AI儿童互动教育软件开发

侯琬盈 谭梦琦 张宇洁 陈可欣

【摘 要】伴随着网络科技的不断应用，已经渗透在我们生活的反方面面，网络教育极大的改变了教育的模式。对于传统的教学方式以及呆板的教学软件，已经不适用于儿童互动实践性的锻炼。我们就以此为出发点，利用AI技术。首先对儿童教育软件开发现有的成进行了查阅和汇总，了解其中值得借鉴的地方，发现不足之处。再就是对儿童学习的特点及需求面进行了分析，针对性的从多方面做出软件的设计。详细介绍软件的功能模块，并且给出了具体的开发方案，对开发成果进行运行测试。

【关键词】AI人工智能;儿童教育;互动软件开发绪论

1.1研究背景及意义

随着科学技术的不断发展，教育行业的信息化程度在不断的提高。学生们对知识的吸收、理解力能直接影响着他们的学习效率。目前儿童教育幼儿教育的方工仍采取一种传统的“注入式”教学方式。普遍地存在一种现象，那就是“老师教几遍，小朋友跟读几遍，然后小朋友整齐读几遍;儿童教育课，老师在黑板上讲，小朋友在下面听，然后做作业。”这种教学过程太机械，缺乏引导和启发作用，幼儿的动手操作能力少之又少，从而促使幼儿的想象力和创造力得不到发展。为辅助学生高效、全面的学习提供新渠道，利用现有的AI技术，积极开展互动型教育软件的开发是非常有必要的

1.2国内外现状

1.2.1国外教育软件研究现状

通过查阅相关的文献资料可以了解到，国外对于学习的的研究取得了很大的进展，英国实施的“M-learning”项目最具代表性。“M-learning”项目于2002年启动，由世界著名在线教育学者Mike Sharples提出，该项目有英国、意大利等众多欧洲国家参与，目的是让人们能够通过借助便携设备来进行非正式学习，从而为欧洲部分地区没有接受教育的人们提供受教育的机会，实现教育公平。

1.2.2国内教育软件研究现状

起初，因为我国在教育软件投入资金、互联网技术等方面存在的问题，导致教育软件的研究流于表面，缺乏深度。在2004年左右，国家加大了对教育软件项目的支持，给予充足的物质保障，再加上与教育软件有关技术的不断革新，我国在教育软件的理论方面和实践方面都有了长足的进步。在“中国知网”及“万方数据库”以教育软件开发为主题进行检索，将相关文献归纳整理后，发现我国在研究教育软件的应用方面已经有了一定的成果，但是在儿童互动教育应用的学术研究是远远低于高年级的学生。

二、儿童互动教育软件开发方法研究

2.1儿童学习特点分析

在学前儿童认知方面，具体形象性和不随意性是学前儿童，特别是岁儿童的心理过程的典型特征。他们对外界的认知活动主要借助感知觉活动和表象，抽象概括的能力有限，难以按照自己的目的和计划支配各种心理过程和行为，很容易受接触到的外部事物的影响，儿童心理过程逐步具有抽象性和随意性。儿童时期人体的各种感觉、听觉、视觉等都处于迅速发展的阶段，并且有较强的模仿能力。所以在设计互动教育软件时可以充分认识及利用儿童的这些特点。

2.2软件需求分析

增强软件的互动型，即儿童与教育者之间的互动，还有与学习资源之间的交互性，在互动氛围下让儿童更加积极的参与到学习中去。互动教育软件中涵盖的学习情景，学生是可以根据个人的喜好来进行选择的。所面临的用户群体是儿童，软件的操作性也应是简单，使用难度小，上手性强的。

三、儿童互动教育软件设计

3.1软件内容设计

根据前面对软件及儿童需求做出的分析，在软件内容设计上首先是对情景化的设计。情景中可以包括图影再现、音乐渲染、语言描述。从周围环境、日常生活和课堂游戏中认识事物之间的关系并体会到儿童教育的重要和有趣。

3.2系统模块设计

教学设计，主要是为老师或者家长提供一些知识参考。绘本剧场模块，以生动有趣的角色形象为儿童营造故事的环境。互动阅读、互动探索及互动游戏这三个功能可用在线下教育的模式，让儿童通过实物或者模具来开展学习内容，同样也可以通过AI技术模拟实物，现场将学习实物展现出来，AI全息技术就是利用物理与光学原理，把真实的三维物体，经过一系列复杂的拍摄、记录与传输，展现在观众眼前的画面是一个真实的三维场景，这种技术已经可以把传统的2D平面视频转化成3D立体视频实现真正的寓教于乐。

3.3交互界面设计

交互界面就是我们常说的用户界面，使用者与软件之间信息交换的对接口。介于使用者是儿童，所以角色的形象设置要生动。在界面设计过程中注意组成统一的界面。AI技术不仅可以美轮美奂的把人物展示出来，儿童融入其中可以把独特的探索优势或者想象力，通过身临其境的方式进行详细实现，这就较以前的图片、视频、更能完美的展示给儿童

四、儿童互动教育软件开发与实现

4.1软件开发环境介绍

1.硬件环境配置：苹果MacBook（MA699CH/A）——Intel酷睿2双核T5600（1.83GHz），内存容量512MB。

2.軟件环境配置：PC操作系统——Mac OS X v10.4.4 Tiger。

开发工具：Android Studio3.4.1，eclipse2018，Android SDK，JDK1.7

AI技术需要用到4种软件来配合：

1）3D Studio Max。

2）Cinema4D。

3）After Effects。

4）unreal engine4

Android的开发环境包含两大要素，一是集成开发环境IDE，另一是软件开发包SDK。在安装时选中Android虚拟设备，选择IDE的安装位置，需要预留1GB的空间，顺次选择启动界面、Configure、SDK Manager、选中 Android5.0。Android5.0 SDK 下载期间需保证网络可以访问dl.google.com。

4.2主要模块的界面实现

4.2.1登录模块的实现

打开本软件的时候首先看到的是一段动画片头，然后播放应用介绍，最后进入登录界面。登录界面一共有两个按钮，“登录”按钮和“注册”按钮。注册界面只需要用户提供账号和密码就可以完成注册了。

4.2.2知识模块的实现

在知识模块中老师或家长可以选择进入教学设计、教学资源、绘本剧场等模块，系统为儿童提供与相关的课外知识。老师或者儿童也可以在绘本剧场模块中，将自己平常见到的或者想象中的画面绘画出来，上传到系统中。

4.2.3互动模块的实现

互动模块主要包括互动阅读、互动探索、互动游戏三个子模块，给模块界面有三个子按钮，分别对应这三个子模块，儿童可以根据自己想要的按钮转跳到子模块

4.3软件测试

4.3.1软件功能性测试

户进行系统登录，当输入用户名不存在或用户密码不正确时，系统能够给出提示。并弹出相应的报错提示。当用户所输入的全部信息都正确的时候，用户将进入功能页面。进行模块的功能测试，测试软件能否正常显示模块下的学习资源内容，在测试时点选各项模块下的功能选项，经过测试，系统成功显示各模块下的页的学习资源内容。

4.3.2软件性能测试

主要是对软件中所包含的数据资源查看、请求处理的能力，经过反复的测试结果是理想的。再就是对在线用户数访问压力的测试，测试结果理想，能同时满足1000个以上用户对软件的在线需求。

参考文献：

[1]曾智，丁家永维果茨基教学与发展思想述评外国教育研究，2002，29（11）;23～26.

[2]冯永胜，许楠.基于微信的移动学习平台开发与设计[J].现代电子技术，2017，40（07）：8-11.

（作者单位：大连工业大学）