人工智能教学的优点范例

【摘要】随着信息技术的不断发展，各式各样先进的计算机技术、信息化技术得以在音乐教育领域得到不断推广，作为信息技术发展的重要产物，人工智能涉及诸多交叉性的综合性学科内容，为音乐教育增添了诸多新的元素和内容。本文通过分析人工智能在音乐教育中的作用，对人工智能在音乐教育中的应用以及人工智能在音乐教育中应用的发展趋势展开研究探讨，以期为促进我国音乐教育的健康稳定发展提供一些帮助。

【关键词】人工智能；音乐教育；应用

引言

人工智能，即为AI，作为计算机科学的一个重要分支，主要作用于人类智能的模拟、开发及扩展，其涉及十分广泛的学科内容，诸如计算机视觉、机器学习等。总的而言，人工智能研究的一项主要目标即为让机器可从事一些常规情况下需要人类智能方可实现的复杂工作。近年来，人工智能在诸多学科领域得到推广应用，并收获了丰硕的应用成果。音乐教育领域便是人工智能的应用领域之一，并逐渐转变成音乐教育的发展趋势，人工智能在音乐教育中的应用不断收获获得进展，并对音乐教育的教学理念、教学方式方法等带来了极大冲击。基于此，本文对人工智能在音乐教育中的应用展开研究探讨。

一、人工智能在音乐教育中的作用

人工智能在音乐教育中起到至关重要的作用，且主要表现为：其一，可促进优化师资水平。近年来，人工智能不断呈现出取代低技能功能的趋势，对于音乐教育而言，人工智能可直接优化音乐教师师资水平，究其原因在于人工智能可有效取代一些严格意义上算不上是“音乐教师”的教学人员，学生和家长将不断提高对智能机器的认同度。另外，音乐教师借助人工智能可更为高效、便捷地开展自我学习，进而使师资水平得以不断优化。其二，可促进提高教师教学质量及效率。依托人工智能的大数据分析，教师可迅速了解学生的学习水平、学习背景等情况，如此一来，教师便可迅速地进入教学工作者的角色，为学生开展有效的教学工作，满足每一位学生的教育需求，有效提高教师的教学质量及效率。其三，可提高学生学习效率。音乐学习是快乐的，也是枯燥的，要想掌握一定的音乐技能，需要学习者投入大量的时间、精力，而并非每个学习者都能坚持到最后。通过引入人工智能，可调动起学生学习音乐的主观能动性，帮助学生认识到自身学习中存在的不足，督促学生学习，进而切实提高学生学习效率。

二、人工智能在音乐教育中的应用

人工智能技术正在成为引领新一轮科技革命的领头雁，对教育影响巨大。在数字经济时代，社会形态将发生重大变化，教育模式将发生根本性变革。突出特征就是能够实现规模化教学下的个性化学习，即大班授课下的因材施教，使教学活动更有效开展。

科技推动社会进步，重塑社会形态。从农业社会、工业社会到信息社会，人类生存环境由泥土上的村落，演变成钢筋混凝土中的城市，再进一步拓展为镶嵌在建筑物里的数字空间。数字空间我们肉眼看不到，但可以通过各种设备，如手机电脑链接，由此改变了人们的生产生活方式。不管乐意与否，数字经济时代正在到来，这是历史的趋势。就像在工业社会，有人不喜欢城市而愿意居住在乡村，但要明白这已不再是农业经济时代的乡村，各种基础设施已经完好配置。人工智能技术正广泛应用，将成为未来社会的基础性、环境性要素，就像当今的自来水、电和公路。

在数字经济时代，普通人需要具备相应的信息化素养，社会更需要大量的专业人才来维护数字空间的运行、发展和完善。人才培养是教育的基本功能，高校需要提高认识，超前布局，适应和引领社会发展。与农业经济相伴的教育模式是书院、私塾、甚至简单的拜师学艺，因材施教、言传身教能得以具体的体现。与工业经济相伴的教育模式是学校制度、班级教学，有规模经济但失去了个性化特征。

随着数字经济时代的到来，人工智能技术能够帮助我们把规模教学和因材施教两种教育模式的优点结合在一起，形成一种全新的教育模式。这一模式就是“线下线上混合式教学”＋“智能自适应学习”＋“实践活动”的综合体。新冠肺炎疫情发生后，线上教学得到广泛重视和应用，但理想的线上教学绝不仅仅是简单地把课堂教学搬到线上，而是使课堂教学与线上教学形成有机联系，互补互动，充分发挥各自优势而达到更高质量教学的目的 ；智能自适应学习以数据和技术为驱动力，把人工智能技术渗透到教学的核心环节中，使学生的学情数据量化和可视化，实现每位学生拥有自己独特的学习路径，在规模化的教学安排中达到个性化学习的目的，从而缓解教育规模化与个性化的矛盾，提高教与学的针对性 ；只有不脱离实践的教育，对人的成长促进才是全面的，因此混合式教学的概念内涵需要进一步拓展，要把实践教学或活动加上。

近年来，各级各类学校对这一新型模式已有过许多局部探索。例如：线上教学大规模实施后，线下线上的混合式教学已有多方探讨，实践在不断提出新问题、教师不断有新应用、学者在不断研讨新情况 ；智能自适应学习在一些学校已开始应用，考试后学生可依据智能推送只练习自己答错的同类试题，基于大数据的个性化学习评价系统可对课堂教学、学生个人学习情况进行智能评估、诊断而给予针对性指导 ；实习实践、社团活动、创新创业教育等在学校更是广泛开展。当然，这类新型教学模式目前尚处于萌芽阶段，今后需要有更多的探索工作，有待进一步深化、整合和完善。

未来是创新发展的时代，创新的核心在思维，创新还需要向实践转化。创新产生思想，实现成就现实，创新力和实现力是人才培养的重要着力点。产业革命以来形成、壮大、定型的规模教学模式将被新型教学模式所取代，这一模式以混合式教育为形式，以智能自适应学习为关键，以实践应用为根本。我们对教育模式变革的规律和特点要加强研究，学生思维的参与、活跃、提升程度将成为模式成功与否的重要标志。

作者：马陆亭 单位：中国教育科学研究院副院长

人工智能可以理解为类似于人的智能行为，属于一种高科技应用技术，对多种学科进行了有机结合。人工智能在一定程度上改变了人们的生活质量。人工智能与计算机网络技术之间相互影响，相互促进。计算机网络技术借助人工智能，更加智能化与人性化。

1人工智能的内涵分析

人工智能不仅涉及各种高新技术，而且还涉及了心理学与语言学等多种学科，能够实现对人的智能模仿，具有类似人的思维、行为以及能力。人工智能有不同的领域构成，不仅包括语言识别与图像识别等系统，而且还包括自然语言处理与专家系统等，能够有效模拟人的智慧，进而做出一定的智能反应。我们借助人工智能，繁琐的科学工程计算能够在很短的时间内得出结果，不仅能够节约时间成本，而且能够最大限度提高准确率与效率。人工智能是人类的好帮手，能够借助已有的经验解决很多问题。同时，在解决问题的过程中，人工智能还能够获得新经验。人工智能优点在于：（1）具有超高处理信息的能力。很多信息在网络环境中，属于模糊信息，比较难以处理。然而，人工智能能够对这些模糊信息予以合理处理，进而最大限度提高信息处理能力。（2）具有超高的信息学习能力。人们借助人工智能，能够有效筛选与整理网络环境中的信息，不仅重要的信息不被遗漏，而且低层次信息也能够予以保留，进而使信息学习能力得到有效提高。（3）能够最大限度降低计算成本。人工智能计算消耗资源较少，那么，成本投入也就较少。人工智能采用效率与准确率都非常高的控制算法，因此，能够最大限度节约了资源。

2人工智能在计算机网络技术中的应用

优势及实际应用只有从根本上保证人工智能的多样性与灵活性与时代同步，计算机网络才能够更好的借助人工智能获得更好的发展。人工智能不仅能够帮助人们预防计算机系统免受外来病毒的入侵，而且能够对病毒入侵计算机的原因予以分析、总结，从而最大限度提高计算机处理问题的效率。传统网络管理不能够对计算机系统内部结构予以全面了解，因而也不能够有效处理不确定信息，然而，网络管理借助人工智能的模糊控制算法，有效提高了控制系统的适应能力，能够对计算机系统中不可知问题予以更好的处理。在网络结构随着网络技术的发展，也趋于复杂化的背景下，上层管理者借助人工智能有效实现了对下层管理者检测管理。同时，人们借助人工智能有效解决了网络结构汇总的协作困难问题，并有效提高了计算机系统的处理问题能力。人工智能融入网络技术后，不仅对网络安全漏洞进行了有效修补，而且对网络用户的个人隐私及财产安全进行了合理保护。人工智能在实际生活及工作中的应用可以从下面几个角度分析。

2.1计算机网络安全管理

2.1.1智能防火墙技术

摘要:信息技术的发展并非基于教学的需要，中小学学科教学也有自身的规律，两者存在不同的逻辑。从信息技术现有发展水平看，两者的融合程度并不高。换句话说，信息技术对学科教学只促成了有限的构造，学科教学只能依赖自身的力量进行变革。两者之间有融合但难以出现真正的创新。从发展趋势看，新一代信息技术或许对学科教学形成一种逼迫和根本构造，但是否能实现两者间的融合创新，仍然取决于人工智能的发展水平。只有信息技术取代部分教学工作而对教师的教学改革提出显著要求，同时更加强调和更好构建以学习者为中心的学习方式，两者才可能提出融合创新的需求。

关键词:信息技术;人工智能;学科教学;融合创新

信息技术成为现代社会的重要特征。不少西方思想家担心技术对人的日常生活世界构成侵蚀，这种担心并非没有道理。确实，技术一直在改变着世界，改变人的生活方式，事实上，并非只是技术，市场、资本等都对生活世界有着明显的构造。这种构造不仅表现为技术的手段化，而且正如海德格尔所说的，现代技术不是目的的单纯手段，而是本身参与到自然、现实和世界的构造中。这种构造重新塑造出人与世界、人与人、人与自我的新关系，也就是说，不能把技术仅仅看作是工具，而应当看成是人与物浑然一体，共同构造成新的生活世界。但是，要达至人与技术的一体并非容易，因为技术对生活世界还是构成了相当的风险，比如海德格尔揭示的技术对自然的主宰、人为技术所摆置以及事物为技术的订造而到场〔1〕。信息技术对教育教学也存在一定程度的“座架”，教育教学也时常为技术所安排、所订造。教育教学与信息技术的融合需要谨慎。《教育信息化2.0行动计划》提出，促进教育信息化从融合应用向创新发展的高阶演进，信息技术和智能技术深度融入教育全过程，探索泛在、灵活、智能的教育教学新环境建设与应用模式。融合脑科学、人工智能和大数据，构建智能化学习体系不难预见，或许可谓实现学习的革命。但信息技术并没有构成教学模式的根本性变革，未来的发展是否可以更好地实现这一点，非常值得讨论。现在看来，信息技术与学科教学的融合创新，并没有想象的那么乐观。

一、学科教学的信息技术应用:目前的范围

科学技术与生活世界存在不同的逻辑。我们知道，科学和技术的出现有其内在的科学认识规律，另一方面也与现实问题的解决或生活的欲求密切相关。但归根结底，生活欲求和问题解决的现实需要只是提供了一种创新的动力，科学发现和技术发明毕竟依赖于对事物规律的认识。同样，信息技术发展有其必然的科学规律，尽管也与人的生活欲求相关。问题是，信息技术与学科教学并非能够实现两个自身规律的完全统一。也就是说，信息技术的发展显然不可能是基于教学的需要，甚至说，人工智能这类的信息技术如果发展出不受控制的自我意识，很可能对人类自身的生存构成毁灭性冲击。同样，学科教学模式改革也因为其自身的规律而不可能完全通过信息技术得以实现，也必然因为自身的规律而对信息技术应用保持必要的审慎。显然，信息技术对教育空间、教育管理、监测评估等有着显著的根本性构造，因为这一类的事务主要是方式的存在，其对象和内容具有相对的确定性，而信息技术恰好可以改变方式。学科教学虽然也表现为一种方式的存在，却是以灵活性的方式存在，而其方式之所以灵活，一是在于学习主体存在灵活性，二是在于其内容具有不确定性。无疑，教学内容具有很强的生成性，甚至存在很多的未知性，如以问题为中心的跨学科教学更多表现为一种探索性和未知性。即便教学内容具有相对的知识确定性，但学习者的知识学习仍然具有不确定性，由此教师的教学方式也存在因时因人的调整性。所以，值得思考的是信息技术何以构造学科教学，也就是说信息技术与学科的融合创新何以可能。这需要依情况而定。根据技术的优点，人们也可以在一定程度上将其应用到学科教学中来，事实上已经有不少的应用，大体上包括如下几类。一是运用信息技术，诸如视频、图片等，构成辅助性教学，实现教学的生动性、趣味性、直观性或情境性再现。这在语文、历史、英语学科教学中都有广泛的应用，但信息技术仍然是辅助性工具，尚未足以构成教学的主体方式。二是利用信息技术开展模拟实验教学。比如应用数字技术开展物理、化学等学科的数字试验教学。三是实现学习的互动交流，比如应用信息技术实现师生、生生的交流互动，实现交互式学习。这种交互式有别于师生的行为交往，可以极大地突破时空限制，提供交往的便利。四是运用大数据对学生学习进行监测和效果分析，实现精准教学。这个方面的应用还是非常有限的，与脑科学的研究进展相关，但代表了未来方向。相关的应用还有不少。不言而喻，信息技术的显著性特点一定程度上迎合了教学的需要。然而，即使从信息技术应用的角度来看，也不是没有问题，甚至出现为技术而技术的教学改革现象。更严重的或值得严肃思考的问题还不止于此，有时看似恰当的融合恰恰毁掉了教育的本质性的好东西。正如海德格尔所说，技术每打开一种认识的可能性，都会遮蔽更多的存在可能性，或者如博尔赫斯的花园小径总是存在自由选择的困境。比如，技术演示的直观教学可能带来了观察的直接，但又可能限制了学生的想象;破碎的阅读导致缺乏深度的思考和思维的平面化;长时间的信息技术使用可能给身体成长带来不利等。因此，信息技术是否构成日常教学世界的侵蚀仍然值得反思。但毫无疑问，信息技术已经构成了教师和学生的教与学的日常世界。从某种意义上说，信息技术和学科教学已经浑然一体，很难简单地说信息技术仅仅就是教学的工具，其实信息技术已经走过了作为教学的工具手段的阶段。但就目前而言，信息技术是否构造了新的学科教学形态，或者说还有必要去实现两者的融合创新，本身是一个值得讨论的问题。从信息技术现有发展水平看，两者之间还存在一个较好地融合问题，以便更好地实现育人的目标，但是否存在融合创新的可能，现在还看不出来;或者说，还有赖于我们教育自身对教学方式的根本性改变，而不是依赖于信息技术。我们现在倡导以信息化引领构建以学习者为中心的全新教育生态，这固然与传统教学区别很大，但是否足以构造出我们现在倡导的研究性学习等模式，还有待信息技术的发展以及对生活世界的根本性改造，同时更有待于教育自身的变革。也就是说，学科教学自身的改革困境决定了信息技术应用的限度，或者说，学科教学自身没有变革，信息技术应用很难达到融合创新。

二、学科教学自身改革决定了信息技术当前应用的可能

假定以学科教学的需要和改革欲求为出发来研发相关的信息技术，能否实现两者更好的浑然一体呢?事实上，已经有不少的围绕学科教学改革需要进行的信息技术研发的探索，如研发学习质量监测的信息技术，但这只是对学习效果的技术检测，仍然不是学科教学模式本身的探索。目前的信息技术还不足以构成学科教学模式的根本性方式。学科教学毕竟有自身的特点，也需要遵循相应的规律，它借助信息技术可以实现自身的某些局部改革需要，但并非所有的教学改革需要都可以依赖信息技术得以实现，或者说，学科教学的很多地方还不需要或排除信息技术。从这个意义上说，技术能不能渗透到学科教学中来，关键取决于学科教学自身的需要或追求。信息技术适应教学改革需要、遵循教学特点，推进教学模式变革，才是真正实现两者的融合创新。信息技术可以助推我们对教育规律的遵循，但技术并非是教育规律的本身。教育改革实际上就是要回归教育规律本身。教育需要遵循学生的认知规律、身心发展特点以及学科兴趣激发需要等一般规律。对规律的把握仍然需要理论研究和实践的探索。落实立德树人根本任务，关键在教育改革创新。当前教育教学要着力强化理想信念、社会主义核心价值观和品德修养教育，深入推进学习方式变革，大力推进研究性学习、跨学科学习、创客式学习等，大力培养学生的动手能力、实践能力和创新能力，全面提升综合素质。这对当前教育教学模式改革提出了要求。信息技术能否引发这些教学模式的变革呢?现有的信息技术可能会在创客式学习等相关学习方式上有一定的造型可能，但很难说可以取得教学模式变革的根本性突破。众所周知，研究性学习等学习方式，本质是一种以问题为中心的学习方式，它的推进主要取决于教师的理念和能力，而非主要是一种信息技术的问题。而在生活教育、实践教育以及道德教育等领域，信息技术恐怕更无法取到引发根本性模式变革的作用。当前，人们敏锐地意识到人工智能技术的快速发展对人的培养提出了严重挑战，但是，教育培养人的基本特性并不会因此发生根本改变，也就是说，我们仍然要对学生进行相应的动手、实践和道德的教育。只不过它对人的创新能力培养提出了更高的要求，也因此我们更加需要以问题为中心的研究性学习，但这种学习方式的推进并非因为信息技术就可以很快实现。当然，依托信息技术应用脑科学对教与学的过程进行精准监测，或许可以实现方法上的改进，但技术本身并不能帮助我们实现在跨学科知识学习、批判性思维培养、好奇心和想象力培养等方面所需要的教学模式的最终形成。两者之间的融合创新并没有表现出明显的需求。从单个学科看，各学科教学各自具有自身独有的特点，对教学模式的改革必然存在很大差异，因而信息技术与各学科教学的融合也必然存在很大差异。人文学科、自然学科、艺术学科在具体教学模式上存在较大差异。诸如语文、音乐、体育等学科教学，虽然也会应用到信息技术，并借助信息技术监测功能为教师提出教学方式方法的改进，但现有信息技术本身很难引发这些学科的教学模式的根本变革。它们之间固然有融合的需要和空间，但如果学科教学自身不进行改革，信息技术的应用不可能达到很高的水平。物理、化学等学科教学似乎与信息技术关系更为密切，或者说它们之间的融合存在更大的需要和空间。从学科本身看，它们与信息技术具有内生性关系。但这些学科的教学模式主要表现为知识体系的教学、试验教学、探究性教学，信息技术在其中的应用也还是辅助性的。前面提到，信息技术的大数据监测、分析与相应的教育科学知识的结合，可以对学生的学习进行有效的诊断，发现和辨别学生学习存在的具体问题，甚至可以发现学生思维的认知障碍，提出有效的改进策略，但这仍然主要是既有认知领域的教学变革，很难说是引起学生综合素养培养所需要极力推进的诸如研究性学习、实践性学习等教学范式的根本变革。如果我们的教育体制机制没有实质性改革，特别是高考制度没有重大突破，以及我们的教师没有掌握创新人才培养模式，信息技术对学科教学的构造必然是有限的，至多是既有知识教育体系下的变革。当然，这仍然是就信息技术发展的目前水平而言的。信息技术的未来发展，对教学改革会产生新的影响。

摘要:人工智能对高等教育产生的影响主要在虚拟导师、互动数据分析、全球课堂机会等方面，但人工智能在大学教育的具体运用方面，仍处于初级阶段，没有真正融入教育核心当中。而且在部分教育领域方面，人工智能的运用，虽然能够提升教学效率，但是不会带来革命性的转变。

关键词:大学教育;人工智能;方略

随着人工智能理念的不断普及，为避免在大学教育过程当中违背教学理念，忽略教学本身的现象，在当前改进过程当中，要把握人工智能对大学教育带来的技术变革，从大学教育的本质出发，科学运用人工智能的同时，还要积极地采取应对策略，时刻秉持大学教育的初心。那么，针对人工智能对于大学教育带来的冲击，应当采取哪些应对措施呢?

一、丰富教育项目

在大学教育开展过程当中，随着教育方式的变革，机器带来的变化越来越大。学生越来越多地借助网络技术，在线搜索工具等方式，实现在网络上课在家学习。单个院校的概念消失，学期教育模式也被全年学习逐渐取代。为此，要重点强调合作的关系，要不断地对教育项目进行开发，在节省经济成本的基础上，以学生就业方向为主，融入更加灵活的教育项目。在满足学生兴趣和需要的同时，更加便利学生学习方式［1］。

二、加强国际合作

在人工智能发展的影响下，也逐渐地延伸了全球课堂，为进一步提升学生的学习信心，要加强国际合作。通过跨国学科的开展，为学生将来更好地接受教育，积极地参与到学习过程当中，为更好地就业提供基础。例如，在新加坡院校改进过程当中，政府采用了未来技术项目，通过明确建立两个发展指标，为学生培育提供一定的渠道。通过发挥学生适应性的学习技能，来对国际当中的气候变化、金融等国际性问题进行探讨，鼓励学生勇于尝试，强化学生认知能力，为社会提供更加优秀的人才。

摘要：多媒体教室是现代教育最重要的组成部分之一，我国多媒体教室的信息化建设已经进入了网络化集中控制阶段，发展较为成熟，而人工智能的应用仍在探索阶段。随着目前主流多媒体教室的发展，设备维护问题、人机交互问题、资源利用问题日益凸显。针对在管理多媒体教室的实践过程中发现的上述问题，提出了人工智能在多媒体教室管理系统的应用设计应该具有故障检测、智能诊断、智能识别等功能。人工智能化设计要基于人工智能的深度学习算法实现系统自主学习，这样才能提高多媒体教室管理水平，节约资源。

关键词：多媒体教室；多媒体教室系统；网络集中控制；人工智能

多媒体教学是现代化教育技术发展的产物，在教学内容的呈现方面有着传统教学方式无法比拟的效果。多媒体教室系统是开展多媒体教学的基础，是多媒体教学过程的系统平台。随着计算机技术、自动控制技术和人工智能（AI）的发展，对多媒体教室的需求在不断增加，多媒体教室系统的人工智能化已成为发展趋势。在人工智能化平台上，多媒体系统管理和使用更加智能，教学资源的获取更加便捷，人机交互界面更加友好。教师在课堂上可以借助丰富的电子资源为学生提供全面、专业的教育，这样既能满足现代教育的各项教育指标，又能够充分满足学生的多样化需求。

1多媒体教室系统的发展现状

多媒体教室系统的发展是随着计算机技术、自动控制技术和人工智能（AI）的发展不断变化的。从总体来看，从最初的电教室、计算机辅助系统、网络集中控制多媒体系统到智能化多媒体教室系统大致经历了这几个阶段。当前各大院校和教育机构使用最多的就是网络集中控制多媒体系统（图1），这成为当前多媒体教室的主流控制系统，其核心就是在网络环境下，各多媒体教室能够作为一个工作单元独立运行，又可以在中央控制系统管理下对设备集中控制，协调运行。网络集中控制多媒体教室系统有如下特点：1）多媒体控制系统基于现有校园网络。在该系统中，系统的运行就在原来的校园网基础之上，不需要另外铺设专用网络设备。这样不仅有利于多媒体教室的扩充，还节约了大量的建设资金；2）系统集中管理分布运行。各个多媒体教室不仅可以集中化管理使用，还可以不依赖于总控中心作为一个独立工作单元使用，符合多媒体教室管理使用需求，这就保证了系统在网络出现问题的情况下不受干扰而独立运行；3）主辅系统分离式设计。在系统中，多媒体教学主系统和教学辅助系统（如网络监控系统、IP网络电话系统、教学录播系统）采取分离设计，符合系统可靠性原则。保障在多媒体主系统出现问题时还可以和管理人员进行沟通，及时处理和解决问题；4）开放式数据管理。采用开放式数据管理可以方便有效地和校园网内教务排课系统进行资源共享，在排课系统内课程安排完成后，对多媒体系统下发数据，多媒体教室安排完成，使多媒体系统能够及时更新数据。

2多媒体教室使用中出现的问题

目前网络集中控制多媒体系统虽然有很多优点，但在使用过程中还是出现了一些问题亟待解决。

摘要:在中小学阶段设置人工智能相关课程体现了国家对智能时代人才培养的高度重视。为使人工智能教育落地、有效，让学生了解人工智能、实现原理、应用领域；初步掌握计算机算法与编程，能够使用编程语言进行人工智能科普活动实践。探索人工智能普及教育各学段相关课程应该以怎样的形态存在，如何以最小的代价取得人工智能普及教育的最大效益。

关键词:人工智能教育；计算思维；算法编程；最大效益

1引言

人工智能作为连接未来的教育，面向中小学进行普及，很大程度上带来的是逻辑思维能力的提升和思维方式的改变。当今中小学人工智能教育已经成为一个炙手可热的话题，各类资源纷纷涌现：国家课程、校本课程和校内教育活动、相关学科竞赛活动、校外培训机构开展的相关教育活动等。以人工智能为主题的各类教学内容五花八门。信息技术教师要认真解读国务院颁发的《新一代人工智能发展规划》，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广[1]。以深入浅出、通俗易懂的教育方式，使学生理解人工智能教育与信息技术教育、编程教育与智能机器人教育的区别。探索通过选择合理的AI编程语言和设计AI活动情境，有效地实施人工智能教学，培育人工智能素养。展开计算与推理，模拟与拓展人类的认知和思维的人工智能科普活动，包括信息学、创意编程、智能设计、智能机器人项目。探索人工智能教育各学段相关课程存在的形态。构建基础教育人工智能课程内容框架和知识体系。

2人工智能核心概念

2.1人工智能教育。中小学人工智能教育的目的不是让学生做研究，而是要让他们对人工智能产生兴趣，进而确立职业目标，成长为AI技术领域人才。中小学的人工智能教育中，要关注的不应只是提供很多的硬件，而是应该关注给青少年培育人工智能的核心素养。从感知、认知、创新三个层次构建在教学中的学习任务和效果达成。从经历认识带来对人工智能特征识别等方面的了解,帮助学生识别和分辨人工智能应用、体验、理解、设计这一过程；从体验带来对人工智能真实场景的了解,帮助学生内化成为意识；从理解带来概念、原理的分析,帮助学生深层理解,从而学会主动选择人工智能；从设计带来学生动手实践的真实应用,帮助学生理解人工智能解决问题的方法设计。这样可以达成从不同层面对人工智能的能力素养培养。

2.2计算思维培养模式。人工智能教育的核心是计算思维。目前人工智能研究五个方面：自然语言处理、计算机视觉、语音识别、专家系统以及智能机器人。计算与推理、机器学习、传感与控制都与算法编程密不可分。算法编程是计算思维赋能的重要平台。理解人工智能核心素养概念，清晰计算思维在中小学人工智能教育中的地位和作用，培养学生的计算思维和问题求解能力，达到人工智能教育课程的核心目标。以此带动信息学竞赛、创意编程、创新AI作品、智能机器人的“四翼”蓬勃发展，培养出越来越多有创意、能创新、勇创业的新时代科技苗子。

摘要:本文在分析“语音信号处理”课程的传统教学内容结构及特点的基础上，通过拓展理论知识和开展综合创新课程项目，探索融入新理论和新技术的教学方法。激发学生学习的积极性和主动性，培养学生关注新方法和新技术的发展及其应用的能力，加强学生团队分工合作的意识及与教师的互动，提高教与学的质量。

关键词:语音信号处理;理论拓展;综合创新项目

0引言

“语音信号处理”课程是继“信号与系统”、“数字信号处理”课程之后的信息类专业重要的选修课程。它主要是针对语音信号的短时平稳特性，学习语音信号产生的过程、建模、时频域分析和各种处理方法与应用。因此该课程既包含基本概念、模型和方法，又涵盖了识别、增强、编码等很多技术与应用。因此，学生感觉这门课程的基础部分像数学课，首先要掌握短时傅里叶变换的定义和性质，学习同态滤波等很多理论知识。然后将这些理论知识和方法在实际中应用，了解如何解决实际语音信号处理领域中的问题［1～3］。近年来，随着人工智能技术的迅速发展，在语音信号处理的领域里，给语音识别、自然语言处理和语音合成等关键技术带来一个个的突破［4］。因此人工智能时代给“语音信号处理”课程的教学带来了挑战，在传统的课程结构中要引入新的理论和方法，让学生直观感受到基础知识与新技术的结合在语音信号处理中的重要作用，大大提高了学习兴趣，培养了追踪新理论知识应用于实际问题或科学研究的能力和意识。

1传统“语音信号处理”课程的结构及特点

“语音信号处理”课程主要包括三部分内容:①语音信号处理基础:了解语音信号处理的发展概况，掌握语音产生的过程及信号的特性，了解语音信号产生的数字模型。②语音信号的分析:首先讲授时域分析，包括经典的短时能量、过零和相关分析，然后针对语音信号的短时平稳特性，进行短时傅里叶分析。为了能从信号中分离出声门激励信号和声道冲击响应，需要进行同态滤波及倒谱分析。这些分析都是非参数化方法，在此基础上，学习由过去若干个语音信号的抽样组合来预测信号，掌握线性预测这种参数模型分析方法。在此基础上，讲授重要的一种隐马尔科夫模型，这种统计信号模型在语音识别应用中有非常重要的作用。信号要进行存储和传输，矢量量化是一种极其重要的信号压缩方法。③语音信号处理技术与应用:掌握了以上语音信号处理的基本分析和建模方法，可以将其发展到语音编码、合成、识别和增强等应用领域。从“语音信号处理”课程的主要内容可以看出该课程的特点:①基础性强:该课程从语音信号的产生、特性和数字模型这些基本概念开始，慢慢深入到短时时域分析、短时频域傅里叶变换、同态滤波、倒谱分析、线性预测分析、隐马尔科夫模型、矢量量化。这些都是语音信号处理领域的基本概念和基础知识。②理论性强:不管是短时傅里叶变换的定义、性质还是隐马尔科夫模型的建立，都要从数学的角度进行定义、推导和证明，从原理上学习语音信号处理的模型和算法。③应用性强:语音是一种传递和获取信息的重要途径，由于其传输和使用的便利性，因此有非常广泛的应用。学生可以从自己的学习和生活中切实感受到语音信号处理的应用。例如，一部智能手机就包含了很多语音信号处理技术的应用，诸如语音输入识别、语音导航和各种特殊音效处理。因此，“语音信号处理”课程自身的特点导致其重视基础理论知识和实际应用。在人工智能时代，其教与学的过程中要不断跟踪新理论和新技术的发展，并将其融入到“语音信号处理”课程的主要内容中，既能使学生更好地巩固掌握基础理论知识和相关算法，又能培养学生对新理论和新技术的追踪，并将其加以运用。

2人工智能发展带来的改革