初识人工智能（教案）2024-2025学年三年级下册信息技术江西科学技术版

初识人工智能——探秘语音智能垃圾桶 一、实验基本信息 （1）实验名称：初识人工智能——探秘语音智能垃圾桶。 （2）教材来源：江西科学技术出版社《信息科技》三年级下册第3课“初识人工智能”。 （3）实验器材：语音智能垃圾桶、平板、实验记录单。 “语音智能垃圾桶”主要由语音传感器、主控制器和执行器三个部分构成。语音传感器，用于接收语音信息；主控制器，用于分析处理语音数据；执行器，用于执行主控制器输出的指令。 二、实验设计思路与创新点 （一）设计思路 《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》倡导以真实的问题驱动，提升学生的问题解决能力，鼓励“做中学”“用中学”“创中学”，凸显学生的主体性，提高数字化合作与探究能力，发扬创新精神。因此本次实验教学通过创设“服务卫生城市创建，改进语音智能垃圾桶”的情境任务，引导学生了解并体验人工智能在现实生活中的应用。 （二）教学创新点 （1）探究式的教学方法。通过三个不同层次的探究活动，让学生亲自操作、观察、记录，从而深入理解语音识别的过程及影响因素。 （2）情境式的活动方式。以创建卫生城市为主情境推动实验活动有序开展，从而达到运用实验数据解决实际问题的目标。 （3）自创式的实验器材。本科主要实验器材语音智能垃圾桶由本校机器人社团的学生自主研发，材料、技术简单易懂，贴合本课教学需求。 三、实验原理 （1）语音识别技术：一项将人类语音转换为计算机可读的文本或指令的技术。它通过分析语音信号中的特征，将其与预先存储的语音模型进行匹配，从而实现语音到文本的转换或语音指令的识别。 （2）语音智能垃圾桶：首先通过语音传感器接收语音信息，然后通过主控制器对接受到的语音信息进行处理，最后由执行器执行主控制器输出的动作指令，从而实现语音智能垃圾桶的使用。 四、实验教学目标 （一）教学重点 （1）通过实验猜想、探究论证，初步了解语音智能垃圾桶开盖的工作原理。 （2）利用语音智能垃圾桶这一实验对象，通过实验操作、观察记录、数据分析，初步探究语音识别的影响因素。 （3）在实验过程中，培养学生观察、分析和解决问题的能力，以及创新思维和科学探索精神。 （4）在实验操作中激发学生对人工智能技术的兴趣。 （二）教学难点 （1）利用语音智能垃圾桶这一实验对象，通过实验操作、观察记录、数据分析，初步探究语音识别的影响因素。 （2）在实验过程中，培养学生的观察、分析和解决问题的能力，以及创新思维和科学探索精神。 五、实验教学内容 本课主要是为学生们提供一个直观了解人工智能的机会，并引导他们发现人工智能在日常生活中的应用。考虑到本校三年级学生的实际学情和知识储备，本次教学通过我校机器人社团学生自主研发的实验器材和生动有趣的实验过程，引导学生逐步了解人工智能的基本原理，并试着探究语音识别的影响因素，包括音量因素、环境因素、表述因素，既满足了他们的好奇心，又保证了知识的科学性和准确性。 六、实验教学过程 （一）环节一 创设情境 聚焦问题 老师结合“我市正在创建卫生城市，学校也在行动这”一大情境，请学生观看了一段视频，引发学生共鸣，并思考人工智能在生活中的需求度。随即引出任务：学校机器人社团的学生自主研发了一款语音智能垃圾桶模型，为了使这一模型作品真正服务学校，社团的同学对最初作品的外壳作了初步改进，但它在语音智能方面还存在不足，需要同学帮忙出主意改进。以贴近学生生活的情境和任务提升学生学习的驱动力。 （二）环节二 实验猜想 发散思维 教师呈现任务中提到的学生自制的语音智能垃圾桶，并介绍其构造，让学生操作体验。学生从发出一个语音命令到设备根据指令进行运作，能够初步了解这项语音识别技术，但它在语音智能操控上还可能存在哪些不足呢？学生产生了各种各样的猜想，老师从中整理出了学生最关注的音量问题，进行了第一个实验探究活动——位置变一变。 （三）环节三 实验对比 构建新知 （1）实验探究活动一 位置变一变 1）自主探究 老师让学生尝试用随机的音量向语音智能垃圾桶发出“打开”的命令，学生发现，智能垃圾桶打开的情况具有不确定性。老师随即引导：如果实验方式不准确，实验操作不规范，将影响实验结果。 2）分组实验 于是，老师带领学生仔细阅读实验记录单上的实验操作要求及注意事项，要求学生规范完成实验。每小组选出1人作为操作员，轮流进行如下实验操作：操作员提前录好“打开”的命令，分别站在距离语音智能垃圾桶1米、3米、5米处播放录音，尝试打开设备。其他组员观察并记录设备执行指令的情况。 3）整理分析 实验结束后，老师协助学生一起整理出了如下数据。 表1 六个小组“实验探究一”数据汇总 距离 发出命令次数 设备执行指令次数 1m 6次 6次 3m 6次 3次 5m 6次 0次 学生由此推理出：距离越远，设备接收到的音量越小，语音信息不完整，从而不能准确地执行指令。因此，在语音识别过程中，命令的音量是一项重要的影响因素。 4）思考改进 教师顺势引导学生思考如何改进这一语音智能垃圾桶，学生经过讨论后提出，可以使用对声音接收度更高的语音传感器，从而实现对音量较低的命令的接收。 （2）实验探究活动二 环境变一变 1）自主探究 经过以上实验，学生了解到科学的实验有助于得出更准确的结论。老师进一步引导：这一语音智能垃圾桶如果想为卫生城市做贡献，可能需要投放到不同的场景中使用。学生因此有了思考：场景的变化将带来语音环境的改变，那么语音智能垃圾桶还能不能准确地接收和执行指令呢？随后，学生分组开展了第二个探究活动——环境变一变。 2）分组实验 老师利用多媒体技术创设不同的语音环境，同时，操作员站在距离设备1m处播放实验一录制的音频尝试打开设备，其他组员观察并记录结果。 3）整理分析 学生从实验数据汇总（表2）发现，环境中噪音越大，设备受到的干扰越强，执行力越弱，因此，在语音识别的过程中，语音环境也是一项重要的影响因素。 表2 六个小组“实验探究二”数据汇总 语音环境 发出命令次数 设备执行指令次数 人声鼎沸 6次 0次 公园鸟鸣 6次 4次 马路车鸣 6次 0次 雨天雷鸣 6次 0次 4）思考改进 老师请学生思考我们的智能垃圾桶需要有怎样的改进，学生只能提出改变环境或提高命令音量等类似建议。老师请学生观看了一段视频，学生从中了解到，可以利用语音抗干扰技术实现在不同的环境中操控语音智能设备。学生因此了解到人工智能的魅力在便利生活，提高人们的生活质量。 （3）实验探究活动三 命令变一变 1）自主探究 在以上两个探究活动结束后，老师有了更深一步地引导：这一智能垃圾桶一旦用于卫生城市的建设，可能会有不同的人使用，每个人的语言习惯不同，那么人们除了习惯于发出“打开”的命令，还可能发出怎样的命令呢？这一智能垃圾桶能不能接收和识别不同的命令语句呢？带着这一问题，学生开展了第三个探究活动——命令变一变。 2）分组实验 学生分组讨论并填写实验单中的命令语句，每位组员用自己填写的命令语句尝试打开设备，观察并记录结果。 3）整理分析 学生很快从实验记录中发现，这一的语音智能垃圾桶只有在用汉语普通话说到了包含“开”字的命令时才会开盖，没有说到“开”字就不能开盖，学生由此了解到，命令的表述对语音的识别有影响。 4）思考改进 老师继续引导学生思考：是不是所有的语音智能机器都不能准确地的接收意思相同但表述不同的命令呢？此时，老师呈现出百度地图中的语音功能，让学生用不同的句子发出规划路线的命令，学生发现这一语音智能系统可以识别出很多表述不一样的命令。 通过对比，学生了解到我们的语音智能垃圾桶主控制器中的语音数据较为单一，而百度地图的智能语音系统使用的语音数据库更加丰富。随即老师播放了一个浅显易懂的科普视频，让学生再一次了解语音识别技术中语音数据库的重要性。 教师请学生思考这一语音智能垃圾桶又能怎么改进，学生提出了以下改进方向：①将不同的语言种类和人们常用的命令语句编入主控制器中的语音数据中，从而满足不同人群的需求。②将这一垃圾桶扩充为四个，在主控制器中加入“厨余垃圾”“可回收物”“有害垃圾”“其他垃圾”的语音数据，说出相应的命令就可以打开相应的垃圾盖，从而便于人们分类投放垃圾，更加贴近卫生城市的创建。 （四）环节四 知行合一，学以致用 在三个实验探究活动结束后，教师带领学生进行结论梳理，使学生对人工智能有了初步的认识。老师还利用“人工智能我想对你说”这一环节，引导学生再一次将自己对于智能垃圾桶的改进建议进行整合，并鼓励学生加入他们对于未来人工智能的更多设想。 为了让学生的实验建议落地，课后老师带领学生一起完善了语音智能垃圾桶的项目。改进后的语音智能垃圾桶使用了灵敏度更高、抗干扰能力更强的语音传感器，并且根据生活垃圾的类别改造成了四个桶身，加入了相应的语音数据，便于分类投放垃圾。 七、实验反思与评价 在整个实验的过程中，我从自主探究、分组实验、整理分析到思考改进四个维度助力学生进行过程性评价，在进行的过程中不断推动学生之间的合作创新和思考探究。 （一）实验反思 （1）受到学生年龄的限制，本次实验的难度偏低，理论知识不够深入，教学的深度和广度还有欠缺。 （2）受到设备、技术和时间因素的限制，学生提出来的一些想法没有得到实现。 （二）实验效果 （1）学生通过实验亲身感受到了人工智能的强大，初步了解了语音识别的过程和应用，激发了对人工智能的探究热情。 （2）实验的资源支持了学生合作学习的开展，实验过程中的推导和反思，促进了学生思维的生长。 （3）借助实验记录单，对学生的实验过程和结果进行评价和反馈，提高了学生的实验能力和科学素养。 （4）实验过程融合了新课标在“做中学、用中学、创中学”的要求，这样的实验过程，让每个孩子在实验当中创造着长大。 学科网（北京）股份有限公司 $$