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小学人工智能实验室建设方案

发布时间：2021-06-11

1.方案简介

1.1 普教人工智能教育介绍

人工智能是通过智能机器延伸、增强人类改造自然和治理社会能力的新兴技术。近年来，人工智能的发展呈现出深度学习、跨界融合、人机协同等新特征，推动了社会各领域从数字化、网络化相智能化的跃升，深刻改变着人们的生活方式和思维模式。普教人工智能教育是针对人工智能的发展特征，从基础知识与应用、简单人工智能模块搭建及开发等方面进行人工智能技术的普及教育。通过对人工智能技术的学习，学生应该了解人工智能的发展历程及概念，能描述典型人工智能算法的实现过程，通过搭建简单的人工智能应用模块，亲历设计与实现简单智能系统的基本过程与方法，增强利用智能技术服务人类发展的责任感

1.2 普教人工智能教育重点

（1）描述人工智能的概念与基本特征；知道人工智能的发展历程、典型应用与趋势。

（2）通过剖析具体案例，了解人工智能的核心算法（如启发式搜索、决策树等），熟悉智能技术应用的基本过程和实现原理。

（3）知道特定领域（如机器学习）人工智能应用系统的开发工具和开发平台，通过具体案例了解这些工具的特点、应用模式及局限性。

（4）利用开源人工智能应用框架，搭建简单的人工智能应用模块，并能根据实际需求配置适当的环境、参数及自然交互方式等。

（5）通过智能系统的应用体验，了解社会智能化所面临的伦理及安全挑战，知道信息系统安全的基本方法和措施，增强安全防火意识和责任感。

（6）辩证认识人工智能对人类社会未来发展的巨大价值和潜在威胁，自觉维护和遵守人工智能社会化应用的规范和法规。

2.1 空间设计-小学人工智能实验室

为配合学校《人工智能初步》课程的开设，建设人工智能初步实验室，并提供相关软硬件支持，为学生们创造动手实践的场地空间。标准的人工智能初步实验室效果图下图2-1所示，实验室整体空间为1间12*8米标准教室，配备有典型的人工智能应用场景沙盘-智能家居沙盘一台，学生桌椅及教学电脑若干，可供30名学生同时上课实验。

2.2 硬件-核心硬件介绍

2.2.1 人工智能学习套件

对于中小学生来说，对于人工智能的学习应该更多的集中在各种数据（语音数据、图像数据、传感器数据）的采集，以及对识别后的数据进行处理，让学生直观的感受到人工智能技术为我们的生活带来的改变。

飞瑞敖K12-G02-02型人工智能学习套件，将各种人工智能硬件（语音识别模块，图像识别模块）以模块的形式展现出来，方便学生学习和使用，同时，每组套件自成网络，多组套件学习互不干扰。配合本方案配套的教学资源，可以展开丰富的教学活动。
2.2.2 人工智能开发沙盘-智能农业

产品概述
K12-P01-12型人工智能开发沙盘-智能农业结构部分由不锈钢底座和亚克力农业实景模型两部分组成。模型由温室大棚区和农产品深加工区两部分组成。
温室大棚区模拟了一个温室大棚场景，可以进行普通作物培养和无土栽培试验。该区域安装有多个传感器及控制器节点，各个节点通过Zigbee网络相连，把数据汇集到网关，用户可以连接到网关对设备进行操作。通过这个经典的物联网技术运用可以采集作物生长的数据（如土壤温湿度、光照等），也可以控制设备对作物进行补光、遮阳、滴灌、通风等操作。系统管理软件安装和运行在PC端上，各设备数据保存在网关中，用户可以通过我司的API接口调用和控制设备。
农产品深加工区运用了人工智能相关技术，科普了农作物的现代化加工与溯源过程。该区域深入浅出的介绍了图像识别技术和机械臂控制在农作物采摘过程中的运用、无人驾驶在产品运输过程中的运用、RFID技术在农产品溯源中的运用等。该区域的设备均开放控制接口给用户，用户可通过调用我司的API接口调用和控制设备。

2.2.3 机器人标准版

1）套件概述
作为普教类创客教育的典型产品，机器人标准版是在基于Arduino uno 主控板的基础上设计开发的一款新型机器人套件，集合了人工智能、计算机技术、工程学和机械学等多学科知识，可用于机器人比赛及教育教学，同时也适合开展多种类型的机器人创新实验，完全实现自主学习和解决在认知机器人方面的各种问题。
利用本套件，可支持学校开展机器人的入门教学，如简单机械拼装、电路搭建、图形化编程等入门课程，同时也可学习音乐会、绚丽的城市、大鱼吃小鱼、智能路灯、声音的力量、表情的魅力、智能弹球、运动的魅力、无线遥控、安全第一、防盗报警器、赛道达人、灵活的机器人、玩转多才多艺的机器人、数学小能手等创客作品的制作。套件采用无需外部接线的总线式模块和统一的通讯方式，且采用基于Scratch2.0 二次开发的图形化编程软件Robo3，可支持Arduino IDE ，也可支持手机端控制软件和编程操作APP 等操控。同时，套件还支持Python编程，大大拓展了人工智能在创客教育的覆盖面。
除此之外，套件还提供拼装案例纸质说明书、拼装视频、巡线走迷宫案例、正规出版社配套教材、图形化编程软件详细说明等教学资源，为套件教学体系的搭建提供了可能和平台。

2.2.4 四旋翼无人机

无人机实训设备配置自主研发的专业飞控，由多种传感器将飞行器本身的姿态数据传回飞控，再由飞控通过运算和判断下达指令，由执行机构完成动作和飞行姿态调整。学生通过学习传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分，实现的功能主要有无人机姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制，也可以在飞控学习的过程中了解无人机的多种控制方法最终达到运用无人机完成各种场景的实际任务.
无人机实训设备采用轻量化材料设计，在减轻机身重量的同时保证了机身的安全性和实用性、同时加大了载重量，为多场景的运用提供了更大的可能。
无人机教学训练设备装配的各种传感器，包括GPS、气压计、陀螺仪、指南针以及地磁感应等，可以精准采集角速率、姿态、位置、加速度、高度和空速等。
遥控器利用专属算法保证信号传输的稳定性、材料制作和设计上都保证了安全性。
无刷电机在保证节能的同时，较一般电机使用寿命增加2倍以上。
穿越无人机设备在飞行速度上有了突破，能够达到最高140km/h的时速，自主研发的机身设计也能保证飞行过程中飞机动作的流畅性和稳定性。
完整详尽的实验指导书，并提供无人机组装到飞行的所有资料供学生学习和开发。
无人机实训设备紧密围绕无人机应用技术专业培训计划教学大纲进行设计，可以满足无人机原理及装配、无人机检修，无人机驾驶操控、无人机数据处理等无人机应用技术专业的专业课程实验开设。

2.2.5 交互魔镜

交互魔镜主要应用了先进的体感技术。交互魔镜设计理念是要建立创新、创意、创业的“三创”文化氛围以及能力，设计一个科技感强，体验感强，给学生发挥无尽创意的空间，满足学生进行探究式学习、项目式学习和开展创造性学习活动的学习空间，鼓励学生通过真实的任务开展学习，在项目学习和实施中培养学生的团队意识和合作能力，培养领导力。通过提供跨学科的学习以及多种技术手段的应用培养学生创造性表达的能力，包括项目构思、项目执行、实际开发、测试、发布、展示等。体感技术可以给学生的“学习方式”带来新的思考，让抽象的教学概念更加容易理解，可以激发学生对人工智能、智能人机交互，新技术创意的兴趣，带来实践与理论、知识与思维、现实与未来三方面的相互结合。

2.4 教材-人工智能（初级版）

飞瑞敖七位一体人工智能教育服务配套教材-《人工智能（初级版）》由业内权威专家执笔主编，采用先进的PBL（项目式学习）思维，每一个章节都由一个项目组成，情景化，代入感强，由浅入深的引领学生学习人工智能的来龙去脉和典型应用案例，可读性强，趣味性高，非常适合用作小学阶段学生学习。

2.5 课程体系

飞瑞敖根据课标要求，结合小学生特点，配合教材和硬件，精心设计了一系列课程体系（如下表所示），并配套有完整的教案，课件及实训手册，省去老师备课工作。

序号	课程名称	类型	课时数	教学目标
1	初识人工智能	理论	1	1.了解人工智能的定义、主要流派及其发展历史 2.了解人工智能技术包括了什么，如：机器学习、自然语言处理、计算机视觉、人机交互、增强现实&虚拟现实 3.了解人工智能在零售、家居、农业、交通、公共安全、创作方面的应用
2	欢迎来到小飞同学的智能家居	理论演示	1	1.了解智能家居 2.了解智能灯光系统 3.学会使用scratch 4.通过编程实现让“小飞同学”说出欢迎语
3	动画角色动起来	练习	0.5	1.了解动画角色、画板； 2.尝试让动画角色动起来。
4	声音	练习	0.5	1.了解声音积木（原生态积木、结合了百度语音的积木） 2.让角色说话。
5	广播消息	练习	0.5	1.学习广播消息积木的使用方法； 2.使用广播消息积木让动画角色完成不同的任务。
6	重复执行	练习	0.5	1.了解重复执行积木。 2.尝试用重复执行积木完成任务。
7	如果...	练习	0.5	1.了解不同的如果..积木； 2.尝试用不同的如果..积木完成任务。
8	随机移动	练习	0.5	1.了解如何让动画角色完成随机移动； 2.尝试用如果、坐标积木来让动画角色完成随机移动。
9	停止	练习	0.5	1.了解让程序停止的意义； 2.尝试让自己编写的程序可以在不同的情况下停止。
10	计时器	练习	0.5	1.了解计时器的使用方法； 2.尝试用计时器完成任务。
11	变量	练习	0.5	1.了解变量的意义； 2.尝试用变量积木完成编程任务。
12	流程图	练习	0.5	1.了解流程图的意义； 2.尝试绘制一个小游戏的流程图。
13	制作小游戏（1）	练习	1	运用这个学期所学的知识，完成一个小游戏的制作。
14	制作小游戏（2）	练习	1	运用这个学期所学的知识，完成一个小游戏的制作。
15	尝试制作智能灯光系统	演示练习	1	1.了解scratch中各个编程模块的意义和用途 2.了解硬件模块 3.通过动手制作模型实现欢迎模式的灯光效果
16	给智能灯光系统增添更多颜色	演示练习	1	1.了解RGB色彩的原理及RGB模块的使用方法 2.尝试通过控制RGB模块，给灯光系统增加更多的色彩
17	让窗帘自己动起来	演示练习	1	1.了解光照系统 2.了解怎么控制窗帘 3.学习使用光照传感器控制窗帘的开关
18	让光照系统更加智能	演示练习	1	1.了解模拟信号和数学信号的区别 2.学习使用声音传感器控制灯光系统 3.学习“函数”的概念，给灯光系统创建不同1的工作模式
19	冬暖夏凉的温控系统	演示练习	1	1.了解温湿度传感器 2.了解温控系统 3.通过编程实现播报温湿度
20	智能的温控系统	演示练习	1	1.了解语音控制的原理及使用方法 2.尝试用不同的方式控制风扇
21	天气报告机器人	理论演示	1	1.了解套接字技术的原理 2.通过套接字技术实现天气预报机器人
22	拓展：和机器人聊天	理论演示	1	1.了解聊天机器人的原理 2.实现聊天机器人
23	初识智能安防系统	演示练习	1	1.了解安防系统 2.了解门禁系统 3.学习使用门禁系统需要用的传感器，并搭建模型实现门系系统
24	让家里的门认得自己的脸	演示练习	1	1.了解人脸识别的原理 2.尝试实现人脸识别 3.制作门的模型
25	刷脸开门	演示练习	2	1.复习人脸识别的原理 2.学习通过编程，实现刷脸开门
26	我的智能家居	练习	2	1.回顾之前学习过的智能家居的知识； 2.设计自己的智能家居系统； 3.通过编程实现自己设计的智能家居系统。
27	智能小车	理论练习	2	1.了解智能小车可以在智能农业中发挥什么作用； 2.学习如何控制智能小车。
28	机械臂	理论练习	2	1.了解机械臂在智能农业中能够发挥什么作用； 2.学习如何控制智能小车。
29	溯源系统	理论练习	2	1.了解智能农业中的溯源系统； 2.尝试用高频卡实现简单的溯源。
30	智慧农业系统	练习分享	2	设计&制作自己的智能农业系统，并向同学们分享自己制作的系统。
31	人工智能的伦理与安全	理论	1	1.了解人工智能产生的伦理问题，及人工智能的发展给人类带来的挑战 2.了解人工智能技术会产生哪些方面的安全隐患及其原因 3.了解防患方法和相关法律法规。
合计			32课时

2.6 培训服务

飞瑞敖清醒的意识到，现在普教开展人工智能教育最大的瓶颈在于师资力量的严重匮乏，因此，飞瑞敖提供可开展形式多样的师资培训，学生培训活动，形式和具体时间安排，可根据项目需求，详细制定。

2.7 创飞谷-在线学习平台

飞瑞敖创飞谷普教人工智能在线学习平台已经正式上线（c.chuangfeigu.com）,该平台的上线使得更多的人可以随时随地在线进行学习，线上提供丰富的视频和课件资源，大大扩充了学习的空间和时间，欢迎大家登录体验。

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