人工智能課堂綜合實戰——AI智能秤

主講人：呂啟剛

呂啟剛 浙江省舟山市定海小學信息技術教師，定海區名教師，之江匯教育廣場省級講師團講師，舟山市“技術與教學融合應用聯盟”優秀講師，從事創客教學多年，開發的多門創客拓展性課程在省市級評比中獲獎，長期輔導學生參加電腦制作比賽、機器人比賽和科技節比賽，比賽成績出色。2018學年開始在信息技術課堂中開展人工智能編程教學。

教學背景

人工智能教學正在中小學信息技術課堂或拓展課、興趣課中普及，筆者在小學高年級開展人工智能編程教學，學生主要學習語音播報、語音識別、文字識別、物體識別和機器學習等基礎知識。用圖形化編程平臺學習人工智能，學生既體驗了人工智能技術，還提高了編程的水平，有益于提升信息技術素養。

學習了人工智能基礎知識后，我們開始進入綜合項目應用階段，項目的主題是“AI智能秤”。項目的主要要求是：運用人工智能技術制作一款無人值守的智能秤，能夠實現自動識別商品、自動稱量重量并計算金額等功能。這個項目對小學生要求較高，建議以小組的形式開展，4個學生為一組。本課涉及的知識點和內容都比較多，因此本課的教學課時建議為兩課時。

教學目標

知識與技能 掌握重量傳感器的使用方法，掌握Mind+軟件中AI圖像識別的使用方法，能夠結合使用Mind+實時模式和上傳模式。

過程與方法 用小組協作的方式，運用以前學習的知識（語音播報、圖像識別、micro：bit無線通信等）開展AI智能秤項目制作。

情感態度與價值觀 通過項目制作，學生認識到人工智能將會給未來的生活帶來很大的變化，了解學習人工智能技術的深刻意義。

教學重點和難點

教學重點 AI圖像識別功能的使用，micro：bit板之間的通信和重量傳感器的使用。

教學難點 編程實現智能秤識別水果，并根據接收到的重量數據來計算價格和總金額的功能。

教學準備

micro：bit板2個，micro：bit擴展板1個，攝像頭和耳麥（揚聲器）各1個（根據機房情況配備），重量傳感器模塊（電子秤）1個，數字大按鈕模塊3個，3mm椴木板若干，學生自帶特征明顯的水果若干。

教學過程

一、項目引入

教師用PPT展示一張水果店的圖片。

師：快過年了，小區水果店老板發愁店里人手不夠，稱重和收款忙不過來。這時，呂老師正好去買水果，得知水果店人手不夠，就拍拍胸脯說：“這事包在我身上，回實驗室給你弄一個會自動稱水果的智能秤。”呂老師回到實驗室后，想來想去，想不出應該做一個什么樣的秤，這下好了，牛皮已經吹出去了，怎么辦？同學們，你們能幫老師一起來完成這個項目嗎？

學生小組討論，分析項目需求及智能秤需要哪些功能，然后用思維導圖的形式展現。

二、項目準備

師：確定項目后，接下來我們要做的是組員分工、列出材料清單。老師給每個小組準備了micro：bit板、重量傳感器模塊、數字大按鈕模塊等材料。請大家根據項目需求列好清單，并討論本項目需要用到哪些我們已經掌握的技術，需要設置哪些變量，完成相關表格。

學生根據教師的要求，開始分工，然后列出材料清單。列好清單后，開始討論實現項目需要的功能需要用到哪些技術和變量，并完成項目需求技術與材料表、項目需求變量表。

三、項目難點突破

1.如何通過無線通信發送稱重數據到電腦

師：電腦端實時模式下沒有稱重程序模塊，如何獲取稱重數據呢？我們可以借用無線通信來實現。在稱重裝置和電腦間，我們添加2塊micro：bit板，稱重裝置端連接的micro：bit板用上傳模式，電腦端連接的micro：bit板用實時模式。將2塊micro：bit板設置成相同的無線頻道，并打開無線通信，就可以實時傳送數據。

然后，接入重量傳感器。對照線路連接圖接好線，如圖1。這里要特別注意模塊的DOUT和SCK分別接在哪個引腳。

編寫程序實現讀取傳感器值的功能，例如按下按鈕，發送重量傳感器的值，如圖2。

教師還可以引導學生再安裝幾個功能按鈕，豐富智能秤的功能，例如清零、支付等（可通過無線通信發送一個特定字符來實現）。

學生開始安裝測試重量傳感器，并嘗試讓電腦端讀取到稱重裝置發送過來的重量數值，存儲到變量中。

2.電腦如何識別水果

師：如何讓電腦認識水果，是本項目的關鍵，可以通過“AI圖像識別”程序擴展來實現。當電腦端接收到無線數據時，開始圖像識別，識別的類型是“植物”，然后根據識別的結果，給變量“水果”賦值相應的水果名稱，實現自動識別，如圖3。

3.水果價格的計算

師：怎樣才能實現水果價格的計算？我們要事先設置好各種水果的名稱及價格，然后根據傳輸獲取的重量值及攝像頭自動識別的水果名稱，就能計算出來，并且通過語音播報來實現。請同學們小組討論一下，合作設計計算并顯示和播報價格的程序。

學生小組合作，開始設計程序。

四、項目完善

學生根據自己的需求，進行項目制作，并進一步完善。

師：同學們的項目都完成得怎么樣了？初步完成的小組可以給大家展示一下，邀請其他組的同學體驗你們的項目。參與體驗的同學要從項目的創新性、穩定性、功能等方面進行簡單的評價。

學生以小組為單位展示項目，邀請其他同學提出評價建議。

交流展示后，每個小組組內討論總結，協商如何進一步改進，再根據協商的改進方案進一步完善項目。

五、交流分享

師：我們的項目已經基本完工了，大家做得非常棒。接下來，我們開始評選優秀項目，每組有3張點贊卡，請把點贊卡送給3個你們認為最優的項目。最終根據點贊卡的數量，我們選出3個最受好評的項目。

教學反思

本課是一節綜合應用課，通過人工智能項目實戰，學生進一步鞏固所學的語音播報、圖像識別、無線傳輸、邏輯和計算等人工智能技術相關知識。由于項目有一定難度，所以采用了小組合作的形式，并且安排兩課時的時間，讓學生有充分的時間準備、探究和制作，以保證項目順利實施。項目實施過程中，教師要密切關注各小組內如何分工，避免組員包辦或無事可干的情況發生，確保讓每一個學生都參與進來，體驗項目實施帶來的樂趣和成就感。

（本課件由DF創客社區推薦）