《让台灯也智能》教学设计 一、 课程标准(1) 了解人工智能对信息社会发展的作用，具有自主动手解决问题、掌握核心技术的意识；(2) 通过案例分析，理解人工智能根据学习与生活需要，合理选用人工智能，比较使用人 工智能和不使用人工智能处理同类问题效果；(3) 主动利用数字设备开展创新实践活动根据任务要求， 借助平台， 与合作伙伴协作 设计和创作作品二、 学习内容分析人工智能是一种利用机器来模拟、延伸和扩展人的智能的技术，这种技术已在我们的生活中 得到广泛地应用语音识别作为人工智能的一个应用分支已逐渐步入大众的视野， 如智能上 的语音助手 Siri、车载导航、百度音箱里的小度等语音识别就是以语音为处理对象，通过语音信 号处理和模式识别让机器自动识别和理解人类的语言 其基本过程是通过语音采集将声波转成计 算机中数字信号，提取该信号中的声学特征，然后与事先训练好的语音模型进行比较，得到识别 结果 例如将语音模型应用到家居中，就能根据人的语音进行工作本课学生创作的智能台灯作 品就是语音识别技术的简单应用三、 学习者分析本节课的学习对象是初中八年级学生这个年龄段的学生逻辑思维能力有了较大的发展， 对 新鲜事物接受得比较快， 在学习的过程中更喜欢动手验证自己的想法。
生活中，他们可能就已经 体验过智能中的语音拨号、听歌识曲等应用， 能意识到这些机器具有“听”的智能，这种智能 的实现就是语音识别技术 但语音识别的原理学生还不熟悉，对如何让技术更好服务于生活还缺 乏思考四、 学习目标(1) 能解释什么是语音识别，掌握语音识别的基本原理；(2) 能够在开源人工智能平台上训练语音模型， 并将该模型运用于自己搭建的台灯中，使其 具备语音识别功能；(3) 认识到迭代是一种持续优化循环改进的思维方式， 能够通过迭代的方式提高语音模型的 识别率，丰富智能台灯的功能五、 教学重难点语音识别的基本原理；搭建简单的智能台灯；六、教学过程(一) 创设情境，设想台灯会“听”请同学们观看视频，思考老人的生活遇到了什么困难？- 1 -因为老人腿脚不方便，夜里摸黑寻找光源开关容易发生磕碰、摔倒等意外事故有关研究发现，75%的老人都有起夜的习惯，照明不良会增加老年人的跌倒风险思考：(1)传统开关对老人来说有哪些不足？你们能设计一种方便老人夜里开关灯的台灯吗？(声控，遥控，感应控制，语音控制)(2)教师引导学生分析几种方案的优缺点，聚焦到可行方案：语音控制台灯如果让房间里的开关能“听懂”人的话，通过人的语音使灯亮和灭，这样设备就有了像人一样 “听”的智能行为。
小结：这种能够让机器识别和理解人类语音的技术就是语音识别技术这节课我们以制作智能台灯为例，应用语音识别技术帮助手脚不便的老人解决夜晚开关灯的 问题设计意图：老人因行动不便，夜晚起床容易造成意外伤害，让学生感受传统开关控制方式的 不足， 引发了让开关能“听懂”人话的需求本课采用了项目式学习的方式，通过对生活中需求的 分析形成学习的“项目” 实现这一需求的关键就是人工智能的一个应用领域语音识别技术学生 在说出解决方案的同时，也对语音识别的概念有了初步认识二) 探究原理，理解如何会“听”让台灯能“听”懂人的语音，就需要使用语音识别技术， 它的工作原理是怎样的呢？ 活动 1 ：由单词学习类比语音识别1) 教师多次播放英语单词“brave”发音，告诉学生这个发音的意思是“勇敢的”2) 回顾听声音学单词的过程， 然后根据图示，概括学习英语单词的过程 2 -(3) 要让机器能“听懂”人说的话，其实就是让机器模仿人“听”的智能行为， 从上面人类学习 英语单词的过程进行类比，分析机器“听懂”人话的过程小结：语音识别是通过语音采集将声波转成计算机中的数字信号，提取该信号中的声学特征 形成特征向量，将特征向量与训练好的语音模型进行比较，得到识别结果。
其基本流程是语音采 集→特征提取→模型训练→模型应用设计意图：语音识别的原理比较抽象，学生在理解上有一定的难度在理解语音识别原理的 环节中，设计听发音学单词的活动， 通过学生的演练和借助形象化的图示，让学生先总结出人类 学习单词过程的一般步骤， 人工智能本质上就是让机器模拟人的行为， 再进行类比就不难发现语 音识别的一般过程三) 训练模型，实现台灯会“听”在了解计算机如何“听懂”之后， 可以发现，语音识别的关键是要有一个语音模型，下面我们 就借助人工智能平台尝试训练简单的语音模型，以便为我们设计自己的智能台灯做准备活动 2 ：训练模型，让台灯听懂我们的语音指令1) 分析需要台灯听懂的语音指令我们希望通过语音指令控制台灯的亮和灭，请分别设计控制台灯亮和灭的语音指令语音指令控制台灯状态让台灯亮让台灯灭(2) 教师演示训练模型的过程3)学生两人一组，配对采集开关灯指令的语音数据，并训练开关灯语音识别模型角色任务组员操作员软件操作、 发出语音、 输入代码导航员书面记录、导线连接、核对代码- 3 -(4) 测试模型、记录识别率，比较原模和新模型导航员测试的识别率① 操作员发出语音指令，导航员观察并记录识别率。
② 交换任务，导航员发出语音指令，操作员观察并记录识别率③ 在原来采集的音频样本的基础上，每个语音指令再采集 8 个导航员的语音，重新训练模 型，再次观察并记录语音识别率模型测试者音频样本数量(个)开灯关灯原模型操作员测试8_____%_____%导航员测试_____%_____%新模型导航员测试16_____%_____%比较原模型和新模型导航员测试的识别率，你能发现什么结论？小结：语音模型训练的音频样本数据量越大，语音识别率越高设计意图：活动 1 中学生已经对语音识别的原理有了初步的了解，但并不深刻这里通过英 荔人工智能平台的语音训练，让学生亲身经历训练语音模型的过程， 使他们有较为直观的感受， 也加深了语音识别原理的理解，为设计智能台灯作品扫清了技术上的障碍四) 应用模型，制作会“听”台灯通过前面的学习，计算机已经能基本上听懂我们所发出的语音指令了，如何把它运用于控制 台灯的亮灭呢？活动 3 ：利用语音识别模型搭建智能台灯1) 硬件分析与连接用语音控制台灯时， 通过耳麦获取的语音指令传输到计算机后，计算机通过训练的语音模型 进行识别，识别结果传输至开发板，然后通过电信号控制台灯。
4 -① 根据连线图，使用 USB 数据线将开发板与电脑相连② 观察开发板的底部引脚，用黑线接负极(GND 引脚)，用红线接正极(0 号引脚)2) 台灯控制逻辑分析语音模型训练好后，在程序中对识别率进行判断，就可以控制开灯和关灯了3) 操作员打开“开关灯程序.sb3”半成品，根据说明编写程序，导航员核对程序是否正确控件说明功能：判断语音指令的识别率语音指令：填入在模型训练中所要识别的语音指令识别率： 为识别程度值，填入自己训练的模型能识 别出的值功能：用程序控制开关灯程序语句格式：pin0.write_analog (Y)Y 取 0 表示关灯，Y 取 700 表示开灯4)分别检查英荔人工智能平台、程序创作平台、硬件的连接状态，保持连接标志为绿色后， 测试台灯能否根据指令工作，- 5 -小结：在软件平台上训练的语音模型可以用来识别语音，通过程序判断语音的识别率就能控 制台灯的开与关，这样台灯就具备了语音识别功能设计意图：能训练出模型并不是学习的终点，将其创造性地应用到生活中， 服务于我们生活， 这样的学习才是有价值的 为了实现本课开始的创作目标，所选用的硬件学生并不熟悉， 因此在 硬件选择上只给定学生必需的硬件，进行有导向的观察后使学生能较快地将硬件连接起来。
提供 半成品的程序和帮助文档，降低了学生编写程序的难度五) 功能升级，丰富台灯能“听”的指令利用语音识别技术，我们已经能用两个语音指令分别控制台灯的亮和灭，但在现实的生活中， 人眼存在明适应和暗适应的生理特性看视频，思考再为台灯增加哪些功能才能满足老年人需要？活动 4 ：迭代作品，给智能台灯增加调亮和调暗的功能1) 讨论再为台灯增加哪些功能， 就能进一步满足老人需要增加语音指令控制台灯状态将台灯调亮将台灯调暗(2)在原模型中再采集增加的语音指令，并训练模型3) 在创作平台中打开“亮度调整程序.sb3” ，阅读程序语句说明，将程序补充完整控件说明功能：调整台灯亮度程序语句格式：pin0.write_analog(Y)Y 取 1000 表示将灯调亮，Y 取 200 表示 将灯调暗4)测试台灯能否根据指令进行工作小结：设计作品的过程中，在原作品基础上持续优化循环改进让它趋于完善，就是一种迭代- 6 -式解决问题的思维方式设计意图：在真正的商业产品设计过程中，并不是一次就能设计出完善的产品， 往往是在原 有的基础上不断再改进再测试，使产品趋于理想，这就使得迭代的思想成为一种解决问题的方法 论 这里以设计智能台灯为例也让学生经历了循环改进的迭代过程。
六) 思维导图，回顾知识结构设计意图：思维导图是一种对思维进行集中和发散的可视化工具，借用该工具可帮助学生形 象呈现各知识结构，有助于知识的建构 7 -。