高中信息技術教科版高中選修人工智能初步第六章人工智能的發(fā)展與未來ok1《將軍秋點兵》教

將軍秋點兵樹德中學信息學教研組劉強學科:人工智能教學主題:人工智能技術中語音識別的原理與應用課時：60分鐘教學設備:人工智能實驗室+教師智能端+學生智慧學習平臺+可編程機器人課型：原理探究與綜合運用課學時結構共60分鐘：情景創(chuàng)設（15分鐘）+語音識別理論學習實驗探索（6分鐘）+訓練語音識別卷積神經(jīng)網(wǎng)絡實驗探索（15分鐘）+任務驅動的團隊探索語音識別的應用探索（20分鐘）+主題總結與升華（4）一、德育愿景與學習內(nèi)容分析校史教育與德育愿景分析：本課的引入是一場真人秀的舞臺?。s15分鐘）圍繞樹德創(chuàng)始人孫震將軍創(chuàng)立樹德、學子誓死參軍抗日的校史為主線，體現(xiàn)了孫將軍心系民族未來、誓死抵抗外侵的家國情懷。滄海桑田，樹德九十載教澤流芳。校訓：“禮義廉恥”、校箴：“忠勇勤”融入每位樹德人血液，九十年前樹德少年在國家危難之時勇于承擔保家衛(wèi)國之歷史責任。面對中美貿(mào)易戰(zhàn)、南海挑釁，臺海危機等新挑戰(zhàn)，放棄幻想、準備戰(zhàn)斗！狼煙欲起！。九十年后的今天，樹德的英才正勵精圖治、奮發(fā)圖強！搶占人工智能時代高地、訓練機器人士兵、沙場秋點兵…人工智能教學內(nèi)容內(nèi)容分析：本課涉及中央電化教育館編撰的《人工智能》教材第三章第三節(jié)《語音識別》中教學內(nèi)容。設計機器人將士的基本要求就是能夠聽懂指揮官的語音指令，是人工智能技術中的語音識別板塊。同學們在日常生活中已接觸過語音識別的電子產(chǎn)品，如語音喚醒的機器人、語音控制的手機APP等，本節(jié)課將通過語音分類實驗為載體，理解了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡支持下聲音識別技術的原理，體驗訓練機器監(jiān)督學習（SupervisedLearning）系統(tǒng)。掌握理論后我們通過《操練機器人將士》項目式實踐探究活動，幫助學生較為全面系統(tǒng)地理解語音識別技術的原理與場景應用。二、學習目標分析重點：理解卷積神經(jīng)網(wǎng)絡支持下聲音識別技術的工作流程與運用。難點：機器學習系統(tǒng)的訓練技巧與如何高標準完成《檢閱》任務。知識與技能：（1）系統(tǒng)地理解語音識別技術的原理。（2）體驗并理解機器學習系統(tǒng)的訓練模式。能力目標：培養(yǎng)同學們理論分析與實踐探索能力，本堂課同學們理解了聲音識別技術的工作流程、團隊協(xié)作完成《檢閱》項目。提升同學們的團隊協(xié)作、自主學習能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。情感目標：培養(yǎng)同學們延續(xù)樹德創(chuàng)始人心系民族未來、保家衛(wèi)國的精神力量！對校訓：“禮義廉恥”、校箴：“忠勇勤”進一步理解與認同。倡導樹德學子忠于國家、忠于民族、勇于負責，勇于求勝！占領人工智能時代高地，鑄國家之脊梁，造民族之幸甚！三、學習者特征分析本課教學對象為高二年級英才班同學，通過前階段的人工智能方面的學習與生活經(jīng)驗積累，他們已初步掌握了一定的人工智能常識，對語音識別技術有初步的了解，但并不清楚語音識別的基本原理，對語音識別過程中涉及的基礎理論認識并不深入。同時他們已經(jīng)具有一定的統(tǒng)籌學、離散數(shù)學基礎，能夠對較為復雜的算法進行有效理解與學習。在動手方面，他們能夠自主獨立完成較高要求的學習任務，喜歡具有挑戰(zhàn)的任務。他們對任何新鮮事物都具有好奇心，都具有探索精神，但還需要教師及時、合理、周詳?shù)囊龑А＞C上，學生對語音識別技術無陌生感，該課程在實施中更容易被接受。但現(xiàn)實生活中學生更多的使用語音識別技術用于學習與生活，對涉及的相關算法理解相對較少。我們希望通過本堂課的學習，同學們能夠掌握語音識別技術的基礎理論，運用語音識別訓練機器人，接受時代的檢閱。四、教學導入：情景引入：圍繞孫震將軍創(chuàng)立樹德、出川抗日的樹德校史劇作為引入。導入主題：通過前面的情景創(chuàng)設，面對當今中美博弈、貿(mào)易戰(zhàn)、南海挑釁等，今天的學子要共同面對新時代、新挑戰(zhàn)。通過視頻引入機器人在當今戰(zhàn)爭中的重要作用。激發(fā)起同學們在新時代保家衛(wèi)國的學習動力，引導同學們認知語音識別技術是機器人控制與交互所必需的基礎技術，所以我們本堂課將學習語音識別技術的相關知識。五、教學過程設計環(huán)節(jié)一：點燃學習語音識別激情教師活動學生活動課前預熱：1.播放視頻1：“當今戰(zhàn)爭的機器人”，引導學生思考問題，未來的戰(zhàn)爭就是機器人的戰(zhàn)爭2.任務驅動，拋出本節(jié)課的任務：時代使命，建立一只機器人戰(zhàn)隊，接受檢閱！完成《檢閱》任務。3.教師引導：語音識別技術是機器人控制與交互所必需的基礎技術，控制機器人，首先需要學習語音識別技術理論基礎。從而引出本節(jié)課主題：語音識別。1.觀看視頻1：思考未來機器人戰(zhàn)爭的形態(tài)。2.跟隨教師思路，思考需要完成《檢閱》任務需要做什么樣的準備，需要學習什么樣的知識？設計意圖：通過觀看視頻，拋出本節(jié)課的《檢閱》任務，激發(fā)學生對語音識別技術原理探究的興趣。環(huán)節(jié)二：學習語音識別的工作原理教師活動：學生活動：1.指導學生利用人工智能實驗平臺中的“語音轉寫”實驗，開展實驗探究一活動：探究語音識別過程的原理。（1）要求學生分組探究。（2）提出小組任務，提示該任務過程中的核心要點和問題。第一、以小組為單位，利用“語音轉寫”原理平臺，探究識別過程的原理。第二、閱讀學習《學習單》。第三、要求學生結合學習單與實驗，嘗試描述語音識別的過程。（3）課堂巡視，解決小組合作中存在的問題。（4）組織學生分組匯報，匯報要點包括任務完成情況和過程體會。2.討論以下問題。學生小組討論結束后，教師抽點各組代表回答。問題1：在進行特征提取之前，我們?yōu)槭裁匆獙φZ音信號進行預處理呢？（答案參考學習單第一頁最后一段的內(nèi)容）問題2：聲學模型把每一幀聲音數(shù)據(jù)處理成什么？（答案參考學習單第二頁最后一段的內(nèi)容）問題3：“我”有幾個音節(jié)？幾個音素？（答案參考學習單第三頁第一段的內(nèi)容）問題4：是什么技術保障聲學模型能夠準確的提取音素？又是什么技術保障語言模型準確的挑選出符合原句意思的字（答案參考學習單第三、四頁第一段的內(nèi)容）3.教師引導問題四結論，承上啟下：通過對問題的探究，我們知道聲學模型與語言模型的核心支撐是機器學習系統(tǒng)進行大量的語言數(shù)據(jù)集訓練。問題5：那么是如何訓練的呢？4.指導學生利用人工智能實驗平臺中的“語音分類”實驗，打開語音分類實驗，體驗訓練過程。以小組為單位，開展實驗探究二活動?；顒硬襟E1：選擇收集訓練集，然后對變、右、下、左進行訓練，根據(jù)訓練次數(shù)。來確定后面的語音游戲的準確度?；顒硬襟E2：進行游戲，小組討論，活動步驟3：邀請兩位在訓練量有區(qū)別的同學，進行游戲模擬的對比?？纯辞闆r如何！活動步驟4：總結訓練次數(shù)與系統(tǒng)準確性的情況。思考：那些因素會影響游戲準確度？5.總結：以上述實驗為線索，總結語音識別的四個步驟。1.利用人工智能實驗平臺中的“語音轉寫”實驗，進行實驗探究一：探究識別過程的原理。（1）組織分工。（2）了解任務要求。（3）開展任務，嘗試描述語音識別的過程，閱讀學習單。（4）分小組匯報，匯報要點包括任務完成情況和過程體會。2.跟隨教師思路，理解語音識別的工作流程。并完成任務單。3.學習內(nèi)容，分小組討論教師提出思考問題，之后小組代表分享本小組討論結果。4開展語音分類實驗，按照步驟要求，完成訓練與游戲的實驗，然后小組研究討論，完成分析思考中的問題。5.根據(jù)游戲于實驗思考：那些因素會影響游戲準確度？反思語音識別系統(tǒng)的流程。設計意圖：通過實踐探究活動、平臺實驗，讓學生深入理解語音識別技術的基本原理。環(huán)節(jié)三：操練機器人將士教師活動：學生活動：1.展示本節(jié)課的任務：時代使命，建立一只機器人戰(zhàn)隊，接受檢閱！完成《檢閱》任務。檢閱任務一：活動要求：以小組為單位，完成以下檢閱任務一，請各組的同學對機器人進行編程實現(xiàn)：校長：同志們好！機器人戰(zhàn)士：首長好！校長：同志們辛苦了！機器人戰(zhàn)士：為人民服務！校長：敬禮 機器人戰(zhàn)士：身體向右轉40度，抬頭行注目禮！校長：向右轉機器人戰(zhàn)士：隊列向右轉90度！校長：向左轉機器人戰(zhàn)士：隊列向左轉90度！檢閱任務二：校長：我們的校訓是？機器人戰(zhàn)士：禮、義、廉、恥！校長：我們的校箴是：“忠”？機器人戰(zhàn)士：忠于國家、忠于民族、忠于社會、忠于職業(yè)！校長：我們的校箴是：“勇”？機器人戰(zhàn)士：勇于為善，勇于負責，勇于求勝！校長：就要上戰(zhàn)場了，你們怕不怕？機器人戰(zhàn)士：不怕，不怕！聽黨指揮、能打勝仗、作風優(yōu)良！2.課堂巡視，解決機器人小組合作中存在的問題。3.組織學生分組進行機器人編隊檢閱測試。1跟隨教師思路，團隊協(xié)作，思考完成《檢閱》任務。對各項細節(jié)進行現(xiàn)場解決，出現(xiàn)問題團隊討論決策。3分組展示機器人。設計意圖：通過機器人編隊接受檢閱任務作為驅動，促進同學們理論分析與實踐探索能力，團隊協(xié)作完成《檢閱》項目，希望提升同學們的團隊協(xié)作、自主學習、動手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。環(huán)節(jié)四：將軍秋點兵教師活動學生活動1.有請“孫校長”對樹德機器人將士進行點兵。2.孫校長將對檢閱任務一、檢閱任務二進行執(zhí)行。最后關問同學們：就要上戰(zhàn)場了，你們怕不怕？最后：唱響樹德中學校歌。同學們有力的齊聲答道：不怕，不怕！聽黨指揮、能打勝仗、作風優(yōu)良！起立合唱校歌！設計意圖：期望同學們延續(xù)樹德創(chuàng)始人心系民族未來、保家衛(wèi)國的精神力量！倡導樹德學子忠于國家、忠于民族、勇于負責，勇于求勝！學好知識，占領人工智能高地，鑄國家之脊梁，造民族之榮幸！七、教學設計反思設計過程中，主要利用任務驅動小組探究圍繞“情景引入—任務驅動—教師引導—團隊研討—總結提升”的思路進行