人工智能科普教育

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇人工智能科普教育范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

人工智能科普教育范文第1篇

近年来，我国的机器人教育在全国中小学计算机教育研究中心及众多知名专家的大力推动下，有了很大的发展。教育机器人逐步成为中小学技术课程和综合实践课程的良好载体，新的高中课程标准在“信息技术”科目中也加了“人工智能”的选修课，迈出了我国高中阶段开展人工智能教育的第一步，这也意味着我国的人工智能教育在大众化、普及化方面跃上了一个新的台阶。

智能机器人是近十年内逐步发展起来的一个新兴技术，集电子技术、信息技术、人工智能、自动控制和创新设计于一体。在进行机器人设计、搭建、编程和调试的过程中，能够让学生手脑并用，锻炼学生手与脑的灵活性和协调性，让学生体验挑战困难、超越自我的快乐，增强学生探求科学知识的自信心和创造力，培养学生的动手实践能力、创新思维能力、空间想象能力、科学探究能力和团结协作能力。最近几年，智能机器人教育在全国乃至全世界范围内广泛开展起来，越来越多的政府部门、教育主管部门已经看到，智能机器人教育带来的影响：让学生在“玩”中找到了学习的乐趣，培养了学生乐于学习的良好习惯，能够激发学生的学习兴趣，开发学生的智力潜能，提高青少年学生的科技创新能力。于是，越来越多的关于智能机器人的竞赛也如雨后春笋般开展起来。

我校从2008年以来，在王礼维校长的领导下，率先引进机器人课程，并在全校范围内广泛开展机器人课程和科普知识宣传。2012年9月，我校正式在小学3？6年级和初中1年级开展机器人普及教育，每两周一次课，每次课2个课时。怎样通过这两个课时来开展好机器人普及教育，提高学生的综合素质，我有以下两点看法。

教学课程的设置

我校开展机器人教育虽较早，但由于机器人硬件条件的限制和课程的局限性，在初期，机器人教育只针对兴趣小组和参加各级各类竞赛的学生，主要的培养目标只有一个——竞赛成绩。这样的培训太过目的化，学生在学习的过程中思维并没有得到开拓，多数停留在该项竞赛固有的程序和结构上，缺少了创新和探究能力的培养，也就没有达到提高学生科技创新能力的目标。因此，对于近年来开设的普及课程，我们初步拟定的整个机器人课程体系如上图所示。

整个体系主要分为4大部分，普及课程、选修课程、展示活动和竞赛课程。普及课程主要是针对全校范围内（小学3年级至初中1年级）不同年级、不同学段开展的不同内容的教学。普及课程重在基础知识的讲解，向学生讲解一些生活中事物运动、运行的原理，激发学生将理论联系实际，从实际问题出发来进行创新。选修课程主要是普及课程与竞赛课程的过渡，是针对少部分兴趣班的孩子。在这里，他们可以选择自己喜欢的项目进行学习。教师教学的出发点是从竞赛出发。例如，在讲解灰度传感器时，不再是激发学生与实际联系，思考灰度在现实生活中可以让哪些更方便更快捷，而是联系灰度模块在轨迹赛中的应用，为学生讲解两个灰度夹线走、3个灰度踏线走等原理和策略。展示活动是与选修课程同一阶梯的培训。学生在机器人课程中不仅应该增长动手、动脑的能力，还应学会动口。学校每学期至少会安排一次机器人作品展示或体验活动，在这个活动中，学生是主体。展示什么，怎么展示，展示时怎样介绍等，都是学生需要自己严谨策划和大胆表达的。竞赛课程主要是培养学生面对竞赛的心理状态。有的学生很优秀，在竞赛培训的时候也出类拔萃，在学校展示中也头头是道。但是，在具体的竞赛中则表现出紧张、害怕得失、不能独自面对突发问题，致使竞赛失败，心里承受能力低下。而竞赛培训和竞赛的参与则可以很好地锻炼学生这个方面的能力。

整个课程循序渐进，从大面积的“撒网”到小面积的“收尾”，每个阶段各有侧重点，这样不仅保证了科普教育在全校范围内的开展，也保证了学校选拔学生参加竞赛的优秀率。

学生能力的培养

培养学生较强的逻辑思维能力

在学习机器人程序时，我总是先根据教学内容给出学生本节课要完成的任务，然后按照学习任务利用流程图分解任务，让学生思考。在分解之后，哪些是我们已经学习了的，哪些是我们没有学习的，这样就提高了学生学习的目的性，也锻炼了学生的逻辑思维能力。例如，我们在教学生利用两个传感器走迷宫的时候，学生需要考虑，两个红外传感器将影响机器人有4种状态：（以右手法则为例）如果前面有障碍右手没有障碍；如果前面有障碍右手有障碍；如果前面没有障碍右手有障碍；如果前面没有障碍右手也没有障碍。这4种状态下机器人分别的运行方式应该是怎样的？学生在思考这个问题时，用到了程序编写中的流程图绘制法，先将整个问题绘制成流程图的形式，再利用盲人走迷宫的方法，顺着墙壁走一圈，自然知道4种状态下机器人的运动方式。

培养学生团队协作能力

机器人的制作不是一个人的事情。机器人不仅需要机械部件的搭建，也需要严密程序的控制和无数次程序的测试和调试才能成功。因此，我在上课期间要求，学生分组完成任务，强调组中的每个成员都将影响整个组的得分。在每节课安排任务时，组长必须填写学生学习卡，表示每个组员在本节课中的工作是什么。这样安排的结果，在每个月的小组竞赛或者参加其他各类竞赛时，就能看出同学之间团结的力量。例如，在FLL竞赛中，由于赛台是放置在桌面上的，整个竞赛中要完成更多的任务才能保证成绩的优胜，因此，要求学生在更换机器人装置和清理现场时组内学生必须搭档配合才能更好地完成任务。

培养学生创新的能力

机器人制作如果仅限于配置一些传感器或者搭积木，那就不能达到开展这门课程的目的。机器人教育的目的是让学生认识科技、了解科技、走近科技创新，重在创新。因此，我们在进行知识讲解时，注意将理论与生活中的实际相联系。例如，我们在讲解马达运动状态时，学生可能只知道动力系统就像汽车的马达一样，可以带动车子运动，却并没有想到，在生活中很多东西都只是由一个简单的动力系统控制的。例如风扇、模型飞机螺旋桨、割草机等。经过引导，学生可以想象出利用马达可以制作出自动叉车、升降机、搅拌机、厨房小助手等。

培养学生学科整合的能力

很多家长和老师都认为，机器人就是学生的一个高级玩具而已。学生去学习机器人，浪费时间，也会影响学生学习的成绩。来看看我们在讲解机器人时遇到的一些事情：在普及课程中我们学到机器人小车的几种状态：前进、后退、转弯。当我问学生，为什么机器人能转弯，或者机器人怎样才能转弯时，没有一个学生能回答。在生活中，汽车的转弯只是转动一下方向盘，遥控车的转弯只是按动一下按钮而已。然而，转弯的基本原理其实是在我们数学中早就学习过的圆的形成。机器人转弯就是要求机器人左右2个马达运动的状态或速度不一时，即可达到不同要求的转弯（前进转弯、后退转弯、原地转弯和原地急转弯等）；而转弯的应用，在足球机器人中则是另一种更深的探究：电教馆4轮足球机器人进攻中，总会遇到怎样让你的机器人“完美”地避免乌龙球的问题，因此物理知识中的线速度与角速度的关系、角速度与机器人马达转数的关系，则势必要体现出来。

在机器人校园展示活动中或者在面向校外学生开展的机器人体验活动中，学生不仅需要良好的基础知识，还需要良好的表达能力，如何将自己脑海中存在的原理、策略一一讲解出来，这也不失是对学生另一方面能力的培养。

人工智能科普教育范文第2篇

（1．南开大学计算机与控制工程学院，天津300071；2．天津市智能机器人技术重点实验室，天津300071）

摘要：智能专业作为具有工科特色的新兴专业，实验教学是必不可少的环节。文章阐述如何依托科研项目带动教学实验，建设仿真实验平台。举例介绍实验平台中的几个具体实验项目，说明通过科研与实验教学的互动，可以丰富智能专业的教学资源，提升教学方法，使科研成果和科研难题有新的“用武之地”。

关键词 ：智能科学与技术；实验教学；仿真实验平台

基金项目：南开大学2014年本科重点教学改革项目；中国科协高校科普创作与传播试点项目( 2012KPZP183)；国家自然科学基金项目( 61375087)；2015年南开大学研究生创新计划项目。

第一作者简介：周璐，女，中级实验师，研究方向为智能机器人技术、虚拟仿真技术、机器人科普教育，zhoulu@nankai.edu.cn。

0 引 言

南开大学智能专业建设依托机器人与信息自动化研究所，至今已走过十个年头，坚持科研带动教学是我们专业建设的特色思路。通过几年的认真研究和发掘，一批面向智能专业教学的仿真实验平台应运而生。

1 仿真实验平台建设背景

众所周知，智能科学技术是一个融合计算机、人工智能、模式识别等研究领域的交叉性学科，这些前沿技术也是当前智能科学发展的动力和源泉。我们尝试将科研成果与智能专业教学相结合，用高水平的学术研究反哺课程教学，使科研项目作为优秀的教学资源，传承到课程改革实践中。

很多高校智能专业的教师团队大部分需要从事教学、科研双重工作。教师将自己或团队中的科研成果开发成适合学生的教学实例，既能让科研资源发挥作用，又能将自己的研究理念传授给学生，使课程的开展更加得心应手。

绝大部分智能专业学生毕业后继续从事相关领域的深造和技术工作，因此教师的工作更加贴近前沿的科研技术、贴近实际的实验教学，能使学生的科研素养和实践能力得到更大的提高。

2 在智能专业教学实践中的作用

首先，仿真平台应用于教学实验具有很多好处：该平台相对于枯燥的公式推导和计算，起到丰富教学内容、优化演示效果、提升教学能力等作用；相对于实体机器操作，有节约成本、拓展实验领域、降低安全风险等作用。

其次，我们建设的仿真实验平台由多个仿真系统组成，这些仿真系统均来自机器人所承担的重大课题和实际科研项目。以智能科学与技术专业的教学内容为大纲，我们在充分发掘这些仿真系统功能的基础上，设置了对应的实验项目。这些实验项目相对于传统实验，更关注技术的前瞻性，更有利于培养学生的综合设计和创新能力。

最后，这种教学方法除了传授给学生前沿的知识以外，还能逐渐提高学生对研究性学习的兴趣，更有利于培养具有实践本领和创新精神的高素质人才。

3 平台建设情况

3.1 将实验项目分类设计

南开大学组织学位委员会专家和一线教师，根据智能科学与技术专业的培养方案，制定了实验教学大纲。根据实验教学大纲，教师们经过多次研讨，选定恰当的实验项目，并将实验项目分为基础型、综合型、创新型3类。

(1)基础型：主要培养学生的基本实验技能，使之了解知识原理，巩固和加深基本理论，在此基础上重点培养学生掌握基本实验工具、基本实验方法、计算机辅助工具、科学仿真与计算软件的使用方法，培养学生的实验技能，为以后学生进行更综合的实验打下基础。

(2)综合型：以提高学生的设计能力和综合能力为主，实验内容侧重于综合应用本课程的知识及相关课程知识，设计并完成有一定难度的实验。学生要分析实验中的现象，最后通过数据整理实验结果，完成全过程实践。

(3)创新型：安排学生参与兼具研究性和探索性的大型实验。该类实验题目往往是从科学研究、实际科研项目、大型工程实践等项目中提炼出来的子课题或子系统。教师应该指导学生通过分析实际问题，提出创新解决方案，并进行优化比选。

在安排实验项目内容时，要求任课教师注重增加综合型和创新型实验项目，并及时更新实验项目的内容，使实验项目既能反映本学科理论的最新发展，又能将教师的科研成果引入实验教学。

目前，在仿真实验平台建设方面，我们将科研成果应用于本科教学中，初步建立了两个创新型仿真平台和两个综合型仿真平台。

3.2 具体实验项目举例

1)虚拟机器人仿真开发实验（创新型）。

学生可以在图形化界面下进行机器人设计、搭建，并通过系统的MATLAB接口实现虚拟运行，从而驱动自己搭建的机器人。

机械设计对于智能专业学生的培训并非重点，应该更多地关注在建立三维模型后，对机器人和工作任务的控制环节。本套仿真系统的三维建模功能可以让学生轻松上手，简单快速地搭建机器人，类似拼搭乐高积木。同时，虚拟机器人可以与轨迹规划相结合，在虚拟场景中让机器人运动起来。图1为学生搭建的虚拟移动机器人以及它在Simulink环境中的轨迹规划和运动仿真。离线编程模块可以让学生用简单的编程语言控制机器人运动。本实验可以应用于机器人学／机器人学导论等课程的实验教学，训练学生的设计能力和建模能力。

项目来源：中国科协高校科普创作与传播试点项目( 2012KPZP183)。

2)可配置多机器人仿真开发实验平台（综合型）。

图2为可配置多机器人仿真开发实验平台，通过双工业机器人仿真平台，学生可以在图形化界面下学习机器人的相关知识，巩固机器人学中正逆运动学、雅克比矩阵、轨迹规划等重要概念，也可以通过算法设计，完成关节限位、避碰检测、路径跟踪等任务级作业，从而更好地理解工业级机器人的各项控制方法。该实验可以应用于机器人学／机器人学导论、机器智能基础等课程。

机器人工作空间和奇异点问题需要较为复杂的计算和推导，理解起来有些抽象，但通过仿真系统进行演示非常直观。学生可以将自己规划的算法或关节空间下控制序列输入系统，验证自己的实验效果。

项目来源：竞争型机器人遥操作机理的研究( 60575048)，国家自然科学基金；双臂机器人协调集成技术及其复杂作业的研究，国家863项目。

3)多机器人视觉仿真系统（综合型）。

图3为多机器人视觉仿真系统，使用了MATLAB编程环境将机器人的各个关节参数实时地显示出来，学生可以在熟悉的MATLAB界面下，在系统中实现视觉伺服相关理论、核心算法。该仿真平台可以让学生综合锻炼视觉伺服参数标定、算法验证、误差分析等能力，能够应用于机器智能基础等课程。

机器视觉作为智能专业的主干课程，在本科教学中非常重要，然而学生通过操作摄像机进行视觉标定实验需要的硬件设备较多，对环境光线、空间等要求较高。为了让学生更快地理解各种算法和标定方法，可以让学生借助这套仿真系统进行锻炼，同时引入噪声等变量模仿环境干扰，进行误差分析、视觉伺服补偿、算法优化等作业。

项目来源：基于远程网开放的机器人实验平台( 2001AA422290)，十五863计划。

4)航天工程机械臂仿真实验（创新型）。

图4为航天工程机械臂仿真实验系统，学生可以在逼真的三维空间环境下，学习虚拟仿真技术、虚拟现实技术。在课程中，教师可以让学生尝试将多维力、声、触、视等反馈设备加入系统，锻炼数据分析、系统集成能力。该实验可以应用于机器视觉基础、智能专业实践等课程。

项目来源：基于网络遥观测机器人的野外生态观测技术研究( 61375087)，国家自然科学基金。

4 结语

南开大学智能科学与技术专业根据本学科的积累和建设特色，将“科研项目带动教学”作为一种全新思路进行尝试，取得了一定效果。通过挖掘和延伸设计实际科研项目中的仿真系统，目前已经初步建设完成了一些较好的实验项目。智能专业的机器人学课程对实验平台的应用最为深入，通过实验项目提高了学生对机器人动力学、运动学、轨迹规划等知识的学习效果。我们将在今后的教学过程中，继续丰富和优化实验项目，使实验平台越来越完善。

参考文献：

[1]方勇纯，刘景秦．南开大学“智能科学与技术”专业教学体系与实验环境建设[J]计算机教育，2009(11): 21-25．

[2]卢桂章，无处不在的智能技术[J]．计算机教育，2009(11): 68-72．

[3]方勇纯．智能科学与技术专业毕业生情况分析与专业建设[J]．计算机教育，2010(19): 51-54．

[4]许林．智能科学与技术专业本科实践课程的建设[J]计算机教育，2011(15): 120-123.

人工智能科普教育范文第3篇

【关键词】VR；身临其境；虚拟世界

1 什么是VR虚拟现实技术与科技馆结合

随着现代科技馆的发展，传统的信息技术已经满足不了科技馆传播知识的需要。就以普通的虚拟动画漫游为例子，VR游戏越来越多，那么什么是VR呢，VR虚拟现实技术（Virtul Reality，简称VR）定义：亦称“灵境”、“幻真”是近年来出现的高新技术，也称灵境技术（又称虚拟现实技术）或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时地，没有限制地观察三度空间内的事物。假设一个人在家通过VR设备打开科技馆的网站，进入一个虚拟的科技馆，届时会弹出3D环境模型，并且可以360度旋转，仿佛真正走到科技馆的展厅中，让观众从所有的角度观察展厅的细节；还可以靠近某一件展品，并通过传感遥控器点击展品开关，观看该展品所展示的科学内容以及这一内容是如何被演示的。观众所有的操作都依靠手势来完成。该设备上的传感器能识别用户用手指发出的各种命令。VR虚拟现实技术就是通过 数字化现实+虚拟数字画面提供给观众身临其境的感受。

VR虚拟现实环境与科技馆真实环境结合通过以下三点来实现。

第一点：沉浸体验性。

VR虚拟技术是以计算机为依托并结合音响与传感器生成的一个身临其境的虚拟环境，让参与者“幻真感受”，让其视觉、感觉、嗅觉等沉浸在虚幻的世界，体验虚拟环境所有的一切。这种“幻真感受”体验是多方面的，参与者可以全方位沉浸这虚幻世界中，这就是VR虚拟现实技术的首要功能，参与者能从自己的视点出发，使用自身本能和一些外部辅助设备对VR生成的虚拟世界进行浏览和交互体验。所谓沉浸感（Immersion），即身临其境的参与感。通常，科技馆的球幕影院和4D影院就是沉浸感技术的代表。

第二点：体验交互性。

际上，我们看到的VR并不是一个静态环境而是一个动态并且开放的环境，这一环境的实现往往需要一些周边设备和传感器装置。例如吉林省科技馆真车模拟驾驶就通过6个自由度平台加上奔腾B50真车上的电子传感器，再结合计算机上的VR系统，体验者只需要进入车内并带上VR眼镜，就可以进行仿真车驾驶，还能够完成日常驾驶的所有操作。例如超车、漂移、走盘山路、环境恶劣路面驾驶等，这些都可以真实再现。在科技馆里，常规大型展品，如地震避险、太空漫游、虚拟滑雪、虚拟足球、虚拟战争游戏、模拟驾驶、虚拟风暴等，这些都可以连接上述设备配合着VR游戏软件就可以实现仿真互动。常规展项展出需要很大占地面积的展品都可以通过VR技术连同辅助设备来实现，从而形成占地面积小、展示新颖、互动性强的新型体验模式。

第三点：VR思维性。

VR虚拟设计可以体现在科技馆内关于工程、军事、航空航天、航海等方面展品的展示。例如，青少年可以通过VR虚拟设计，设计一栋自己盖的大楼。首先选择相应的插件，由于插件上安有传感器，计算机能够识别所选内容，然后，通过操控杆操控虚拟画面中的吊车，身临其境的感受到自己真的在一个大型施工现场，建一个自己设计的大楼，最终，还可以通过VR界面看到自己的设计。类似吉林省科技馆儿童展区展品“小小建筑师”。航海方面，通过数据手套自己组装一个船，组装好的船有仪表盘、舵、螺旋桨，组装成功后可以出海航行，通过操纵杆、舵、油门，再配上周边的风和水，虚拟出航海的场景，让参与者身临其境感受到航海的乐趣。类似吉林省科技馆水路交通展区展品“船的模拟驾驶”。

2 Internet与VR技术的结合对科技馆虚拟场馆建设的影响

现代人越来越多拥有智能手机和现代信息工具，Internet互联网已经成为现代人不可缺少的生活方式。现代科技馆也渐渐跟现代信息接轨，利用Internet与VR虚拟现实技术，把科技馆展品和一些科学原理展现给观众。网络虚拟场馆的构建平台的构架涉及很多关键技术，其中3D场景建模是系统基础和实现的关键点。传统模式从场景修订、个性化定制、扩展内容方面存在不足，例如，研发齿轮机械传动这项展品，要让每个齿轮按照事先设计好的形态运动起来，需要多次的更改，设计，磨合，试验，这一过程将耗费大量的人力物力。而此时，VR虚拟现实技术就起到作用了，用VR设计实现自己的想法，虚拟出齿轮和齿轮的咬合，再模拟出主动轮带动从动轮的运动过程，一次性设计出合理的展品。相比拿实物来进行的研究制作，VR设计会避免在实物研制过程中，齿轮发生卡死或是磨损的情况，降低在研发过程中因材料损耗而增加的成本。新的VR虚拟现实建立模型程序拥有巨大优势，填补了传统模式的不足，应用前景广阔。新型虚拟现实技术结合科技馆，通过虚拟场景模型语言 X-VRML建立构架科技馆模型，并建立虚拟展品模型，让观众通过APP或是网站进行交互体验展品以及场馆内漫游等。虚拟现实科技馆通过VRML建设，其中内容可以涵盖虚拟电子导览、智能电子讲解系统、智能展项体验系统。观众可以通过虚拟现实系统，仿真畅游科技馆，带上VR虚拟现实眼镜时，就可以通过手拿控制器遥控VR场景中行走的速度，进行馆内虚拟参观。当走到相应展厅和相对应展品附近时，通过遥控器开关点击，就有语音对其展品进行讲解。针对体验性展品，可以通过手中遥控，伴随着手和身体运动进行仿真展品互动体验，同时还有语音对其展品介绍。

3 VR在科技馆科普实验的重要作用

在现实的科普教育活动里，每当科技馆在演示和组织科普实验时候，都是科技馆的老师在前面演示，同学们在下面观看。但是，常常有一些实验是在馆内完成不了的，比如一些带有危险性的和需要专业人员演示的实验，这种情况下，科普实验在一定程度上就受到了限制。我们通过VR虚拟现实技术就能够改变这种局限性，我们可以利用VR虚拟现实技术来做每一个实验，在虚拟仿真环境中不但可以完成实验，并且还能够参与互动，这同样也适用于一些需要大型场地的实验。举个例子，一个滚开的油锅，将装有锅三分之一的冰冻大虾放入锅内，会是什么反应？是大虾被滚开油锅炸熟？还是什么事情都不会发生？或者油会喷射出来着火？这种高危实验就不合适在场馆制作，但是通过VR技术就能得到实验结果。VR技术不仅可以利用馆内设备进行体验，用户也可以自己购买平时娱乐的VR装备，来科技馆网站进行下载或是在线体验活动，这样就大大提高了科技馆展品线上和线下的利用率，在科学实验上，节约一些成本，并演示更多科学实验。

4 结语

现代信息网络出现的“互联网+”和“+互联网”都是社会进步表现。手机移动终端与移动终端VR设备，无疑代表着现代信息技术的进步。科技馆也要与时俱进，不能停留在传统的“打开门等观众上门”的方式中。VR虚拟现实技术就提供了让观众来与不来科技馆都能体验到科技馆展品的机会。VR虚拟现实技术在科技馆中的应用不仅是在展品展示和电子导览上，还体现在科学表演和展品研发上，尤其体现在实验失败和展品研发调试的损耗中，能够降低成本。VR虚拟现实技术在现代科技馆的应用，是需要我们一步一步探索和研究的新课题，这项新的技术也会在未来科技馆发展中发挥越来越重要的作用。

【参考文献】

[1]魏勇.基于VRML的虚拟校园交互式漫游系统的设计与实现[D].吉林大学，2011.

[2]王维.虚拟现实技术在科技馆中的应用[A].中国自然科学博物馆协会，2004年科技馆学术年会论文选编.