人工智能科普套件的研究与分析孙郑芬解迎刚郭昊李杰摘要：人工智能教育是目前教育发展的大势所趋。随着人工智能技术的不断发展，人工智能教育自提出后就受到全球教育研究者的广泛关注。通过加强人工智能教育构筑我国人工智能发展的先发优势，已成为当前亟需思考和解决的问题。为了响应国家政策，培养人工智能人才，文中以Android单片机为基础，研制了人工智能科普套件。该套件以单片机核心开发板为载体，配套驱动通信模块、传感器模块等电子元器件，结合积木等辅助工具，适用于5～12岁阶段幼儿及小学生智力培养，专注于培养孩子科学素养，开发智力;同时也完成了配套人工智能初级课程的编制，设计+搭建+编程+操控四位一体锻炼孩子的逻辑能力。文中从套件的技术路线、使用方法及技术原理三个方面对该智能套件进行介绍，同时分析当下智能教育的发展趋势，对智能套件的发展做出展望。关键词：人工智能教育;科普套件;智慧教育;人工智能科普套件;智力培养;人工智能初级课程：TP391;G420：A：2095-1302（2020）11-00-030引言随着人工智能技术应用行业的不断发展，人工智能对发展经济、提高生活水平以及促进社会进步有着重要影响。目前，我国中小学人工智能教育正处于起步阶段[1]，人工智能技术与教育的深度融合对传统的教育理念、教育体系和教学模式产生了较大影响，其技术应用和人才教育培养问题受到我国政府的高度重视[2]。2017年，《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》指出，要不断加快实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程[3]。2018年4月，发布的《高等学校人工智能创新行动计划》提到，要在中小学阶段普及人工智能教育，不断构建人工智能多层次教育体系，让更多孩子提前接受人工智能教育，开发儿童智力[4]。自此，“人工智能+教育”被赋予了新的内容和含义。人工智能教育研究可划分为两大类。一是人工智能赋能教育，即人工智能在教育中的应用。其主要指人工智能技术支撑教育实践对教学方式的改变，如精准诊断、个性化推荐、智能导师等[5]。二是人工智能教育内容，即人工智能教育内容本身及其相关素养能力培养。其主要包含多样的编程教育、创客教育以及计算思维能力、创新能力等信息素质的培养[6]。由于本文提出的人工智能套件用于培养儿童的动手能力、编程教育、思维能力、创新能力，故属于第二类人工智能教育研究。人工智能套件基于物联网感知技术，集合多种传感器，通过对Arduino开发板的改造，实现了一款可以满足中小学阶段使用的开发模块套件。作为科学素养启蒙，基于物联网感知的人工智能科普套件的目标是使儿童能够进行场景规划，掌握用基础零件搭建场景的技巧，熟练掌握积木块、电子积木的混合搭建技术;培养儿童的合作意识、情感交流意识，让他们能够与其他小朋友一起完成课程任务。通过学习使用本套件，儿童能够解决简单的问题，掌握一些基础知识，养成良好的动手能力;通过逐步接触复杂结构，了解各种动力的性能改变;通过搭建+编程，初步认识编程，增加儿童对编程的兴趣;强化编程能力;学习各种复杂结构，为后期人工智能学习打下良好的基础。1人工智能科普套件的技术路线Arduino是一款简单易用、便捷灵活的软硬件开源电子原型平台，由开放原码的简单I/O界面板衍生而来。其开发环境使用类似Java、C语言的编程语言。该开发板采用AVR系列单片机，具有功耗低、运行速度快、抗干扰能力强和扩展能力强等诸多优点。Ardunio单片机总线结构采用哈佛结构RIS指令集，有AD、SPI接口等，可以满足各种项目要求。同时，该开发板上的L298N电动机驱动模块内置最高9V电源输入接口和5V稳定输出接口，故系统的电源模块直接采用9V锂电池供电。锂电池具有重量轻、容量大和无记忆效应等优点。Arduino开发板主要由两个部分组成：一是开发所需的硬件资源，即各种各样的Arduino电路板;二是开发所需的软件资源，包括特有的开发工具ArduinoIDE编程环境及Arduino编程语言。使用Arduino技术进行开发的第一步是硬件选型，即选择符合所需功能的开发板。Arduino开发板目前具有多种开发功能：具备不同开发功能的开发板，可以使用同样的开发语言，具有统一的对外接口。Arduino101是...