麦昆识数

陈杰 南京师范大学附属中学树人学校高级教师，中国电子学会教育技术分会委员，DF社区Arduino板块版主。致力于创客教育研究，于《无线电》杂志发表多篇稿件。

教学背景

教育部《教育信息化“十三五”规划》中明确提出要探索STEAM教育、创客教育等创新教育模式。在此背景下，笔者以麦昆机器人成长学习过程中遇到的问题为主线，以问题解决为导向，以激发学生创新意识为目标，将传统制造技艺、开源与人工智能技术、创客思维和STEAM教育理念相结合，兼顾并协调学生科学素养、人文精神和艺术涵养的发展。

本课的教学对象宜为小学高年级和初中学生。他们的认知发展正处于由具体运算阶段（7～12岁）向形式运算阶段（12～15岁）过渡时期，借助具体的硬件支持（麦昆机器人及其周边开源的软硬件器材）可以系统地学习科学原理和数学规则，启发概括能力，逐步掌握逻辑推理、归纳或演绎能力。

教学目标

1.了解视觉识别技术。

2.学会利用MU视觉识别传感器识别数字卡片上的数字。

3.学会利用物联网模块将识别的数字上传到SIoT物联网平台。

教学准备

麦昆机器人套件、micro：bit控制板、MU视觉识别传感器、物联网模块各1件，铜柱、螺丝若干。

教学过程

一、情境导入

师：麦昆偏离了原来的航线，与星系总部失去了联系。为了重新建立与总部的联系，需要发送一些数字信息，可是麦昆和小伙伴们都不认识这些数字信息。为了及时联系上总部，麦昆接受了这项新任务——识别数字并将识别结果发送到SIoT服务器。请同学们想想办法帮助麦昆完成任务。

学生思考并回答：可以借助视觉识别技术给麦昆添加数字卡片识别功能。

师：对，本节课我们就来学习如何运用视觉识别技术和物联网技术帮助麦昆完成任务。

二、讲授知识

1.视觉识别

视觉识别就是用机器代替人眼来做测量和判断。视觉识别系统是通过图像摄取装置将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息，再根据像素分布、亮度、颜色等信息，将其转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果控制现场的设备动作。我们今天将利用MU视觉识别传感器对卡片上的数字进行识别。

2.设置MU视觉识别传感器

MU视觉识别传感器是一个集成了多种视觉算法及传感功能的嵌入式图像识别模块。MU的视觉识别算法包括颜色识别、球体识别、人体检测，以及形状、交通、数字卡片识别等。目前MU视觉识别传感器全面支持micro：bit、Mind+等主流开发平台。MU视觉识别传感器支持4种通信模式：UART（00）、I2C（01）、Wi-Fi（10）、图传（11）。根据所需要的通信方式，可拨动MU视觉识别传感器左侧的Output拨码开关调整其通信模式，如图1。

本课例中MU视觉识别传感器使用I2C模式，选定通信方式后，程序中的通信方式应与拨码开关保持一致。编程时应首先配置通信方式，然后才可以进行其他的参数设置，使用过程中不可更改。每次切换通信方式，都需要重启MU视觉识别传感器。

MU视觉识别传感器支持4个地址：0x60（默认）、0x61、0x62、0x63。当MU视觉识别传感器与其他传感器地址冲突时需要进行更改。I2C模式支持多个不同地址的MU协同工作，可以给MU分配不同的地址。一般情况下保持默认地址即可。

三、操作实践

1.电路连接

将MU视觉识别传感器的4根线与I2C进行连接，SDA（蓝色）—SDA，SCL（绿色）—SCL，GND（黑色）—负极，VCC（红色）—正极;物联网模块与麦昆车体P1、P2进行连接，T（绿色）—P1，R（蓝色）—P2，VCC（红色）—正极，GND（黑色）—负极。如图2。

2.结构搭建

准备好麦昆车体、MU视觉识别传感器、物联网模块、铜柱、3D打印支架、螺丝等结构件;将摄像头和物联网模块连接后，拿出两根铜柱将其固定在micro：bit电源模块上，注意先用螺丝刀拧下原本固定电源模块的两根螺丝（电源模块靠近前面的两个螺丝孔）;组装固定MU视觉识别传感器支架，如图3;用螺丝、螺母固定MU视觉识别传感器支架接头处;将MU视觉识别传感器支架放在铜柱顶部，用螺丝固定;以MU视觉识别传感器底部的两个螺丝孔为基准，对应固定在支架上，如图4。

3.编程实践

第一步：部署编程环境。打开Mind+软件，添加“micro：Maqueen（麦昆）”套件模块;然后切换到传感器模块，选择并添加“视觉识别摄像头”;切换到通信模块，选择并添加“OBLOQ物联网模块”。

第二步：搭建主程序框架，并设置物联网模块的Wi-Fi、物联网平台参数，如图5。

第三步：编写识别数字卡片的程序，如图6。

第四步：运行测试。在距离MU视觉识别传感器10cm左右的位置，手拿卡片自下而上缓慢抬起，让麦昆进行数字卡片的识别，如图7。

打開浏览器，输入地址，登录SIoT服务器，可以看到如下表所示的识别信息。

四、拓展延伸

师：在同学们的帮助下，麦昆成功与星系总部取得了联系，踏上了新的旅程。麦昆走着走着，又遇到了新问题，它不认识地球上的交通标志，每次过马路都胆战心惊。请大家课后想一想，如何帮助麦昆解决这个问题。

教学反思

本课以STEAM教育理念为指导，倡导跨学科的STEAM学习方式，将科学、技术、工程、艺术和数学有机融为一体，提升了学习的趣味性，让学生“在学中玩、在玩中学、在玩中创”，为把学生培养成会科学探究、善技术实践、有艺术品位、能工程创新的复合型人才奠定了基础。