AI兒童互動教育軟件開發(fā)

侯琬盈 譚夢琦 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)不適用于兒童互動實踐性的鍛煉。我們就以此為出發(fā)點，利用AI技術(shù)。首先對兒童教育軟件開發(fā)現(xiàn)有的成進行了查閱和匯總，了解其中值得借鑒的地方，發(fā)現(xiàn)不足之處。再就是對兒童學(xué)習(xí)的特點及需求面進行了分析，針對性的從多方面做出軟件的設(shè)計。詳細介紹軟件的功能模塊，并且給出了具體的開發(fā)方案，對開發(fā)成果進行運行測試。

【關(guān)鍵詞】AI人工智能;兒童教育;互動軟件開發(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)生們對知識的吸收、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)。”這種教學(xué)過程太機械，缺乏引導(dǎo)和啟發(fā)作用，幼兒的動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)的文獻資料可以了解到，國外對于學(xué)習(xí)的的研究取得了很大的進展，英國實施的“M-learning”項目最具代表性。“M-learning”項目于2002年啟動，由世界著名在線教育學(xué)者Mike Sharples提出，該項目有英國、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會，實現(xiàn)教育公平。

1.2.2國內(nèi)教育軟件研究現(xiàn)狀

起初，因為我國在教育軟件投入資金、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，國家加大了對教育軟件項目的支持，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踐方面都有了長足的進步。在“中國知網(wǎng)”及“萬方數(shù)據(jù)庫”以教育軟件開發(fā)為主題進行檢索，將相關(guān)文獻歸納整理后，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，但是在兒童互動教育應(yīng)用的學(xué)術(shù)研究是遠遠低于高年級的學(xué)生。

二、兒童互動教育軟件開發(fā)方法研究

2.1兒童學(xué)習(xí)特點分析

在學(xué)前兒童認知方面，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。他們對外界的認知活動主要借助感知覺活動和表象，抽象概括的能力有限，難以按照自己的目的和計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，并且有較強的模仿能力。所以在設(shè)計互動教育軟件時可以充分認識及利用兒童的這些特點。

2.2軟件需求分析

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

三、兒童互動教育軟件設(shè)計

3.1軟件內(nèi)容設(shè)計

根據(jù)前面對軟件及兒童需求做出的分析，在軟件內(nèi)容設(shè)計上首先是對情景化的設(shè)計。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識事物之間的關(guān)系并體會到兒童教育的重要和有趣。

3.2系統(tǒng)模塊設(shè)計

教學(xué)設(shè)計，主要是為老師或者家長提供一些知識參考。繪本劇場模塊，以生動有趣的角色形象為兒童營造故事的環(huán)境。互動閱讀、互動探索及互動游戲這三個功能可用在線下教育的模式，讓兒童通過實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)模擬實物，現(xiàn)場將學(xué)習(xí)實物展現(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真實的三維場景，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立體視頻實現(xiàn)真正的寓教于樂。

3.3交互界面設(shè)計

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接口。介于使用者是兒童，所以角色的形象設(shè)置要生動。在界面設(shè)計過程中注意組成統(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特的探索優(yōu)勢或者想象力，通過身臨其境的方式進行詳細實現(xiàn)，這就較以前的圖片、視頻、更能完美的展示給兒童

四、兒童互動教育軟件開發(fā)與實現(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主要模塊的界面實現(xiàn)

4.2.1登錄模塊的實現(xiàn)

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

4.2.2知識模塊的實現(xiàn)

在知識模塊中老師或家長可以選擇進入教學(xué)設(shè)計、教學(xué)資源、繪本劇場等模塊，系統(tǒng)為兒童提供與相關(guān)的課外知識。老師或者兒童也可以在繪本劇場模塊中，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互動模塊的實現(xiàn)

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

4.3軟件測試

4.3.1軟件功能性測試

戶進行系統(tǒng)登錄，當輸入用戶名不存在或用戶密碼不正確時，系統(tǒng)能夠給出提示。并彈出相應(yīng)的報錯提示。當用戶所輸入的全部信息都正確的時候，用戶將進入功能頁面。進行模塊的功能測試，測試軟件能否正常顯示模塊下的學(xué)習(xí)資源內(nèi)容，在測試時點選各項模塊下的功能選項，經(jīng)過測試，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軟件性能測試

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

參考文獻：

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

[2]馮永勝，許楠.基于微信的移動學(xué)習(xí)平臺開發(fā)與設(shè)計[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)）