人工智能课堂综合实战——AI智能秤

主讲人：吕启刚

吕启刚 浙江省舟山市定海小学信息技术教师，定海区名教师，之江汇教育广场省级讲师团讲师，舟山市“技术与教学融合应用联盟”优秀讲师，从事创客教学多年，开发的多门创客拓展性课程在省市级评比中获奖，长期辅导学生参加电脑制作比赛、机器人比赛和科技节比赛，比赛成绩出色。2018学年开始在信息技术课堂中开展人工智能编程教学。

教学背景

人工智能教学正在中小学信息技术课堂或拓展课、兴趣课中普及，笔者在小学高年级开展人工智能编程教学，学生主要学习语音播报、语音识别、文字识别、物体识别和机器学习等基础知识。用图形化编程平台学习人工智能，学生既体验了人工智能技术，还提高了编程的水平，有益于提升信息技术素养。

学习了人工智能基础知识后，我们开始进入综合项目应用阶段，项目的主题是“AI智能秤”。项目的主要要求是：运用人工智能技术制作一款无人值守的智能秤，能够实现自动识别商品、自动称量重量并计算金额等功能。这个项目对小学生要求较高，建议以小组的形式开展，4个学生为一组。本课涉及的知识点和内容都比较多，因此本课的教学课时建议为两课时。

教学目标

知识与技能 掌握重量传感器的使用方法，掌握Mind+软件中AI图像识别的使用方法，能够结合使用Mind+实时模式和上传模式。

过程与方法 用小组协作的方式，运用以前学习的知识（语音播报、图像识别、micro：bit无线通信等）开展AI智能秤项目制作。

情感态度与价值观 通过项目制作，学生认识到人工智能将会给未来的生活带来很大的变化，了解学习人工智能技术的深刻意义。

教学重点和难点

教学重点 AI图像识别功能的使用，micro：bit板之间的通信和重量传感器的使用。

教学难点 编程实现智能秤识别水果，并根据接收到的重量数据来计算价格和总金额的功能。

教学准备

micro：bit板2个，micro：bit扩展板1个，摄像头和耳麦（扬声器）各1个（根据机房情况配备），重量传感器模块（电子秤）1个，数字大按钮模块3个，3mm椴木板若干，学生自带特征明显的水果若干。

教学过程

一、项目引入

教师用PPT展示一张水果店的图片。

师：快过年了，小区水果店老板发愁店里人手不够，称重和收款忙不过来。这时，吕老师正好去买水果，得知水果店人手不够，就拍拍胸脯说：“这事包在我身上，回实验室给你弄一个会自动称水果的智能秤。”吕老师回到实验室后，想来想去，想不出应该做一个什么样的秤，这下好了，牛皮已经吹出去了，怎么办？同学们，你们能帮老师一起来完成这个项目吗？

学生小组讨论，分析项目需求及智能秤需要哪些功能，然后用思维导图的形式展现。

二、项目准备

师：确定项目后，接下来我们要做的是组员分工、列出材料清单。老师给每个小组准备了micro：bit板、重量传感器模块、数字大按钮模块等材料。请大家根据项目需求列好清单，并讨论本项目需要用到哪些我们已经掌握的技术，需要设置哪些变量，完成相关表格。

学生根据教师的要求，开始分工，然后列出材料清单。列好清单后，开始讨论实现项目需要的功能需要用到哪些技术和变量，并完成项目需求技术与材料表、项目需求变量表。

三、项目难点突破

1.如何通过无线通信发送称重数据到电脑

师：电脑端实时模式下没有称重程序模块，如何获取称重数据呢？我们可以借用无线通信来实现。在称重装置和电脑间，我们添加2块micro：bit板，称重装置端连接的micro：bit板用上传模式，电脑端连接的micro：bit板用實时模式。将2块micro：bit板设置成相同的无线频道，并打开无线通信，就可以实时传送数据。

然后，接入重量传感器。对照线路连接图接好线，如图1。这里要特别注意模块的DOUT和SCK分别接在哪个引脚。

编写程序实现读取传感器值的功能，例如按下按钮，发送重量传感器的值，如图2。

教师还可以引导学生再安装几个功能按钮，丰富智能秤的功能，例如清零、支付等（可通过无线通信发送一个特定字符来实现）。

学生开始安装测试重量传感器，并尝试让电脑端读取到称重装置发送过来的重量数值，存储到变量中。

2.电脑如何识别水果

师：如何让电脑认识水果，是本项目的关键，可以通过“AI图像识别”程序扩展来实现。当电脑端接收到无线数据时，开始图像识别，识别的类型是“植物”，然后根据识别的结果，给变量“水果”赋值相应的水果名称，实现自动识别，如图3。

3.水果价格的计算

师：怎样才能实现水果价格的计算？我们要事先设置好各种水果的名称及价格，然后根据传输获取的重量值及摄像头自动识别的水果名称，就能计算出来，并且通过语音播报来实现。请同学们小组讨论一下，合作设计计算并显示和播报价格的程序。

学生小组合作，开始设计程序。

四、项目完善

学生根据自己的需求，进行项目制作，并进一步完善。

师：同学们的项目都完成得怎么样了？初步完成的小组可以给大家展示一下，邀请其他组的同学体验你们的项目。参与体验的同学要从项目的创新性、稳定性、功能等方面进行简单的评价。

学生以小组为单位展示项目，邀请其他同学提出评价建议。

交流展示后，每个小组组内讨论总结，协商如何进一步改进，再根据协商的改进方案进一步完善项目。

五、交流分享

师：我们的项目已经基本完工了，大家做得非常棒。接下来，我们开始评选优秀项目，每组有3张点赞卡，请把点赞卡送给3个你们认为最优的项目。最终根据点赞卡的数量，我们选出3个最受好评的项目。

教学反思

本课是一节综合应用课，通过人工智能项目实战，学生进一步巩固所学的语音播报、图像识别、无线传输、逻辑和计算等人工智能技术相关知识。由于项目有一定难度，所以采用了小组合作的形式，并且安排两课时的时间，让学生有充分的时间准备、探究和制作，以保证项目顺利实施。项目实施过程中，教师要密切关注各小组内如何分工，避免组员包办或无事可干的情况发生，确保让每一个学生都参与进来，体验项目实施带来的乐趣和成就感。

（本课件由DF创客社区推荐）