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作品简介:

无论是创客教育,还是人工智能教育,都旨在引导更多的老师和学生去做跨领域的、跨学科的,结合真实世界的项目研究,通过科学、技术、工程、艺术和数学的相互结合,提升学生们解决问题的综合能力。

本书内容来自《中国信息技术教育》杂志的“生活·技术·探索”栏目,由浙江省温州中学人工智能实验室负责人、特级教师谢作如特约主持,汇集了形形色色的有趣项目,真实地再现了问题解决的过程,是中小学开发创客STEAM和人工智能课程的重要参考。

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中国信息技术教育
序言

序言

毫无疑问,我曾经是一名全科教师。“曾经写诗,现在写程序”描述的是我真实的从教生涯——从教语文改行为教信息技术。其实,很多人并不知道,我还教过初中科学、数学、高中通用技术等等的学科。因而对跨学科学习的关注,几乎是融入血液、刻入骨髓的一种本能。

至今还记得我和学生做的第一个创客项目。那是2009年的事情,研究关于教室灯光的智能控制,研究如何在没有人的时候,让教室的灯光自动关闭,实现节能环保。我们认真讨论过如何让这个教室灯光智能控制作品变成“产品”,从方便部署、安全可靠到经济实用,考虑过很多细节。我们发现,如果想真正解决生活中的问题,靠某一门学科的知识是无法解决的。真实世界的问题,足够复杂,值得深究。

2015年以来,创客和STEAM教育成为热点,但普遍缺少优秀课程,就连开发课程的资源都很少见。为了积累跨学科学习的项目素材,我在《中国信息技术教育》杂志上开设了“生活·技术·探索”栏目,希望借助这个栏目,引导更多的老师和学生去做跨领域的、跨学科的,结合真实世界的项目研究,再现探索过程。

回忆这几年发表的文章,涉及面很广,有研究智能家居和物联网的,有做科学实验的,也有做结合艺术的交互媒体作品的。2017年,我曾经应大成编客的邀请,整理过一个专辑,名为《源自真实世界的探究》。这次应编辑的邀请,继续整理文章,并将文章分为互动媒体、科学探究、创意设计、万物互联和人工智能等几个类别,让条目更加清晰。

2020年之后,我的研究重点转向人工智能教育,从造物转向造“智能”的物。随着人工智能技术的“降维”,连小学生也能从零开始训练出一个深度学习模型。我期望有更多老师一起加入这方面的研究,为中小学提供更多的课程案例。

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第1章 互动媒体
1.换一种方式开发“电脑魔法控制器”
谢作如
2017年发布的普通高中信息技术课标中,新增了一个选择性必修模块"开源硬件项目设计"。(如图1)受浙江教育出版社的邀请,我参与了这套教材的编写,重点工作是担任"开源硬件项目设计"模块的执行主编。考虑到人机互动是创客作品比较常见的主题,在"开源硬件项目的开发实践"部分,我选择了一个经典的人...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2021年第03期 作者:谢作如
2.一只光敏电阻玩转“小恐龙”游戏——自动控制装置的升级...
谢作如;林淼焱
自从在上一期发表了《换个思路挑战"小恐龙"游戏》后,陆续接到一些朋友的反馈。这里说的"小恐龙"游戏指Chrome浏览器在出现无网络连接时提供的小游戏,只要按下空格键,一只小恐龙就会在沙漠中狂奔,玩家需要操控小恐龙跳跃到空中,以躲避仙人掌、翼龙等迎面而来的障碍物。在浏览器地址栏输入chro...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2020年第21期 作者:谢作如;林淼焱
3.换个思路挑战“小恐龙”游戏
谢作如;林淼焱
很多人都知道,Chrome浏览器在出现无网络连接时会提供一个恐龙小游戏,帮我们缓解一下情绪。只要按下空格键,这只小恐龙就会动起来,开始在沙漠中狂奔,然后会有仙人掌、飞鸟等源源不断地迎面而来,玩家需要操控小恐龙跳跃到空中,以躲避这些障碍物(如图1)。在浏览器地址栏输入chrome://dino/,联网...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2020年第Z3期 作者:谢作如;林淼焱
4.设计一个多人互动游戏——以“赛龙舟”为例
谢作如;陆雅楠
涉及学科:艺术、数学、信息技术利用编程软件和开源硬件制作的人机互动游戏案例已经越来越多,但是多人互动的游戏却很少见,因为这需要网络的支持。掌控板是一款使用物联网芯片开发的开源硬件,具备了连接网络的功能,如何运用类似掌控板之类能够联网   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2019年第17期 作者:谢作如;陆雅楠
第2章 科学探究
1.用模拟蓝牙键盘的方式远程采集实验数据
王国芳
涉及学科:数学、科学、技术《中小学综合实践活动课程指导纲要》的附件中提供了一个活动范例,名称为《用计算机做科学实验》。活动内容是借助计算机程序获取传感器实时采集的信息,并把这些信息记录在数据库中,然后对数据进行二次分析,验证假设甚至发现新的规律。通过这一活动让学生体验大数据...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2021年第05期 作者:王国芳
2.用Scratch来模拟肺炎传染有多可怕
苗森;谢作如
2020年初,一场新型冠状病毒引发的肺炎席卷神州大地。随着肺炎疫情的蔓延,大部分人响应政府号召,尽量避免外出,但仍有人不以为然,照常外出社交娱乐。针对这一现象,Ele实验室发布了《计算机仿真程序告诉你为什么现在还没到出门的时候》的网络视频,利用编程模拟病毒传播过程,以可视化的方法展示...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2020年第Z2期 作者:苗森;谢作如
3.用SIoT与掌控板做热辐射实验
狄勇;谢作如
涉及学科:物理、技术热辐射问题在小学五年级、初中科学课中都有涉及。科学课堂上的实验方法,一般是采用不同颜色的纸袋包裹温度计,或者将温度计插入外表涂上不同颜色的烧瓶,放太阳下暴晒,随时间推移记录温度数据,以验证不同颜色物体吸热本领的大小(如下页图1)。传统教学中做热辐射实验,需要学...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2019年第Z4期 作者:狄勇;谢作如
4.物联网技术“助力”科学观察活动
林淼焱;张喻
科学课程标准中明确指出,学生的科学学习不能仅仅局限在课堂上,大自然是培养学生科学素质的最佳场所。科学观察活动的实施让学生走近大自然,为课堂教学延伸到课外提供了很好的切入点和落脚点。科学观察活动要求学生记录下较为完整、具有一定科学依据的实验数据,如实验采集数据、周围环境监测数...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2019年第23期 作者:林淼焱;张喻
5.用物联网技术探究一天中什么时候最热
谢作如;张喻
涉及学科:物理、地理、数学、技术"一天中什么时候最热,什么时候最冷?"这是一个困扰了我们很久的问题。为什么在晴朗的日子里,最热的时候不是正午十二点,而是在午后的二、三点钟?明明中午的太阳是垂直地射向地面,应该是最热的时候啊!虽然中学的地理课本中已经提供了明确的答案,从太阳辐射和空...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2019年第09期 作者:谢作如;张喻
第3章 创意设计
1.用Python让多人“共享”扫描仪
谢作如;谢集
扫描仪是办公室中最常见的设备之一。虽然智能手机上配置的摄像头像素越来越高,人们习惯于用"随手一拍"来替代过去的"扫描"动作,但毕竟拍摄的效果不好,得到的图片往往不够平整。笔者学校创客空间中有一台爱普生扫描仪,虽然平时用处不大,但关键时刻总需要它的帮忙。为了方便使用,我们希望将其设...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2021年第01期 作者:谢作如;谢集
2.做一个“真实可用”的自动加湿器
谢作如;傅敏艳
涉及学科:信息技术、物理DF创客社区上有人制作了一款简易的加湿器,利用雾化片和塑料瓶,结合继电器,连接电源就能喷出阵阵烟雾。这一创客作品引起了很多创客的兴趣,得到很多好评,但是作品的缺点也很明显,连接电源就喷雾的加湿器显然不够智能,也不够有趣,和市场上几十元买的加湿器产品没有任何...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2020年第23期 作者:谢作如;傅敏艳
3.MakerBrush结合激光切割机设计立体模型
蔡瑞衡;谢作如
激光切割机是创客空间中的常见造物设备,它利用激光束照射到材料表面时释放的能量,实现对木板、硬纸板、亚克力板等材料的切割或者雕刻操作。相对于3D打印机来说,激光切割机最大的优势是加工速度快、材料便宜,一块A4大小的奥松板经过切割后,就能拼接出很多有趣的结构。绘制激光切割机加工图纸...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2020年第07期 作者:蔡瑞衡;谢作如
4.用MakerBrush制作齿轮传动模型
寿芳琴;谢作如
学科关键词:数学、物理、计算机齿轮是一种轮缘上有齿的机械元件,属于常见的简单机械。通过齿轮间的组合及转动让物体运动或传递动力,即齿轮传动。生活中齿轮传动的应用非常广泛。古代的水力翻车、记里鼓车,以及后期发明的机械钟表中都有使用齿轮传动结构。《义务教育小学科学课程标准》中,齿...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2019年第19期 作者:寿芳琴;谢作如
5.设计能够识别金属的垃圾回收系统
张禄;周靖皓
涉及学科:物理、技术有关调查发现,2013年我国城市生活垃圾总量已达1.8亿吨,城市生活垃圾堆积量已超过80亿吨,侵占土地约5亿平方米。预计2020年将会达到3.23亿吨,全国近700座城市中,约有三分之二的城市处于垃圾包围之中,有四分之一的城市已无适当场所堆放垃圾。而生活垃圾中,金属、纸类、塑料...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2019年第Z3期 作者:张禄;周靖皓
6.让虚谷号定时执行任务
谢作如
涉及学科:信息技术在去年的疫情期间,我用虚谷号做了一个能够定时打铃、广播的创客作品——定时铃声广播系统,让家里的作息时间和学校保持一致。想不到这个简单的作品吸引了很多朋友的目光,常常有人来询问作品的编程细节问题。   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2021年第11期 作者:谢作如
第4章 万物互联
1.用掌控板做课堂答题器
谢作如;李琦
在上课过程中,要了解学生的学习掌握情况,教师通常用提问的方式,让学生举手反馈。但是,用举手的方式来统计结果显然不够精确,而且只能用于判断题。在一些智慧课堂中,教师常常会借助可以在线统计结果的答题系统,设计以选择题为主的课堂练习,学生则使用平板电脑、手机之类的智能终端,及时反馈练...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2021年第17期 作者:谢作如;李琦
2.用Python写一个基于Web的物联网应用程序
谢作如
寒假期间,忙里偷闲设计了一个名叫"sfarm"的开源智慧农场方案。sfarm采用了应用最广泛的MQTT协议,多节点设备汇集到一个服务器上,不仅能自动灌溉,还实现了远程控制,定时采集各种数据。方案中涉及的开源硬件、传感器、电磁阀和其他灌溉设备,在淘宝上都能买到,因而得到了很多朋友的关注。其中福...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2021年第09期 作者:谢作如
3.为SIoT写一个物联网设备管理插件
谢作如
SIoT是一款简单易用的MQTT服务器软件,也是"虚谷物联"项目的核心软件之一。SIoT不用安装,也不用注册、设置,一键运行后,其他物联网设备(如掌控板)按照一定的规范接入即可正常使用。正因为这一点,SIoT得到创客教师们的热捧,成为中小学物联网教学的重要支撑软件。但是,能不能用SIoT做一个真实的...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2021年第07期 作者:谢作如
4.用画流程图的方式开发物联网应用
张敬云;谢作如
涉及学科:技术、科学物联网(IoT)可以理解为"万物相连的互联网",其目标是让万物沟通对话。例如,在电视机上装传感器,可以用手机通过网络控制电视机的使用;在空调、电灯上装传感器,计算机可以精确调控、开关,实现有效节能;在窗户上装传感器,你就可以坐在办公室里通过计算机打开家里的窗户透气等...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2020年第Z4期 作者:张敬云;谢作如
5.用Node-RED让物联网数据可视化
谢作如;林淼焱
涉及学科:数学、技术、艺术在本栏目上一期的文章中,我们利用SIoT软件建立了物联网(MQTT)服务器,结合开源硬件掌控板实时采集温湿度的数据,然后对采集到的数据进行相关分析。但是,这些不断变换的实时数据,在普通人眼里看起来可能枯燥无味,很难吸引学生的注意力。要让物联网数据有趣一些,就自然...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2019年第11期 作者:谢作如;林淼焱
6.掌控板结合APP Inventor2玩转物联网
谢作如;金从军
涉及学科:信息技术、物理通俗地讲,物联网(Internet ofThings)就是"物物相连的因特网",其目标是让万物沟通对话。比如在电视机上装传感器,可以用手机通过网络控制电视的使用;在空调、电灯上装传感器,计算机可以精确调控、开关,实现有效节能;在窗户上装传感器,你就可以坐在办公室里通过计算机打...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2019年第01期 作者:谢作如;金从军
7.虚谷号结合智能灯泡——让创客空间的照明系统个性化起来
谢作如
创客空间应该是一个充满个性的地方,各种奇思妙想都能在这里得到实现。当我校的创客空间全新装修好后,我和学生总觉得还不够个性化,科技感也不强。创客空间里的细节布置肯定要自己来设计并且实现。于是,我们把目光投向了照明系统,即灯光。要让照明系统体现个性,自然要买支持物联网控制的灯泡,...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2019年第05期 作者:谢作如
第5章 人工智能
1.用虚谷号搭建文档高拍仪原型
罗亮;王盼盼
浙教版高中信息技术教材《数据与计算》,有一个答题卡填图识别算法解析示例,因为贴近生活,学生们都很感兴趣。这个案例可以进一步拓展,如通过文档高拍仪对答题卡数据进行采集,那就能实现一个真实的答题卡识别工具。当然,最好的拓展莫过于自己搭建一个功能更加强大的智能文档高拍仪原型,那样不...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2021年第21期 作者:罗亮;王盼盼
2.用Mind+做一个智能军旗裁判器
谢作如;陈慧娴
军棋又名"陆战棋",是一项传统的益智类游戏。根据军棋的游戏规则,在对弈过程中需要第三方作为裁判,对"相遇"的两枚棋子按照军职大小作出吃子判决。这样一来,玩军棋的孩子们往往会遇到困境:因为很少有人愿意充当裁判角色,如果没有裁判,对弈双方只能将将棋子翻明来比大小,其娱乐性和趣味性大打折...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2021年第19期 作者:谢作如;陈慧娴
3.用PyWebIO“交互”呈现人工智能学习成果
谢作如
人工智能是通过智能机器延伸,增强人类改造自然、治理社会能力的新兴技术,也是近几年中小学信息技术课程中最受关注的技术之一。高中信息技术课程将"人工智能初步"作为选择性必修模块。《普通高中信息技术课程标准》(2017年版2020年修订)鼓励学校建立信息技术实验室,提供开源硬件及开源AI应用...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2021年第15期 作者:谢作如
4.做一个可以远程管理的虚拟语音播报员
郑祥
涉及学科:信息技术在日常的校园广播任务中,学校广播社的学生们、政教处和团委的老师们需要从教室、行政楼的政教处和团委办公室出发,穿过整个校园到广播室里进行烦琐的设置后才能向全校的师生播送重要的通知。当遇到紧急情况时,他们还要百米冲刺,前往广播室。于是,笔者便产生了"智能虚拟语音...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2021年第13期 作者:郑祥
5.pinpong:让开源硬件的编程更加简单
谢作如
涉及学科:技术、工程开源硬件的出现,让中小学的编程教育不再限制在虚拟世界,开始与物理世界互动。从Arduino、树莓派和pcDuino到拿铁熊猫,各种品牌的开源硬件不断涌现,推动了我国创客教育和STEM教育的发展。2016年,因为高中信息技术教材选择了Python语言,于是micro:bit、掌控板和虚谷号快速崛...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2020年第17期 作者:谢作如
6.全自动玩转小程序“数独”
李伟
涉及学科:技术、数学随着移动技术的快速发展,"小程序"越来越受人们的喜爱。"数独"就是这样一款广受人们喜爱的益智类小游戏,它既可以愉悦心情、陶冶情操,又可以促进用脑、开发智力。但有时也会碰到"烦心事",那就是有些题目花费了很长时间也解不了,着实让人有点儿闹心。   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2020年第11期 作者:李伟
7.让虚谷号陪我“吟诗作对”
舒春平;谢作如
学科关键词:技术、语文、人工智能聊天机器人是人工智能的一个重要应用模式,苹果手机中的Siri、Win10中的小娜和百度的小度,还有小爱音箱和天猫精灵等,都是被大家熟知的聊天机器人。这些机器人不仅可以聊天,还可以帮用户做很多事情,如查天气预报、设置闹钟,甚至还可以在线购物。看多了功能强大...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2020年第01期 作者:舒春平;谢作如
8.虚谷号结合摄像头制作智能变色灯
谢作如;林淼焱
涉及学科:物理、技术、艺术、数学DF论坛上有人发了一篇关于制作"变色龙"的文章,利用RGB全彩LED灯珠或灯带,结合颜色识别传感器,做一个能够根据环境颜色发出不同光芒的"变色龙"(如图1)。这一作品激起很多创客的兴趣,于是大家就进一步改造,让这个"会变色"的作品越来越好玩。这类变色主题的作品...   详情>>
来源:《中国信息技术教育》 2019年第07期 作者:谢作如;林淼焱
价格:¥22.75

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