从体验到应用：让原理认识和问题解决相融合

摘 要：《语音识别技术之智慧宠物》一课教学，以语音识别技术为抓手，从技术体验开始，以技术应用结束，让原理认识和问题解决相融合。从实践来看，体现了“技术体验—原理认知—技术应用—技术反思”的教学逻辑，即通过技术体验，点燃学习兴趣；立足学习兴趣，剖析技术原理；基于技术原理，尝试制作作品；分析作品实现，思辨技术应用。

关键词：初中信息科技；人工智能；语音识别技术

随着《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”）的颁布，“人工智能”正式成为初中信息科技的课程内容。按照课标要求，初中阶段开展人工智能教学，要深化原理认识，探索利用信息科技手段解决问题的过程和方法^［1］。但对于初中生来说，人工智能原理过于深奥，单纯的理论讲解很难激发学生的学习兴趣。因此，如何平衡教学内容，选择合适的教学方法，实现原理认识和问题解决的融合设计成为棘手的问题。对此，笔者发掘了“从体验到应用”的教学思路，并进一步延伸出了“技术体验—原理认知—技术应用—技术反思”的教学逻辑。语音识别技术作为人工智能关键技术之一，在生活中应用广泛。实践中，以语音识别技术为抓手，按照上述教学思路与逻辑，实施了《语音识别技术之智慧宠物》一课教学。

一、课前慎思

本课内容选自课标第四学段（7—9年级）中的“人工智能与智慧社会”模块，使用了优必选公司的《AI在未来小镇》硬件套装，组织学生利用uApp Creator开发平台设计App，结合uKit Explore主控板以及uCode软件进行模块化程序编写。

初中生思维活跃、动手能力强，对新事物充满好奇。在前期学习中，学生已经学会用uApp软件设计遥控宠物的界面，用uCode软件编写模块化程序，能够实现遥控宠物的制作；并且，学生已经完成宠物外形的搭建，对uKit Explore主控板比较熟悉，能够借助各类传感器实现感应的反馈。学生虽然在生活中应用过语音识别技术，但对其原理的理解比较模糊。所以，本课主要学习目标如下：（1）知道语音识别技术的概念；（2）掌握语音识别技术的基本原理；（3）能够说出语音识别技术在生活中的应用；（4）能够使用uCode软件中的语音识别组件调用“讯飞语记”App；（5）能够通过小组合作完成智慧宠物中语音识别功能的设计；（6）能够理解语音识别技术带来的社会变化和安全挑战。

二、课中笃行

为实现以上学习目标，笔者带领学生先体验语音识别技术；进而，明晰技术原理；再应用原理，借助“语音识别组件”调用“讯飞语记”App，制作语音识别宠物；最后，对技术进行辩证反思。由此设置了四个环节：立足生活，引出技术；体验探究，明晰原理；实践应用，深化认识；总结反馈，辩证思考。

（一）立足生活，引出技术

教师提出问题：与朋友在线上聊天时，你习惯发语音还是发文字？引导学生各抒己见，并归纳总结：有的同学习惯发语音，因为可以节省打字的时间，于己方便；有的同学习惯发文字，因为有的时间和地点不方便听语音，与人方便。接着，教师播放视频，展示自己与同事线上交流的方法——使用讯飞输入法来实现语音转文字，引出本课核心内容——语音识别技术，并进一步引入本课的学习主题：语音识别技术之智慧宠物。

课始，通过创设问题情境，引导学生联系生活实际，拉近学生与即将学习的语音识别技术的距离，激发学生的好奇心，使学生对“人工智能技术正在帮助人们以更便捷的方式投入生活”产生初步印象。

（二）体验探究，明晰原理

教师首先揭示语音识别技术的含义，即一种可以将语音转成文字的技术，让机器能够“听懂”人说的话；接着，带领学生使用“讯飞语记”App体验语音识别技术。

体验活动1：你好，我是几班某某某同学

学生明确体验任务后，开始积极投入体验。个别小组经过试错，成功实现从语音到文字的正确识别，完成班级、姓名的对应。体验结束后，教师提问学生，是否了解语音识别技术的基本原理。

对学生来说，技术原理的认识，难度较大。因此，教师将“人听懂声音”和“机器听懂声音”两个过程做了一个对比。先帮助学生回忆已知：人是如何听懂声音的。即人的耳朵捕获到声音后，形成振动，传到听觉神经，再传到大脑，于是人就能听懂声音了。然后追问：机器上哪样设备能充当“耳朵”。此时，学生能联想到麦克风的作用，但是对后续过程，仍然没有头绪。教师播放视频，对“机器听懂声音”过程的每个环节做了文字标注（如下页图1所示），带领学生剖析语音识别技术的原理，并借助学习单，让学生通过填空的方式加深对原理的认识。

在学生对语音识别技术的原理有了初步理解后，教师组织第二次体验。

体验活动2：长词组、短词组的识别效果分析

在进行体验之前，教师引导学生先思考：如下页图2所示的长词组与短词组，哪种识别效果更好？随后，请学生代表上台，进行语音识别体验，并借助希沃传屏，确保全部学生实时观看识别过程。通过实验发现，长词组识别效果更好。教师追问：为什么长词组识别效果要优于短词组？引导学生结合语音识别技术原理中的匹配声学模型和匹配语言模型两个环节进行思考。教师组织学生讨论，随后归纳原因：长词组可以减少同音字的概率，因而在匹配声学模型环节效果更好；同时，长词组能更好地避免“同音不同字”的情况，在匹配语音模型环节效果更佳。综上，可以得出结论：长词组识别效果要优于短词组。

两轮体验活动结束后，引导学生思考第一次体验活动中语音识别失败的原因，进而加深学生对匹配声学模型和匹配语音模型环节的理解。然后，教师追问：结合语音识别技术基本原理的五个步骤，除了以上两个环节，还能怎样提升语音识别的效果。学生结合体验，容易答出：获取声音信号环节，可以做到减少噪音；匹配声学模型环节，可以做到避免不正确的发音；匹配语音模型环节，要关注同音不同字的问题。由此，学生对语音识别基本原理的认识不再局限于理论层面，更具备了感性认识。

（三）实践应用，深化认识

熟悉了语音识别技术的含义和基本原理后，教师又引导学生讨论语音识别技术在生活中的其他应用场景。然后，教师播放视频：将语音识别技术应用于学生之前所制作的遥控宠物。在视频中，教师点击“语音识别”按钮，通过语音的方式来指挥宠物，做出摇尾巴、眨眼睛等相关动作。

为了使学生在稍后的制作中更具条理性，教师先借助遥控宠物的工作原理，帮助学生迁移理解语音识别宠物的工作原理（如图3所示），即发送端是平板上的App，中介是蓝牙，接收端是主板等知识。

明确产品的制作逻辑后，教师带着学生回忆上节课遥控宠物作品的按钮、逻辑设计中蓝牙发送的数字、接收端执行操作的关系，得到下页表1。接着，教师让学生思考：如果要将上节课的遥控宠物升级为语音识别宠物，要修改的是发送端还是接收端？学生通过联系已有知识，能顺利回答出需要修改发送端。

教师引导学生发现遥控宠物和语音识别宠物两份作品在界面组件上的不同之处，明确本课学习的新组件，即语音识别器组件。随后，讲解该组件的功能与基础代码，使学生明确使用该组件可以调用手机上的语音识别软件。接着，组织学生以小组为单位，完成任务。基础任务为实现眨眼睛的语音识别功能，拓展任务为实现其他语音识别功能。学生开始编写代码，调试软件，教师巡视指导，并根据小组遇到的问题，带领学生集中讨论，如：“眨眼”按钮对应的关键词是“眨眼”还是“眨眼睛”更合适？指导学生将体验过程中形成的思考应用于实践环节，关注“被识别的关键词”的设计，采用“眨眼睛”“摇尾巴”等长词组代替“眨眼”“摇尾”等短词组，提升作品识别效果。

（四）总结反馈，辩证思考

作品展示完成后，教师带领学生回顾反思。共设置了五个问题，前三个考查本节课的显性知识，包括：（1）在智慧宠物作品中，承担语音识别功能的软件是什么？（2）要实现语音识别功能，除增加一个“语音识别”按钮，我们还需要增加哪个（些）组件？（3）语音识别技术的基本原理是什么？后两个问题考查隐性知识，主要为了引发学生对语音识别技术的反思，包括：（4）为什么要使用语音识别技术？（5）语音识别技术的应用越多越好吗？

学生经过讨论，能逐步理解语音识别技术等人工智能技术正在帮助人们以更便捷的方式投入学习、生活和工作中，技术的发展给人类社会带来了深刻影响。同时，考虑到人工智能技术带来的社会变化和安全挑战。

三、课后明辨

熊璋教授在分析课标时强调，在梳理数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能这六条逻辑主线时，必须根据学生的认知规律，统筹安排各学段的学习内容。^［2］而人工智能作为第四学段的学习内容，教学时不仅要让学生知道其基本概念和术语，还要让学生通过体验人工智能的应用，理解其特点、优势、能力边界，感受其魅力，进而认识到智慧社会下的机遇与挑战。《语音识别技术之智慧宠物》一课，逐步推进，实现了从体验到应用的学习历程，让原理认识和问题解决相融合。

（一）通过技术体验，点燃学习兴趣

《义务教育课程方案（2022年版）》指出，要加强知识学习与学生经验、现实生活、社会实践之间的联系，注重真实情境的创设，增强学生认识真实世界、解决真实问题的能力。^［3］因此，信息科技教学应立足真实问题，让学生在真实情境下进行技术的体验，充分发挥情境的问题性、趣味性，点燃学生的学习兴趣。

本课立足生活，从真实问题中明确学习主题。在明确主题之后，学生使用“讯飞语记”App将语音转为文字，在真实的情境中沉浸式体验感知，在探究过程中对语音识别技术的原理有初步的感知。而在体验活动的选取上，设置了与学生生活相关且学生感兴趣的体验活动（如自我介绍）。

（二）立足学习兴趣，剖析技术原理

兴趣是学生最好的老师，也是有意义学习发生的关键因素之一。立足学生兴趣进行教学设计，能够充分发挥学生的主体作用，促使他们深入地学习相关内容。本课立足初中生的心理及认知发展特点，巧妙提问激发学生的学习兴趣及探索欲，逐步引导学生对语音识别技术原理进行探究。

科学原理的学习有一定难度，因此教师根据“最近发展区”理论搭建学生学习的脚手架，通过带领学生回忆已知、观看视频、填写学习单等，帮助学生形成对原理的初步理解。在初步理解的基础上，抓住学生的学习兴趣引领深层次体验，通过有趣的“长词组”与“短词组”的识别体验，引发学生对语音识别的效果背后“匹配声学模型”和“匹配语言模型”两个环节的思考。在学生完成体验后，剖析语音识别失败的原因，进而对如何提升语音识别的效果进行追问，促使学生深入理解技术原理，为实现体验到应用打好理论基础。

（三）基于技术原理，尝试制作作品

建构主义强调学生在学习过程中主动建构知识的意义，并力图在更接近、更符合实际的情境性学习活动中，以个人原有的经验、心理结构和信念为基础来建构新知识，赋予新知识以个人理解的意义。^［4］这种学习方式注重学生的自主探究和发现，强调学生通过参与真实的问题解决，更深刻地理解和应用所学知识。

本课的实践体验环节，学生已经通过长、短词组的练习理解了匹配声音模型和匹配语言模型，将其纳入了自身的认知图式；在进行作品制作的过程中，学生基于自身的认知经验避开可能出现的问题，比如能用长词组就不用短词组。这其实是一个在学生已有经验的基础上，通过技术体验来建构新知识，然后将个人对于新知识的理解外化于所制作的作品上，进而加深对新知识的认识。在实际教学中，学生为知识建构的主体，教师应充分尊重学生的主体地位，鼓励学生在反复尝试的过程中生成创造性作品。

（四）分析作品实现，思辨技术应用

课标提示，人工智能课程要回应学生的期待，通过学生身边的人工智能应用场景，引导学生正确认识人工智能，在实际应用的体验中体会人工智能带来的社会变化和安全挑战。^［5］因此，人工智能教学要引导学生遵守道德规范和科技伦理，关注学生在使用信息科技解决问题过程中的批判思维培养。

本课的课堂小结，设置了两个问题：一是为什么使用语音识别技术？该问题指向的是人工智能技术的便利性；二是语音识别技术的应用越多越好吗？该问题指向的是人工智能带来的伦理变化与挑战，希望学生能够理解人工智能发展的伦理道德规范。

本课中，学生从技术体验开始，以技术应用结束，不仅认识了身边的语音识别技术应用，理解了语音识别技术的工作原理，更能用原理指导技术，用人工智能技术解决实际问题，实现了“科学原理”与“技术”的相辅相成。

参考文献：

［1］［5］中华人民共和国教育部．义务教育信息科技课程标准（2022年版）［S］．北京：北京师范大学出版社，2022：2，40-41.

［2］熊璋.“科”“技”并重：义务教育信息科技课程标准解读——访义教信息科技课标组组长熊璋教授［J］．中国信息技术教育，2022（9）：4-7.

［3］中华人民共和国教育部.义务教育课程方案（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022：14.

［4］余涛，杨琼.基于CSCL的中小学信息技术教学模式的研究［J］.现代教育技术，2007（5）：58-61.