基于AI控制器的人工智能教學設計與實現

王峰

【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用。通過實驗幫助學生了解AI技術的實現原理，使其提高編程能力和實踐能力，培養創新思維。

【關鍵詞】AI控制技術；人工智能；教學設計；智能臺燈；避障小車

【中圖分類號】G434 ? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）07-056-02

隨著現代科技的飛速發展，人工智能教育也逐漸與智能設備相結合，為學生提供更加豐富的實驗體驗。與此同時，AI控制技術的應用也逐漸引起人們的關注。本文提出一種使用AI控制器進行人工智能教學的方法，并以制作智能臺燈和避障小車為例進行了實驗。智能臺燈項目展現了AI控制器具備單片機的控制能力，而避障小車項目體現了AI控制器先進的拓展功能及其在人工智能教學中的應用前景。

AI控制器在人工智能教育中的應用

本研究以華東師范大學出版社出版的《AI上未來智造者—中小學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，對其進行修改完善，并應用于五年級學生的教學實驗。AI控制器不僅可以幫助學生了解智能臺燈和避障小車的實現原理，還可以根據學生的實際能力需求分別設置初級和高級實驗。

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，學生可以通過調整傳感器的敏感度來觀察燈的開關變化；而高級實驗可以開發語音指令控制燈的開關，學生可以編寫程序實現聲音指令的識別和控制。這樣的實驗不僅能提高學生的編程能力，還能逐步培養他們對人工智能應用的興趣和意識。

在制作避障小車實驗中，學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劃。學生通過調整傳感器的角度和距離，觀察小車的行駛路線和避障效果，不僅可以增強學生的動手實踐能力，還有助于培養他們的空間想象力和創新思維。

綜上所述，AI控制器是一種具有教學意義和實用價值的電子設備，可以幫助學生了解人工智能技術并提高他們的創造能力和問題解決能力。

智能臺燈實驗設計及制作

實驗內容：利用AI控制器，設計并制作一個根據聲音大小調節亮度的智能臺燈。

實驗過程：準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，以及相應的導線和配件等。該過程分為以下步驟。

步驟一：準備工作。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眼燈初始化設置，包括聲音和亮度的數值以及初始化狀態等。

步驟三：制作聲音傳感器實時監控。在程序中加入聲音傳感器的實時監控語句，當檢測到環境中有聲音時，記錄聲音大小的數值。

步驟四：制作亮度傳感器實時監控。在程序中加入亮度傳感器實時監控語句，當檢測到環境光線暗時，記錄亮度大小的數值。

步驟五：調節LED眼燈亮燈模式。根據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節，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，學生可以成功制作一個由聲音大小調節亮度的智能臺燈，并通過AI控制器實現了聲音信號的接收處理和控制信號的輸出。由此，學生掌握了相關的程序編寫技術，能夠更加深入地了解人工智能中傳感器和執行器的聯動關系，理解生活中的智能照明系統的工作原理。

避障小車實驗設計及制作

實驗內容：利用AI控制器，設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、相關配件和導線等。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置工作。

步驟二：超聲波傳感器實時監控制作。在程序中加入超聲波雷達傳感器實時監控語句，讀取傳感器檢測范圍內的距離信息。

步驟三：避障程序控制。根據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。編寫程序實現小車前進和停止的控制，根據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，并控制電機的轉動方向和速度。

步驟五：智能避障和路徑規劃程序控制（高級實驗）。在基本的避障功能上，可以加入路徑規劃和智能避障功能。利用AI算法設計一個最優路徑規劃程序，并將之與避障程序相結合，實現小車在不同場景下進行智能避障和路徑規劃。

步驟六：測試實驗。將小車系統連接至電源，上傳程序控制器，進行測試實驗，調試參數。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試，這可以讓學生綜合運用所學知識，培養他們的實踐能力與創新意識。此外，AI技術在實際場景中的應用越來越廣泛，此類實驗也有重要的應用價值。

結 ?論

可視化編程與傳感器的綜合應用在人工智能教學中可以帶來以下優點。

（1）提高學習興趣。可視化編程可以通過圖形化的方式幫助學生更好地理解人工智能原理及相關算法，從而激發學生的興趣，培養編程能力。

（2）豐富實驗內容。通過傳感器實驗，學生可以更加直觀地掌握數據采集、數據分析以及機器學習等相關技能，同時也可以激勵學生發揮創新思維，設計更好玩、更實用的應用系統。

（3）提高實驗效果。傳感器可以實現智能感知功能，可以獲取多樣的環境信息，因此可以讓學生更加直觀地了解傳感器和人工智能技術的應用和未來發展趨勢，從而深入掌握實驗原理。

（4）培養團隊合作和創新意識。在課程設計中，通過設計具有挑戰性的實驗任務，鼓勵學生通過合作來共同解決實際問題。此外，在實驗中需要學生自主思考、創新設計，并利用可視化編程、傳感器等技術來實現所設計的項目，從而培養創新意識及實際運用技術的能力。

基于AI控制器技術的教育可以激發學生對人工智能技術的興趣，同時為學生提供在實際生活中的制作選擇，比如設計制作帶有傳感器的實用小工具或者系統，如智能家居等。這樣，學生可以從中產生很多有意義的創新作品，進而應用于實際生產和生活中，創造更大的價值。

未來，智能設備在人工智能教育中的應用還有很大的發展空間。我們可以進一步探究如何將智能設備與生活實踐相結合，為學生提供更加高效便捷的學習路徑。這需要借鑒其他相關領域的經驗和創新成果，融入更多先進的技術和思想，為人工智能教育的發展進步注入更多的動力和活力。