張芳菲

摘要：本文基于圖形化編程軟件開展項目式學(xué)習(xí)，從人工智能的語音交互方面設(shè)計項目，通過人工智能模塊，了解和認(rèn)識編程與人工智能在解決問題過程中的作用和在生活中的價值。同時，將語音助手項目拆解成文字朗讀、語音識別、語音交互三個任務(wù)，形成任務(wù)模式，進階式打造項目式學(xué)習(xí)中的高階思維，探討在人工智能學(xué)習(xí)中如何對學(xué)生進行計算思維的提升。

關(guān)鍵詞：圖形化編程;項目式學(xué)習(xí);計算思維;人工智能;語音交互

中圖分類號：G434? 文獻標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）05-0013-03

項目式學(xué)習(xí)是人工智能學(xué)習(xí)中常見的學(xué)習(xí)方式。通過項目式學(xué)習(xí)，可以有效聚焦人工智能的某個研究方向，如圖像識別、人臉識別、聲音識別等。計算思維可以讓生活中復(fù)雜的問題按照分析、抽象、模式、識別的步驟拆解完成，保證問題解決策略的優(yōu)化。這是解決問題的需要，也是提高工作效率和質(zhì)量的需要，更是人們提升幸福感的需要。

● 人工智能語音項目：語音助手

根據(jù)學(xué)生實際情況和教材內(nèi)容，筆者設(shè)計了人工智能語音項目——語音助手，希望借助此項目探究人工智能模塊在計算思維教育中的應(yīng)用。

項目目的：以人工智能中語音交互的應(yīng)用，完成程序設(shè)計作品“語音助手”。在項目開展過程中逐步理解語音合成、語音識別及語音交互的基本原理和實現(xiàn)過程。認(rèn)識編程、BaiduAI擴展模塊、翻譯擴展模塊在解決問題過程中的作用和在生活中的價值，在項目式學(xué)習(xí)中提升計算思維。

項目流程：①設(shè)計思考，運用圖形化編程軟件設(shè)計一個能夠?qū)崿F(xiàn)基本語音交互功能的軟件作品。②制作作品，運用圖形化編程軟件制作常見的語音助手程序，認(rèn)識并運用語音合成、語音識別與語音交互。③改進優(yōu)化，提出實現(xiàn)項目的新方法、新功能，完善作品并交流。④交流分享，開展作品交流與評價。

在完成本項目后，提交項目學(xué)習(xí)成果（包括思維導(dǎo)圖、算法流程圖、項目學(xué)習(xí)記錄單等）。開展作品交流與評價，體驗小組合作、項目學(xué)習(xí)和知識分享的過程。

1.文字朗讀（語音合成）

文字朗讀，是將計算機自己產(chǎn)生的或外部輸入的文字信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢月牭枚牧骼目谡Z輸出的技術(shù)。在日常生活中，如排隊叫號、車站播報、高鐵報站等，都是以文字朗讀為技術(shù)底層進行實現(xiàn)的。

（1）體驗探索

在BaiduAI擴展模塊中，找到tts人物控件和tts文字轉(zhuǎn)語音控件（如下頁圖），這兩個控件可以實現(xiàn)對文字的朗讀功能，其中tts人物控件還可以選擇不同的人物，即人物的聲音形象會不一樣。

（2）項目情境

選一個tts人物作為虛擬的你，想一段文字自我介紹，讓虛擬的你在舞臺上做個自我介紹吧！

同時，筆者設(shè)計相應(yīng)的問題：①tts人物控件和tts文字轉(zhuǎn)語音控件，除了直接將文字內(nèi)容填空，還可以結(jié)合哪些模塊、哪些控件做出其他文字朗讀體驗?zāi)?？②在使用tts人物控件和tts文字轉(zhuǎn)語音控件實現(xiàn)文字朗讀的過程中，遇到了哪些問題？解決了嗎？如何解決的？③在BaiduAI擴展模塊中，提供語音功能的控件有很多，除tts人物控件和tts文字轉(zhuǎn)語音控件之外的其他控件可以做什么？

問題能激發(fā)學(xué)生對已有知識的遷移和對項目的拓展，同時思考解決拓展任務(wù)的策略;通過回顧分析任務(wù)實施過程中遇到的問題，幫助學(xué)生梳理總結(jié)，在分享討論中優(yōu)化解決問題的辦法和策略，為語音識別、語音交互任務(wù)做鋪墊。

2.語音識別

語音識別就是讓機器通過識別和理解過程把語音信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的文本或命令的技術(shù)。語音識別技術(shù)主要包括特征提取技術(shù)、模式匹配準(zhǔn)則及模型訓(xùn)練技術(shù)三個方面。麥克風(fēng)將聲波轉(zhuǎn)換為電信號，電腦將電信號儲存為音頻文件，將其數(shù)字化。機器再對語音信號進行處理，進行特征提取，根據(jù)語言模型進行匹配，最后“聽懂”這句話的意思。

（1）體驗探索

在BaiduAI擴展模塊中，找到聽候語音輸入控件、當(dāng)聽到控件、語音輸入控件，這三個控件可以實現(xiàn)對輸入語音的識別功能，當(dāng)然使用者在通過麥克風(fēng)輸入語音時需要吐字清晰和音量適宜，這樣才能更精準(zhǔn)地識別輸入的語音。

（2）項目情境

對著麥克風(fēng)說出口令，讓小貓聽從你的口令在舞臺上做相應(yīng)的動作。例如，“翻跟頭”，小貓就原地旋轉(zhuǎn)一圈;“向左走”，小貓就向左邊移動……

同時，設(shè)計相應(yīng)的問題：①使用當(dāng)聽到控件，除了直接將文字內(nèi)容填空，還可以結(jié)合哪些模塊哪些控件來做出其他語音識別體驗?zāi)兀竣谑褂寐牶蛘Z音輸入控件、當(dāng)聽到控件、語音輸入控件來實現(xiàn)語音識別的過程中，遇到了哪些問題？解決了嗎？如何解決的？③除了用口令指揮小貓做相應(yīng)的動作，語音識別還可有哪些方式呈現(xiàn)在作品中？生活中已有的或希望有的語音識別是怎樣的？

通過這些問題，可以引導(dǎo)學(xué)生初步構(gòu)建項目式學(xué)習(xí)中分析、綜合、評價和創(chuàng)造的思維啟發(fā)模式，提升計算思維，逐漸拓寬學(xué)生對語音識別的實踐性認(rèn)知，為后續(xù)語音交互任務(wù)做思維上的準(zhǔn)備。

3.語音交互

語音交互是基于語音輸入的新一代交互模式，通過說話就可以得到反饋結(jié)果。典型的應(yīng)用場景就是語音助手。語音交互往往融合了語音合成和語音識別功能，是一種綜合性的語音體驗，實現(xiàn)了語音形式上的人機對話。

（1）體驗探索

在翻譯擴展模塊中，有設(shè)置服務(wù)器控件、將文字譯為“英語”語言控件、訪客語言控件，這三個控件可以實現(xiàn)對文字的翻譯功能，其中將文本譯為語言控件還可以選擇不同的語言，即實現(xiàn)多語言翻譯功能。

結(jié)合BaiduAI擴展模塊中的tts文字轉(zhuǎn)語音控件和語音輸入控件，可以實現(xiàn)使用者通過麥克風(fēng)語音輸入的內(nèi)容即時翻譯成指定語言，同時再由虛擬人物朗讀出來。

（2）項目情境

制作一個語音翻譯助手，對著麥克風(fēng)說一句話，讓虛擬的你即時翻譯出你想要翻譯的任何一種語言，并由虛擬的你朗讀出來！

同時，設(shè)計相應(yīng)的問題：①使用將文字譯為語言控件，除了直接將文字內(nèi)容填空，還可以結(jié)合哪些模塊哪些控件來做出其他語音交互體驗?zāi)?？②在使用設(shè)置服務(wù)器控件、將文字譯為××語言控件、訪客語言控件來實現(xiàn)文字朗讀的過程中，遇到了哪些問題？解決了嗎？如何解決的？③除了BaiduAI擴展模塊和翻譯擴展模塊做成的即時語音翻譯，仿照生活中的語音助手，或創(chuàng)造一個語音助手，還可以做哪些語音交互的語音助手呢？

通過這些問題，學(xué)生基本能建立項目式學(xué)習(xí)中能優(yōu)化問題解決策略的思維模式，體現(xiàn)了計算思維的提升，同時，通過拓展語音交互任務(wù)，在分析、綜合、評價的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)造性的實踐和設(shè)計，形成完整的分析、綜合、評價和創(chuàng)造的高階思維。

4.活動總結(jié)

結(jié)合自己的學(xué)習(xí)與理解，建立本項目知識之間的聯(lián)系，以思維導(dǎo)圖形式完成本項目的知識結(jié)構(gòu)圖。

通過以上對語音助手項目的整體分析，將語音助手項目拆解成文字朗讀（語音合成）、語音識別、語音交互三個任務(wù)，逐漸構(gòu)建分析、綜合、評價和創(chuàng)造的高階思維模式和行動模式，進階式打造項目式學(xué)習(xí)中的高階思維，幫助學(xué)生在人工智能項目式學(xué)習(xí)中提升計算思維。

● 拓展人工智能模塊對計算思維的提升

人工智能模塊的用法有很多，學(xué)生除了可以利用“BaiduAI擴展模塊”和“翻譯擴展模塊”制作一個融合文字朗讀（語音合成）和語音識別的簡單語音交互的翻譯語音助手外，還可以結(jié)合已學(xué)過的變量等知識來制作一個類似專家系統(tǒng)的語音庫型語音助手。它可以對存在于庫中的語音信息給出不同的反饋，即如果語音中包含了一些特定的詞匯，則被識別并給出反饋。以專家系統(tǒng)來說，通過分析專家系統(tǒng)的任務(wù)特點和實現(xiàn)功能，甄別選擇可能會用到人工智能模塊中的哪些控件;通過綜合運用已掌握的圖形化編程的知識基礎(chǔ)和思維基礎(chǔ)，設(shè)計專家系統(tǒng)的流程圖;通過評價專家系統(tǒng)的測試版本，解決出現(xiàn)的問題及優(yōu)化策略;通過創(chuàng)造功能完善的專家系統(tǒng)，不斷提升學(xué)生在人工智能模塊進行項目式學(xué)習(xí)的高階計算思維。

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本文系江蘇省管雪沨網(wǎng)絡(luò)名師工作室、江蘇省“十四五”教育規(guī)劃課題“小學(xué)人工智能教育的項目化學(xué)習(xí)體系建構(gòu)和實施策略研究”（編號：D/2021/2/148）階段性成果。

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