基于AI控制器的人工智能教學(xué)設(shè)計與實現(xiàn)

【摘要】本文以制作智能臺燈和避障小車實驗為例，探討了AI控制器在人工智能教育中的應(yīng)用。通過實驗幫助學(xué)生了解AI技術(shù)的實現(xiàn)原理，使其提高編程能力和實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維?！娟P(guān)鍵詞】AI控制技術(shù)；人工智能；教學(xué)設(shè)計；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驗體驗。與此同時，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行了實驗。智能臺燈項目展現(xiàn)了AI控制器具備單片機的控制能力，而避障小車項目體現(xiàn)了AI控制器先進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)，對其進行修改完善，并應(yīng)用于五年級學(xué)生的教學(xué)實驗。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現(xiàn)原理，還可以根據(jù)學(xué)生的實際能力需求分別設(shè)置初級和高級實驗。在智能臺燈初級實驗中，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；而高級實驗可以開發(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。這樣的實驗不僅能提高學(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。在制作避障小車實驗中，學(xué)生可以利用紅外傳感器和超聲波雷達傳感器進行避障，開展初級實驗可以讓小車自動前進并避開障礙物，而高級實驗則可以讓小車在不同場景下進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，不僅可以增強學(xué)生的動手實踐能力，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)意義和實用價值的電子設(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。智能臺燈實驗設(shè)計及制作實驗內(nèi)容：利用AI控制器，設(shè)計并制作一個根據(jù)聲音大小調(diào)節(jié)亮度的智能臺燈。實驗過程：準(zhǔn)備材料有一塊亮度傳感器、一個聲音傳感器、兩個LED眼燈和一個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：制作聲音傳感器實時監(jiān)控。在程序中加入聲音傳感器的實時監(jiān)控語句，當(dāng)檢測到環(huán)境中有聲音時，記錄聲音大小的數(shù)值。步驟四：制作亮度傳感器實時監(jiān)控。在程序中加入亮度傳感器實時監(jiān)控語句，當(dāng)檢測到環(huán)境光線暗時，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弱，通過AI控制器控制LED眼燈的顯示方式進行調(diào)節(jié)，使得LED眼燈亮度隨聲音大小、外部光線亮度強弱變化而變化。通過以上步驟，學(xué)生可以成功制作一個由聲音大小調(diào)節(jié)亮度的智能臺燈，并通過AI控制器實現(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。避障小車實驗設(shè)計及制作實驗內(nèi)容：利用AI控制器，設(shè)計并制作一個能自主避障的避障小車。實驗過程：實驗材料有一個AI控制器、一個舵機、兩個電機、一個超聲波雷達傳感器、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、超聲波傳感器、舵機等設(shè)備進行正確組裝并與AI控制器連接好。組裝完畢后，對控制器進行初始化并進行設(shè)置工作。步驟二：超聲波傳感器實時監(jiān)控制作。在程序中加入超聲波雷達傳感器實時監(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，舵機對小車的前進方向進行調(diào)整，使小車能夠避開障礙物并保持行駛方向。步驟四：小車前進和停止控制。編寫程序?qū)崿F(xiàn)小車前進和停止的控制，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，并控制電機的轉(zhuǎn)動方向和速度。步驟五：智能避障和路徑規(guī)劃程序控制（高級實驗）。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)計一個最優(yōu)路徑規(guī)劃程序，并將之與避障程序相結(jié)合，實現(xiàn)小車在不同場景下進行智能避障和路徑規(guī)劃。步驟六：測試實驗。將小車系統(tǒng)連接至電源，上傳程序控制器，進行測試實驗，調(diào)試參數(shù)。如果小車可以自主避開障礙物、前進和停止，并且在高級實驗中可以智能避障和路徑規(guī)劃，那么實驗就成功了。在這個實驗中，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)生綜合運用所學(xué)知識，培養(yǎng)他們的實踐能力與創(chuàng)新意識。此外，AI技術(shù)在實際場景中的應(yīng)用越來越廣泛，此類實驗也有重要的應(yīng)用價值。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。（1）提高學(xué)習(xí)興趣。可視化編程可以通過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）豐富實驗內(nèi)容。通過傳感器實驗，學(xué)生可以更加直觀地掌握數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析以及機器學(xué)習(xí)等相關(guān)技能，同時也可以激勵學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)新思維，設(shè)計更好玩、更實用的應(yīng)用系統(tǒng)。（3）提高實驗效果。傳感器可以實現(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，從而深入掌握實驗原理。（4）培養(yǎng)團隊合作和創(chuàng)新意識。在課程設(shè)計中，通過設(shè)計具有挑戰(zhàn)性的實驗任務(wù)，鼓勵學(xué)生通過合作來共同解決實際問題。此外，在實驗中需要學(xué)生自主思考、創(chuàng)新設(shè)計，并利用可視化編程、傳感器等技術(shù)來實現(xiàn)所設(shè)計的項目，從而培養(yǎng)創(chuàng)新意識及實際運用技術(shù)的能力。基于AI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，同時為學(xué)生提供在實際生活中的制作選擇，比如設(shè)計制作帶有傳感器的實用小工具或者系統(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，進而應(yīng)用于實際生產(chǎn)和生活中，創(chuàng)造更大