人工智能初体验

田迎春

教学背景

2017年国务院印发的《新一代人工智能发展规划》明确提出：在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。同时，教育部印发的《中小学综合实践活动课程指导纲要》也指出：创意物化，学会运用信息技术，设计并制作有一定创意的数字作品。运用常见、简单的信息技术解决实际问题，服务于学习和生活。

我校从去年开始尝试在小学阶段落实人工智能教育，采用项目式学习的方式引导学生在活动中了解人工智能，体验人工智能。本项目的创意来源于创客社团一个学生的创客作品，整个项目采用项目式的学习方式。本项目分为五个阶段，本课是第三阶段的语音控制部分。本课的学习目的主要是让学生亲身体验人工智能的应用，激发学习兴趣，探究语音技术原理和设计方案，发挥想象，设计出满足学习需要的智能台灯。

教学目标

知识与技能 认识语音识别模块，了解语音识别的基本工作过程。

过程与方法 通过制作语音控制台灯的过程，掌握电路搭建和编程实现的方法。

情感态度与价值观 感受人工智能为生活带来的便捷，培养学生对创新的热情。

教学重点与难点

教学重点 了解语音识别的基本工作過程。

教学难点 掌握电路搭建和编程实现的方法。

教学准备

PPT课件、 广播软件、 Arduino Uno主板、杜邦线、 LED灯、 语音识别模块、 USB to TTL工具。

教学过程

一、应用体验，提出问题

人类已经进入到人工智能时代，我们生活中有很多人工智能的产品，如智能语音音响和电视、手机上的Siri等，这些智能化的设备让人和机器能够通过语音进行交流。联想到我们的多场景智能台灯，我们能不能也给它增加语音识别的功能，让它也能识别我们的语音命令呢？

二、实验探究，体验原理

实验1 测试语音模块的连接是否正常

1.语音识别模块与USB to TTL连接

教师通过图示讲解连接方式，渗透串口通信的概念。（如图1）

2.测试语音识别模块

学生按照要求连接好后，教师讲解软件参数设置，学生自行测试原主板自带的识别内容：说出左转，输出00；说出右转，输出01。（如图2）若学生测试不成功，教师需要帮助查找原因。

实验2 设置语音识别模块

教师将软件通过文档发给学生。学生小组合作自学语音识别模块的设置。设置内容为：开灯和关灯指令。

设置完毕后，学生进行测试，并将测试结果记录在实验单上，通过实验初步感知语音识别的工作过程。

教师通过图片讲解实验过程，加深学生的理解。（如图3）

实验3 用语音识别模块控制LED灯

根据学生的需求，教师提出要求：用语音识别模块识别出来的内容来设计我们的台灯。

教师出示连接图（如图4），学生根据连接图进行设备连接。

整个过程，教师需要对学生连接的设备进行检查，发现问题进行个别指导，保证学生插线的准确，以免烧坏元件。

学生小组合作进行编程和测试，并填写实验报告单，记录实验时遇到的问题及解决办法。程序设计如图5所示。

总结提升

教师展示学生的实验结果。

在演示过程中有意识地用含有学生设计的语音指令的句子将其唤醒，导致误操作。

教师提出问题引发学生思考：为什么会导致误操作？如何解决？

学生小组内部充分讨论。

教师最后汇总整理学生的方案：用日常出现概率小的词语作为命令前缀；用两级命令的方式进行识别。

师生讨论最简单的解决办法：利用日常出现概率小的词语作为命令的前缀，如开灯改成芝麻开灯等。

三、综合运用，完成作品

教师出示综合任务：完成多场景智能台灯语音识别的设计。（如图6）

学生小组内部成员分工合作，设计好方案。语音模块设置与米思齐编程同时进行。

在设置任务时将任务分为必做和选做，主要是照顾不同层次的学生，在学生完成基本任务时鼓励学生挑战高难度。

四、总结本课，拓展延伸

师生回顾本课所学内容。教师拓展学生的思路，总结日常生活中还有哪些地方可以用到语音识别。学生发散思维，说出答案。

教学评价

本节课的评价以过程性评价为主，总结性评价为辅。过程性评价更能看出学生的思考过程和思维路径。评价表见左侧二维码。

作品展示

本课是“多功能智能遥控台灯”项目中的一个环节，这个项目运用STEM理念让学生体验“创意物化”的过程。通过整个项目的实施，学生了解到人工智能中语音识别的工作原理，通过学习也设计了一些较为实用的产品。（如图7）

实践反思

本课是“多功能智能遥控台灯”项目中的一个环节，项目主要让学生体验“创意物化”的过程。本课让学生了解到人工智能中语音识别的工作原理，让学生和人工智能之间没有距离感，鼓励学生将所学技能应用于自己的实际生活。

本课在原社团活动的基础上根据学生的实际技能进行了删减，对串口通信的概念由原来的理解改为了解，但课程实施后感觉这部分的知识还需要给学生们详细讲解一下，以方便后面的学习。

专家点评

本课根据课前对学生的调研结果进行设计，充分考虑到学生的知识基础和认知特点，用学生身边的事例引领学生零距离接触人工智能，了解语音识别技术的基本工作原理，为在小学阶段开设人工智能相关课程探索出一条可行的路径。在整个课堂中，教师作为引导者，重点引导学生对现实需求、任务目标进行分析，在掌握基础知识、基本技能的基础上，注重学科思维的形成，培养学科核心素养。

教学中采用小组合作方式，通过同伴间的交流、分享，不仅加深学生对知识的理解，拓展思维的开放性，同时有助于培养学生的合作意识，提升综合实践能力与创新精神。（点评人：金文，北京市海淀区信息技术教研员，高级教师，市级学科带头人）