人工智能在創客教育教學中的應用

毛新悅

［摘 要］為了貫徹落實《新一代人工智能發展規劃》，提高學生對人工智能的認知與應用能力，發展學生的思維、辨別與實踐能力，江蘇蘇州市敬文實驗小學校提出以開源機器人“零錢機器人”創作為例的人工智能創客教育活動。在活動中，組織開展“人工智能創客班”，將人工智能技術作為創客教育活動支持，同時基于自主創作、實踐操作，支持學生展開一系列的自主探索行為，以期能夠讓學生在趣味十足的活動中完成自主創作，培養學生的創新創造能力，發展學生的創客素養。

［關鍵詞］創客教育；人工智能應用；機器人制作

［中圖分類號］ G622.3［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1007-9068（2023）15-0090-03

《新一代人工智能發展規劃》要求：“要實施全面智能教育項目，在小學階段開設人工智能與相應課程，推廣編程教育、創新創造教育。”基于此種背景，創客教育落地生根，逐漸滲透于小學各個年級段課程體系中，通過軟、硬、智、造四大媒介構成創客課程。開源機器人是創客課程中的主要內容之一，機器人制作活動靈活，能夠融入人工智能技術，為學生的機器人制作提供更多技術素材，啟蒙學生的人工智能意識，鍛煉學生的創客操作能力，為學生今后的成長與發展奠定堅實基礎。

一、設置課前任務，激發學生探索興趣

創客課程中應用人工智能，涉及較多的學科內容，且制作過程較為復雜，需要耗費大量的時間，若在課堂上展開教學全過程，則會影響學生的實踐創作活動，壓縮學生的動手操作時間。教師根據開源機器人“零錢機器人”課程內容，提出“課前+課上+課后+課終”的課程結構，引入翻轉課堂教學方法，提出明確具體的課前任務，讓學生借助互聯網平臺、微課視頻獲取關于人工智能、機器人制作方面的資料，以豐富資源激發學生興趣，為課上機器人的創作與實操做好準備。

【課前環節】

教師根據學校的創客機器人學習條件——具備多媒體教室、有現成的創客機器人微課視頻資源、機器人制作工具豐富，搭建翻轉課堂模式，讓學生在課前通過線上平臺觀看微課視頻——“創客零錢機器人”，并布置課前學習任務：（1）了解人工智能存錢罐結構；（2）理解機器人的語音識別系統工作原理；（3）掌握機器人中傳感器的設置及其工作原理；（4）了解更多的人工智能機器人成果。通過布置課前學習任務，學生的課前自主學習就有了明確的目標任務，為達成教學目標做好了充分的準備。

微課視頻生動有趣地講解了“零錢機器人”的功能、作用與創意思想，為學生演示了智能存錢罐機器人操作的全過程，激發了學生的好奇心與學習興趣。學生紛紛記錄視頻中機器人創作的重點步驟，得到結論為：（1）創作機器人，需要設計機器人的功能，每項功能都要有相應的軟硬件支撐，不能盲目加功能，以防現有條件難以實現；（2）需要根據不同功能選擇合適的傳感器，編輯不同的人機對話系統，需要對可視化編程語言進行初步學習了解；（3）機器人制作完成后，需要進行多次反復的實驗操作，以驗證機器人的功能和運行功能，對不完善的地方進行改進和提高。至此，學生初步形成設計思路，剩下的只待學生在課堂活動中實踐與操作。

教師設置課前任務，學生根據教師提供的微課視頻展開課前線上的自主學習，在觀看視頻的過程中大致了解了開源機器人制作的過程與思路，同時對“零錢機器人”產生一定的設想與設計想法，對不懂不清楚的地方，能夠自行上網進行資料查詢和問題解決，積累了一定的相關知識和經驗，有的甚至動手進行了某個功能的試驗性搭建，這些準備工作都為之后的課堂創客實踐奠定基礎。在本階段中，學生能夠在課前就了解人工智能的有關元器件：傳感器，初步形成人工智能認知，能夠更好地投入到創客活動的自主創作中。

二、課上提出假設，支持學生設計方案

課堂環節主要是尊重學生的學習主體地位，讓學生根據課前學習成果，結合自己對人工智能、智能機器人及其原理的認知，展開分析、設計、實踐操作的過程。教師根據班級學生的課前學習情況，考慮到創客課程探索性、實踐性的特征，提出“以小組為單位完成項目任務”的課上活動形式，明確這一環節的活動需求，提醒各小組分好工，各司其職、各盡其能，共同合作完成任務。至此，教師將課堂空間讓給學生，自己扮演引導者、激勵者的角色，使學生在課堂中能夠發揮主觀能動性，通過交流、互助，在教師的指導下自主操作完成項目。

【課上環節】

開源機器人“零錢機器人”是本校創客課程教材的主要內容，目的是提高學生在制作AI人工智能實用器具方面的動腦和動手綜合能力。學生需要在完成課前學習之后，經歷課堂互動設計實驗方案和分組制作作品這兩個環節。教師可以設計以下的教學活動：提出機器人假設—小組設計實驗方案。

教師為學生準備充足的器材與設備，包括3D打印機、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、舵機、輪子、電腦等，并提出要求：“請大家根據課前的微課學習結果，以小組為單位，提出你的‘零錢機器人設想。”這一要求的目的是鼓勵學生拓展思路，設想“零錢機器人”的功能，為之后形成系統的設計方案儲備材料。學生紛紛思考與交流，根據自己對存錢罐的認知及微課視頻中的作品展示，提出設想。

教師提出創客活動要求：“請大家根據自己的設想，以小組為單位，交流設計實驗方案，完善你的