挖掘学习最近发展区 认识智能语音技术
杨琳玲
“认识智能语音技术——复刻我们的声音”是北京版信息技术教材中的一节，其主要内容是语音识别技术、语音合成技术的应用与原理。本内容在初中阶段是选学内容，但现在人工智能发展越来越快，随时影响着我们的生活，人们的关注随之越来越高，因此在初中让学生体验人工智能对于他们信息技术核心素养的提升有一定积极的意义。在对智能处理进行初步认识的基础上，通过对生活中常使用的智能语音技术的原理理解和实际应用，激发学生对智能处理与编程的学习兴趣，更加贴近学生现实生活，为后续学习提供程序设计解决问题的探究主题。
学情分析与教学目标
本节课授课对象是初一年级学生，课前通过问卷调查了解到学生都拥有智能手机，其中72.4%的学生经常使用智能终端操作，86.2%的学生知道人工智能但不是很了解，所有学生都接触过两种以上的人工智能产品，94.6%的学生大力支持发展人工智能技术，52.7%的学生对人类与人工智能和睦共处有信心。
本节课围绕探究智能语音技术的两大核心技术——语音识别技术和语音合成技术展开，通过层次分明的探究活动，借助对人与计算机在解决问题上的相似点，层层递进的对技术的探究，进一步理解计算思维的内涵;同时，通过使用讯飞留声小程序制作个人声音作品将课堂体验活动推向高潮，提高数字化学习与创新素养，让每一位学生在课堂中都有所收获。
本节课通过直观地体验人工智能应用突出了解语音识别与语音合成技术的学习重点，而初中学生的逻辑归纳能力相对较弱，因此归纳工作原理成为本节课难点。课上将通过体验人在声音识别和模仿学习的过程，从已知感知认识到理性思维，引导学生理解计算机语音识别和合成技术的工作原理。
教学策略与方法
依托《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》提出在问题解决过程中提升信息素养的基本理念，实现了解人工智能的新进展、新应用，并能适当运用在学习和生活中，增强利用智能技术服务人类发展的责任感的课程目标。
本节课使用平板电脑进行移动学习，通过网络测试、网络白板互动、微课等方式实现任务驱动、合作探究，为人工智能体验提供更加便利的条件，提高数字化学习与创新素养，同时能增强互动性。
教学过程
1.互动活动创设情境
播放智能语音技术在生活中应用的场景，教师与智能小蛋对话，引导智能小蛋与学生打招呼，引导学生讨论;提出本节课主题。本环节设计意图是：创设课堂情景，调动学生学习积极性，点明课堂主旨。
2.语音识别技术的应用与原理
首先，教师播放三段声音（普通话、方言和歌曲）。请学生按要求将不同识别内容在推送白板上提交，并总结机器如果要像人一样地去识别声音，就需要使用到语音识别技术。
接着，进行语音识别技术体验活动。学生体验讯飞听见、蒙汉智能翻译、听歌识曲三种应用软件。教师总结提出语音识别是以语音为研究对象，通过语音信号处理和模式识别让计算机自动识别人类口述语言。
最后，师生利用语音识别技术和人类感知声音的相似性，对比分析语音识别技术工作原理。观看语音电子病历深化认识，从而让学生了解机器是如何进行语音识别、计算机需要存储哪些信息，以及没有识别出的内容计算机如何确保下一次识别不会再出问题。
本环节设计意图是：体验游戏提升学习理论的积极性，为学习语音识别技术的原理做铺垫。通过体验具体应用场景，了解语音识别技术，为理解原理打下知识基础。用浅显的语言介绍复杂的理论，总结出语音识别技术的工作原理，进一步理解语音识别技术应用。
3.过渡游戏，承上启下
教师播放《青春修炼手册》音频，学生完成课程测验“猜猜谁不是真实的人声”。教师展示投票结果，提出语音识别技术能解决听的问题，要解决说出来、如何说的问题就需要使用语音合成技术。本环节设计意图是：用游戏的方式进行互动，提升课堂参与度，课堂承前启后，为学习语音合成技术做铺垫。
4.语音合成技术的应用与原理
语音合成是计算机将自己产生的或外部输入的文字信息转变为可以听得懂的、流利的口语输出的技术。学生听两段声音，如岳云鹏导航音库、特朗普合成讲话，讨论要模仿一个人说话或唱歌需要做哪些训练，并在推送白板上提交答案。组织学生打开“讯飞留声”，完成10段声音的录制。根据录制的声音，进行参数化建模，根据训练得到的模型预测出声学特征参数。由学生讨论并总结出只有足够的语音素材才能更好完成语音库，需要使用语音识别技术。组织学生在“讯飞留声”的“声音应用”模块，选定任意一条文本，选择个人音库进行双语朗诵，听取合成声音，并分享在微信群中，讨论文本是如何合成为语音以及如何评价语音合成的效果。教师引导学生解释语音合成的工作原理。
本环节设计意图是：通过分析合成声音的发展过程，了解语音合成技术的定义。了解训练语音库是训练声学特征模型的过程，为后面学习语音合成技术构建支撑。体验讯飞留声完成个人语音库制作，与前面所学的语音识别技术进行呼应和提升。学会制作复刻声音的应用作品，激发学生学习声音合成技术的兴趣，突破语音合成技术的工作原理这一难点。
5.成果展示，分享交流
教师展示学生的合成作品，利用声音效果评价表进行评价，讨论合成的语音不那么让我们满意的原因（提高合成语音的自然度、丰富合成语音的表现力）。本环节设计意图是：学会对语音作品进行点评、对技术发展的批判性思维。
6.拓展提高，归纳总结
教师播放视频《人工智能复活配音大师好声音》，组织学生展开讨论，总结深度学习、高性能运算平台和大数据是人工智能技术取得突破的核心助推力。
活动中提出问题：纪录片《创新中国》中的配音完全由AI完成模仿著名配音大师李易先生，你听出区别来了吗？是什么让人工智能技术如此强大呢？当前语音技术发展趋于成熟，智能语音技术会不会替代人类的职业呢？在使用语音技术时我们应该注意哪些问题呢？
回顾本节课所学知识，并总结我们在不断地学习，努力用智慧创造性解决问题的过程中进步。本环节设计意图是：着眼于实际问题，了解智能语音技术的成就及核心助推力，提升对民族科技引领中国创新的自豪感。
学习效果评价
本节课的课堂评价由学情前测、课中过程成果提交和评价量规以及课后学习效果测试三部分组成。教师及时收集课堂不同階段的数据，对课堂进行及时的调整。评测均在云课堂评价模块完成，过程成果提交则在白板功能中提交。
学生在平板电脑上能够很充分地体验人工智能给我们带来的便捷，课堂学习氛围浓厚，能够激发学生学习兴趣，引起共鸣;学生在体验平板电脑上的一系列人工智能程序的同时，还可以通过平台与老师互动、浏览微课资源和测验。
注重素材的挑选和整合，以微视频、APP及日常使用的云课堂作为学习的支架让学生更容易与自己现有的学习经验进行同化。评价手段多元，能够及时对学生合作探究表现进行反馈，同时也利用云课堂的测验功能实时测出学生在这节课上的收获和不足。
作者单位：首都师范大学附属云岗中学
