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小学初级人工智能作品“智能夜灯”设计与开发

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罗倩茹秦健刘全铭

摘?要：随着科技的不断发展，人工智能的发展趋于成熟，人工智能在K12阶段的教育应用逐渐受到大家的关注。国内人工智能课程的开设以推广编程教育为主，Scratch图形化编程类工具降低了学生学习编程的门槛，为小学阶段引入编程教育提供了可能。文章基于ai2与micro：bit通信系统“智能夜灯”的作品案例，利用SCS创客教学法进行教学设计与实践，以学生为中心，培养学生的动手能力和问题解决能力，制作出具有人机交互功能的智能作品，为人工智能教育的教学实践提供参考。

关键词：智能作品;图形化编程;AppInventor2;micro：bit;教学设计与实践

中图分类号：G434文献标志码：A文章编号：1673-8454（2019）21-0060-04

一、引言

随着近年来大数据、物联网、区块链等技术的发展，我国相继发布《新一代人工智能发展规划》、《高等学校人工智能创新行动计划》、《中国教育现代化2035》，人工智能逐渐进入教育领域。联合国教科文组织日前发布的《教育中的人工智能：可持续发展的挑战与机遇》报告提出，有研究预测，2021年之前数字教育市场将每年增长5%;2017-2021年，人工智能市场将增长50%。2019年5月16日召开的国际人工智能与教育大会，来自40个国家和地区的知名企业家、业界代表共同探讨人工智能在未来教育的发展方向。人工智能教育在科技的进步与社会需求的共同促进下，一场人工智能的科技热潮正在兴起。

当下，在创客教育落地生根的素质教育改革行动中，各地中小学正以创客教育的软（Scratch）硬（Arduino）智（Robot）造（3D打印）四大媒介为主要内容开设创客课程。[1]其中AppInventor2与micro：bit作为软件与智能硬件领域的主要代表之一，两者与人工智能的结合有着天然优势，特别是在小学阶段采用Scratch图形化编程类软件，对学生学习人工智能可以起到启蒙的作用。本文以ai2与micro：bit通信系统“智能夜灯”为例，围绕智能教育、编程教育、创客造物，对人工智能领域寓教于乐的小学启蒙创客教育方案进行探究。

二、通信系统的载体介绍

1.ai2简介

AppInventor2简称ai2，为了和人工智能（ArtificialIntelligence）区别，简称用小写。ai是一个可视化的安卓应用制作平台，用户使用浏览器打开ai平台网站，通过拖拽组件和逻辑块，即可完成安卓应用的制作。AppInventor2的程序设计主要包含两个方面——组件设计与逻辑设计。组件设计即App端的界面设计，根据作品功能的需求，先從组件区选择合适的按钮和标签等组件并拖拽进App界面，再完成组件属性设置即可。逻辑设计即程序设计，采用积木式拖拽编程界面，适用于小学阶段学生入门编程教育。

2.micro：bit简介

micro：bit是一款由英国广播电视公司（BBC）为青少年编程教育设计（使用积木式拖拽编程），并由微软、三星、ARM、英国兰卡斯特大学等合作伙伴共同完成开发的微型电脑。micro：bit仅有信用卡的一半大小，搭载了5x5可编程LED点阵、两颗可编程按键、加速度计、电子罗盘、温度计、蓝牙等电子模块。

三、AppInventor2控制micro：bit通信系统的设计与开发

1.AppInventor2与micro：bit通信系统的设计与开发

ai2与micro：bit的通信系统通过BlockyTalkyBLE蓝牙模块连接，ai2与micro：bit端通信系统设计方案如下：第一，ai端通过蓝牙扫描micro：bit端的蓝牙地址;第二，ai端控制连接micro：bit端蓝牙;第三，ai端发送指令数据控制micro：bit硬件;第四，ai端断开与micro：bit端的蓝牙连接。在ai2端进行通信系统的设计时需要添加BlockyTalkyBLE的蓝牙拓展模块，micro：bit端添加BlockyTalkyBLE的蓝牙拓展包，ai2通过BlockyTalkyBLE蓝牙拓展模块发送指令，micro：bit接收到指令后，两者之间进行配对连接。蓝牙连接成功后，使用ai2端设计的手机App软件控制micro：bit硬件端。[2]

（1）ai2通信端的组件设计

ai2端的组件设计主要包括两个部分，可视组件和非可视组件。可视组件为micro：bit蓝牙连接模块，共分为三个区——蓝牙控制区、蓝牙连接状态显示区、蓝牙地址显示区。蓝牙控制区主要实现ai2与micro：bit蓝牙通信功能，包括蓝牙扫描、蓝牙连接、蓝牙断开;蓝牙连接状态显示区主要显示ai2与micro：bit的蓝牙