[发明专利]一种软硬件结合的人工智能教育学习系统

说明书

本发明公开了一种软硬件结合的人工智能教育学习系统，包括基于blockly二次开发的图形化编程软件、为人工智能教育定制的硬件平台以及用于保存用户信息、助力教学管理的学习平台；图形化编程软件包括图形化编程Web端程序以及Python服务端程序。本发明开设了单个函数定义编程块的保存与加载、函数定义体的显示与隐藏，可在项目需要的时候随时加载用户之前所拼的函数块，并且在复杂程序的图形化编程的时候隐藏函数体定义，使得编程区简洁，用户使用体验较好；能自动生成编程块，方便在系统上开发更多的人工智能应用案例，可扩展性强；并将软件生成的python代码直接通过界面按钮运行和设置自启动，方便学生物理创意作品的创作。

技术领域

本发明涉及人工智能技术领域，具体涉及一种软硬件结合的人工智能教育学习系统。

背景技术

在人工智能悄然走进千家万户的时代背景下，开展人工智能教育，让学生了解快速发展的人工智能技术，认识到人工智能技术发挥的巨大作用，形成智能化意识，对于他们确立正确的发展方向，有效地运用人工智能技术提高学习的质量，更好地适应社会潮流等，都具有极为重要的意义。在基础教育领域，人工智能教育已受到一定重视。

2019年，深圳市和广州市等市县已经分别遴选了100所左右的中小学学校作为试点学校，并于2019年秋季开学之时正式开设中小学人工智能教育课程。

在中小学人工智能教育逐步推广，普及的时代背景下，中小学人工智能课程在不断发展，也涌现出了很多经典的人工智能课程经典案例，诸如无人驾驶案例，它作为人工智能的经典应用，由于涵盖较多的人工智能知识且贴近生活，深受学生欢迎而成为人工智能课程的一大部分。无人驾驶汽车涵盖自动控制、自动避障、自动停车、路标识别、图像识别等人工智能知识，其中感知环境部分的核心技术是图像识别，而图像识别的准确率提高需要用到机器学习或者深度学习的经典模型。目前识别准确率最高的算法是计算机视觉领域中的卷积神经网络。而深度学习模型就是利用卷积神经网络搭建的模型，所以在中小学人工智能教育无人驾驶课程的设计中，图像识别等关键技术的教学，如何能让学生更好的理解深度学习基本原理，理解人工智能，一直是教学的重点与难点。由于无人驾驶技术的复杂性，需要在无人驾驶课堂上配套合适的教具，降低实现无人驾驶技术的门槛，实现无人驾驶的分模块实现，才能助力课堂，达到更好的教学效果。

然而目前市面上现有的两类人工智能教育装备，即传统的机器人教育和编程教育配套的教具均不太适合于中小学人工智能教育课堂，不利于实现中小学学生对“人工智能初感知和初体验”的教育目标。人工智能知识不仅包括机器人的运动控制，还包括图像识别，语音交互，计算机视觉，机器学习、自然语言处理等。

机器人教育类的产品人工智能元素缺乏且形式单一，基本上是对机器人上的传统硬件的控制，其与现实生活中的人工智能技术实现相去甚远，不利于学生理解现实生活中人工智能的实现过程以及深度学习、图像识别等技术的基本原理，不能满足教学需求。其硬件多为传统传感器的拼搭和组合使用，没有搭配人工智能技术必备的麦克风、摄像头、音箱等智能化类的传感器；多为以 arduino等单片机作为控制核心，运算能力存在局限性，难以部署和实现AI算法。其图形化编程软件主要是为控制机器人服务的，侧重于传感器类的编程块，几乎没有涉及语音、视觉和机器学习等人工智能类编程块，简单而言，机器人教育类的产品人工智能元素缺乏且形式单一，不利于达到中小学生对人工智能的初感知和初体验。

第二类是编程教育类的产品，其多为软件类产品，其体现的人工智能元素丰富，但其以制作游戏、动画等作品为应用背景，这种虚拟的表现形式对中小学生来说，远不如物理硬件交互的呈现方式那样直观和容易理解。其图形化编程软件涵盖了语音、视觉和机器学习等人工智能类编程块，但其必须通过网络调用API来实现AI算法的部署，对网络的依赖性高，实时性差，容易影响师生上课体验，同时还存在安全性不高的问题，用户隐私有泄露的风险。其硬件仍局限于传统传感器的组合使用，难以结合其在软件平台上人工智能库。此类产品进入线下课堂需要配备一台电脑使用，成本较高。