高中信息技術(shù)人工智能——以語音交互為例

施宇晴 劉力

摘要：教育信息化2.0時(shí)代要求信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融入教學(xué)過程。這對(duì)信息技術(shù)教師提出了新要求。教師應(yīng)當(dāng)主動(dòng)求變，通過創(chuàng)設(shè)人工智能情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升信息技術(shù)核心素養(yǎng)。以語音交互為例，通過分析教材內(nèi)容、課標(biāo)要求、學(xué)生學(xué)情、教學(xué)重難點(diǎn)分析和教學(xué)資源，設(shè)計(jì)了適合高中學(xué)生的教學(xué)方案。

關(guān)鍵詞：人工智能;教學(xué)情境;教學(xué)設(shè)計(jì);信息技術(shù)核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G434? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）26-0094-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

1 引言

近年來，我國正經(jīng)歷人工智能發(fā)展熱潮，這對(duì)信息技術(shù)教師提出了新要求。2018年1月，國務(wù)院出臺(tái)的《全面深化新時(shí)代教師隊(duì)伍建設(shè)改革的意見》指出：“教師要主動(dòng)適應(yīng)信息化、人工智能等新技術(shù)變革，積極有效開展教育教學(xué)[1]?！?017年發(fā)布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱“課標(biāo)”）要求在必修一教材中對(duì)人工智能進(jìn)行案例剖析，使學(xué)生了解人工智能的作用;選擇性必修4“人工智能初步”模塊中要求學(xué)生能搭建簡單的人工智能應(yīng)用模塊[2]。教師要主動(dòng)適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，對(duì)新技術(shù)保持積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，熟悉新技術(shù)的應(yīng)用方法，在課堂中引導(dǎo)學(xué)生了解智能應(yīng)用的發(fā)展，促進(jìn)核心素養(yǎng)提升。

本文針對(duì)人民教育出版社和中國地圖出版社高中信息技術(shù)必修一第四章“走進(jìn)智能時(shí)代”中“感受人工智能的魅力”一節(jié)的人機(jī)交互部分，基于情境學(xué)習(xí)理論進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)分析

情境學(xué)習(xí)理論指出，學(xué)習(xí)是參與的過程。對(duì)于人工智能部分，置身于情境中才能激發(fā)學(xué)生的興趣。在設(shè)計(jì)課堂教學(xué)以前，需要對(duì)教材內(nèi)容、課標(biāo)要求、學(xué)生學(xué)情、教學(xué)重難點(diǎn)分析和教學(xué)資源做全面的分析和準(zhǔn)備。

（1）在教材內(nèi)容方面，本節(jié)課要學(xué)習(xí)的是人機(jī)交互和其中的語音交互部分，根據(jù)最近發(fā)展區(qū)理論，在教學(xué)中要注意前后知識(shí)的聯(lián)系。在學(xué)習(xí)了人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展之后，學(xué)生已經(jīng)理解了人工智能的概念，本課主要介紹人機(jī)交互技術(shù)的語音交互部分，為后面學(xué)習(xí)《利用智能工具解決問題》做鋪墊。對(duì)于語音交互過程，教材第一章已經(jīng)對(duì)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的知識(shí)進(jìn)行了介紹，教師可以讓學(xué)生翻閱教材，進(jìn)行知識(shí)回顧，搭建聯(lián)系。

（2）課標(biāo)中提出，可以通過設(shè)置人工智能情境的方式進(jìn)行教學(xué)，同時(shí)要培養(yǎng)學(xué)生的信息社會(huì)責(zé)任意識(shí)，這就要求教師讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)并善于利用身邊的人工智能應(yīng)用，同時(shí)帶學(xué)生感受智能應(yīng)用的巨大應(yīng)用潛能。本節(jié)課教師將通過直觀演示與百度旗下人工智能助手“小度”對(duì)話，來激發(fā)學(xué)生的興趣、創(chuàng)設(shè)智能情境，親歷使用過程，感受人工智能的魅力。教師在教授知識(shí)的同時(shí)，也要提醒學(xué)生遵守信息法律，培養(yǎng)責(zé)任意識(shí)。

（3）對(duì)于學(xué)生學(xué)情，高一年級(jí)學(xué)生在生活中大多接觸過語音交互技術(shù)，例如智能手機(jī)正中的語音輸入、語音識(shí)別等功能，對(duì)其有強(qiáng)烈的求知欲。但是，學(xué)生可能會(huì)對(duì)于其中的原理感到陌生。對(duì)于原理的學(xué)習(xí)，可以選擇演示法，將語音交互過程繪制成流程圖。

（4）基于對(duì)教材內(nèi)容、課標(biāo)、學(xué)情的分析，本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是通過創(chuàng)設(shè)人工智能情境，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)科技的進(jìn)步給人類帶來的方便;教學(xué)難點(diǎn)是理解語音交互的過程。

（5）本節(jié)課需要用到的教學(xué)資源硬件有“小度”和多媒體計(jì)算機(jī)演示系統(tǒng)，需要用到的軟件是教學(xué)課件。在上課前，需要確認(rèn)教室中有可以上網(wǎng)的無線網(wǎng)絡(luò)，并將“小度”連接到網(wǎng)絡(luò)，確保能正常使用。

3 教學(xué)設(shè)計(jì)

本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是理解人機(jī)交互的概念、了解其過程（信息意識(shí)）;了解語音交互的過程、認(rèn)識(shí)語音交互技術(shù)在生活中的重要作用（信息意識(shí)、信息社會(huì)責(zé)任）。

（1）情境導(dǎo)入

教師提問，在生活中，你用過哪些人工智能呢？通過生活中的實(shí)例來引發(fā)學(xué)生思考，引入本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)，會(huì)很快回答他們?cè)谏钪杏眠^的實(shí)例。教師對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行總結(jié)：這些例子都應(yīng)用了人機(jī)交互技術(shù)。

（2）新課講授

①人機(jī)交互的概念

教師用圖示的方式展示人機(jī)交互過程（如圖1），并配合講解，人機(jī)交互就是信息在人與計(jì)算機(jī)之間相互傳遞，包括人到計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)到人兩個(gè)部分。人們借助鍵盤、鼠標(biāo)、話筒等輸入設(shè)備，通過身體器官、聲音等向計(jì)算機(jī)傳遞信息，同時(shí)，計(jì)算機(jī)通過等輸出設(shè)備給人提供信息，這就是人機(jī)交互。通過圖示展示人機(jī)交互的過程，更加直觀。同時(shí)，學(xué)生在理解了人機(jī)交互過程的基礎(chǔ)上，理解語音交互過程會(huì)更加容易。

②人機(jī)交互的類型

教師講解，人機(jī)交互包括很多方面，除了利用以上所說的基本交互以外，還有圖形交互，比如在上網(wǎng)時(shí)，點(diǎn)擊圖片會(huì)跳轉(zhuǎn)到其他界面，另外，還有語音交互。教師請(qǐng)學(xué)生基于人機(jī)交互的概念，描述語音交互的概念。

③感知語音交互

教師和人工智能助手小度對(duì)話，詢問小度今天的天氣，小度很快將今日溫度“告訴”了老師。此時(shí)，教師引發(fā)學(xué)生思考：在剛剛和小度的對(duì)話中，我們發(fā)現(xiàn)小度既能聽，也會(huì)說，小度是怎么做到的？通過直觀演示應(yīng)用人工智能的方式，引發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲，引出語音交互過程，同時(shí)完成教材中的“實(shí)踐活動(dòng)”環(huán)節(jié)。

教師講解語音交互過程的第一步：語音采集。教師請(qǐng)學(xué)生回憶數(shù)模轉(zhuǎn)換原理，此處可以讓學(xué)生來回答，對(duì)學(xué)生進(jìn)行過程性評(píng)價(jià)。通過回憶知識(shí)點(diǎn)的方式，使前面學(xué)習(xí)的知識(shí)掌握得更加牢固，也更容易理解新知識(shí)。

教師講解語音交互過程的第二步：語音識(shí)別。語音識(shí)別通俗地講就是讓機(jī)器能夠明白人類的語言。（展示PPT，如圖2）將語言中包含的文字信息進(jìn)行提取，將提取出的聲音特征（例如：發(fā)音特點(diǎn)）與語音數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì)，相似度最高的作為結(jié)果輸出，這個(gè)過程相當(dāng)于給機(jī)器裝上了耳朵。這種通過比喻的方式能使學(xué)生更容易理解。