人工智能課堂綜合實戰(zhàn)——AI智能秤

主講人：呂啟剛

呂啟剛 浙江省舟山市定海小學(xué)信息技術(shù)教師，定海區(qū)名教師，之江匯教育廣場省級講師團(tuán)講師，舟山市“技術(shù)與教學(xué)融合應(yīng)用聯(lián)盟”優(yōu)秀講師，從事創(chuàng)客教學(xué)多年，開發(fā)的多門創(chuàng)客拓展性課程在省市級評比中獲獎，長期輔導(dǎo)學(xué)生參加電腦制作比賽、機(jī)器人比賽和科技節(jié)比賽，比賽成績出色。2018學(xué)年開始在信息技術(shù)課堂中開展人工智能編程教學(xué)。

教學(xué)背景

人工智能教學(xué)正在中小學(xué)信息技術(shù)課堂或拓展課、興趣課中普及，筆者在小學(xué)高年級開展人工智能編程教學(xué)，學(xué)生主要學(xué)習(xí)語音播報、語音識別、文字識別、物體識別和機(jī)器學(xué)習(xí)等基礎(chǔ)知識。用圖形化編程平臺學(xué)習(xí)人工智能，學(xué)生既體驗了人工智能技術(shù)，還提高了編程的水平，有益于提升信息技術(shù)素養(yǎng)。

學(xué)習(xí)了人工智能基礎(chǔ)知識后，我們開始進(jìn)入綜合項目應(yīng)用階段，項目的主題是“AI智能秤”。項目的主要要求是：運用人工智能技術(shù)制作一款無人值守的智能秤，能夠?qū)崿F(xiàn)自動識別商品、自動稱量重量并計算金額等功能。這個項目對小學(xué)生要求較高，建議以小組的形式開展，4個學(xué)生為一組。本課涉及的知識點和內(nèi)容都比較多，因此本課的教學(xué)課時建議為兩課時。

教學(xué)目標(biāo)

知識與技能 掌握重量傳感器的使用方法，掌握Mind+軟件中AI圖像識別的使用方法，能夠結(jié)合使用Mind+實時模式和上傳模式。

過程與方法 用小組協(xié)作的方式，運用以前學(xué)習(xí)的知識（語音播報、圖像識別、micro：bit無線通信等）開展AI智能秤項目制作。

情感態(tài)度與價值觀 通過項目制作，學(xué)生認(rèn)識到人工智能將會給未來的生活帶來很大的變化，了解學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)的深刻意義。

教學(xué)重點和難點

教學(xué)重點 AI圖像識別功能的使用，micro：bit板之間的通信和重量傳感器的使用。

教學(xué)難點 編程實現(xiàn)智能秤識別水果，并根據(jù)接收到的重量數(shù)據(jù)來計算價格和總金額的功能。

教學(xué)準(zhǔn)備

micro：bit板2個，micro：bit擴(kuò)展板1個，攝像頭和耳麥（揚聲器）各1個（根據(jù)機(jī)房情況配備），重量傳感器模塊（電子秤）1個，數(shù)字大按鈕模塊3個，3mm椴木板若干，學(xué)生自帶特征明顯的水果若干。

教學(xué)過程

一、項目引入

教師用PPT展示一張水果店的圖片。

師：快過年了，小區(qū)水果店老板發(fā)愁店里人手不夠，稱重和收款忙不過來。這時，呂老師正好去買水果，得知水果店人手不夠，就拍拍胸脯說：“這事包在我身上，回實驗室給你弄一個會自動稱水果的智能秤?！眳卫蠋熁氐綄嶒炇液?，想來想去，想不出應(yīng)該做一個什么樣的秤，這下好了，牛皮已經(jīng)吹出去了，怎么辦？同學(xué)們，你們能幫老師一起來完成這個項目嗎？

學(xué)生小組討論，分析項目需求及智能秤需要哪些功能，然后用思維導(dǎo)圖的形式展現(xiàn)。

二、項目準(zhǔn)備

師：確定項目后，接下來我們要做的是組員分工、列出材料清單。老師給每個小組準(zhǔn)備了micro：bit板、重量傳感器模塊、數(shù)字大按鈕模塊等材料。請大家根據(jù)項目需求列好清單，并討論本項目需要用到哪些我們已經(jīng)掌握的技術(shù)，需要設(shè)置哪些變量，完成相關(guān)表格。

學(xué)生根據(jù)教師的要求，開始分工，然后列出材料清單。列好清單后，開始討論實現(xiàn)項目需要的功能需要用到哪些技術(shù)和變量，并完成項目需求技術(shù)與材料表、項目需求變量表。

三、項目難點突破

1.如何通過無線通信發(fā)送稱重數(shù)據(jù)到電腦

師：電腦端實時模式下沒有稱重程序模塊，如何獲取稱重數(shù)據(jù)呢？我們可以借用無線通信來實現(xiàn)。在稱重裝置和電腦間，我們添加2塊micro：bit板，稱重裝置端連接的micro：bit板用上傳模式，電腦端連接的micro：bit板用實時模式。將2塊micro：bit板設(shè)置成相同的無線頻道，并打開無線通信，就可以實時傳送數(shù)據(jù)。

然后，接入重量傳感器。對照線路連接圖接好線，如圖1。這里要特別注意模塊的DOUT和SCK分別接在哪個引腳。

編寫程序?qū)崿F(xiàn)讀取傳感器值的功能，例如按下按鈕，發(fā)送重量傳感器的值，如圖2。

教師還可以引導(dǎo)學(xué)生再安裝幾個功能按鈕，豐富智能秤的功能，例如清零、支付等（可通過無線通信發(fā)送一個特定字符來實現(xiàn)）。

學(xué)生開始安裝測試重量傳感器，并嘗試讓電腦端讀取到稱重裝置發(fā)送過來的重量數(shù)值，存儲到變量中。

2.電腦如何識別水果

師：如何讓電腦認(rèn)識水果，是本項目的關(guān)鍵，可以通過“AI圖像識別”程序擴(kuò)展來實現(xiàn)。當(dāng)電腦端接收到無線數(shù)據(jù)時，開始圖像識別，識別的類型是“植物”，然后根據(jù)識別的結(jié)果，給變量“水果”賦值相應(yīng)的水果名稱，實現(xiàn)自動識別，如圖3。

3.水果價格的計算

師：怎樣才能實現(xiàn)水果價格的計算？我們要事先設(shè)置好各種水果的名稱及價格，然后根據(jù)傳輸獲取的重量值及攝像頭自動識別的水果名稱，就能計算出來，并且通過語音播報來實現(xiàn)。請同學(xué)們小組討論一下，合作設(shè)計計算并顯示和播報價格的程序。

學(xué)生小組合作，開始設(shè)計程序。

四、項目完善

學(xué)生根據(jù)自己的需求，進(jìn)行項目制作，并進(jìn)一步完善。

師：同學(xué)們的項目都完成得怎么樣了？初步完成的小組可以給大家展示一下，邀請其他組的同學(xué)體驗?zāi)銈兊捻椖俊⑴c體驗的同學(xué)要從項目的創(chuàng)新性、穩(wěn)定性、功能等方面進(jìn)行簡單的評價。

學(xué)生以小組為單位展示項目，邀請其他同學(xué)提出評價建議。

交流展示后，每個小組組內(nèi)討論總結(jié)，協(xié)商如何進(jìn)一步改進(jìn)，再根據(jù)協(xié)商的改進(jìn)方案進(jìn)一步完善項目。

五、交流分享

師：我們的項目已經(jīng)基本完工了，大家做得非常棒。接下來，我們開始評選優(yōu)秀項目，每組有3張點贊卡，請把點贊卡送給3個你們認(rèn)為最優(yōu)的項目。最終根據(jù)點贊卡的數(shù)量，我們選出3個最受好評的項目。

教學(xué)反思

本課是一節(jié)綜合應(yīng)用課，通過人工智能項目實戰(zhàn)，學(xué)生進(jìn)一步鞏固所學(xué)的語音播報、圖像識別、無線傳輸、邏輯和計算等人工智能技術(shù)相關(guān)知識。由于項目有一定難度，所以采用了小組合作的形式，并且安排兩課時的時間，讓學(xué)生有充分的時間準(zhǔn)備、探究和制作，以保證項目順利實施。項目實施過程中，教師要密切關(guān)注各小組內(nèi)如何分工，避免組員包辦或無事可干的情況發(fā)生，確保讓每一個學(xué)生都參與進(jìn)來，體驗項目實施帶來的樂趣和成就感。

（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）