基于AI控制器的人工智能教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

【摘要】本文以制作智能臺燈和避障小車實(shí)驗(yàn)為例，探討了AI控制器在人工智能教育中的應(yīng)用。通過實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生了解AI技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理，使其提高編程能力和實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。【關(guān)鍵詞】AI控制技術(shù)；人工智能；教學(xué)設(shè)計(jì)；智能臺燈；避障小車隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，人工智能教育也逐漸與智能設(shè)備相結(jié)合，為學(xué)生提供更加豐富的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)。與此同時(shí)，AI控制技術(shù)的應(yīng)用也逐漸引起人們的關(guān)注。本文提出一種使用AI控制器進(jìn)行人工智能教學(xué)的方法，并以制作智能臺燈和避障小車為例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。智能臺燈項(xiàng)目展現(xiàn)了AI控制器具備單片機(jī)的控制能力，而避障小車項(xiàng)目體現(xiàn)了AI控制器先進(jìn)的拓展功能及其在人工智能教學(xué)中的應(yīng)用前景。AI控制器在人工智能教育中的應(yīng)用本研究以華東師范大學(xué)出版社出版的《AI上未來智造者—中小學(xué)人工智能精品課程系列叢書（2018年版）》中的“AI上智慧生活”主題二“智能臺燈”和主題十一“智能掃地車”案例為基礎(chǔ)，對其進(jìn)行修改完善，并應(yīng)用于五年級學(xué)生的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。AI控制器不僅可以幫助學(xué)生了解智能臺燈和避障小車的實(shí)現(xiàn)原理，還可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)際能力需求分別設(shè)置初級和高級實(shí)驗(yàn)。在智能臺燈初級實(shí)驗(yàn)中，可以利用聲音傳感器和亮度傳感器控制燈的開關(guān)，學(xué)生可以通過調(diào)整傳感器的敏感度來觀察燈的開關(guān)變化；而高級實(shí)驗(yàn)可以開發(fā)語音指令控制燈的開關(guān)，學(xué)生可以編寫程序?qū)崿F(xiàn)聲音指令的識別和控制。這樣的實(shí)驗(yàn)不僅能提高學(xué)生的編程能力，還能逐步培養(yǎng)他們對人工智能應(yīng)用的興趣和意識。在制作避障小車實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以利用紅外傳感器和超聲波雷達(dá)傳感器進(jìn)行避障，開展初級實(shí)驗(yàn)可以讓小車自動(dòng)前進(jìn)并避開障礙物，而高級實(shí)驗(yàn)則可以讓小車在不同場景下進(jìn)行智能避障和路徑規(guī)劃。學(xué)生通過調(diào)整傳感器的角度和距離，觀察小車的行駛路線和避障效果，不僅可以增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，還有助于培養(yǎng)他們的空間想象力和創(chuàng)新思維。綜上所述，AI控制器是一種具有教學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值的電子設(shè)備，可以幫助學(xué)生了解人工智能技術(shù)并提高他們的創(chuàng)造能力和問題解決能力。智能臺燈實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及制作實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用AI控制器，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)根據(jù)聲音大小調(diào)節(jié)亮度的智能臺燈。實(shí)驗(yàn)過程：準(zhǔn)備材料有一塊亮度傳感器、一個(gè)聲音傳感器、兩個(gè)LED眼燈和一個(gè)AI控制器，以及相應(yīng)的導(dǎo)線和配件等。該過程分為以下步驟。步驟一：準(zhǔn)備工作。組裝電路并將AI控制器與電腦連接，利用圖形化的編程軟件進(jìn)行配置。步驟二：對傳感器及LED眼燈初始化設(shè)置，包括聲音和亮度的數(shù)值以及初始化狀態(tài)等。步驟三：制作聲音傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控。在程序中加入聲音傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)控語句，當(dāng)檢測到環(huán)境中有聲音時(shí)，記錄聲音大小的數(shù)值。步驟四：制作亮度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控。在程序中加入亮度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控語句，當(dāng)檢測到環(huán)境光線暗時(shí)，記錄亮度大小的數(shù)值。步驟五：調(diào)節(jié)LED眼燈亮燈模式。根據(jù)聲音大小和外部光線亮度強(qiáng)弱，通過AI控制器控制LED眼燈的顯示方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得LED眼燈亮度隨聲音大小、外部光線亮度強(qiáng)弱變化而變化。通過以上步驟，學(xué)生可以成功制作一個(gè)由聲音大小調(diào)節(jié)亮度的智能臺燈，并通過AI控制器實(shí)現(xiàn)了聲音信號的接收處理和控制信號的輸出。由此，學(xué)生掌握了相關(guān)的程序編寫技術(shù)，能夠更加深入地了解人工智能中傳感器和執(zhí)行器的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，理解生活中的智能照明系統(tǒng)的工作原理。避障小車實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及制作實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用AI控制器，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)能自主避障的避障小車。實(shí)驗(yàn)過程：實(shí)驗(yàn)材料有一個(gè)AI控制器、一個(gè)舵機(jī)、兩個(gè)電機(jī)、一個(gè)超聲波雷達(dá)傳感器、相關(guān)配件和導(dǎo)線等。該過程分為以下步驟。步驟一：硬件組裝。將電機(jī)、超聲波傳感器、舵機(jī)等設(shè)備進(jìn)行正確組裝并與AI控制器連接好。組裝完畢后，對控制器進(jìn)行初始化并進(jìn)行設(shè)置工作。步驟二：超聲波傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控制作。在程序中加入超聲波雷達(dá)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控語句，讀取傳感器檢測范圍內(nèi)的距離信息。步驟三：避障程序控制。根據(jù)超聲波傳感器檢測到的距離信息，舵機(jī)對小車的前進(jìn)方向進(jìn)行調(diào)整，使小車能夠避開障礙物并保持行駛方向。步驟四：小車前進(jìn)和停止控制。編寫程序?qū)崿F(xiàn)小車前進(jìn)和停止的控制，根據(jù)超聲波傳感器檢測到的距離信息，判斷小車是否需要停止或前進(jìn)，并控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度。步驟五：智能避障和路徑規(guī)劃程序控制（高級實(shí)驗(yàn)）。在基本的避障功能上，可以加入路徑規(guī)劃和智能避障功能。利用AI算法設(shè)計(jì)一個(gè)最優(yōu)路徑規(guī)劃程序，并將之與避障程序相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)小車在不同場景下進(jìn)行智能避障和路徑規(guī)劃。步驟六：測試實(shí)驗(yàn)。將小車系統(tǒng)連接至電源，上傳程序控制器，進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)，調(diào)試參數(shù)。如果小車可以自主避開障礙物、前進(jìn)和停止，并且在高級實(shí)驗(yàn)中可以智能避障和路徑規(guī)劃，那么實(shí)驗(yàn)就成功了。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，既有硬件的組裝與連接，也有軟件程序的編寫和調(diào)試，這可以讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，培養(yǎng)他們的實(shí)踐能力與創(chuàng)新意識。此外，AI技術(shù)在實(shí)際場景中的應(yīng)用越來越廣泛，此類實(shí)驗(yàn)也有重要的應(yīng)用價(jià)值。結(jié)

論可視化編程與傳感器的綜合應(yīng)用在人工智能教學(xué)中可以帶來以下優(yōu)點(diǎn)。（1）提高學(xué)習(xí)興趣?？梢暬幊炭梢酝ㄟ^圖形化的方式幫助學(xué)生更好地理解人工智能原理及相關(guān)算法，從而激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)編程能力。（2）豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。通過傳感器實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以更加直觀地掌握數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析以及機(jī)器學(xué)習(xí)等相關(guān)技能，同時(shí)也可以激勵(lì)學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)新思維，設(shè)計(jì)更好玩、更實(shí)用的應(yīng)用系統(tǒng)。（3）提高實(shí)驗(yàn)效果。傳感器可以實(shí)現(xiàn)智能感知功能，可以獲取多樣的環(huán)境信息，因此可以讓學(xué)生更加直觀地了解傳感器和人工智能技術(shù)的應(yīng)用和未來發(fā)展趨勢，從而深入掌握實(shí)驗(yàn)原理。（4）培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新意識。在課程設(shè)計(jì)中，通過設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生通過合作來共同解決實(shí)際問題。此外，在實(shí)驗(yàn)中需要學(xué)生自主思考、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并利用可視化編程、傳感器等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，從而培養(yǎng)創(chuàng)新意識及實(shí)際運(yùn)用技術(shù)的能力?；贏I控制器技術(shù)的教育可以激發(fā)學(xué)生對人工智能技術(shù)的興趣，同時(shí)為學(xué)生提供在實(shí)際生活中的制作選擇，比如設(shè)計(jì)制作帶有傳感器的實(shí)用小工具或者系統(tǒng)，如智能家居等。這樣，學(xué)生可以從中產(chǎn)生很多有意義的創(chuàng)新作品，進(jìn)而應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)和生活中，創(chuàng)造更大