人工智能在創(chuàng)客教育教學(xué)中的應(yīng)用

毛新悅

［摘 要］為了貫徹落實(shí)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提高學(xué)生對(duì)人工智能的認(rèn)知與應(yīng)用能力，發(fā)展學(xué)生的思維、辨別與實(shí)踐能力，江蘇蘇州市敬文實(shí)驗(yàn)小學(xué)校提出以開(kāi)源機(jī)器人“零錢機(jī)器人”創(chuàng)作為例的人工智能創(chuàng)客教育活動(dòng)。在活動(dòng)中，組織開(kāi)展“人工智能創(chuàng)客班”，將人工智能技術(shù)作為創(chuàng)客教育活動(dòng)支持，同時(shí)基于自主創(chuàng)作、實(shí)踐操作，支持學(xué)生展開(kāi)一系列的自主探索行為，以期能夠讓學(xué)生在趣味十足的活動(dòng)中完成自主創(chuàng)作，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)客素養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］創(chuàng)客教育；人工智能應(yīng)用；機(jī)器人制作

［中圖分類號(hào)］ G622.3［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1007-9068（2023）15-0090-03

《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》要求：“要實(shí)施全面智能教育項(xiàng)目，在小學(xué)階段開(kāi)設(shè)人工智能與相應(yīng)課程，推廣編程教育、創(chuàng)新創(chuàng)造教育?！被诖朔N背景，創(chuàng)客教育落地生根，逐漸滲透于小學(xué)各個(gè)年級(jí)段課程體系中，通過(guò)軟、硬、智、造四大媒介構(gòu)成創(chuàng)客課程。開(kāi)源機(jī)器人是創(chuàng)客課程中的主要內(nèi)容之一，機(jī)器人制作活動(dòng)靈活，能夠融入人工智能技術(shù)，為學(xué)生的機(jī)器人制作提供更多技術(shù)素材，啟蒙學(xué)生的人工智能意識(shí)，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)客操作能力，為學(xué)生今后的成長(zhǎng)與發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一、設(shè)置課前任務(wù)，激發(fā)學(xué)生探索興趣

創(chuàng)客課程中應(yīng)用人工智能，涉及較多的學(xué)科內(nèi)容，且制作過(guò)程較為復(fù)雜，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，若在課堂上展開(kāi)教學(xué)全過(guò)程，則會(huì)影響學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)作活動(dòng)，壓縮學(xué)生的動(dòng)手操作時(shí)間。教師根據(jù)開(kāi)源機(jī)器人“零錢機(jī)器人”課程內(nèi)容，提出“課前+課上+課后+課終”的課程結(jié)構(gòu)，引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法，提出明確具體的課前任務(wù)，讓學(xué)生借助互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、微課視頻獲取關(guān)于人工智能、機(jī)器人制作方面的資料，以豐富資源激發(fā)學(xué)生興趣，為課上機(jī)器人的創(chuàng)作與實(shí)操做好準(zhǔn)備。

【課前環(huán)節(jié)】

教師根據(jù)學(xué)校的創(chuàng)客機(jī)器人學(xué)習(xí)條件——具備多媒體教室、有現(xiàn)成的創(chuàng)客機(jī)器人微課視頻資源、機(jī)器人制作工具豐富，搭建翻轉(zhuǎn)課堂模式，讓學(xué)生在課前通過(guò)線上平臺(tái)觀看微課視頻——“創(chuàng)客零錢機(jī)器人”，并布置課前學(xué)習(xí)任務(wù)：（1）了解人工智能存錢罐結(jié)構(gòu)；（2）理解機(jī)器人的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)工作原理；（3）掌握機(jī)器人中傳感器的設(shè)置及其工作原理；（4）了解更多的人工智能機(jī)器人成果。通過(guò)布置課前學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)就有了明確的目標(biāo)任務(wù)，為達(dá)成教學(xué)目標(biāo)做好了充分的準(zhǔn)備。

微課視頻生動(dòng)有趣地講解了“零錢機(jī)器人”的功能、作用與創(chuàng)意思想，為學(xué)生演示了智能存錢罐機(jī)器人操作的全過(guò)程，激發(fā)了學(xué)生的好奇心與學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生紛紛記錄視頻中機(jī)器人創(chuàng)作的重點(diǎn)步驟，得到結(jié)論為：（1）創(chuàng)作機(jī)器人，需要設(shè)計(jì)機(jī)器人的功能，每項(xiàng)功能都要有相應(yīng)的軟硬件支撐，不能盲目加功能，以防現(xiàn)有條件難以實(shí)現(xiàn)；（2）需要根據(jù)不同功能選擇合適的傳感器，編輯不同的人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)，需要對(duì)可視化編程語(yǔ)言進(jìn)行初步學(xué)習(xí)了解；（3）機(jī)器人制作完成后，需要進(jìn)行多次反復(fù)的實(shí)驗(yàn)操作，以驗(yàn)證機(jī)器人的功能和運(yùn)行功能，對(duì)不完善的地方進(jìn)行改進(jìn)和提高。至此，學(xué)生初步形成設(shè)計(jì)思路，剩下的只待學(xué)生在課堂活動(dòng)中實(shí)踐與操作。

教師設(shè)置課前任務(wù)，學(xué)生根據(jù)教師提供的微課視頻展開(kāi)課前線上的自主學(xué)習(xí)，在觀看視頻的過(guò)程中大致了解了開(kāi)源機(jī)器人制作的過(guò)程與思路，同時(shí)對(duì)“零錢機(jī)器人”產(chǎn)生一定的設(shè)想與設(shè)計(jì)想法，對(duì)不懂不清楚的地方，能夠自行上網(wǎng)進(jìn)行資料查詢和問(wèn)題解決，積累了一定的相關(guān)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，有的甚至動(dòng)手進(jìn)行了某個(gè)功能的試驗(yàn)性搭建，這些準(zhǔn)備工作都為之后的課堂創(chuàng)客實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。在本階段中，學(xué)生能夠在課前就了解人工智能的有關(guān)元器件：傳感器，初步形成人工智能認(rèn)知，能夠更好地投入到創(chuàng)客活動(dòng)的自主創(chuàng)作中。

二、課上提出假設(shè)，支持學(xué)生設(shè)計(jì)方案

課堂環(huán)節(jié)主要是尊重學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，讓學(xué)生根據(jù)課前學(xué)習(xí)成果，結(jié)合自己對(duì)人工智能、智能機(jī)器人及其原理的認(rèn)知，展開(kāi)分析、設(shè)計(jì)、實(shí)踐操作的過(guò)程。教師根據(jù)班級(jí)學(xué)生的課前學(xué)習(xí)情況，考慮到創(chuàng)客課程探索性、實(shí)踐性的特征，提出“以小組為單位完成項(xiàng)目任務(wù)”的課上活動(dòng)形式，明確這一環(huán)節(jié)的活動(dòng)需求，提醒各小組分好工，各司其職、各盡其能，共同合作完成任務(wù)。至此，教師將課堂空間讓給學(xué)生，自己扮演引導(dǎo)者、激勵(lì)者的角色，使學(xué)生在課堂中能夠發(fā)揮主觀能動(dòng)性，通過(guò)交流、互助，在教師的指導(dǎo)下自主操作完成項(xiàng)目。

【課上環(huán)節(jié)】

開(kāi)源機(jī)器人“零錢機(jī)器人”是本校創(chuàng)客課程教材的主要內(nèi)容，目的是提高學(xué)生在制作AI人工智能實(shí)用器具方面的動(dòng)腦和動(dòng)手綜合能力。學(xué)生需要在完成課前學(xué)習(xí)之后，經(jīng)歷課堂互動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和分組制作作品這兩個(gè)環(huán)節(jié)。教師可以設(shè)計(jì)以下的教學(xué)活動(dòng)：提出機(jī)器人假設(shè)—小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

教師為學(xué)生準(zhǔn)備充足的器材與設(shè)備，包括3D打印機(jī)、美工刀、鉗子、螺絲刀、手鋸、兒童電鉆、松木板、瓦楞紙、打印材料、掌控板、ARDUINO、核心板拓展板、RGB燈帶、超聲波傳感器、減速電機(jī)、舵機(jī)、輪子、電腦等，并提出要求：“請(qǐng)大家根據(jù)課前的微課學(xué)習(xí)結(jié)果，以小組為單位，提出你的‘零錢機(jī)器人設(shè)想。”這一要求的目的是鼓勵(lì)學(xué)生拓展思路，設(shè)想“零錢機(jī)器人”的功能，為之后形成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案儲(chǔ)備材料。學(xué)生紛紛思考與交流，根據(jù)自己對(duì)存錢罐的認(rèn)知及微課視頻中的作品展示，提出設(shè)想。

教師提出創(chuàng)客活動(dòng)要求：“請(qǐng)大家根據(jù)自己的設(shè)想，以小組為單位，交流設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，完善你的