人工智能進校園的探索與實踐

人工智能技術不斷取得突破，在各個行業的應用迅速擴展，日益成為影響未來國家實力的重要因素。《新一代人工智能發展規劃》明確指出人工智能已經成為國際競爭的新焦點，應在中小學設置人工智能相關課程，逐步開展全民智能教育項目。為了讓學生熟知人工智能的特點及其在生活中的廣泛應用，并嘗試使用編程軟件及傳感器進行人工智能創新設計，學校積極響應國家政策，開展了“智能時代，智慧生活”系列科普活動。

一、全域科普，集體參與

根據不同年級學生的年齡、認知能力和邏輯思維能力的特點，學校在不同年級開展了針對性的科普活動。通過這些活動，學生了解到人工智能的概念、發展歷程及其在生活中的廣泛應用，激發他們對人工智能的探索、研究興趣，嘗試解決生活中的實際問題，培養創新思維和實踐能力。

（一）了解AI人工智能

一至三年級學生年紀小，對人工智能的概念較為陌生，因此我們側重于向他們展示人工智能在生活中的應用，利用大講堂的形式進行科普講座。在講座中，我們從機器人入手，逐漸引導學生了解生活中其他的人工智能產品，如“智能掃地機器人”的應用；介紹天津市第一臺智能機器人——南翠屏公園“蝸小白”的工作技能與全球首臺智能電視——長虹智能電視的語音對講功能，讓學生感受到智能生活就在身邊。對于四至六年級學生，我們通過訪談、紀錄片等形式進行普及教育，引領學生了解了人工智能的發展歷程及未來的應用——“究竟什么是AI人工智能”“人工智能到底有多厲害”“現在企業如果發揮自身優勢，發展人工智能，可達到產業價值最大化”……這些活動拓寬了學生的視野，他們對人工智能技術有了更深入的了解，并以極大的熱情和興趣參與進來。

（二）暢談人工智能的應用

我們鼓勵低年級學生通過繪畫并加以展示、介紹的方式，暢談現實生活中人工智能的應用。例如，利用蘋果手機Siri，人們可以通過語音識別進行智能搜索；現代汽車的智能屏幕上集成了多種功能，如導航、音樂、電話等，讓人們的駕駛操作更加便捷；酒店中的智能機器人可以用來幫忙完成入住、行李運送、制作食物等任務；長虹智能電視具有多種智能應用，如語音搜索、天氣查詢……通過這樣的活動，學生不僅感受到了科技的新奇，而且感受到了高科技智能生活帶給人們的便捷和高效。

（三）了解AI在生活中的應用

我們鼓勵學生細心觀察身邊的人工智能應用，鼓勵他們通過手抄報的形式，介紹生活與家庭中出現的人工智能機器，如用途、使用方法、操作原理、操作注意事項等。

（四）展望人工智能的發展前景

在了解了人工智能在生活中的廣泛應用之后，我們鼓勵學生開動腦筋設想人工智能的發展前景。例如，我們開辦了“假如我有個人工智能機器人”主題論壇，讓學生互相交流自己對未來的展望。

（五）開展人工智能科普講座

學校依托南開大學人工智能學院的優質資源，邀請以人工智能學院李濤教授為首的講師團多次到學校為全體教師開展人工智能科普活動。通過學習，教師了解了人工智能的發展歷程及其在生活中的應用。他們認識到，人工智能不等同于機器人，而是機器人的大腦；通過人工智能，我們可以實現機器人的工作、活動，從而解放人類的雙手，方便人類的生活。

二、智能授課，智慧應用

為了在全校普及人工智能教學，學校購進了一大批人工智能教學工具箱擴展包和神經元人工智能創意實驗室套裝；在全校范圍內，科學課、實踐活動課和信息技術課等相關課程及社團的相關活動都納入了人工智能教學內容。此外，學校還建設了科普營地，開展了機器人科普活動。學生對新鮮又有趣味的課程很感興趣，紛紛踴躍報名參加。

全新的課程帶來全新的挑戰，而大家面臨的第一個挑戰就是人工智能神經元。學校所采購的實驗套裝和擴展包包含聲音傳感器、光纖傳感器、人體紅外傳感器等30多個可編程電子模塊，這些模塊分為三大類，分別是能源與通信模塊、輸入模塊與輸出模塊。學生需要遵循連接原則安裝三個模塊，以達成一定的目標，比如，將輸入模塊中的聲音傳感器和電源模塊、輸出模塊中的燈帶相連接，就可以得到一組設施，它可以隨著制造出的聲音點亮燈帶，聲音越大燈帶越亮。學生對這套教學設備產生了很大興趣，設計了“智能小屋”，可以通過音量點亮小屋的燈，通過按鈕啟動門鈴；利用遠程辦公真正地使“房屋”智能起來。神經元系統可以實現上百種互動，它不僅滿足了學生在聽覺、視覺、體感等多個方面的創造需求，而且極大地開拓了他們的思維，使學生了解了科學原理與現象，提升創造能力。

高年級學生使用人工智能教學工具擴展包的模塊進行創意編程設計，巧妙地將各種傳感器輸入到搭建好的機器人中。結合建黨百年慶祝活動，學生進行了創意設計，如旗子舞動、更換字體顏色等，受到了大家的一致好評。

三、巧用智能，創新設計

學生不僅愛上了編程，而且愛上了創造，利用編程設計了很多可以在生活中應用的“智能機器人”。

（一）智能澆花機器人

學生搭建了一個履帶式行走抓手機器人——智能澆花機器人。它基于優必選Jimu積木式機器人而來，學生使用scratch編程語言在iPad上設計了一個遙控界面，學生可以在界面上控制機器人前后左右地自由行走。當走到水瓶位置，機器人就會抓起水瓶走到花盆位置，實現給花盆澆水的操作。因此，無論身在何地，只要有網絡的地方就可以實現遠程遙控澆花。這個項目獲得天津市科技創新大賽一等獎，并被推薦參加全國的“宋慶齡發明獎”評選。

（二）智能節水器

根據生活中所見水資源浪費現象，學生利用編程方法設計了一款智能節水器。他們用簡單的材料制成了冷水處理箱和轉換裝置，并將溫度設為40℃。在冷水狀態下，漏斗不動，冷水會順著漏斗被收集到儲水箱中；待水溫上升后，傳感器會感受到水溫變化，進而驅動舵機轉動，改變漏斗的位置，人們就可以正常使用熱水了。這款設計避免了電熱水器使用時，先出來的涼水排出后順著管道流走而造成的浪費現象，獲得天津市科技創新大賽二等獎。

（三）圍棋分揀器

在下圍棋的時候，分揀黑白棋子非常麻煩，于是學生就想制作一個機器，以使棋子放入之后就能實現自動分揀。學生采用實證研究法的思路，以“提出設計—技術學習—項目實踐—觀察記錄—迭代優化”為基本流程，設計了一款由分揀裝置、漏斗、擋板、顏色傳感器、電機等組成的機器。分揀裝置是整個作品的核心部件，它是一個由3D打印制作的圓形部件，把一個圓盤三等分，通過電機轉動實現棋子分揀。在調試過程中，擋板的往復移動和分揀裝置的左右轉動需要反復調試，這主要是對電機功率和時間進行觀察與測試。這個項目獲得天津市機器人競賽和科技創新大賽一等獎。

（四）溫控風扇

為了實現低碳環保的生活需求，我們可以利用人工智能技術來提高能源利用效率，降低能源消耗。在這個項目中，我們使用26℃作為溫控風扇的恒溫度，不會導致過度的耗電和寒冷。當室溫高于26℃時，溫控風扇會自動啟動，幫助降低室溫；當室溫低于26℃時，風扇會自動停止，避免不必要的能源浪費。機器人制作用到了主控板、舵機，溫度傳感器、顯示屏和燈泡等設備，其結構分為風扇的扇葉、風扇底座、主體支撐桿三部分。溫度gt;26℃，舵機驅使扇葉轉動，LED燈泡亮輸出為高電平；溫度lt;26℃，舵機功率為0，扇葉不轉，LED燈泡不亮輸出為低電平。溫度越高扇葉轉動速度越快，LED燈閃爍越快；當溫度達到32℃時，扇葉轉動速度達到峰值，溫度再升高扇葉也不再加速。這個項目獲得天津市科技創新大賽一等獎，在天津電視臺科教頻道舉辦的全域科普成果頒獎典禮上進行了展示，并被推薦參加全國“宋慶齡發明獎”評選。

通過一系列科普活動的開展，全校師生沉浸在了“人工智能”的探究氛圍中。精彩的講座、活躍的論壇、隨心的描繪、夢幻的展望……都留下了學生積極熱情投入的身影，“人工智能”氛圍已浸潤入了校園。

（焦" 佳）