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小學人工智能實驗室建設方案

發布時間 :2021-06-11

1.方案簡介
 
1.1 普教人工智能教育介紹
 
人工智能是通過智能機器延伸、增強人類改造自然和治理社會能力的新興技術。近年來,人工智能的發展呈現出深度學習、跨界融合、人機協同等新特征,推動了社會各領域從數字化、網絡化相智能化的躍升,深刻改變著人們的生活方式和思維模式。普教人工智能教育是針對人工智能的發展特征,從基礎知識與應用、簡單人工智能模塊搭建及開發等方面進行人工智能技術的普及教育。通過對人工智能技術的學習,學生應該了解人工智能的發展歷程及概念,能描述典型人工智能算法的實現過程,通過搭建簡單的人工智能應用模塊,親歷設計與實現簡單智能系統的基本過程與方法,增強利用智能技術服務人類發展的責任感
 
1.2 普教人工智能教育重點
 
(1)描述人工智能的概念與基本特征;知道人工智能的發展歷程、典型應用與趨勢。
(2)通過剖析具體案例,了解人工智能的核心算法(如啟發式搜索、決策樹等),熟悉智能技術應用的基本過程和實現原理。
(3)知道特定領域(如機器學習)人工智能應用系統的開發工具和開發平臺,通過具體案例了解這些工具的特點、應用模式及局限性。
(4)利用開源人工智能應用框架,搭建簡單的人工智能應用模塊,并能根據實際需求配置適當的環境、參數及自然交互方式等。
(5)通過智能系統的應用體驗,了解社會智能化所面臨的倫理及安全挑戰,知道信息系統安全的基本方法和措施,增強安全防火意識和責任感。
(6)辯證認識人工智能對人類社會未來發展的巨大價值和潛在威脅,自覺維護和遵守人工智能社會化應用的規范和法規。
 
 
2.1 空間設計-小學人工智能實驗室
 

為配合學校《人工智能初步》課程的開設,建設人工智能初步實驗室,并提供相關軟硬件支持,為學生們創造動手實踐的場地空間。標準的人工智能初步實驗室效果圖下圖2-1所示,實驗室整體空間為1間12*8米標準教室,配備有典型的人工智能應用場景沙盤-智能家居沙盤一臺,學生桌椅及教學電腦若干,可供30名學生同時上課實驗。
  

2.2 硬件-核心硬件介紹
 
2.2.1 人工智能學習套件
 
對于中小學生來說,對于人工智能的學習應該更多的集中在各種數據(語音數據、圖像數據、傳感器數據)的采集,以及對識別后的數據進行處理,讓學生直觀的感受到人工智能技術為我們的生活帶來的改變。

飛瑞敖K12-G02-02型人工智能學習套件,將各種人工智能硬件(語音識別模塊,圖像識別模塊)以模塊的形式展現出來,方便學生學習和使用,同時,每組套件自成網絡,多組套件學習互不干擾。配合本方案配套的教學資源,可以展開豐富的教學活動。
 2.2.2 人工智能開發沙盤-智能農業

產品概述
K12-P01-12型人工智能開發沙盤-智能農業結構部分由不銹鋼底座和亞克力農業實景模型兩部分組成。模型由溫室大棚區和農產品深加工區兩部分組成。
溫室大棚區模擬了一個溫室大棚場景,可以進行普通作物培養和無土栽培試驗。該區域安裝有多個傳感器及控制器節點,各個節點通過Zigbee網絡相連,把數據匯集到網關,用戶可以連接到網關對設備進行操作。通過這個經典的物聯網技術運用可以采集作物生長的數據(如土壤溫濕度、光照等),也可以控制設備對作物進行補光、遮陽、滴灌、通風等操作。系統管理軟件安裝和運行在PC端上,各設備數據保存在網關中,用戶可以通過我司的API接口調用和控制設備。
農產品深加工區運用了人工智能相關技術,科普了農作物的現代化加工與溯源過程。該區域深入淺出的介紹了圖像識別技術和機械臂控制在農作物采摘過程中的運用、無人駕駛在產品運輸過程中的運用、RFID技術在農產品溯源中的運用等。該區域的設備均開放控制接口給用戶,用戶可通過調用我司的API接口調用和控制設備。


2.2.3 機器人標準版

1)套件概述
作為普教類創客教育的典型產品,機器人標準版是在基于Arduino uno 主控板的基礎上設計開發的一款新型機器人套件,集合了人工智能、計算機技術、工程學和機械學等多學科知識,可用于機器人比賽及教育教學,同時也適合開展多種類型的機器人創新實驗,完全實現自主學習和解決在認知機器人方面的各種問題。
利用本套件,可支持學校開展機器人的入門教學,如簡單機械拼裝、電路搭建、圖形化編程等入門課程,同時也可學習音樂會、絢麗的城市、大魚吃小魚、智能路燈、聲音的力量、表情的魅力、智能彈球、運動的魅力、無線遙控、安全第一、防盜報警器、賽道達人、靈活的機器人、玩轉多才多藝的機器人、數學小能手等創客作品的制作。套件采用無需外部接線的總線式模塊和統一的通訊方式,且采用基于Scratch2.0 二次開發的圖形化編程軟件Robo3,可支持Arduino IDE ,也可支持手機端控制軟件和編程操作APP 等操控。同時,套件還支持Python編程,大大拓展了人工智能在創客教育的覆蓋面。
除此之外,套件還提供拼裝案例紙質說明書、拼裝視頻、巡線走迷宮案例、正規出版社配套教材、圖形化編程軟件詳細說明等教學資源,為套件教學體系的搭建提供了可能和平臺。

 

2.2.4 四旋翼無人機

無人機實訓設備配置自主研發的專業飛控,由多種傳感器將飛行器本身的姿態數據傳回飛控,再由飛控通過運算和判斷下達指令,由執行機構完成動作和飛行姿態調整。學生通過學習傳感器、機載計算機和伺服作動設備三大部分,實現的功能主要有無人機姿態穩定和控制、無人機任務設備管理和應急控制,也可以在飛控學習的過程中了解無人機的多種控制方法最終達到運用無人機完成各種場景的實際任務.
無人機實訓設備采用輕量化材料設計,在減輕機身重量的同時保證了機身的安全性和實用性、同時加大了載重量,為多場景的運用提供了更大的可能。
無人機教學訓練設備裝配的各種傳感器,包括GPS、氣壓計、陀螺儀、指南針以及地磁感應等,可以精準采集角速率、姿態、位置、加速度、高度和空速等。
遙控器利用專屬算法保證信號傳輸的穩定性、材料制作和設計上都保證了安全性。
無刷電機在保證節能的同時,較一般電機使用壽命增加2倍以上。
穿越無人機設備在飛行速度上有了突破,能夠達到最高140km/h的時速,自主研發的機身設計也能保證飛行過程中飛機動作的流暢性和穩定性。
完整詳盡的實驗指導書,并提供無人機組裝到飛行的所有資料供學生學習和開發。
無人機實訓設備緊密圍繞無人機應用技術專業培訓計劃教學大綱進行設計,可以滿足無人機原理及裝配、無人機檢修,無人機駕駛操控、無人機數據處理等無人機應用技術專業的專業課程實驗開設。


2.2.5 交互魔鏡

交互魔鏡主要應用了先進的體感技術。交互魔鏡設計理念是要建立創新、創意、創業的“三創”文化氛圍以及能力,設計一個科技感強,體驗感強,給學生發揮無盡創意的空間,滿足學生進行探究式學習、項目式學習和開展創造性學習活動的學習空間,鼓勵學生通過真實的任務開展學習,在項目學習和實施中培養學生的團隊意識和合作能力,培養領導力。通過提供跨學科的學習以及多種技術手段的應用培養學生創造性表達的能力,包括項目構思、項目執行、實際開發、測試、發布、展示等。體感技術可以給學生的“學習方式”帶來新的思考,讓抽象的教學概念更加容易理解,可以激發學生對人工智能、智能人機交互,新技術創意的興趣,帶來實踐與理論、知識與思維、現實與未來三方面的相互結合。 

2.4 教材-人工智能(初級版)

飛瑞敖七位一體人工智能教育服務配套教材-《人工智能(初級版)》由業內權威專家執筆主編,采用先進的PBL(項目式學習)思維,每一個章節都由一個項目組成,情景化,代入感強,由淺入深的引領學生學習人工智能的來龍去脈和典型應用案例,可讀性強,趣味性高,非常適合用作小學階段學生學習。
 


2.5 課程體系

飛瑞敖根據課標要求,結合小學生特點,配合教材和硬件,精心設計了一系列課程體系(如下表所示),并配套有完整的教案,課件及實訓手冊,省去老師備課工作
 

序號課程名稱類型課時數教學目標
1初識人工智能理論11.了解人工智能的定義、主要流派及其發展歷史
2.了解人工智能技術包括了什么,如:機器學習、自然語言處理、計算機視覺、人機交互、增強現實&虛擬現實
3.了解人工智能在零售、家居、農業、交通、公共安全、創作方面的應用
2歡迎來到小飛同學的智能家居理論
演示
11.了解智能家居
2.了解智能燈光系統
3.學會使用scratch
4.通過編程實現讓“小飛同學”說出歡迎語
3動畫角色動起來練習0.51.了解動畫角色、畫板;
2.嘗試讓動畫角色動起來。
4聲音練習0.51.了解聲音積木(原生態積木、結合了百度語音的積木)
2.讓角色說話。
5廣播消息練習0.51.學習廣播消息積木的使用方法;
2.使用廣播消息積木讓動畫角色完成不同的任務。
6重復執行練習0.51.了解重復執行積木。
2.嘗試用重復執行積木完成任務。
7如果...練習0.51.了解不同的如果..積木;
2.嘗試用不同的如果..積木完成任務。
8隨機移動練習0.51.了解如何讓動畫角色完成隨機移動;
2.嘗試用如果、坐標積木來讓動畫角色完成隨機移動。
9停止練習0.51.了解讓程序停止的意義;
2.嘗試讓自己編寫的程序可以在不同的情況下停止。
10計時器練習0.51.了解計時器的使用方法;
2.嘗試用計時器完成任務。
11變量練習0.51.了解變量的意義;
2.嘗試用變量積木完成編程任務。
12流程圖練習0.51.了解流程圖的意義;
2.嘗試繪制一個小游戲的流程圖。
13制作小游戲(1)練習1運用這個學期所學的知識,完成一個小游戲的制作。
14制作小游戲(2)練習1運用這個學期所學的知識,完成一個小游戲的制作。
15嘗試制作智能燈光系統演示
練習
11.了解scratch中各個編程模塊的意義和用途
2.了解硬件模塊
3.通過動手制作模型實現歡迎模式的燈光效果
16給智能燈光系統增添更多顏色演示
練習
11.了解RGB色彩的原理及RGB模塊的使用方法
2.嘗試通過控制RGB模塊,給燈光系統增加更多的色彩
17讓窗簾自己動起來演示
練習
11.了解光照系統
2.了解怎么控制窗簾
3.學習使用光照傳感器控制窗簾的開關
18讓光照系統更加智能演示
練習
11.了解模擬信號和數學信號的區別
2.學習使用聲音傳感器控制燈光系統
3.學習“函數”的概念,給燈光系統創建不同1的工作模式
19冬暖夏涼的溫控系統演示
練習
11.了解溫濕度傳感器
2.了解溫控系統
3.通過編程實現播報溫濕度
20智能的溫控系統演示
練習
11.了解語音控制的原理及使用方法
2.嘗試用不同的方式控制風扇
21天氣報告機器人理論
演示
11.了解套接字技術的原理
2.通過套接字技術實現天氣預報機器人
22拓展:和機器人聊天理論
演示
11.了解聊天機器人的原理
2.實現聊天機器人
23初識智能安防系統演示
練習
11.了解安防系統
2.了解門禁系統
3.學習使用門禁系統需要用的傳感器,并搭建模型實現門系系統
24讓家里的門認得自己的臉演示
練習
11.了解人臉識別的原理
2.嘗試實現人臉識別
3.制作門的模型
25刷臉開門演示
練習
21.復習人臉識別的原理
2.學習通過編程,實現刷臉開門
26我的智能家居練習21.回顧之前學習過的智能家居的知識;
2.設計自己的智能家居系統;
3.通過編程實現自己設計的智能家居系統。
27智能小車理論
練習
21.了解智能小車可以在智能農業中發揮什么作用;
2.學習如何控制智能小車。
28機械臂理論
練習
21.了解機械臂在智能農業中能夠發揮什么作用;
2.學習如何控制智能小車。
29溯源系統理論
練習
21.了解智能農業中的溯源系統;
2.嘗試用高頻卡實現簡單的溯源。
30智慧農業系統練習
分享
2設計&制作自己的智能農業系統,并向同學們分享自己制作的系統。
31人工智能的倫理與安全理論11.了解人工智能產生的倫理問題,及人工智能的發展給人類帶來的挑戰
2.了解人工智能技術會產生哪些方面的安全隱患及其原因
3.了解防患方法和相關法律法規。
合計32課時

2.6 培訓服務

飛瑞敖清醒的意識到,現在普教開展人工智能教育最大的瓶頸在于師資力量的嚴重匱乏,因此,飛瑞敖提供可開展形式多樣的師資培訓,學生培訓活動,形式和具體時間安排,可根據項目需求,詳細制定。

 

2.7 創飛谷-在線學習平臺

飛瑞敖創飛谷普教人工智能在線學習平臺已經正式上線(c.chuangfeigu.com),該平臺的上線使得更多的人可以隨時隨地在線進行學習,線上提供豐富的視頻和課件資源,大大擴充了學習的空間和時間,歡迎大家登錄體驗。



中小學人工智能課程服務

中小學人工智能課程服務


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