編程教育與創客

做有未來的教育2021/6/271科技的發展日新月異機器人主播新聞2021/6/272科技的發展日新月異無人機打劫2021/6/273人工智能的發展2021/6/274人工智能將引領人類第四次工業革命–智能化時間18世紀末工業1.0創造了機器工廠的“蒸汽時代”20世紀初電力廣泛應用蒸汽機信息物聯系統1970年代初今天工業2.0將人類帶入分工明確、大批量生產的流水線模式和“電氣時代”工業3.0應用電子信息技術，進一步提高生產自動化水平自動化、信息化工業4.0開始應用信息物理融合系統（CPS）復雜度悄悄來臨互聯網時代正在終結人工智能機器人交通工具（即無人機、無人駕駛等）VR（虛擬現實）2021/6/275AIRoadmap2021/6/276AIRoadmap2021/6/2772021/6/278展開深度為4的博弈樹本方本方本方對方對方Ply1Ply3Ply4Ply2Ply0根節點為當前局面葉節點為展開終點雙方輪流出手偶數層為本方奇數層為對方2021/6/279從PH到CPH的人類空間演變并未結束，而正在深化。AI走向3.0正是這種深化演變為的一個結果AI2.0互聯網多媒體、傳感器人機交互自主裝備大數據新一代人工智能自主智能系統群體智能智能大數據跨媒體智能人機混合增強智能AI走向3.0認知智能能理解會思考感知智能能聽會說、能看會認計算智能能存會算新一代AI的技術方向2021/6/2710深層次分析：世界正從原來的二元空間進入新的三元空間世界原來是二元空間:人類社會空間（H）和物理空間（P）。但近年來，信息力量的迅速壯大，已長成除P、H兩極之外的新一極：信息空間（C）。信息來自于人類社會：書籍、交流、媒體、計算機信息開始互聯：互聯網、移動通訊和搜索信息繞過人類，直接來自于物理世界：傳感器和物聯網產生大數據：信息快速膨脹，人類已無法單獨處理從大數據必然會走向大知識，并推動人類認識與控制能力的大變化近50年來，信息空間成長壯大的歷程2021/6/2711語音識別大數據智能自然語言理解…圖像識別聊天界面（小冰）語音助手（Siri）翻譯（谷歌）語音記錄（訊飛）智能音箱（亞馬遜Echo）PC智能交互智能手機交互智能記錄、搜索智能翻譯智能家居（已售出1000萬臺）（理論與基礎技術）（技術研究）（應用研發）（商業技術模式）（產品開發）智能音箱（亞馬遜、谷歌、蘋果、京東……）開放平臺APP應用軟件嵌入硬件語音打車叫外賣查詢…………掃地機器人冰箱手機汽車已有一萬余種應用新一代AI應用-什么最火新一代AI的新理論、新技術、新平臺將和社會心需求相結合，形成廣泛的新應用，顯示出強大的延展性和滲透性：智能語箱2021/6/2712機器人越來越智能

2021/6/2713

現代機器人隨著社會的進步，機器人的種類功能也越來越多，它們不僅能工作、服務人類，還能供人們娛樂！你可以教機器人下棋想一想，深藍為何能擊敗卡斯帕羅夫？

2021/6/2714工業機器人——工業機器人的出現

1954年，電子學家德沃爾獲得了一項“可編程序機械手”的專利。1959年，英格伯格和德沃爾設計出了世界上第一臺真正實用的工業機器人，名叫“尤尼梅特”。世界上第一臺工業機器人“尤尼梅特”正在生產線上工作1961年，英格伯格和德沃爾籌辦了世界上第一家專門生產機器人的工廠——“尤尼梅特”公司。

1961年，英格伯格也被人們譽為“工業機器人之父”。2021/6/2715——工業機器人的現在焊接機器人代替人類從事危險的焊接工作焊接時，可以精確地焊接很復雜的部分

機器人汽車焊接生產線

2021/6/2716裝配機器人從事簡單的重復性的組裝工作可以像人手一樣進行組裝機器人及輸送線物流自動化系統2021/6/2717噴漆機器人可以完成對人體有害的噴漆工作能夠將物體表面噴得很平滑大型噴漆機器人日本推出全球最大的工業機器人2021/6/2718空間機器人

具有高智能的空間機器人可克服惡劣的自然條件，代替人類去探索宇宙的奧秘！

MARSOKHOD火星探測車

丹蒂（ANTE）機器人

ANTE是美國卡內基·梅隆大學為探行星做準備而研制的，高3米，寬2米，重400千克。2021/6/2719

海洋機器人

海底蘊藏著十分豐富的生物和礦產資源，因此，海洋開發與太空開發同等重要！

深飛（DeepFlight）1號潛水器“

雙鷹”水下機器人無人遙控潛水艇2021/6/2720

極限操作機器人

代替人類在核反應堆、空間、深海、災區等危險地帶工作，從事許多人所不能及的工作！

日本研制的一種用于極限作業的機器人

處理核事故的機器人

防災機器人《返回2021/6/2721

醫用機器人

傳統意義上，醫生用雙手手術，現在可以用機器人進行手術！醫生發號施令，機器人惟命是從，雙方優長互補，達到“珠聯璧合”。正在工作的機器人機器人配合醫生做手術《返回這種名叫“利薩”的機器手為病人做手術2021/6/2722

軍用機器人

很多國家已經開始考慮在軍事方面投入研究！早在第二次世界大戰期間，德國人就研制并首次使用了掃雷和反坦克用的遙控爆破機器人，美國人則研制出遙控飛行機器人，這些可以稱得上是原始的機器人武器。

“徘徊者”偵察機器人遙控掃雷車無人機

《返回2021/6/2723“土撥鼠”（右）和“野牛”（左）排爆機器人

高空無人偵察機微型無人機2021/6/2724仿人形機器人是多門基礎學科、多項技術的集成，代表了機器人的尖端科技，它不僅是一個國家高科技水平的重要標志，也在人類生產、生活中有著廣泛用途。在這方面，日本處于世界領先水平。仿人形機器人新型仿真機器人NEC具有會話識別功能的機器人《返回2021/6/2725索尼3SR-3X機器人表演金雞獨立本田的雙足步行機器人“ASIMO”2021/6/2726這個外觀為銀色的機器人ASMIO的步行速度為1.6公里/小時日本索尼公司推出的這款機器人

只有50厘米高、5公斤重，24個關節保證他能完成起立、單腿站立、題球、跳舞等動作。2021/6/2727各種機器人不斷吸引我們的眼球，不斷搶占頭條。除了AlphaGo，AlphaZero，還有美國波士頓的大狗，中國也有類似的產品。可以打乒乓球的機器人。日本的能與人語音加表情的交流的人形機器人。掃地機器人已經進入了很多家庭。人們關注各種機器人的消息，甚至飯館里刀削面的自動機器扮成人的樣子也來搶占頭條。2021/6/2728波士頓動力再曝視頻！機器人上躥下跳視察工地2021/6/27292021/6/2730中學信息課即將產生的變化新課標提出的核心素養：《課程標準》明晰了信息技術學科核心素養包括“信息意識”、“計算思維”、“數字化學習與創新”、“信息社會責任”等四個核心內容。明顯地，課程將由目前的計算機軟件應用培訓，轉向信息科學的研究，以計算思維為核心的編程教育提上日程。2021/6/2731中學信息課將由側重電腦軟件應用培訓，轉向信息學這門科學。轉向以計算思維為核心的計算機處理信息的科學。走出為某軟公司培育市場的尷尬境地。大數據，云計算，物聯網的背后是一行行的代碼在運行。這給了編程教育肥沃的土壤和廣闊的空間。各種智能機器人正在快速進入我們的生活會寫新聞的機器人效率奇高。汽車工廠里大量的機器人取代了人的工作。銀行里引入大批機器人取代人的工作甚至連傳統的ATM自動柜員機都開始下崗了，新一代AI智能機器人大大解放人的雙手，簡單勞動都會被逐步取代，甚至部分程序員也將會失業，因為簡單的編程也將由會編程的機器人自動生成。2021/6/2732工業4.0，AI3.0時代背景下，給編程教育提供了強有力的背書。2021/6/2733大家學校里中小學生可以參加的機器人類比賽都有哪些呢？2021/6/2734足球，籃球，滅火。。。。偏硬件和偏軟件。2021/6/2735偏硬件側重機械部件的質量，動力要足，要足夠結實。比如對抗性很強的機器人足球，機器人籃球等項目。偏軟件的側重解決問題，要能更精細的控制，有足夠的反饋調節。比如機器人軌跡賽等技巧性強的項目。如果要取得更好的成績，就要在算法上多下功夫，比如引入PID算法精確控制。2021/6/2736介紹我校自己的情況2021/6/2737鄭州市第十一中學學校為國家培養了大批的科技創新人才，中國首位女航天員劉洋；德國漢堡科學院院士、國際智能機器人領域頂尖專家張建偉；省科學院化學研究所所長趙天增；省優秀專家許還春等都是學校的知名校友。劉洋（1997屆校友）

張建偉（1980屆校）2021/6/2738硬件建設，為科普教育提供必要條件2016年12月，我校星火創客空間正式揭牌。教學裝備先進，配套硬件設施完善，建筑面積近1000平方米。2021/6/2739學校辦學特色日漸凸顯，創客教育成果喜人。2016屆學生婁晨耀在全國信息學奧賽中榮獲金牌，并順利考入清華大學；2017屆學生薛天揚獲得全國信息學奧賽冬令營銅牌；2019屆朱少本在同項比賽中與武漢大學成功簽約；2021/6/2740科技活動，為教育注入活力2018年在第32屆河南省青少年科技創新大賽中，我校八名學生榮獲一等獎；2021/6/2741科技活動，為教育注入活力在第十九屆全國中小學電腦制作活動，白童瑜高中組程序設計作品《趣味答題》、朱邦元3D創意設計《自動播種機器人》榮獲全國一等獎；田鑫的二維動畫《繪愛》榮獲全國二等獎，機器人籃球榮獲全國二等獎；機器人足球、BotBall榮獲全國三等獎。2021/6/2742科技活動，為教育注入活力在機器人競賽中，多次在省市科協、電教館舉行的機器人比賽獲得一等獎；2018年，我校獲得FIRST科技挑戰賽鄭州賽區的聯盟冠軍，晉級全國總決賽，并在決賽中取得一等獎；2021/6/2743參加電腦制作活動中獲獎學生使用APPinverter開發制作作品：并在本年度中小學電腦制作活動中獲獎：2021/6/2744關于青少年編程普及活動每學期利用信息技術課堂面向全體學生開展了“編程一小時”活動，普及編程基礎知識。2021/6/2745關于少兒編程2021/6/27462021/6/27472021/6/27482021/6/2749全球的“鄭州編程一小時活動”美國總統奧巴馬及各方名人力推2021/6/2750青少年編程入門的語言Scratch是一種非常好的少兒編程語言。對其他編程初學者也有很高的學習價值。在沒有英文基礎和計算機操作不熟練的情況下也能體驗編程。Python也是另一種很好的語言。2021/6/2751Python是全世界最受歡迎的程序語言之一(

world’smostpopular

)

。如果不特別說明，你可能每天在使用Python寫成的軟件而不知道。像許多著名的公司跟組織如Google,NASA,BankofAmerica,Disney,CERN,YouTube,Mozilla,TheGuardian，已經使用Python開發了大量且廣泛的應用程序。我們信息奧賽訓練的OJ最初是由婁晨耀用python開發的。2021/6/2752Python特點1.易于學習：Python有相對較少的關鍵字，結構簡單，和一個明確定義的語法，學習起來更加簡單。2.易于閱讀：Python代碼定義的更清晰優雅。3.易于維護：Python的成功在于它的源代碼是相當容易維護的。4.一個廣泛的標準庫：Python有豐富的庫，跨平臺的，在UNIX，Windows和Macintosh兼容很好。5.更接近于人類的日常語言和行為，同等情況下，代碼量小，程序員可以更專注于設計程序，開發效率高。比如變量可直接使用不需聲明，天生支持高精度。6.可移植：基于其開放源代碼的特性，Python已經被移植（也就是使其工作）到許多平臺。7.可擴展：如果你需要一段運行很快的關鍵代碼，或者是想要編寫一些不愿開放的算法，你可以使用C或C++完成那部分程序，然后從你的Python程序中調用。2021/6/2753是浙江等高考考試的語言山東小學正在推廣的編程語言大學也在推廣的語言最接近人類自然語言的語言號稱“人工智能語言”2021/6/2754介紹一輛python編程控制的小車小車的特點集成度高支持micropython，Java等語言直接控制2021/6/2755Microbit板子集成度高5*5顯示點陣；加速度傳感器，并提供了三軸的感應數據并包含了手勢感測的算法，電子陀螺儀，無線，兩個按鈕等等無驅模式，不需要安裝驅動。引腳做成插卡式，可以microusb接口供電2021/6/2756BBC的microbit宣傳片

/microbit-video-education-04052017-nomusic.mp4#t=22021/6/27572021/6/27582021/6/2759一些microbit作品的例子2021/6/27602021/6/27612021/6/27622021/6/27632021/6/27642021/6/27652021/6/27662021/6/27672021/6/2768baseball-pitch-counter2021/6/2769編程控制小車1、helloworld2、笑臉3、檢測按鈕4、時間檢測5、超聲波感應器和運動2021/6/2770開源電子編程類創客的難點分析開源硬件編程一般需要的編程能力并不高，主要門檻在于硬件接口不熟悉，需要連接硬件（有些還需要電烙鐵焊接）和記住各種接口命令和使用方法，這個門檻攔住了大量的初學者。各硬件廠家互不兼容，零部件接口不通用，難以選擇。每次上課需要準備的工作很多，課后的收尾工作也麻煩，零部件易丟失。主要考察動手組裝硬件的能力更多一些，只有少數需要較高的思維難度，比如機器人軌跡賽，如果使用PID等深度在線干預的算法，機器人的表現將非同一般，拿大獎就容易多了。而機器人足球，機器人籃球更多的是依賴硬件的質量取勝，比如電機的功率和速度，堅固的骨架等等。2021/6/2771helloworld！程序員的第一句話："helloworld!"，可以用microbit很簡單的顯示出來。第一行：frommicrobitimport*告訴MicroPython所需的包，所有需要的東西都在一個模塊microbit中。“*”在Python中的意思是“所有”，所以，這句話的意思是，“從microbit包中導入所有的模塊”。第二行：display.scroll("HelloWorld!")讓microbit滾動顯示字符串“helloworld!”，調用microbit包中display的scroll()方法顯示“HelloWorld!”frommicrobitimport*display.scroll("HelloWorld!")2021/6/2772Images（圖像）Microbit配備5*5格紅色LED燈，使用micropython，讓你領略藝術圖案。Micropython擁有許多內置圖片用于顯示。例如：開發板顯示圖片HAPPY相信你能記住第一行的內容。第二行使用display的show()方法顯示一個內置圖像。想要顯示HAPPY這個圖片，要調用Image類的HAPPY方法。我們使用show()來顯示它，并且要將使用的內容放到（）括號中間。frommicrobitimport*display.show(Image.HAPPY)2021/6/2773按鈕microbit的LED左右兩側各有一枚按鍵，標記為A和B。我們可以通過一些方法讓microbit在按鈕被按下時做出反應。屬性button_a：A按鈕，按鈕左下角有A字符button_b：B按鈕，按鈕右上角有B字符示例這個程序的功能：記錄10秒內，A按鍵被按下的次數，并在10秒后將次數滾動顯示出來。frommicrobitimport*sleep(10000)display.scroll(str(button_a.get_presses()))2021/6/2774事件循環通常你需要你的程序掛起來等待某事發生或者一直運行。為此，您可以循環一段代碼。該代碼定義了如何對某些預期事件（如按下按鈕）做出反應。這段程序檢測microbit的啟動時間，如果小于10秒，顯示"1",大于10秒，顯示"0"。frommicrobitimport*whilerunning