《语音识别》教学案例

学习内容分析

本课内容来自浙江摄影出版社出版的小学信息科技教材六年级上册第二单元。内容涵盖了文字识别、人脸识别和语音识别。本课是后续语音合成的基础，具有承上启下的作用。

学习对象分析

本课的学习者是小学六年级学生，经过之前文字识别和人脸识别的学习，学生对人工智能已经有了初步了解，但对人工智能的部分原理仍一知半解。预测在本课的学习中，学生对“语音识别的应用和影响”以及“语音输入法的使用”不会存在问题，但对“了解语音识别的过程与原理”还存在困难。

学科核心素养

①了解语音识别的应用与影响，能主动发现身边的语音识别应用（信息意识）。

②通过对语音识别的过程解析，初步了解其过程与原理（计算思维）。

③学会语音输入的方法并应用于学习生活（数字化学习与创新）。

④初步了解信息安全意识，知道保护个人隐私的必要性（信息社会责任）。

教学重难点及对策

重点：学会语音输入的方法，并将其应用于学习生活。

难点：对语音识别过程和原理的认识。

对策：解决本课教学重点需要了解语音识别的原理，这就需要学生具有一定的抽象思维能力。因此，笔者将本课的教学难点定为对语音识别原理的认识，通过把语音采集为波形图像，再把波形图像处理为计算机处理的数据，引导学生进行思维上的突破。

教学过程

1.激趣导入

本环节，教师将“小爱同学”请进了课堂，通过三个小互動“模仿动物叫声（羊、老虎、大象）、中文翻译英文、造句”，向学生展示语音识别的强大。此时，学生对语音识别充满了好奇心，教师顺势提问：“语音识别是如何实现的？”通过回顾文字识别和人脸识别的过程（如图1），让学生猜一猜（填写记录单）。接着提问：“是不是和同学们猜想的一样呢？老师有一个好办法——做一个模拟实验来探究一下吧！”

设计意图：通过游戏的方式，引出人工智能语音助手“小爱同学”，激发学生的学习兴趣，并为课堂教学做铺垫。同时，学生通过猜测语音识别过程，让思考有了方向，动手实践也有了明确目的。

2.实验揭秘

实验1：声音长什么样？

第一步：语音采集。教师演示用慧编程采集“猫”，通过简单预处理（如图2），得到声波文件。教师指出预处理是语音识别中重要又复杂的一步，端点检测只是其中的模拟方法，需要经过多道预处理环节。

设计意图：让学生先用自己的语言表达，再用软件进行实验、模拟、对比，从无形到有形，实现思维上的飞跃。

实验2：声音有什么特征？

教师提出问题：“根据声音‘猫的形状特征，我们能否继续通过实验探索出声音更多的特征？”学生开始讨论，设计想探究的问题和实验内容（记录在实验单上），并尝试通过实验得出结论（如图3）。

学生通过实践得出以下结论：内容不同，声波形状不同；内容相同，声波形状相似；每个声波文件都包含音量、音调、音色等多个特征。

设计意图：特征是专业术语，学生很难理解。因此，教师引导学生自主探究，通过对比、分析、归纳实验内容，进一步激发思维、想象、求知欲，让学习真正地发生。

实验3：声音如何匹配？

教师提问：“特征提取出来，怎么进行模型匹配呢？这个过程能不能继续被模拟出来？（可以）。为什么老师提问羊叫，同学们能马上反应出‘咩？因为人的记忆产生了作用，那计算机的记忆是什么呢？（声学模型）”此环节，笔者安排了“看图辨声”实验，即采集声波文件，并与声学模型进行匹配，然后确定是什么字。学生在判断单字单特征的基础上，尝试多字多特征的提取和匹配，并结合图示（如图4），理解计算机如何进行模型匹配和文字输出。

教师引导学生对整个语音识别过程进行小结，并让学生试着说一说原理。教师最后指出：“在现实生活中，语音识别是一个非常复杂的过程，存储在计算机中的声波是二进制编码，其中涉及数据编码、提取特征、多次匹配，这些都包含了大数据和云计算（如图5）。”教师同时鼓励学生课后继续学习。

设计意图：声学模型匹配是一个很抽象的过程，让学生通过亲身体验得出实验结论，能印象深刻。

3.体验应用

教师设置悬念：“你们平时用键盘输入，每分钟可以输入几个汉字？老师能让你们每分钟输入一百多个汉字，信不信？一起来体验‘输入小超人吧！”学生用讯飞语音输入法，在Word中输入自己的作文，计时三分钟。完成后，通过展示错别字，引导学生回顾“语音识别过程”的知识，分析语音识别易出的差错。同时，展示讯飞输入法的多语种功能，以及其他语音输入法，如搜狗、百度等，鼓励学生日后尝试。

设计意图：相比键盘输入，语音输入法的快捷会给学生留下深刻的印象，从而促使学生积极体验语音输入法。同时，语音输入正确率的问题无法规避，教师借助展示适时进行德育引导。

4.拓展延伸

教师提问：“除了强大的语音输入，生活中还有哪些语音识别应用呢？”教师课堂展示“听歌识曲”功能，引发学生头脑风暴，罗列生活中的语音识别应用，分享体验感受，并由此畅想未来语音识别的发展。最后，教师介绍声纹验证（用声纹演示打开手机），提醒学生注重日常使用语音识别的信息安全意识，学会保护个人隐私。

设计意图：本环节通过展示引领，唤起生活回忆，呼应课题。教师展示声纹识别，旨在提醒学生留意隐私保护和信息安全意识。

5.小结评价

评价环节教师采用问卷星设计自我评价的问卷，统计学生的学习情况。一共5道题目，都是围绕教学目标进行设计，既对教学过程进行回顾，又对学生的学习效果进行统计。

反思

实验教学法是指学生在教师的指导下，使用一定的设备和材料，通过控制条件的操作过程，引起实验对象的某些变化，从观察这些现象的变化中获取新知识或验证知识的教学方法。本节课，笔者尝试使用实验教学法，通过研究现象，探知知识的本质，在这个过程中培养了学生分析问题、解决问题的能力，培养了学生的计算思维，达到了培养核心素养的目的。

点  评

人工智能教什么？怎么教？这是当前义务阶段信息科技教师普遍感到困惑的两个问题。杨凯老师通过《语音识别》一课进行了很有价值的探索。

第一，教材内容的理解。浙江摄影出版社小学信息技术教材六年级上册第二单元“初识人工智能”共有8课，在语音识别之前，安排了文字识别和人脸识别。这3课内容并列，但编排意图实际上是进阶的。本课的教学从整体上看，无论是教学目标的设定还是教学设计，均充分体现了与前两课之间的递进关系。从前后相关课的内在联系，到单元主题的安排逻辑，再到整册教材的编排意图，直至课程标准的整体设计，这些维度共同对教材内容进行系统全面的理解，视野通透。

第二，教学方法的选择。杨凯老师选用了信息科技教师既熟悉又陌生的“实验教学法”，可谓找准了方向。因为实验教学法并不是新事物，在物理、化学、生物等课堂中经常使用，说它陌生，那是因为它在信息技术课堂中并不常见。而事实上，对于小学的人工智能教学，重心并不在于知识本身，而在于让学生在初识人工智能的过程中学会学习，掌握科学的探究方法，同时培育学生的创新意识，为今后的学习和发展打下扎实的基础。杨凯老师敢于选择看似传统的教学方法，实际上是深入理解信息科技课程“科学”属性的创新之举，实际的教学效果也证明了选择的正确性，这是本课教学设计最大的亮点。

第三，教学细节的设计。课堂伊始，杨凯老师用“小爱同学”引入，在激起好奇心的同时，让学生回顾文字识别和人脸识别过程，然后猜一猜语音识别是如何实现的，并写在纸上。“猜一猜”这个环节设计非常“巧妙”。因为这个“猜”不是瞎猜，而是对前两课学习的梳理和应用，是知识迁移的过程，同时也为下一步的“实验教学”设定了基本方案。接下来的实验探秘环节，通过“声音长什么样”“声音有什么特征”“声音如何匹配”这3个具体的小实验层层递进、环环相扣，从“听”声音到“看”声音，再到“看”“听”验证，学生亲身体验，以实验的方式帮助理解抽象的知识，让学习得以真实发生。其中“声音有什么特征”这个小实验，研究的问题是开放式的，先进行集体讨论，互相启发，设计若干个“……会不会一样”的问题，然后进行自主探究，设计实验的步骤和细节，最后形成一张完整的实验记录单。通过实验，学生轻松梳理不同内容、对象、音量、音调、音色等与声波形状之间的关系，自然而然地理解“特征”这个专业术语的含义，并为下一步理解模型匹配做好铺垫。整个过程用实验记录单进行串连，思维严密、流程规范，以实验的方式进行的探究学习，很好地契合了小学阶段人工智能学习的目标，这种科学的训练和学习过程将使学生终身受用。第三个环节通过语音输入的体验，让学生强烈感受人工智能技术给学习生活带来的便捷，同时也客观地认识到目前技术的局限性，与最后一个环节“拓展延伸”无缝对接，从而进一步树立理想，为今后的学习增添动力。

义务教育信息科技课程的六条逻辑主线为数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能。与人工智能类似，其他主线的专业性也极强，如何根据认知发展规律，以适合这个年龄段学生的方式开展教学，是课程实施过程中的重点和难点所在。想要回答教什么和怎么教的问题，就要从“内容承载”和“教学方法”两个维度进行深度思考和实践。教师一方面要精心挑选学生乐于学、可以学的素材，以此为切入口，引领学生进入知识体系；另一方面要正确选择教学方法，让学生在掌握知識的同时，探究科学方法，学会专业技能，培育计算思维，提高解决问题的能力，最终提升核心素养。杨凯老师《语音识别》这一课的设计和课堂教学，得到了专家和广大教师的充分认可，在全国小学信息技术优质课交流展示活动中荣膺标杆课，获得最高奖项。通过这个案例，我们期待能给信息科技课程的实施带来新的思考和启发。