基于AI控制器的人工智能教学设计与实现

王峰

【摘 要】本文以制作智能台灯和避障小车实验为例，探讨了AI控制器在人工智能教育中的应用。通过实验帮助学生了解AI技术的实现原理，使其提高编程能力和实践能力，培养创新思维。

【关键词】AI控制技术；人工智能；教学设计；智能台灯；避障小车

【中图分类号】G434   【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2023）07-056-02

随着现代科技的飞速发展，人工智能教育也逐渐与智能设备相结合，为学生提供更加丰富的实验体验。与此同时，AI控制技术的应用也逐渐引起人们的关注。本文提出一种使用AI控制器进行人工智能教学的方法，并以制作智能台灯和避障小车为例进行了实验。智能台灯项目展现了AI控制器具备单片机的控制能力，而避障小车项目体现了AI控制器先进的拓展功能及其在人工智能教学中的应用前景。

AI控制器在人工智能教育中的应用

本研究以华东师范大学出版社出版的《AI上未来智造者—中小学人工智能精品课程系列丛书（2018年版）》中的“AI上智慧生活”主题二“智能台灯”和主题十一“智能扫地车”案例为基础，对其进行修改完善，并应用于五年级学生的教学实验。AI控制器不仅可以帮助学生了解智能台灯和避障小车的实现原理，还可以根据学生的实际能力需求分别设置初级和高级实验。

在智能台灯初级实验中，可以利用声音传感器和亮度传感器控制灯的开关，学生可以通过调整传感器的敏感度来观察灯的开关变化；而高级实验可以开发语音指令控制灯的开关，学生可以编写程序实现声音指令的识别和控制。这样的实验不仅能提高学生的编程能力，还能逐步培养他们对人工智能应用的兴趣和意识。

在制作避障小车实验中，学生可以利用红外传感器和超声波雷达传感器进行避障，开展初级实验可以让小车自动前进并避开障碍物，而高级实验则可以让小车在不同场景下进行智能避障和路径规划。学生通过调整传感器的角度和距离，观察小车的行驶路线和避障效果，不仅可以增强学生的动手实践能力，还有助于培养他们的空间想象力和创新思维。

综上所述，AI控制器是一种具有教学意义和实用价值的电子设备，可以帮助学生了解人工智能技术并提高他们的创造能力和问题解决能力。

智能台灯实验设计及制作

实验内容：利用AI控制器，设计并制作一个根据声音大小调节亮度的智能台灯。

实验过程：准备材料有一块亮度传感器、一个声音传感器、两个LED眼灯和一个AI控制器，以及相应的导线和配件等。该过程分为以下步骤。

步骤一：准备工作。组装电路并将AI控制器与电脑连接，利用图形化的编程软件进行配置。

步骤二：对传感器及LED眼灯初始化设置，包括声音和亮度的数值以及初始化状态等。

步骤三：制作声音传感器实时监控。在程序中加入声音传感器的实时监控语句，当检测到环境中有声音时，记录声音大小的数值。

步骤四：制作亮度传感器实时监控。在程序中加入亮度传感器实时监控语句，当检测到环境光线暗时，记录亮度大小的数值。

步骤五：调节LED眼灯亮灯模式。根据声音大小和外部光线亮度强弱，通过AI控制器控制LED眼灯的显示方式进行调节，使得LED眼灯亮度随声音大小、外部光线亮度强弱变化而变化。

通过以上步骤，学生可以成功制作一个由声音大小调节亮度的智能台灯，并通过AI控制器实现了声音信号的接收处理和控制信号的输出。由此，学生掌握了相关的程序编写技术，能够更加深入地了解人工智能中传感器和执行器的联动关系，理解生活中的智能照明系统的工作原理。

避障小车实验设计及制作

实验内容：利用AI控制器，设计并制作一个能自主避障的避障小车。

实验过程：实验材料有一个AI控制器、一个舵机、两个电机、一个超声波雷达传感器、相关配件和导线等。该过程分为以下步骤。

步骤一：硬件组装。将电机、超声波传感器、舵机等设备进行正确组装并与AI控制器连接好。组装完毕后，对控制器进行初始化并进行设置工作。

步骤二：超声波传感器实时监控制作。在程序中加入超声波雷达传感器实时监控语句，读取传感器检测范围内的距离信息。

步骤三：避障程序控制。根据超声波传感器检测到的距离信息，舵机对小车的前进方向进行调整，使小车能够避开障碍物并保持行驶方向。

步骤四：小车前进和停止控制。编写程序实现小车前进和停止的控制，根据超声波传感器检测到的距离信息，判断小车是否需要停止或前进，并控制电机的转动方向和速度。

步骤五：智能避障和路径规划程序控制（高级实验）。在基本的避障功能上，可以加入路径规划和智能避障功能。利用AI算法设计一个最优路径规划程序，并将之与避障程序相结合，实现小车在不同场景下进行智能避障和路径规划。

步骤六：测试实验。将小车系统连接至电源，上传程序控制器，进行测试实验，调试参数。如果小车可以自主避开障碍物、前进和停止，并且在高级实验中可以智能避障和路径规划，那么實验就成功了。

在这个实验中，既有硬件的组装与连接，也有软件程序的编写和调试，这可以让学生综合运用所学知识，培养他们的实践能力与创新意识。此外，AI技术在实际场景中的应用越来越广泛，此类实验也有重要的应用价值。

结  论

可视化编程与传感器的综合应用在人工智能教学中可以带来以下优点。

（1）提高学习兴趣。可视化编程可以通过图形化的方式帮助学生更好地理解人工智能原理及相关算法，从而激发学生的兴趣，培养编程能力。

（2）丰富实验内容。通过传感器实验，学生可以更加直观地掌握数据采集、数据分析以及机器学习等相关技能，同时也可以激励学生发挥创新思维，设计更好玩、更实用的应用系统。

（3）提高实验效果。传感器可以实现智能感知功能，可以获取多样的环境信息，因此可以让学生更加直观地了解传感器和人工智能技术的应用和未来发展趋势，从而深入掌握实验原理。

（4）培养团队合作和创新意识。在课程设计中，通过设计具有挑战性的实验任务，鼓励学生通过合作来共同解决实际问题。此外，在实验中需要学生自主思考、创新设计，并利用可视化编程、传感器等技术来实现所设计的项目，从而培养创新意识及实际运用技术的能力。

基于AI控制器技术的教育可以激发学生对人工智能技术的兴趣，同时为学生提供在实际生活中的制作选择，比如设计制作带有传感器的实用小工具或者系统，如智能家居等。这样，学生可以从中产生很多有意义的创新作品，进而应用于实际生产和生活中，创造更大的价值。

未来，智能设备在人工智能教育中的应用还有很大的发展空间。我们可以进一步探究如何将智能设备与生活实践相结合，为学生提供更加高效便捷的学习路径。这需要借鉴其他相关领域的经验和创新成果，融入更多先进的技术和思想，为人工智能教育的发展进步注入更多的动力和活力。