，完成任務(wù)?；A(chǔ)任務(wù)為實(shí)現(xiàn)眨眼睛的語音識(shí)別功能，拓展任務(wù)為實(shí)現(xiàn)其他語音識(shí)別功能。學(xué)生開始編寫代碼，調(diào)試軟件，教師巡視指導(dǎo)，并根據(jù)小組遇到的問題，帶領(lǐng)學(xué)生集中討論，如：“眨眼”按鈕對應(yīng)的關(guān)鍵詞是“眨眼”還是“眨眼睛”更合適？指導(dǎo)學(xué)生將體驗(yàn)過程中形成的思考應(yīng)用于實(shí)踐環(huán)節(jié)，關(guān)注“被識(shí)別的關(guān)鍵詞”的設(shè)計(jì)，采用“眨眼睛”“搖尾巴”等長詞組代替“眨眼”“搖尾”等短詞組，提升作品識(shí)別效果。

（四）總結(jié)反饋，辯證思考

作品展示完成后，教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧反思。共設(shè)置了五個(gè)問題，前三個(gè)考查本節(jié)課的顯性知識(shí)，包括：（1）在智慧寵物作品中，承擔(dān)語音識(shí)別功能的軟件是什么？（2）要實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別功能，除增加一個(gè)“語音識(shí)別”按鈕，我們還需要增加哪個(gè)（些）組件？（3）語音識(shí)別技術(shù)的基本原理是什么？后兩個(gè)問題考查隱性知識(shí)，主要為了引發(fā)學(xué)生對語音識(shí)別技術(shù)的反思，包括：（4）為什么要使用語音識(shí)別技術(shù)？（5）語音識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用越多越好嗎？

學(xué)生經(jīng)過討論，能逐步理解語音識(shí)別技術(shù)等人工智能技術(shù)正在幫助人們以更便捷的方式投入學(xué)習(xí)、生活和工作中，技術(shù)的發(fā)展給人類社會(huì)帶來了深刻影響。同時(shí)，考慮到人工智能技術(shù)帶來的社會(huì)變化和安全挑戰(zhàn)。

三、課后明辨

熊璋教授在分析課標(biāo)時(shí)強(qiáng)調(diào)，在梳理數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能這六條邏輯主線時(shí)，必須根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，統(tǒng)籌安排各學(xué)段的學(xué)習(xí)內(nèi)容。^［2］而人工智能作為第四學(xué)段的學(xué)習(xí)內(nèi)容，教學(xué)時(shí)不僅要讓學(xué)生知道其基本概念和術(shù)語，還要讓學(xué)生通過體驗(yàn)人工智能的應(yīng)用，理解其特點(diǎn)、優(yōu)勢、能力邊界，感受其魅力，進(jìn)而認(rèn)識(shí)到智慧社會(huì)下的機(jī)遇與挑戰(zhàn)?！墩Z音識(shí)別技術(shù)之智慧寵物》一課，逐步推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了從體驗(yàn)到應(yīng)用的學(xué)習(xí)歷程，讓原理認(rèn)識(shí)和問題解決相融合。

（一）通過技術(shù)體驗(yàn)，點(diǎn)燃學(xué)習(xí)興趣

《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》指出，要加強(qiáng)知識(shí)學(xué)習(xí)與學(xué)生經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)實(shí)生活、社會(huì)實(shí)踐之間的聯(lián)系，注重真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，增強(qiáng)學(xué)生認(rèn)識(shí)真實(shí)世界、解決真實(shí)問題的能力。^［3］因此，信息科技教學(xué)應(yīng)立足真實(shí)問題，讓學(xué)生在真實(shí)情境下進(jìn)行技術(shù)的體驗(yàn)，充分發(fā)揮情境的問題性、趣味性，點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

本課立足生活，從真實(shí)問題中明確學(xué)習(xí)主題。在明確主題之后，學(xué)生使用“訊飛語記”App將語音轉(zhuǎn)為文字，在真實(shí)的情境中沉浸式體驗(yàn)感知，在探究過程中對語音識(shí)別技術(shù)的原理有初步的感知。而在體驗(yàn)活動(dòng)的選取上，設(shè)置了與學(xué)生生活相關(guān)且學(xué)生感興趣的體驗(yàn)活動(dòng)（如自我介紹）。

（二）立足學(xué)習(xí)興趣，剖析技術(shù)原理

興趣是學(xué)生最好的老師，也是有意義學(xué)習(xí)發(fā)生的關(guān)鍵因素之一。立足學(xué)生興趣進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，促使他們深入地學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容。本課立足初中生的心理及認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)，巧妙提問激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及探索欲，逐步引導(dǎo)學(xué)生對語音識(shí)別技術(shù)原理進(jìn)行探究。

科學(xué)原理的學(xué)習(xí)有一定難度，因此教師根據(jù)“最近發(fā)展區(qū)”理論搭建學(xué)生學(xué)習(xí)的腳手架，通過帶領(lǐng)學(xué)生回憶已知、觀看視頻、填寫學(xué)習(xí)單等，幫助學(xué)生形成對原理的初步理解。在初步理解的基礎(chǔ)上，抓住學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣引領(lǐng)深層次體驗(yàn)，通過有趣的“長詞組”與“短詞組”的識(shí)別體驗(yàn)，引發(fā)學(xué)生對語音識(shí)別的效果背后“匹配聲學(xué)模型”和“匹配語言模型”兩個(gè)環(huán)節(jié)的思考。在學(xué)生完成體驗(yàn)后，剖析語音識(shí)別失敗的原因，進(jìn)而對如何提升語音識(shí)別的效果進(jìn)行追問，促使學(xué)生深入理解技術(shù)原理，為實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)到應(yīng)用打好理論基礎(chǔ)。

（三）基于技術(shù)原理，嘗試制作作品

建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的意義，并力圖在更接近、更符合實(shí)際的情境性學(xué)習(xí)活動(dòng)中，以個(gè)人原有的經(jīng)驗(yàn)、心理結(jié)構(gòu)和信念為基礎(chǔ)來建構(gòu)新知識(shí)，賦予新知識(shí)以個(gè)人理解的意義。^［4］這種學(xué)習(xí)方式注重學(xué)生的自主探究和發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過參與真實(shí)的問題解決，更深刻地理解和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。

本課的實(shí)踐體驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生已經(jīng)通過長、短詞組的練習(xí)理解了匹配聲音模型和匹配語言模型，將其納入了自身的認(rèn)知圖式；在進(jìn)行作品制作的過程中，學(xué)生基于自身的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)避開可能出現(xiàn)的問題，比如能用長詞組就不用短詞組。這其實(shí)是一個(gè)在學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過技術(shù)體驗(yàn)來建構(gòu)新知識(shí)，然后將個(gè)人對于新知識(shí)的理解外化于所制作的作品上，進(jìn)而加深對新知識(shí)的認(rèn)識(shí)。在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生為知識(shí)建構(gòu)的主體，教師應(yīng)充分尊重學(xué)生的主體地位，鼓勵(lì)學(xué)生在反復(fù)嘗試的過程中生成創(chuàng)造性作品。

（四）分析作品實(shí)現(xiàn)，思辨技術(shù)應(yīng)用

課標(biāo)提示，人工智能課程要回應(yīng)學(xué)生的期待，通過學(xué)生身邊的人工智能應(yīng)用場景，引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)人工智能，在實(shí)際應(yīng)用的體驗(yàn)中體會(huì)人工智能帶來的社會(huì)變化和安全挑戰(zhàn)。^［5］因此，人工智能教學(xué)要引導(dǎo)學(xué)生遵守道德規(guī)范和科技倫理，關(guān)注學(xué)生在使用信息科技解決問題過程中的批判思維培養(yǎng)。

本課的課堂小結(jié)，設(shè)置了兩個(gè)問題：一是為什么使用語音識(shí)別技術(shù)？該問題指向的是人工智能技術(shù)的便利性；二是語音識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用越多越好嗎？該問題指向的是人工智能帶來的倫理變化與挑戰(zhàn)，希望學(xué)生能夠理解人工智能發(fā)展的倫理道德規(guī)范。

本課中，學(xué)生從技術(shù)體驗(yàn)開始，以技術(shù)應(yīng)用結(jié)束，不僅認(rèn)識(shí)了身邊的語音識(shí)別技術(shù)應(yīng)用，理解了語音識(shí)別技術(shù)的工作原理，更能用原理指導(dǎo)技術(shù)，用人工智能技術(shù)解決實(shí)際問題，實(shí)現(xiàn)了“科學(xué)原理”與“技術(shù)”的相輔相成。

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