《人工智能》為創(chuàng)客教育系列叢書(shū)小學(xué)第二冊(cè)，包括“體驗(yàn)人工智能”“編程控制機(jī)器人”兩部分內(nèi)容，圍繞創(chuàng)新思維的培養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)計(jì)了“愛(ài)學(xué)習(xí)的機(jī)器貓”“機(jī)器人闖關(guān)”項(xiàng)目范例，通過(guò)“情境→主題→規(guī)劃→探究→實(shí)施→成果→評(píng)價(jià)”的小項(xiàng)目學(xué)習(xí)方式，開(kāi)展自主、探究、合作學(xué)習(xí)活動(dòng)，運(yùn)用簡(jiǎn)單的硬件設(shè)備和方便操作的軟件平臺(tái)，幫助同學(xué)們體驗(yàn)人工智能和智能機(jī)器人的技術(shù)魅力，學(xué)會(huì)通過(guò)編程嘗試實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人工智能，控制機(jī)器人的簡(jiǎn)單動(dòng)作。
《人工智能》為創(chuàng)客教育系列叢書(shū)小學(xué)第二冊(cè)，適合小學(xué)二年級(jí)學(xué)生閱讀使用。
序
全球化和人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)的飛速發(fā)展，正在深刻改變著人才需求和教育形態(tài)，促使學(xué)生掌握在21 世紀(jì)生存和成功所需的知識(shí)與技能，它們被稱(chēng)為21 世紀(jì)的高階思維技能、更深層次的學(xué)習(xí)能力以及復(fù)雜的思維和溝通技能。
創(chuàng)客教育與STEM 教育作為跨學(xué)科綜合教育的有效形態(tài)，在全球范圍內(nèi)，特別是在美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、以色列、芬蘭、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，已被提升到國(guó)家發(fā)展及人才戰(zhàn)略的高度。近年來(lái)，STEM 教育理念在我國(guó)也越來(lái)越受到廣泛重視并達(dá)成共識(shí)，其優(yōu)越性體現(xiàn)在以下方面。
一是用知識(shí)解決問(wèn)題。學(xué)生需要應(yīng)用知識(shí)和技能，并且必須能夠?qū)⒅R(shí)和技能、學(xué)習(xí)和能力、惰性學(xué)習(xí)和主動(dòng)學(xué)習(xí)、創(chuàng)造性和適應(yīng)性的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的高階思維的分析、評(píng)價(jià)與創(chuàng)造。
二是批判性思維。批判性思維被認(rèn)為是 21 世紀(jì)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，包括對(duì)信息的獲取、分析和綜合，并可以被教授、練習(xí)和掌握。批判性思維還利用了其他技能，如交流、信息素養(yǎng)能力，以及檢驗(yàn)、分析、解釋和評(píng)估證據(jù)的能力。
三是問(wèn)題解決能力。21 世紀(jì)學(xué)生的另一個(gè)基本能力是解決問(wèn)題，研究和解決問(wèn)題的技能包括識(shí)別和搜索、選擇、評(píng)估、組織和權(quán)衡備選方案和解釋信息的能力。
四是溝通與協(xié)作。良好的溝通能力，包括口頭和書(shū)面表達(dá)令人信服的想法的能力，能提出明確的意見(jiàn)，能接受連貫的指示，并通過(guò)言語(yǔ)激勵(lì)他人，這些能力在工作場(chǎng)所和公共生活中都被高度重視。規(guī)范的合作學(xué)習(xí)需要改變課程、教學(xué)、評(píng)估實(shí)踐、學(xué)習(xí)環(huán)境和教師的專(zhuān)業(yè)發(fā)展，21 世紀(jì)的合作將在學(xué)校內(nèi)部、學(xué)校之間、學(xué)校內(nèi)外的溝通之間發(fā)展。
五是創(chuàng)新與創(chuàng)造力。在全球化競(jìng)爭(zhēng)和任務(wù)自動(dòng)化的今天，創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神正在迅速成為職業(yè)和個(gè)人成功的必要條件，勇于“抓住”問(wèn)題和實(shí)踐探究“開(kāi)拓新領(lǐng)域”的能力，激發(fā)新的思維方式，提出新的想法和解決方案，提出不熟悉的問(wèn)題，并得出意想不到的答案，進(jìn)一步激發(fā)創(chuàng)新和創(chuàng)造力。
六是基于項(xiàng)目和基于問(wèn)題的探究式學(xué)習(xí)是21 世紀(jì)教與學(xué)的核心，是實(shí)現(xiàn)21 世紀(jì)教育目標(biāo)的理想教學(xué)模式。學(xué)生們通過(guò)設(shè)計(jì)和構(gòu)造現(xiàn)實(shí)生活中問(wèn)題的實(shí)際解決方案來(lái)學(xué)習(xí)，在小組合作中，學(xué)生將開(kāi)展跨學(xué)科知識(shí)融合與研究，對(duì)項(xiàng)目的不同部分負(fù)責(zé)，互相評(píng)價(jià)對(duì)方的工作并創(chuàng)造出專(zhuān)業(yè)的高質(zhì)量產(chǎn)品，這將有助于培養(yǎng)學(xué)生在現(xiàn)實(shí)世界中解決問(wèn)題的能力。
國(guó)內(nèi)對(duì)STEM 課程的研究還處于起步階段，存在概念理解偏差、課程設(shè)置不完善以及師資力量不足等問(wèn)題。一些技術(shù)驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)客內(nèi)容，脫離了教育本質(zhì)，未能以核心素養(yǎng)為本推動(dòng)學(xué)生內(nèi)在發(fā)展。
雖然國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了許多課程，如機(jī)器人、3D 打印、編程等，但大多呈現(xiàn)出碎片化的狀態(tài)，沒(méi)有形成一套完整的課程可供大家參考和借鑒。針對(duì)這種情況，“創(chuàng)客教育系列叢書(shū)”力求以系統(tǒng)化、可持續(xù)、可評(píng)價(jià)的方式開(kāi)展STEM 教育和創(chuàng)客教育的理論研究與實(shí)踐探索，研發(fā)了一套STEM 教育和創(chuàng)客教育的系統(tǒng)化課程，完成了從小學(xué)、初中到高中的有效銜接，以落實(shí)基于21 世紀(jì)核心素養(yǎng)人才的培養(yǎng)方案。本叢書(shū)編寫(xiě)的指導(dǎo)思想，結(jié)合了我國(guó)國(guó)情，從“立德樹(shù)人、服務(wù)選才、引導(dǎo)教學(xué)”角度出發(fā)，融項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）、STEM 理念于一體，基于通識(shí)教育，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)推進(jìn)STEM 教育。該叢書(shū)包括小學(xué)三冊(cè)、初中三冊(cè)、高中三冊(cè)，立足于大眾創(chuàng)客教育，圍繞數(shù)字創(chuàng)作、人工智能、創(chuàng)意制作、暢想創(chuàng)作四類(lèi)課程有效進(jìn)階，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，軟硬結(jié)合，虛實(shí)融合，線上線下整合，培養(yǎng)學(xué)生21 世紀(jì)核心技能。因此，該叢書(shū)的內(nèi)容設(shè)計(jì)在選取上注重輸入與輸出的有效對(duì)接，每種課程都有合適的出口，□終都呈現(xiàn)出學(xué)生作品，與培育精英人才結(jié)合，與市、省及□□□的競(jìng)賽活動(dòng)銜接。本叢書(shū)解決了跨學(xué)科融合與考試升學(xué)之間的矛盾；解決了不同地區(qū)經(jīng)費(fèi)需求不同的問(wèn)題；解決了創(chuàng)客教育與STEM 教育可持續(xù)性問(wèn)題；解決了創(chuàng)客教育師資不足的問(wèn)題。叢書(shū)出版以符合教育部公示并通過(guò)審核的面向中小學(xué)生的全國(guó)性競(jìng)賽活動(dòng)為準(zhǔn)，作品無(wú)論是虛擬創(chuàng)作還是實(shí)體制作，都是一個(gè)項(xiàng)目、一種工程。該叢書(shū)用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為師生提供明確的教學(xué)指引和學(xué)習(xí)支架，小學(xué)、初中、高中各階段教材均以知識(shí)技能為主線，以項(xiàng)目教學(xué)或項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為輔線，通過(guò)項(xiàng)目范例、項(xiàng)目選題、項(xiàng)目規(guī)劃、探究活動(dòng)、項(xiàng)目實(shí)施、成果展示、活動(dòng)評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)引領(lǐng)教與學(xué)的活動(dòng)。叢書(shū)中項(xiàng)目教學(xué)的思路主要通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)施路徑和項(xiàng)目活動(dòng)評(píng)價(jià)表予以落實(shí)。
該叢書(shū)立足創(chuàng)客教育與STEM 教育戰(zhàn)略高度的頂層設(shè)計(jì)，聚焦教育創(chuàng)新戰(zhàn)略，設(shè)計(jì)教育改革發(fā)展藍(lán)圖，積極探索新模式，借鑒國(guó)際教育發(fā)展前沿趨勢(shì)和國(guó)內(nèi)創(chuàng)新實(shí)踐，聚焦提升人才培養(yǎng)質(zhì)量，以為國(guó)家建設(shè)培養(yǎng)創(chuàng)新人才為核心，整合全社會(huì)資源，項(xiàng)目引路，構(gòu)建由中小學(xué)校校內(nèi)之間、不同學(xué)校之間以及校外與科研機(jī)構(gòu)、高新企業(yè)、社區(qū)和高等學(xué)校組成的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)發(fā)展共同體，以實(shí)施系統(tǒng)完整的創(chuàng)客課程與STEM 課程為主線，打造覆蓋區(qū)域的課程實(shí)施基地，面向全體，讓每一個(gè)學(xué)生接受創(chuàng)客教育與STEM 教育，通過(guò)課程的常態(tài)化和人才選拔，培養(yǎng)國(guó)家發(fā)展急需的創(chuàng)新型人才和高技能人才，為國(guó)際教育發(fā)展和科技創(chuàng)新型人才培養(yǎng)提供中國(guó)智慧和中國(guó)方案。
該叢書(shū)難免存在缺點(diǎn)和不足，殷切希望廣大讀者批評(píng)指正！
中國(guó)教育信息化創(chuàng)客教育研究中心
叢書(shū)主編 孫曉奎
2020 年7 月
第一章 體驗(yàn)人工智能 1
項(xiàng)目范例：愛(ài)學(xué)習(xí)的機(jī)器貓 2
第一節(jié) 初識(shí)人工智能 3
一、人工智能已來(lái) 4
二、人工智能的應(yīng)用 4
第二節(jié) 從文本到語(yǔ)音 6
一、文本朗讀 7
二、變換朗讀方式 9
三、初識(shí)百度大腦 11
第三節(jié) 自然語(yǔ)言處理 12
一、語(yǔ)音識(shí)別 13
二、語(yǔ)言翻譯 14
三、保存語(yǔ)音處理結(jié)果 15
第四節(jié) 語(yǔ)音識(shí)別綜合運(yùn)用 16
一、鍵盤(pán)控制文本朗讀 17
二、語(yǔ)音控制機(jī)器貓動(dòng)作 18
三、詩(shī)詞小達(dá)人 18
第五節(jié) 視頻偵測(cè)初探 20
一、啟用攝像頭 21
二、簡(jiǎn)單動(dòng)作偵測(cè) 21
三、互動(dòng)小游戲 22
第六節(jié) 智能識(shí)物 25
一、智能識(shí)動(dòng)物 26
二、智能識(shí)蔬菜 27
三、智能識(shí)物作詩(shī) 29
第七節(jié) 人臉識(shí)別 30
一、智能識(shí)別年齡 31
二、智能人臉?shù)浫?nbsp; 33
三、智能人臉辨認(rèn) 33
本章扼要回顧 35
回顧與總結(jié) 36
第二章 編程控制機(jī)器人 37
項(xiàng)目范例：機(jī)器人闖關(guān) 38
第一節(jié) 簡(jiǎn)單動(dòng)作機(jī)器人 40
一、控制機(jī)器人前進(jìn) 41
二、控制機(jī)器人后退 42
三、控制機(jī)器人精確動(dòng)作 43
第二節(jié) 組合動(dòng)作機(jī)器人 46
一、大角度轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng) 47
二、弧線運(yùn)動(dòng) 48
三、連續(xù)弧線運(yùn)動(dòng) 49
四、認(rèn)識(shí)子程序 50
第三節(jié) 迷宮機(jī)器人 52
一、使用子程序 53
二、初識(shí)循環(huán)語(yǔ)句 56
三、機(jī)器人推箱子 57
第四節(jié) 巧用□□指令 59
一、穿越障礙墻 60
二、前后推球 62
三、繞圈運(yùn)動(dòng) 63
四、再用循環(huán)結(jié)構(gòu) 64
第五節(jié) 清潔機(jī)器人 66
一、場(chǎng)地巡航 67
二、啟動(dòng)吸塵電機(jī) 70
三、穿越隧道去清潔 72
第六節(jié) 測(cè)距機(jī)器人 74
一、認(rèn)識(shí)超聲傳感器 75
二、觸碰箱子 77
三、使用紅外傳感器 78
四、重走迷宮 79
第七節(jié) 巡線機(jī)器人 80
一、認(rèn)識(shí)灰度傳感器 81
二、單灰度巡線 82
三、雙灰度巡線 84
第八節(jié) 高臺(tái)機(jī)器人 85
一、認(rèn)識(shí)下視傳感器 86
二、認(rèn)識(shí)指南針傳感器 89
三、走高臺(tái)機(jī)器人 89
本章扼要回顧 94
回顧與總結(jié) 95
附錄 項(xiàng)目活動(dòng)評(píng)價(jià)表 96
書(shū)單推薦
