田迎春

教學背景

2017年國務院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出：在中小學階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。同時，教育部印發(fā)的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》也指出：創(chuàng)意物化，學會運用信息技術(shù)，設(shè)計并制作有一定創(chuàng)意的數(shù)字作品。運用常見、簡單的信息技術(shù)解決實際問題，服務于學習和生活。

我校從去年開始嘗試在小學階段落實人工智能教育，采用項目式學習的方式引導學生在活動中了解人工智能，體驗人工智能。本項目的創(chuàng)意來源于創(chuàng)客社團一個學生的創(chuàng)客作品，整個項目采用項目式的學習方式。本項目分為五個階段，本課是第三階段的語音控制部分。本課的學習目的主要是讓學生親身體驗人工智能的應用，激發(fā)學習興趣，探究語音技術(shù)原理和設(shè)計方案，發(fā)揮想象，設(shè)計出滿足學習需要的智能臺燈。

教學目標

知識與技能 認識語音識別模塊，了解語音識別的基本工作過程。

過程與方法 通過制作語音控制臺燈的過程，掌握電路搭建和編程實現(xiàn)的方法。

情感態(tài)度與價值觀 感受人工智能為生活帶來的便捷，培養(yǎng)學生對創(chuàng)新的熱情。

教學重點與難點

教學重點 了解語音識別的基本工作過程。

教學難點 掌握電路搭建和編程實現(xiàn)的方法。

教學準備

PPT課件、 廣播軟件、 Arduino Uno主板、杜邦線、 LED燈、 語音識別模塊、 USB to TTL工具。

教學過程

一、應用體驗，提出問題

人類已經(jīng)進入到人工智能時代，我們生活中有很多人工智能的產(chǎn)品，如智能語音音響和電視、手機上的Siri等，這些智能化的設(shè)備讓人和機器能夠通過語音進行交流。聯(lián)想到我們的多場景智能臺燈，我們能不能也給它增加語音識別的功能，讓它也能識別我們的語音命令呢？

二、實驗探究，體驗原理

實驗1 測試語音模塊的連接是否正常

1.語音識別模塊與USB to TTL連接

教師通過圖示講解連接方式，滲透串口通信的概念。（如圖1）

2.測試語音識別模塊

學生按照要求連接好后，教師講解軟件參數(shù)設(shè)置，學生自行測試原主板自帶的識別內(nèi)容：說出左轉(zhuǎn)，輸出00；說出右轉(zhuǎn)，輸出01。（如圖2）若學生測試不成功，教師需要幫助查找原因。

實驗2 設(shè)置語音識別模塊

教師將軟件通過文檔發(fā)給學生。學生小組合作自學語音識別模塊的設(shè)置。設(shè)置內(nèi)容為：開燈和關(guān)燈指令。

設(shè)置完畢后，學生進行測試，并將測試結(jié)果記錄在實驗單上，通過實驗初步感知語音識別的工作過程。

教師通過圖片講解實驗過程，加深學生的理解。（如圖3）

實驗3 用語音識別模塊控制LED燈

根據(jù)學生的需求，教師提出要求：用語音識別模塊識別出來的內(nèi)容來設(shè)計我們的臺燈。

教師出示連接圖（如圖4），學生根據(jù)連接圖進行設(shè)備連接。

整個過程，教師需要對學生連接的設(shè)備進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題進行個別指導，保證學生插線的準確，以免燒壞元件。

學生小組合作進行編程和測試，并填寫實驗報告單，記錄實驗時遇到的問題及解決辦法。程序設(shè)計如圖5所示。

總結(jié)提升

教師展示學生的實驗結(jié)果。

在演示過程中有意識地用含有學生設(shè)計的語音指令的句子將其喚醒，導致誤操作。

教師提出問題引發(fā)學生思考：為什么會導致誤操作？如何解決？

學生小組內(nèi)部充分討論。

教師最后匯總整理學生的方案：用日常出現(xiàn)概率小的詞語作為命令前綴；用兩級命令的方式進行識別。

師生討論最簡單的解決辦法：利用日常出現(xiàn)概率小的詞語作為命令的前綴，如開燈改成芝麻開燈等。

三、綜合運用，完成作品

教師出示綜合任務：完成多場景智能臺燈語音識別的設(shè)計。（如圖6）

學生小組內(nèi)部成員分工合作，設(shè)計好方案。語音模塊設(shè)置與米思齊編程同時進行。

在設(shè)置任務時將任務分為必做和選做，主要是照顧不同層次的學生，在學生完成基本任務時鼓勵學生挑戰(zhàn)高難度。

四、總結(jié)本課，拓展延伸

師生回顧本課所學內(nèi)容。教師拓展學生的思路，總結(jié)日常生活中還有哪些地方可以用到語音識別。學生發(fā)散思維，說出答案。

教學評價

本節(jié)課的評價以過程性評價為主，總結(jié)性評價為輔。過程性評價更能看出學生的思考過程和思維路徑。評價表見左側(cè)二維碼。

作品展示

本課是“多功能智能遙控臺燈”項目中的一個環(huán)節(jié)，這個項目運用STEM理念讓學生體驗“創(chuàng)意物化”的過程。通過整個項目的實施，學生了解到人工智能中語音識別的工作原理，通過學習也設(shè)計了一些較為實用的產(chǎn)品。（如圖7）

實踐反思

本課是“多功能智能遙控臺燈”項目中的一個環(huán)節(jié)，項目主要讓學生體驗“創(chuàng)意物化”的過程。本課讓學生了解到人工智能中語音識別的工作原理，讓學生和人工智能之間沒有距離感，鼓勵學生將所學技能應用于自己的實際生活。

本課在原社團活動的基礎(chǔ)上根據(jù)學生的實際技能進行了刪減，對串口通信的概念由原來的理解改為了解，但課程實施后感覺這部分的知識還需要給學生們詳細講解一下，以方便后面的學習。

專家點評

本課根據(jù)課前對學生的調(diào)研結(jié)果進行設(shè)計，充分考慮到學生的知識基礎(chǔ)和認知特點，用學生身邊的事例引領(lǐng)學生零距離接觸人工智能，了解語音識別技術(shù)的基本工作原理，為在小學階段開設(shè)人工智能相關(guān)課程探索出一條可行的路徑。在整個課堂中，教師作為引導者，重點引導學生對現(xiàn)實需求、任務目標進行分析，在掌握基礎(chǔ)知識、基本技能的基礎(chǔ)上，注重學科思維的形成，培養(yǎng)學科核心素養(yǎng)。

教學中采用小組合作方式，通過同伴間的交流、分享，不僅加深學生對知識的理解，拓展思維的開放性，同時有助于培養(yǎng)學生的合作意識，提升綜合實踐能力與創(chuàng)新精神。（點評人：金文，北京市海淀區(qū)信息技術(shù)教研員，高級教師，市級學科帶頭人）