面向中小学创客教育的语音识别人工智能模块与图形化编程技术

人工智能(ArtificialIntelligence)研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法及技术,也就是研究如何让计算机去完成需要人的智力才能胜任的工作,研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类的智能行为。

人工智能的迅速发展将深刻改变人类社会生活、改变世界。2017年7月20日国务院印发《新一代人工智能发展规划》(国发〔2017〕35号),倡导开源开放共享理念,加快智能软硬件、智能机器人等人工智能关键技术的转化应用,部署实施全民智能教育项目,在中小学阶段设置人工智能相关课程,逐步推广编程教育。

然而,人工智能属于当今世界的顶尖技术,如何普及到中小学校、开发适合青少年心理特征和知识结构的课程,需要进行探索和实践。2017年8月开始,徐明创客教育工作室团队利用自身技术积累,联合科技企业,积极参与人工智能技术的普及工作,开发开源人工智能硬件和图形化编程模块,推进人工智能技术走进中小学校园。

从研发到试制到定型,从嵌入式代码编程发展到图形化编程模式,截至年底,工作室团队成功完成一款语音识别人工智能模块的设计,便于运用到中小学创客教育、STEAM教育活动之中。

1.语音识别人工智能模块设计

利用高性能的非特定人、大词汇量连续语音识别芯片设计语音识别模块,结合Arduino开源硬件技术进行应用设计,可直接在Arduino IDE编程环境中使用。根据创客教育活动的需要,可以自行编程设置特定活动主题的命令词集合。

(1)电子设计图(2)模块实物图

图1语音识别Arduino模块

2.图形化编程库设计

特别针对中小学创客教育的需要,开发了图形化编程库,可以在支持Arduino硬件的图形化编程工具中使用。下一步,将研究和开发针对Python环境的图形化编程库。图2显示的是所设计的图形化编程库导入国内主流的米思齐图形化编程软件后的情况,通过对语音识别图形块的拖拽使用,学生很容易完成对语音识别技术的运用。

图2导入米思齐图形化编程软件中的语音识别模块

3.图形化编程过程

在图形化编程环境中,学生选择语音识别模块,选定与Arduino主板的连接端口,设定所需要识别的命令词,就可完成创客项目的编程过程。图3显示的是在智能家居创客主题中,应用语音识别模块进行图形化编程的情况。

图3智能家居主题中语音识别模块的图形化编程

4.智能家居应用案例

智能家居是中小学创客教育的热门主题,也是人工智能技术的重要应用场景。应用Arduino开源硬件技术和图形化编程,可以对学生创客活动提供有力支持。图4是实际设计的一个应用案例,使用了Arduino控制板以及LED灯、电风扇、语音识别等模块,能够识别出开灯、关灯、开风扇、关风扇等指令,控制LED灯、电风扇的工作。图5是图4案例的全部图形化编程内容。

图4语音识别应用案例

图5语音识别案例的图形化编程内容

5.人工智能技术支持的创客教育课程设计

开源人工智能硬件模块及图形化编程技术的开发,为中小学人工智能创客教育课程的开发提供有力支持,可采用与电子及编程类创客课程相结合、与信息技术课程结合等方式开发适合中小学各学段的人工智能课程模块,便于学生体验人工智能技术以及运用人工智能技术进行创新、创造。

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  • 原文链接http://kuaibao.qq.com/s/20171230G014SM00?refer=cp_1026
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