AI兒童互動教育軟件開發

侯琬盈 譚夢琦 張宇潔 陳可欣

【摘 要】伴隨著網絡科技的不斷應用，已經滲透在我們生活的反方面面，網絡教育極大的改變了教育的模式。對于傳統的教學方式以及呆板的教學軟件，已經不適用于兒童互動實踐性的鍛煉。我們就以此為出發點，利用AI技術。首先對兒童教育軟件開發現有的成進行了查閱和匯總，了解其中值得借鑒的地方，發現不足之處。再就是對兒童學習的特點及需求面進行了分析，針對性的從多方面做出軟件的設計。詳細介紹軟件的功能模塊，并且給出了具體的開發方案，對開發成果進行運行測試。

【關鍵詞】AI人工智能;兒童教育;互動軟件開發緒論

1.1研究背景及意義

隨著科學技術的不斷發展，教育行業的信息化程度在不斷的提高。學生們對知識的吸收、理解力能直接影響著他們的學習效率。目前兒童教育幼兒教育的方工仍采取一種傳統的“注入式”教學方式。普遍地存在一種現象，那就是“老師教幾遍，小朋友跟讀幾遍，然后小朋友整齊讀幾遍;兒童教育課，老師在黑板上講，小朋友在下面聽，然后做作業?！边@種教學過程太機械，缺乏引導和啟發作用，幼兒的動手操作能力少之又少，從而促使幼兒的想象力和創造力得不到發展。為輔助學生高效、全面的學習提供新渠道，利用現有的AI技術，積極開展互動型教育軟件的開發是非常有必要的

1.2國內外現狀

1.2.1國外教育軟件研究現狀

通過查閱相關的文獻資料可以了解到，國外對于學習的的研究取得了很大的進展，英國實施的“M-learning”項目最具代表性?！癕-learning”項目于2002年啟動，由世界著名在線教育學者Mike Sharples提出，該項目有英國、意大利等眾多歐洲國家參與，目的是讓人們能夠通過借助便攜設備來進行非正式學習，從而為歐洲部分地區沒有接受教育的人們提供受教育的機會，實現教育公平。

1.2.2國內教育軟件研究現狀

起初，因為我國在教育軟件投入資金、互聯網技術等方面存在的問題，導致教育軟件的研究流于表面，缺乏深度。在2004年左右，國家加大了對教育軟件項目的支持，給予充足的物質保障，再加上與教育軟件有關技術的不斷革新，我國在教育軟件的理論方面和實踐方面都有了長足的進步。在“中國知網”及“萬方數據庫”以教育軟件開發為主題進行檢索，將相關文獻歸納整理后，發現我國在研究教育軟件的應用方面已經有了一定的成果，但是在兒童互動教育應用的學術研究是遠遠低于高年級的學生。

二、兒童互動教育軟件開發方法研究

2.1兒童學習特點分析

在學前兒童認知方面，具體形象性和不隨意性是學前兒童，特別是歲兒童的心理過程的典型特征。他們對外界的認知活動主要借助感知覺活動和表象，抽象概括的能力有限，難以按照自己的目的和計劃支配各種心理過程和行為，很容易受接觸到的外部事物的影響，兒童心理過程逐步具有抽象性和隨意性。兒童時期人體的各種感覺、聽覺、視覺等都處于迅速發展的階段，并且有較強的模仿能力。所以在設計互動教育軟件時可以充分認識及利用兒童的這些特點。

2.2軟件需求分析

增強軟件的互動型，即兒童與教育者之間的互動，還有與學習資源之間的交互性，在互動氛圍下讓兒童更加積極的參與到學習中去?；咏逃浖泻w的學習情景，學生是可以根據個人的喜好來進行選擇的。所面臨的用戶群體是兒童，軟件的操作性也應是簡單，使用難度小，上手性強的。

三、兒童互動教育軟件設計

3.1軟件內容設計

根據前面對軟件及兒童需求做出的分析，在軟件內容設計上首先是對情景化的設計。情景中可以包括圖影再現、音樂渲染、語言描述。從周圍環境、日常生活和課堂游戲中認識事物之間的關系并體會到兒童教育的重要和有趣。

3.2系統模塊設計

教學設計，主要是為老師或者家長提供一些知識參考。繪本劇場模塊，以生動有趣的角色形象為兒童營造故事的環境?；娱喿x、互動探索及互動游戲這三個功能可用在線下教育的模式，讓兒童通過實物或者模具來開展學習內容，同樣也可以通過AI技術模擬實物，現場將學習實物展現出來，AI全息技術就是利用物理與光學原理，把真實的三維物體，經過一系列復雜的拍攝、記錄與傳輸，展現在觀眾眼前的畫面是一個真實的三維場景，這種技術已經可以把傳統的2D平面視頻轉化成3D立體視頻實現真正的寓教于樂。

3.3交互界面設計

交互界面就是我們常說的用戶界面，使用者與軟件之間信息交換的對接口。介于使用者是兒童，所以角色的形象設置要生動。在界面設計過程中注意組成統一的界面。AI技術不僅可以美輪美奐的把人物展示出來，兒童融入其中可以把獨特的探索優勢或者想象力，通過身臨其境的方式進行詳細實現，這就較以前的圖片、視頻、更能完美的展示給兒童

四、兒童互動教育軟件開發與實現

4.1軟件開發環境介紹

1.硬件環境配置：蘋果MacBook（MA699CH/A）——Intel酷睿2雙核T5600（1.83GHz），內存容量512MB。

2.軟件環境配置：PC操作系統——Mac OS X v10.4.4 Tiger。

開發工具：Android Studio3.4.1，eclipse2018，Android SDK，JDK1.7

AI技術需要用到4種軟件來配合：

1）3D Studio Max。

2）Cinema4D。

3）After Effects。

4）unreal engine4

Android的開發環境包含兩大要素，一是集成開發環境IDE，另一是軟件開發包SDK。在安裝時選中Android虛擬設備，選擇IDE的安裝位置，需要預留1GB的空間，順次選擇啟動界面、Configure、SDK Manager、選中 Android5.0。Android5.0 SDK 下載期間需保證網絡可以訪問dl.google.com。

4.2主要模塊的界面實現

4.2.1登錄模塊的實現

打開本軟件的時候首先看到的是一段動畫片頭，然后播放應用介紹，最后進入登錄界面。登錄界面一共有兩個按鈕，“登錄”按鈕和“注冊”按鈕。注冊界面只需要用戶提供賬號和密碼就可以完成注冊了。

4.2.2知識模塊的實現

在知識模塊中老師或家長可以選擇進入教學設計、教學資源、繪本劇場等模塊，系統為兒童提供與相關的課外知識。老師或者兒童也可以在繪本劇場模塊中，將自己平常見到的或者想象中的畫面繪畫出來，上傳到系統中。

4.2.3互動模塊的實現

互動模塊主要包括互動閱讀、互動探索、互動游戲三個子模塊，給模塊界面有三個子按鈕，分別對應這三個子模塊，兒童可以根據自己想要的按鈕轉跳到子模塊

4.3軟件測試

4.3.1軟件功能性測試

戶進行系統登錄，當輸入用戶名不存在或用戶密碼不正確時，系統能夠給出提示。并彈出相應的報錯提示。當用戶所輸入的全部信息都正確的時候，用戶將進入功能頁面。進行模塊的功能測試，測試軟件能否正常顯示模塊下的學習資源內容，在測試時點選各項模塊下的功能選項，經過測試，系統成功顯示各模塊下的頁的學習資源內容。

4.3.2軟件性能測試

主要是對軟件中所包含的數據資源查看、請求處理的能力，經過反復的測試結果是理想的。再就是對在線用戶數訪問壓力的測試，測試結果理想，能同時滿足1000個以上用戶對軟件的在線需求。

參考文獻：

[1]曾智，丁家永維果茨基教學與發展思想述評外國教育研究，2002，29（11）;23～26.

[2]馮永勝，許楠.基于微信的移動學習平臺開發與設計[J].現代電子技術，2017，40（07）：8-11.

（作者單位：大連工業大學）