邓汉盘
东莞市常平镇振兴中学 广东东莞 523573
摘要：目前人工智能教育是热门的话题，但如果想在学校开展人工智能教育，又面临着师资、课程、资金等因素的影响，本文作者发现在利用开源硬件开展人工智能教育的过程中，其科学性是可行的，设计的课程内容是可以完成相关的人工智能相关课程标准和课程目标的。
关键字：开源硬件 人工智能教育 Scratch openMV zigbee
当今社会，人工智能话题越来越热，特别是2016年3月阿尔法狗赢了围棋世界冠军，围棋职业棋手李世石九段后，人工智能话题在百度的搜索量飙升，随后，国家很多政策都支持人工智能的发展，2017年7月，国务院发布《新一代人工智能发展规划》，战略确立了新一代人工智能发展三步走战略目标，将人工智能上升到国家战略层面，2017年12月，国务院颁布《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划(2018―2020年)》，从培育智能产品、突破核心技术、深化发展智能制造、构建支撑体系和保障措施等方面详细规划了人工智能在未来三年的重点发展方向和目标。
虽然国家政策在人工智能方面支持很大，但人工智能课程在中小学课堂实施过程中，还是面临了很多问题。下面我们一起来进行探讨。
一、中小学生学习人工智能的意义
1. 提高学生的信息核心素养
学生学习人工智能课程过程中，会涉及到人工智能算法，传感器的应用、python编程、视觉系统编程、模型训练、模板识别、颜色识别、图形识别、大数据的处理、自然语言的处理等知识，学生在学习这些人工智能基础过程中，再进行综合的运用，并能利用这些技术开发人工智能模型，个人的信息核心素养就会得到很好的提升。
2.为学生埋下人工智能工程师的种子，为国家培养人工智能后备力量
国家的竞争，归根到底就是核心技术的竞争，而未来核心技术的竞争焦点在人工智能，因为人工智能无论是在军用还是民用，都有着很大的市场前景和应该领域，例如近几年出现的无人机编队舞蹈、无人机编队霓虹灯效果、餐厅点菜机器人、家用扫地机器人、同步翻译机等。所以说人工智能后备人才的培养，直接影响着我国以后的核心竞争力。我国目前中小学生有1.6亿，如果我们现在培养的学生，有万分之一从事人工智能方面的工作，那么每年就相当培养1.6万人工智能后备人才。
二、 中小学实施人工智能课程面临的困境
1.教学目标不具体：人工智能教育，目前国家还没出台具体的课程标准，很多老师在学校实施这门课程的时候，大多数是按照知识点或项目式来开展教学，只是具体的教学目标，也只是落在知识点的掌握上，对学生整体的培养缺乏层次性、缺乏人工智能意识、智慧社会责任等方面的培养。
2.学习内容不明确：目前人工智能教育，很多地市很重视，但面临的主要问题是学习内容不明确，一些中小学老师在课程实施的时候，往往把普通的Scratch编程教育、创客教育、STEM教育课程当做人工智能课程来上。中央电化教育馆2019年7月发布《关于组织申报人工智能教育实验校（中学阶段）的通知》，里面发布了初中和高中教学内容，设计的知识点有人工智能导引、大数据、机器学习、视觉技术、语音和自然语言处理等。但部分内容又设计到一定的软硬件，很多人工智能基础薄弱的学校，想要开展这些内容，也会面临很多的困难。
4.课程资源缺乏：目前人工智能课程的教育，资源比较缺乏，很多课程都是公司根据自己的硬件开发出来的课程，这些课程缺乏系统性、综合性和发展性。
5.价格昂贵：当前人工智能套件价格从2000到4000不等，价格比较贵，如果有学校想作为普及课程来开展，就存在很大的经费问题，这也是部分学校只是购买少部分来进行比赛，而没有普及人工智能课程的原因之一。
三、利用开源硬件开展中小学人工智能课程内容的设置
在国家人工智能利好政策的刺激下，很多地区都进行了人工智能课程的探讨，例如2019年，广州评选了147所中小学人工智能课程改革实验学校，2019年12月，中央电化教育馆公布了中小学人工智能教育实验校名单，同时公布了初中和高中人工智能实验课程的安排，全国17个省有22所学校入选。从以上的数据，各地的精英学校，都加入了人工智能课程的实验，但很可惜，到目前为止，都没有哪一方公布自己的试验成果，其它学校想借鉴或想学习，都无法找到好的资源，我们不禁要问，如果我们在中小学开展人工智能教育，应该如何下手呢，应该开展哪些内容呢？下面结合本人的经验来谈一下利用开源硬件开展人工智能课程，课程内容应该怎样设置，才更有科学性、可行性。
1.利用LD3320 语音识别模块进行语音识别的学习
目前市面上语音识别模块有很多，价格也不同，而LD3320 语音识别模块价格大概在60元左右，该模块可以做到语音模型训练和自定义识别词条，非常适合用来开展人工智能教育，在知网经过查询，利用LD3320 语音识别模块来进行毕业论文设计并发表在各大期刊的共有260篇，可见该模块，深受大众的喜欢。
利用该模块，我们可以进行以下内容的教学，第1节先教学生智能语音技术的基本原理，第2节教学生LD3320 语音识别模块的基础编程，第3-6节教学生进行智能语音应用系统的设计与开发，例如我们可以利用该模块做语音控制小车，实现小车的前进、后退、左转和右转，利用该模块做语音识别垃圾桶，实现垃圾桶的移动与开关盖子。
2.利用zigbee模块进行大数据的学习
ZigBee是一种基于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术，网络上各大电商平台价格大概在30元左右，Zigbee网络有一个好处，几个zigbee模块进行自组网，通过链条组网的方式，可以达到无限远的通讯，也可以通过星型组网的方式，通过传感器收集各环境的参数，利用Zigbe模块还有一个好处，就是不用依靠WIFI或手机网络，就可以做到内部自组网，完成各种远程监控、数据采集等操作，非常适合用在人工智能大数据采集和分析中。
利用Zigbee网络，我们可以进行如下的人工智能教学，第1节了解什么是大数据，第2节大数据采集和分析的常用工具介绍，第3-6节大数据应用系统的设计及应用，例如远程田园的监控、机器人群的控制、远程森林防火的监控。
3.利用TTS文字转语音合成模块进行智能语音技术的学习
TTS文字转语音合成模块的作用是把文本转化成语音，价格大概在50元左右，这个模块操作起来非常简单，我们只要在机器人主板通过串口把文字发送给模块，模块就会自动把文字转化成语音，而且模块支持中文和英文，极大方便我们进行人工智能产品的开发。
利用TTS文字转语音合成模块，我们可以进行以下的人工智能教学，第1节了解智能语音应用，主要是播放视频或产品观摩的形式来了解智能语音的应用，第2节智能语音技术的工作原理，第3-6节智能语音系统的设计及应用，例如我们在以前设计的系统加入语音提示功能，可以做一个简单的语音对话系统，结合视觉识别系统，对文字进行识别，做一个阅读机。
4.利用openmv模块进行视觉技术的学习
OpenMV是一个开源，低成本，功能强大的机器视觉模块[3],OpenMV上的机器视觉算法包括寻找色块、人脸检测、图形识别、边缘检测、标志跟踪、二维码识别、模型训练、特征码提取等。价格在200元左右，另外一点openmv模块支持Python。
利用该模块，我们可以进行如下的人工智能教学，第1节，视觉识别技术的应用，主要是让学生了解目前世界上视觉识别技术，已经达到什么水平，视觉识别技术一般用在什么场合中，第2节OpenMV系统介绍，通过介绍OpenMV系统，了解视觉识别技术的基本工作原理，了解OpenMV系统能实现什么功能，并初步使用OpenMV系统。第3-8节视觉识别系统的设计及应用，我们可以设计一款利用摄像头循黑线的小车、基于摄像头二维码扫描的药物识别系统、基于人脸识别的宿舍点名系统。
5.对Scratch软件进行自开发，加入人工智能编程内容，降低学习门槛
开源硬件提供大都是C++代码，中小学生理解这些代码不太容易，为了降低学生学习人工智能的门槛，而把精力都放在人工智能系统开发的完善上，笔者开发了一套基于Scratch的图像编程软件，让学生通过拖图标的方式来编写人工智能程序，取得不错的效果，软件如图1所示。
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从以上几点我们可以看到，利用开源硬件，开展人工智能课程是可行，课程资源是丰富的，上面课程内容系统汇总以表1所示。
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四、发展与展望
人工智能教育关系到国家的战略发展，三尺讲台系国运，利用开源硬件开展人工智能教育，经过实践是可行的，是可以完全达到有关的课程标准和课程目标要求的，相信在不久的将来，开源硬件将大量出现在人工智能教育课堂上。
参考文献：
[1]方圆媛，黄旭光.中小学人工智能教育：学什么，怎么教——来自“美国K-12人工智能教育行动”的启示[J].中国电化教育，2020，
[2]王健宗 何安珣 李泽远.金融智能：AI如何为银行、保险、证券业赋能.机械工业出版社出版
[3]张天轶.基础教育阶段开展人工智能课程的路径与方法.中小学信息技术教育.2020年第12期