AI兒童互動(dòng)教育軟件開發(fā)

侯琬盈 譚夢(mèng)琦 張宇潔 陳可欣

【摘 要】伴隨著網(wǎng)絡(luò)科技的不斷應(yīng)用，已經(jīng)滲透在我們生活的反方面面，網(wǎng)絡(luò)教育極大的改變了教育的模式。對(duì)于傳統(tǒng)的教學(xué)方式以及呆板的教學(xué)軟件，已經(jīng)不適用于兒童互動(dòng)實(shí)踐性的鍛煉。我們就以此為出發(fā)點(diǎn)，利用AI技術(shù)。首先對(duì)兒童教育軟件開發(fā)現(xiàn)有的成進(jìn)行了查閱和匯總，了解其中值得借鑒的地方，發(fā)現(xiàn)不足之處。再就是對(duì)兒童學(xué)習(xí)的特點(diǎn)及需求面進(jìn)行了分析，針對(duì)性的從多方面做出軟件的設(shè)計(jì)。詳細(xì)介紹軟件的功能模塊，并且給出了具體的開發(fā)方案，對(duì)開發(fā)成果進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試。

【關(guān)鍵詞】AI人工智能;兒童教育;互動(dòng)軟件開發(fā)緒論

1.1研究背景及意義

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，教育行業(yè)的信息化程度在不斷的提高。學(xué)生們對(duì)知識(shí)的吸收、理解力能直接影響著他們的學(xué)習(xí)效率。目前兒童教育幼兒教育的方工仍采取一種傳統(tǒng)的“注入式”教學(xué)方式。普遍地存在一種現(xiàn)象，那就是“老師教幾遍，小朋友跟讀幾遍，然后小朋友整齊讀幾遍;兒童教育課，老師在黑板上講，小朋友在下面聽，然后做作業(yè)?！边@種教學(xué)過程太機(jī)械，缺乏引導(dǎo)和啟發(fā)作用，幼兒的動(dòng)手操作能力少之又少，從而促使幼兒的想象力和創(chuàng)造力得不到發(fā)展。為輔助學(xué)生高效、全面的學(xué)習(xí)提供新渠道，利用現(xiàn)有的AI技術(shù)，積極開展互動(dòng)型教育軟件的開發(fā)是非常有必要的

1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀

1.2.1國外教育軟件研究現(xiàn)狀

通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料可以了解到，國外對(duì)于學(xué)習(xí)的的研究取得了很大的進(jìn)展，英國實(shí)施的“M-learning”項(xiàng)目最具代表性?！癕-learning”項(xiàng)目于2002年啟動(dòng)，由世界著名在線教育學(xué)者M(jìn)ike Sharples提出，該項(xiàng)目有英國、意大利等眾多歐洲國家參與，目的是讓人們能夠通過借助便攜設(shè)備來進(jìn)行非正式學(xué)習(xí)，從而為歐洲部分地區(qū)沒有接受教育的人們提供受教育的機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)教育公平。

1.2.2國內(nèi)教育軟件研究現(xiàn)狀

起初，因?yàn)槲覈诮逃浖度胭Y金、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等方面存在的問題，導(dǎo)致教育軟件的研究流于表面，缺乏深度。在2004年左右，國家加大了對(duì)教育軟件項(xiàng)目的支持，給予充足的物質(zhì)保障，再加上與教育軟件有關(guān)技術(shù)的不斷革新，我國在教育軟件的理論方面和實(shí)踐方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在“中國知網(wǎng)”及“萬方數(shù)據(jù)庫”以教育軟件開發(fā)為主題進(jìn)行檢索，將相關(guān)文獻(xiàn)歸納整理后，發(fā)現(xiàn)我國在研究教育軟件的應(yīng)用方面已經(jīng)有了一定的成果，但是在兒童互動(dòng)教育應(yīng)用的學(xué)術(shù)研究是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高年級(jí)的學(xué)生。

二、兒童互動(dòng)教育軟件開發(fā)方法研究

2.1兒童學(xué)習(xí)特點(diǎn)分析

在學(xué)前兒童認(rèn)知方面，具體形象性和不隨意性是學(xué)前兒童，特別是歲兒童的心理過程的典型特征。他們對(duì)外界的認(rèn)知活動(dòng)主要借助感知覺活動(dòng)和表象，抽象概括的能力有限，難以按照自己的目的和計(jì)劃支配各種心理過程和行為，很容易受接觸到的外部事物的影響，兒童心理過程逐步具有抽象性和隨意性。兒童時(shí)期人體的各種感覺、聽覺、視覺等都處于迅速發(fā)展的階段，并且有較強(qiáng)的模仿能力。所以在設(shè)計(jì)互動(dòng)教育軟件時(shí)可以充分認(rèn)識(shí)及利用兒童的這些特點(diǎn)。

2.2軟件需求分析

增強(qiáng)軟件的互動(dòng)型，即兒童與教育者之間的互動(dòng)，還有與學(xué)習(xí)資源之間的交互性，在互動(dòng)氛圍下讓兒童更加積極的參與到學(xué)習(xí)中去?；?dòng)教育軟件中涵蓋的學(xué)習(xí)情景，學(xué)生是可以根據(jù)個(gè)人的喜好來進(jìn)行選擇的。所面臨的用戶群體是兒童，軟件的操作性也應(yīng)是簡(jiǎn)單，使用難度小，上手性強(qiáng)的。

三、兒童互動(dòng)教育軟件設(shè)計(jì)

3.1軟件內(nèi)容設(shè)計(jì)

根據(jù)前面對(duì)軟件及兒童需求做出的分析，在軟件內(nèi)容設(shè)計(jì)上首先是對(duì)情景化的設(shè)計(jì)。情景中可以包括圖影再現(xiàn)、音樂渲染、語言描述。從周圍環(huán)境、日常生活和課堂游戲中認(rèn)識(shí)事物之間的關(guān)系并體會(huì)到兒童教育的重要和有趣。

3.2系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)，主要是為老師或者家長(zhǎng)提供一些知識(shí)參考。繪本劇場(chǎng)模塊，以生動(dòng)有趣的角色形象為兒童營造故事的環(huán)境?；?dòng)閱讀、互動(dòng)探索及互動(dòng)游戲這三個(gè)功能可用在線下教育的模式，讓兒童通過實(shí)物或者模具來開展學(xué)習(xí)內(nèi)容，同樣也可以通過AI技術(shù)模擬實(shí)物，現(xiàn)場(chǎng)將學(xué)習(xí)實(shí)物展現(xiàn)出來，AI全息技術(shù)就是利用物理與光學(xué)原理，把真實(shí)的三維物體，經(jīng)過一系列復(fù)雜的拍攝、記錄與傳輸，展現(xiàn)在觀眾眼前的畫面是一個(gè)真實(shí)的三維場(chǎng)景，這種技術(shù)已經(jīng)可以把傳統(tǒng)的2D平面視頻轉(zhuǎn)化成3D立體視頻實(shí)現(xiàn)真正的寓教于樂。

3.3交互界面設(shè)計(jì)

交互界面就是我們常說的用戶界面，使用者與軟件之間信息交換的對(duì)接口。介于使用者是兒童，所以角色的形象設(shè)置要生動(dòng)。在界面設(shè)計(jì)過程中注意組成統(tǒng)一的界面。AI技術(shù)不僅可以美輪美奐的把人物展示出來，兒童融入其中可以把獨(dú)特的探索優(yōu)勢(shì)或者想象力，通過身臨其境的方式進(jìn)行詳細(xì)實(shí)現(xiàn)，這就較以前的圖片、視頻、更能完美的展示給兒童

四、兒童互動(dòng)教育軟件開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

4.1軟件開發(fā)環(huán)境介紹

1.硬件環(huán)境配置：蘋果MacBook（MA699CH/A）——Intel酷睿2雙核T5600（1.83GHz），內(nèi)存容量512MB。

2.軟件環(huán)境配置：PC操作系統(tǒng)——Mac OS X v10.4.4 Tiger。

開發(fā)工具：Android Studio3.4.1，eclipse2018，Android SDK，JDK1.7

AI技術(shù)需要用到4種軟件來配合：

1）3D Studio Max。

2）Cinema4D。

3）After Effects。

4）unreal engine4

Android的開發(fā)環(huán)境包含兩大要素，一是集成開發(fā)環(huán)境IDE，另一是軟件開發(fā)包SDK。在安裝時(shí)選中Android虛擬設(shè)備，選擇IDE的安裝位置，需要預(yù)留1GB的空間，順次選擇啟動(dòng)界面、Configure、SDK Manager、選中 Android5.0。Android5.0 SDK 下載期間需保證網(wǎng)絡(luò)可以訪問dl.google.com。

4.2主要模塊的界面實(shí)現(xiàn)

4.2.1登錄模塊的實(shí)現(xiàn)

打開本軟件的時(shí)候首先看到的是一段動(dòng)畫片頭，然后播放應(yīng)用介紹，最后進(jìn)入登錄界面。登錄界面一共有兩個(gè)按鈕，“登錄”按鈕和“注冊(cè)”按鈕。注冊(cè)界面只需要用戶提供賬號(hào)和密碼就可以完成注冊(cè)了。

4.2.2知識(shí)模塊的實(shí)現(xiàn)

在知識(shí)模塊中老師或家長(zhǎng)可以選擇進(jìn)入教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)資源、繪本劇場(chǎng)等模塊，系統(tǒng)為兒童提供與相關(guān)的課外知識(shí)。老師或者兒童也可以在繪本劇場(chǎng)模塊中，將自己平常見到的或者想象中的畫面繪畫出來，上傳到系統(tǒng)中。

4.2.3互動(dòng)模塊的實(shí)現(xiàn)

互動(dòng)模塊主要包括互動(dòng)閱讀、互動(dòng)探索、互動(dòng)游戲三個(gè)子模塊，給模塊界面有三個(gè)子按鈕，分別對(duì)應(yīng)這三個(gè)子模塊，兒童可以根據(jù)自己想要的按鈕轉(zhuǎn)跳到子模塊

4.3軟件測(cè)試

4.3.1軟件功能性測(cè)試

戶進(jìn)行系統(tǒng)登錄，當(dāng)輸入用戶名不存在或用戶密碼不正確時(shí)，系統(tǒng)能夠給出提示。并彈出相應(yīng)的報(bào)錯(cuò)提示。當(dāng)用戶所輸入的全部信息都正確的時(shí)候，用戶將進(jìn)入功能頁面。進(jìn)行模塊的功能測(cè)試，測(cè)試軟件能否正常顯示模塊下的學(xué)習(xí)資源內(nèi)容，在測(cè)試時(shí)點(diǎn)選各項(xiàng)模塊下的功能選項(xiàng)，經(jīng)過測(cè)試，系統(tǒng)成功顯示各模塊下的頁的學(xué)習(xí)資源內(nèi)容。

4.3.2軟件性能測(cè)試

主要是對(duì)軟件中所包含的數(shù)據(jù)資源查看、請(qǐng)求處理的能力，經(jīng)過反復(fù)的測(cè)試結(jié)果是理想的。再就是對(duì)在線用戶數(shù)訪問壓力的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果理想，能同時(shí)滿足1000個(gè)以上用戶對(duì)軟件的在線需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾智，丁家永維果茨基教學(xué)與發(fā)展思想述評(píng)外國教育研究，2002，29（11）;23～26.

[2]馮永勝，許楠.基于微信的移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)開發(fā)與設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40（07）：8-11.

（作者單位：大連工業(yè)大學(xué)）