人工智能在创客教育教学中的应用

毛新悦

［摘 要］为了贯彻落实《新一代人工智能发展规划》，提高学生对人工智能的认知与应用能力，发展学生的思维、辨别与实践能力，江苏苏州市敬文实验小学校提出以开源机器人“零钱机器人”创作为例的人工智能创客教育活动。在活动中，组织开展“人工智能创客班”，将人工智能技术作为创客教育活动支持，同时基于自主创作、实践操作，支持学生展开一系列的自主探索行为，以期能够让学生在趣味十足的活动中完成自主创作，培养学生的创新创造能力，发展学生的创客素养。

［关键词］创客教育；人工智能应用；机器人制作

［中图分类号］ G622.3［文献标识码］ A［文章编号］ 1007-9068（2023）15-0090-03

《新一代人工智能发展规划》要求：“要实施全面智能教育项目，在小学阶段开设人工智能与相应课程，推广编程教育、创新创造教育。”基于此种背景，创客教育落地生根，逐渐渗透于小学各个年级段课程体系中，通过软、硬、智、造四大媒介构成创客课程。开源机器人是创客课程中的主要内容之一，机器人制作活动灵活，能够融入人工智能技术，为学生的机器人制作提供更多技术素材，启蒙学生的人工智能意识，锻炼学生的创客操作能力，为学生今后的成长与发展奠定坚实基础。

一、设置课前任务，激发学生探索兴趣

创客课程中应用人工智能，涉及较多的学科内容，且制作过程较为复杂，需要耗費大量的时间，若在课堂上展开教学全过程，则会影响学生的实践创作活动，压缩学生的动手操作时间。教师根据开源机器人“零钱机器人”课程内容，提出“课前+课上+课后+课终”的课程结构，引入翻转课堂教学方法，提出明确具体的课前任务，让学生借助互联网平台、微课视频获取关于人工智能、机器人制作方面的资料，以丰富资源激发学生兴趣，为课上机器人的创作与实操做好准备。

【课前环节】

教师根据学校的创客机器人学习条件——具备多媒体教室、有现成的创客机器人微课视频资源、机器人制作工具丰富，搭建翻转课堂模式，让学生在课前通过线上平台观看微课视频——“创客零钱机器人”，并布置课前学习任务：（1）了解人工智能存钱罐结构；（2）理解机器人的语音识别系统工作原理；（3）掌握机器人中传感器的设置及其工作原理；（4）了解更多的人工智能机器人成果。通过布置课前学习任务，学生的课前自主学习就有了明确的目标任务，为达成教学目标做好了充分的准备。

微课视频生动有趣地讲解了“零钱机器人”的功能、作用与创意思想，为学生演示了智能存钱罐机器人操作的全过程，激发了学生的好奇心与学习兴趣。学生纷纷记录视频中机器人创作的重点步骤，得到结论为：（1）创作机器人，需要设计机器人的功能，每项功能都要有相应的软硬件支撑，不能盲目加功能，以防现有条件难以实现；（2）需要根据不同功能选择合适的传感器，编辑不同的人机对话系统，需要对可视化编程语言进行初步学习了解；（3）机器人制作完成后，需要进行多次反复的实验操作，以验证机器人的功能和运行功能，对不完善的地方进行改进和提高。至此，学生初步形成设计思路，剩下的只待学生在课堂活动中实践与操作。

教师设置课前任务，学生根据教师提供的微课视频展开课前线上的自主学习，在观看视频的过程中大致了解了开源机器人制作的过程与思路，同时对“零钱机器人”产生一定的设想与设计想法，对不懂不清楚的地方，能够自行上网进行资料查询和问题解决，积累了一定的相关知识和经验，有的甚至动手进行了某个功能的试验性搭建，这些准备工作都为之后的课堂创客实践奠定基础。在本阶段中，学生能够在课前就了解人工智能的有关元器件：传感器，初步形成人工智能认知，能够更好地投入到创客活动的自主创作中。

二、课上提出假设，支持学生设计方案

课堂环节主要是尊重学生的学习主体地位，让学生根据课前学习成果，结合自己对人工智能、智能机器人及其原理的认知，展开分析、设计、实践操作的过程。教师根据班级学生的课前学习情况，考虑到创客课程探索性、实践性的特征，提出“以小组为单位完成项目任务”的课上活动形式，明确这一环节的活动需求，提醒各小组分好工，各司其职、各尽其能，共同合作完成任务。至此，教师将课堂空间让给学生，自己扮演引导者、激励者的角色，使学生在课堂中能够发挥主观能动性，通过交流、互助，在教师的指导下自主操作完成项目。

【课上环节】

开源机器人“零钱机器人”是本校创客课程教材的主要内容，目的是提高学生在制作AI人工智能实用器具方面的动脑和动手综合能力。学生需要在完成课前学习之后，经历课堂互动设计实验方案和分组制作作品这两个环节。教师可以设计以下的教学活动：提出机器人假设—小组设计实验方案。

教师为学生准备充足的器材与设备，包括3D打印机、美工刀、钳子、螺丝刀、手锯、儿童电钻、松木板、瓦楞纸、打印材料、掌控板、ARDUINO、核心板拓展板、RGB灯带、超声波传感器、减速电机、舵机、轮子、电脑等，并提出要求：“请大家根据课前的微课学习结果，以小组为单位，提出你的‘零钱机器人设想。”这一要求的目的是鼓励学生拓展思路，设想“零钱机器人”的功能，为之后形成系统的设计方案储备材料。学生纷纷思考与交流，根据自己对存钱罐的认知及微课视频中的作品展示，提出设想。

教师提出创客活动要求：“请大家根据自己的设想，以小组为单位，交流设计实验方案，完善你的