编程教育与创客课件.ppt

t课件,1,编程教育与创客,做有未来的教育,t课件,2,科技的发展日新月异,机器人主播新闻,精品资料,t课件,4,科技的发展日新月异,无人机打劫,人工智能的发展,人工智能将引领人类第四次工业革命 智能化,时间,18世纪末,工业1.0创造了机器工厂的“蒸汽时代”,20世纪初,电力广泛应用,蒸汽机,信息物联系统,1970年代初,今天,工业2.0将人类带入分工明确、大批量生产的流水线模式和“电气时代”,工业3.0应用电子信息技术，进一步提高生产自动化水平,自动化、信息化,工业4.0开始应用信息物理融合系统（CPS）,复杂度,悄悄来临,互联网时代,正在终结,人工智能机器人,交通工具（即无人机、无人驾驶等）VR（虚拟现实）,AI Roadmap,AI Roadmap,t课件,9,展开深度为4的博弈树,根节点为当前局面叶节点为展开终点双方轮流出手偶数层为本方奇数层为对方,从PH到CPH的人类空间演变并未结束，而正在深化。AI走向3.0正是这种深化演变为的一个结果,AI2.0,互联网,多媒体、传感器,人机交互,自主装备,大数据,新一代 人 工 智 能,自主智能系统,群体智能,智能大数据,跨媒体智能,人机混合增强智能,AI走向3.0,认知智能,能理解会思考,感知智能,能听会说、能看会认,计算智能,能存会算,新一代AI的技术方向,P,H,C,P,H,深层次分析：世界正从原来的二元空间进入新的三元空间,世界原来是二元空间:人类社会空间（H）和物理空间（P）。但近年来，信息力量的迅速壮大，已长成除P、H两极之外的新一极：信息空间（C）。,信息来自于人类社会：书籍、交流、媒体、计算机信息开始互联：互联网、移动通讯和搜索信息绕过人类，直接来自于物理世界：传感器和物联网产生大数据：信息快速膨胀，人类已无法单独处理从大数据必然会走向大知识，并推动人类认识与控制能力的大变化,近50年来，信息空间成长壮大的历程,语音识别,大数据智能,自然语言理解,图像识别,聊天界面（小冰）,语音助手（Siri）,翻译（谷歌）,语音记录（讯飞）,智能音箱（亚马逊Echo）,PC智能交互,智能手机交互,智能记录、搜索,智能翻译,智能家居（已售出1000万台）,（理论与基础技术）,（技术研究）,（应用研发）,（商业技术模式）,（产品开发）,新一代AI应用-什么最火,新一代AI的新理论、新技术、新平台将和社会心需求相结合，形成广泛的新应用，显示出强大的延展性和渗透性：智能语箱,t课件,14,机器人越来越智能,t课件,15,现代机器人,随着社会的进步，机器人的种类功能也越来越多，它们不仅能工作、服务人类，还能供人们娱乐！,你可以教机器人下棋想一想，深蓝为何能击败卡斯帕罗夫？,t课件,16,工业机器人工业机器人的出现 1954年，电子学家德沃尔获得了一项“可编程序机械手”的专利。,1959年，英格伯格和德沃尔设计出了世界上第一台真正实用的工业机器人，名叫“尤尼梅特”。,世界上第一台工业机器人“尤尼梅特”正在生产线上工作,1961年，英格伯格和德沃尔筹办了世界上第一家专门生产机器人的工厂“尤尼梅特”公司。 1961年，英格伯格也被人们誉为“工业机器人之父”。,t课件,17,工业机器人的现在焊接机器人代替人类从事危险的焊接工作焊接时，可以精确地焊接很复杂的部分,机器人汽车焊接生产线,18,t课件,装配机器人从事简单的重复性的组装工作可以像人手一样进行组装,机器人及输送线物流自动化系统,t课件,19,喷漆机器人可以完成对人体有害的喷漆工作能够将物体表面喷得很平滑,大型喷漆机器人,日本推出全球最大的工业机器人,t课件,20,空间机器人 具有高智能的空间机器人可克服恶劣的自然条件，代替人类去探索宇宙的奥秘！,MARSOKHOD火星探测车,丹蒂（ANTE）机器人,ANTE是美国卡内基梅隆大学为探行星做准备而研制的，高3米，宽2米，重400千克。,t课件,21,海洋机器人,海底蕴藏着十分丰富的生物和矿产资源，因此，海洋开发与太空开发同等重要！,深飞（Deep Flight）1号潜水器,“ 双鹰”水下机器人,无人遥控潜水艇,t课件,22,极限操作机器人,代替人类在核反应堆、空间、深海、灾区等危险地带工作，从事许多人所不能及的工作！,日本研制的一种用于极限作业的机器人,处理核事故的机器人,防灾机器人,返回,t课件,23,医用机器人 传统意义上，医生用双手手术，现在可以用机器人进行手术！医生发号施令，机器人惟命是从，双方优长互补，达到“珠联璧合”。,正在工作的机器人,机器人配合医生做手术,返回,这种名叫“利萨”的机器手为病人做手术,t课件,24,军用机器人 很多国家已经开始考虑在军事方面投入研究！ 早在第二次世界大战期间，德国人就研制并首次使用了扫雷和反坦克用的遥控爆破机器人，美国人则研制出遥控飞行机器人，这些可以称得上是原始的机器人武器。,“徘徊者”侦察机器人 遥控扫雷车 无人机,返回,25,t课件,“土拨鼠”（右）和“野牛”（左）排爆机器人,高空无人侦察机,微型无人机,t课件,26,仿人形机器人是多门基础学科、多项技术的集成，代表了机器人的尖端科技，它不仅是一个国家高科技水平的重要标志，也在人类生产、生活中有着广泛用途。在这方面，日本处于世界领先水平。,仿人形机器人,新型仿真机器人,NEC具有会话识别功能的机器人,返回,t课件,27,索尼3SR-3X机器人表演金鸡独立,本田的双足步行机器人“ASIMO”,t课件,28,这个外观为银色的机器人ASMIO的步行速度为1.6公里/小时,日本索尼公司推出的这款机器人只有50厘米高、5公斤重，24个关节保证他能完成起立、单腿站立、题球、跳舞等动作。,t课件,29,各种机器人不断吸引我们的眼球，不断抢占头条。除了AlphaGo，AlphaZero，还有美国波士顿的大狗，中国也有类似的产品。可以打乒乓球的机器人。日本的能与人语音加表情的交流的人形机器人。扫地机器人已经进入了很多家庭。人们关注各种机器人的消息，甚至饭馆里刀削面的自动机器扮成人的样子也来抢占头条。,t课件,30,波士顿动力再曝视频！机器人上蹿下跳视察工地,t课件,31,t课件,32,中学信息课即将产生的变化,新课标提出的核心素养：课程标准明晰了信息技术学科核心素养包括“信息意识”、“计算思维”、“数字化学习与创新”、“信息社会责任”等四个核心内容。明显地，课程将由目前的计算机软件应用培训，转向信息科学的研究，以计算思维为核心的编程教育提上日程。,t课件,33,中学信息课将由侧重电脑软件应用培训，转向信息学这门科学。转向以计算思维为核心的计算机处理信息的科学。走出为某软公司培育市场的尴尬境地。大数据，云计算，物联网的背后是一行行的代码在运行。这给了编程教育肥沃的土壤和广阔的空间。各种智能机器人正在快速进入我们的生活会写新闻的机器人效率奇高。汽车工厂里大量的机器人取代了人的工作。银行里引入大批机器人取代人的工作甚至连传统的ATM自动柜员机都开始下岗了，新一代AI智能机器人大大解放人的双手，简单劳动都会被逐步取代，甚至部分程序员也将会失业，因为简单的编程也将由会编程的机器人自动生成。,t课件,34,工业4.0，AI3.0时代背景下，给编程教育提供了强有力的背书。,t课件,35,大家学校里中小学生可以参加的机器人类比赛都有哪些呢？,t课件,36,足球，篮球，灭火。偏硬件和偏软件。,t课件,37,偏硬件侧重机械部件的质量，动力要足，要足够结实。比如对抗性很强的机器人足球，机器人篮球等项目。偏软件的侧重解决问题，要能更精细的控制，有足够的反馈调节。比如机器人轨迹赛等技巧性强的项目。如果要取得更好的成绩，就要在算法上多下功夫，比如引入PID算法精确控制。,介绍我校自己的情况,郑州市第十一中学,学校为国家培养了大批的科技创新人才，中国首位女航天员刘洋；德国汉堡科学院院士、国际智能机器人领域顶尖专家张建伟；省科学院化学研究所所长赵天增；省优秀专家许还春等都是学校的知名校友。,刘洋（1997届校友）,张建伟（1980届校）,硬件建设，为科普教育提供必要条件,2016年12月，我校星火创客空间正式揭牌。教学装备先进，配套硬件设施完善，建筑面积近1000平方米。,学校办学特色日渐凸显，创客教育成果喜人。2016届学生娄晨耀在全国信息学奥赛中荣获金牌，并顺利考入清华大学；2017届学生薛天扬获得全国信息学奥赛冬令营铜牌；2019届朱少本在同项比赛中与武汉大学成功签约；,科技活动，为教育注入活力,2018年在第32届河南省青少年科技创新大赛中，我校八名学生荣获一等奖；,科技活动，为教育注入活力,在第十九届全国中小学电脑制作活动，白童瑜高中组程序设计作品趣味答题、朱邦元3D创意设计自动播种机器人荣获全国一等奖；田鑫的二维动画绘爱荣获全国二等奖，机器人篮球荣获全国二等奖；机器人足球、BotBall荣获全国三等奖。,科技活动，为教育注入活力,在机器人竞赛中，多次在省市科协、电教馆举行的机器人比赛获得一等奖；2018年，我校获得FIRST科技挑战赛郑州赛区的联盟冠军，晋级全国总决赛，并在决赛中取得一等奖；,参加电脑制作活动中获奖,学生使用APPinverter开发制作作品：并在本年度中小学电脑制作活动中获奖：,关于青少年编程普及活动,每学期利用信息技术课堂面向全体学生开展了“编程一小时”活动，普及编程基础知识。,t课件,47,关于少儿编程,t课件,48,t课件,49,t课件,50,t课件,51,全球的“郑州编程一小时活动”,美国总统奥巴马及各方名人力推,t课件,52,青少年编程入门的语言,Scratch是一种非常好的少儿编程语言。对其他编程初学者也有很高的学习价值。在没有英文基础和计算机操作不熟练的情况下也能体验编程。Python也是另一种很好的语言。,t课件,53,Python 是全世界最受欢迎的程序语言之一(worlds most popular)。如果不特别说明，你可能每天在使用Python 写成的软件而不知道。像许多著名的公司跟组织如 Google, NASA, Bank of America, Disney, CERN, YouTube, Mozilla, The Guardian，已经使用Python 开发了大量且广泛的应用程序。我们信息奥赛训练的OJ最初是由娄晨耀用python开发的。,t课件,54,Python 特点,1.易于学习：Python有相对较少的关键字，结构简单，和一个明确定义的语法，学习起来更加简单。2.易于阅读：Python代码定义的更清晰优雅。3.易于维护：Python的成功在于它的源代码是相当容易维护的。4.一个广泛的标准库：Python有丰富的库，跨平台的，在UNIX，Windows和Macintosh兼容很好。5.更接近于人类的日常语言和行为，同等情况下，代码量小，程序员可以更专注于设计程序，开发效率高。比如变量可直接使用不需声明，天生支持高精度。6.可移植：基于其开放源代码的特性，Python已经被移植（也就是使其工作）到许多平台。7.可扩展：如果你需要一段运行很快的关键代码，或者是想要编写一些不愿开放的算法，你可以使用C或C+完成那部分程序，然后从你的Python程序中调用。,t课件,55,是浙江等高考考试的语言山东小学正在推广的编程语言大学也在推广的语言最接近人类自然语言的语言号称“人工智能语言”,t课件,56,介绍一辆python编程控制的小车,小车的特点集成度高支持micropython，Java等语言直接控制,t课件,57,Microbit板子,集成度高5*5显示点阵；加速度传感器，并提供了三轴的感应数据并包含了手势感测的算法 ，电子陀螺仪，无线，两个按钮等等无驱模式，不需要安装驱动。引脚做成插卡式，可以microusb接口供电,t课件,58,BBC的microbit宣传片https:/video.microbit.org/microbit-video-education-04052017-nomusic.mp4#t=2,t课件,59,t课件,60,t课件,61,一些microbit作品的例子,t课件,62,t课件,63,t课件,64,t课件,65,t课件,66,t课件,67,t课件,68,t课件,69,t课件,70,baseball-pitch-counter,t课件,71,编程控制小车,1、helloworld2、笑脸3、检测按钮4、时间检测5、超声波感应器和运动,t课件,72,开源电子编程类创客的难点分析,开源硬件编程一般需要的编程能力并不高，主要门槛在于硬件接口不熟悉，需要连接硬件（有些还需要电烙铁焊接）和记住各种接口命令和使用方法，这个门槛拦住了大量的初学者。各硬件厂家互不兼容，零部件接口不通用，难以选择。每次上课需要准备的工作很多，课后的收尾工作也麻烦，零部件易丢失。主要考察动手组装硬件的能力更多一些，只有少数需要较高的思维难度，比如机器人轨迹赛，如果使用PID等深度在线干预的算法，机器人的表现将非同一般，拿大奖就容易多了。而机器人足球，机器人篮球更多的是依赖硬件的质量取胜，比如电机的功率和速度，坚固的骨架等等。,t课件,73,hello world！程序员的第一句话：hello world!，可以用microbit很简单的显示出来。第一行：from microbit import *告诉MicroPython所需的包，所有需要的东西都在一个模块microbit中。“*”在Python中的意思是“所有”，所以，这句话的意思是，“从microbit包中导入所有的模块”。第二行： display.scroll(Hello World!)让microbit滚动显示字符串“hello world!”，调用microbit包中display的scroll()方法显示“Hello World!”,from microbit import *display.scroll(Hello World!),t课件,74,Images（图像）Microbit配备5*5格红色LED灯，使用micropython，让你领略艺术图案。Micropython拥有许多内置图片用于显示。例如：开发板显示图片HAPPY相信你能记住第一行的内容。第二行使用display的show()方法显示一个内置图像。想要显示HAPPY这个图片，要调用Image类的HAPPY方法。我们使用show()来显示它，并且要将使用的内容放到（）括号中间。,from microbit import *display.show(Image.HAPPY),t课件,75,按钮microbit的LED左右两侧各有一枚按键，标记为A和B。我们可以通过一些方法让microbit在按钮被按下时做出反应。属性button_a：A按钮，按钮左下角有A字符button_b：B按钮，按钮右上角有B字符示例这个程序的功能：记录10秒内，A按键被按下的次数，并在10秒后将次数滚动显示出来。,from microbit import *sleep(10000)display.scroll(str(button_a.get_presses(),t课件,76,事件循环通常你需要你的程序挂起来等待某事发生或者一直运行。为此，您可以循环一段代码。该代码定义了如何对某些预期事件（如按下按钮）做出反应。这段程序检测microbit的启动时间，如果小于10秒，显示1,大于10秒，显示0。,from microbit import *while running_time() 10000: display.show(1)display.show(2)# running_time() 返回自设备启动以来的毫秒数。,t课件,77,也可以控制机器人避障，跟随，巡线等等,t课件,78,编程教育与创客,与编程有关的讨论。1、如何看待积木式图形化编程？2、编程教育是培养码农和未来的程序员吗？3、人工智能机器人有可能取代人类吗？,t课件,79,图形可视化编程可有效降低入门门槛，在初级入门级应用中更为便捷。,t课件,80,教学案例：随机数：掷骰子,尊重学生学习的方式。在刚开始接触程序设计学习时，很多学生习惯性的去“copy”，这很正常，很多人都经历过这个阶段，毕竟以学生的认知水平以及课时设置注定学生不可能记得住太多，如果不copy，部分学生可能在一开始连很多简单任务也完成不了，学习的兴趣可能就此丧失了。模仿的过程要求学生理解，并要求尝试去修改程序，比如在循环结构中让学生去修改初值、终值和步长，从而改变循环的次数，如果学生会修改了，说明这个知识点也掌握了。再下个阶段就可以自己去创作程序，比如学生利用随机数做了“掷骰子”，老师要求自己去创作一个随机产生“剪刀石头布”的程序。“模仿、修改、创作”这三个阶段既是一般学生学习的方式，也可以作为课堂的分层教学，针对不同的学生采取不同的方法。,t课件,81,编程教育发展方法方向,成立教研团队，抱团摸索前进，迎接挑战。开发python校本课程：信息学奥赛。中小学电脑制作活动程序设计，科技创新大赛，各类编程比赛，appinventer移动编程应用。开源硬件编程，各种机器人开发。未来考虑开发：网站开发，爬虫，神经网络人工智能。,t课件,82,编程教育与创客,当前人工智能物联网普及的形势下我们该如何去做？,By郑州市第十一中学杨亮 15138931235Email：,