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青少年人工智能实验基地解决方案

news 文章来源：https://blog.csdn.net/whwzzc/article/details/135867430 2024/11/30 8:42:09

1. 方案背景

1.1人工智能创新教育解决方案背景

人工智能已成为引领未来的新兴技术，中国将人工智能列为国家重点发展战略，对人工智能的发展做出了总体部署，全面加速人工智能在研发应用和人才培养的步伐。2021年1月教育部官网公布《关于政协十三届全国委员会第三次会议第2453号(教育类225号)提案答复的函》，答复了《关于全面开展中小学生人工智能教育的提案》。教育部表示，目前，我国中小学相关课程已安排人工智能教育内容。正在进行的义务教育课程修订工作中，将根据需要将人工智能教育相关内容纳入中小学信息科技课程中。2022年4月，印发《义务教育课程方案和课程标准(2022年版)》，信息科技被独立设置为新科目。将以“数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能”为课程主线。2022年10月提出科教兴国，把教育、科技、人才有机结合起来，提出“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑”，充分体现了全面建成社会主义现代化强国、实现第二个百年奋斗目标新征程上教育、科技和人才的重要性，也体现了党和国家对教育、科技、人才建设的高度重视。

1.2人工智能创新教育解决方案需求

课程建设：需要构建符合中小学学生认知特点的人工智能课程体系，包括基础课程、进阶课程和拓展课程，涵盖人工智能的基本概念、原理、应用和发展趋势等内容。
师资培训：中小学缺乏具备人工智能专业背景的师资力量，因此需要加强对教师的培训，提高他们的专业素养和教学能力，使他们能够更好地指导学生进行人工智能的学习。
硬件设备：人工智能教育需要相应的硬件设备支持，如计算机、传感器、摄像头等，学校需要配置适合中小学生使用的人工智能设备和工具，以满足学生的学习需求。
软件资源：除了硬件设备外，还需要提供适合中小学生的人工智能软件和资源，如编程工具、数据处理软件、机器学习平台等。
实践活动：人工智能教育不能仅仅停留在理论层面，还需要通过实践活动让学生亲身体验和实践人工智能技术，如机器人编程、智能家居设计等。
评估与反馈：需要建立有效的评估和反馈机制，对学生的表现进行跟踪和评估，及时反馈学生的学习情况，为教师和学生提供有益的指导和建议。

1.3人工智能创新教育解决方案设计思路

在智能+时代，学生学习不仅仅是学习掌握的知识，更应该培养学生的创造力和智能思维。随着人工智能的迅速发展，以信息化、人工智能、区块链为基础的新行业将会兴起，掌握更多的信息技术知识或将成为孩子们将来的立生之本。作为科技企业，拓展创新，不断将科技前沿知识和最新技术成果融入实验教学，丰富内容，改进方式；注重实效，强化学生实践操作、情境体验、探索求知、亲身感悟和创新创造，着力提升学生的观察能力、动手实践能力、创造性思维能力和团队合作能力，培育学生的兴趣爱好、创新精神、科学素养和意志品质。
基于此，唯众出的K12人工智能创新教育解决方案将AI与学科教学、师资建设、学生发展结合起来，支持教师智能教育素养培训，培养有能力与世界建立广泛联系、走入社会后才能承担起社会责任、应用人工智能去造福社会的学生。

1.4 提升学生科技素养的机遇与问题

1.4.1 创客教育 VS 人工智能教育
创客教育：强调创造和创新，通过动手实践培养学生的创新思维和创造力。创客教育通常包括电子制作、编程、3D打印、机器人等内容，这些是现代科技领域的前沿技术，具有极高的实用价值和未来发展潜力。创客教育注重个体的创造力和实践能力，通过自己设计和制作实物来体现创意和解决问题。。
人工智能教育：培养学生对人工智能技术的理解和应用能力，以及掌握人工智能相关的基础知识和基本技能。人工智能教育通常包括编程教育、机器人教育、人工智能概念教育等，帮助学生了解人工智能技术、提高计算思维和创新能力、锻炼动手能力和团队协作能力，提高他们面对未来社会的适应性。
1.4.2 知其然 VS 知其所以然
知其然：对人工智能技术的表面理解和应用，即知道如何使用这些技术来解决问题。这通常包括对各种人工智能算法和模型的了解，以及如何使用这些算法和模型来处理数据、进行预测和决策等。
知其所以然：对人工智能技术的深入理解和探究，即不仅要知道如何使用这些技术，还要了解这些技术背后的原理、机制和产生的原因。这包括对算法和模型的数学原理、数据结构的理解，以及如何通过改进和优化算法和模型来提高其性能等。
在人工智能教育中，“知其然”是基础，因为只有掌握了如何使用这些技术，才能在实际应用中发挥其作用。但同时，“知其所以然”也非常重要，因为只有深入理解这些技术背后的原理和机制，才能更好地应用和改进这些技术，以应对更复杂的问题和挑战。
因此，人工智能教育需要平衡“知其然”和“知其所以然”的关系，既要注重基础知识和应用技能的培养，也要注重思维能力和创新精神的培养。通过引导学生深入探究人工智能技术的原理和机制，帮助他们更好地理解这些技术，并激发他们的创新思维和实践能力。
1.4.3 师资不足，需要师资培训
信息技术科目，会随着时代技术发展，对于教师的素质要求也在发生变化。在人工智能时代下，对信息技术教师的要求已经从传统的教授学生打字、使用 office，到现在学生需要掌握三维建模能力、编程能力、工程能力。
为此，我司建设人工智能教育教研·师资培训基地，旨在为学校教师进行人工智能教育培训，帮助学校教师适应人工智能时代信息技术科目的发展。

2. AI人工智能教学解决方案

2.1 人工智能教育助力人才培养## 2.2 AI 人工智能全栈解决方案

（1） AI人工智能基础学习套件
一款积木式机器人，是为6到12岁的孩子量身定做，包含了金属结构件、连接件、舵机、mini控制器、电池模块，利用套件能够组装成竞足机器人、人型机器人等各种不同型态的机器人，内置Atmega328主控芯片，具有32KB闪存容量2KB存储器（RAM）以及23路输入输出。边玩边学，让孩子在自信中成长，从零件到成功拼搭造型，再用编程赋予机器人生命，给孩子满满的自信。 AI人工智能基础学习套件

（2）图形化编程工具
唯众图形化编程工具是一款基于拖拽式图形化设计的可视化编程工具库，通过拖拽式图形化编程完成程序设计。作为一种易于掌握的图像化编程环境，是零基础编程者学习和掌握程序逻辑设计方法的有力工具。用图形化编程方式去理解程序语言，可以让学生更加容易理解编程语句的内容，不需要去理解晦涩难懂的程序语法，是运用在人工智能创客教学中的有力实用工具。图形化编程工具
（3）人工智能创客实验箱
采用ARM Cortex-A721.5GHz（四核）内核主控芯片，拥有丰富的接口，可直接外接多路数字、模拟、舵机、电机。可进行人脸识别、语音识别等多种人工智能实验课程，支持多种编程方式，可以使用图形化、PyCharmlDE、MU等工具进行开发，集智能控制、智能传感、可视化编程等功能于一体，能够满足初学者学习人工智能的需求，便于学生操作、可以直观感受实验结果。人工智能创客实验箱
（4）人工智能实验终端：
用于神经网络和计算机视觉应用的 VPU；以及支持快速开发可模拟人类视觉的多平台应用和解决方案计算机视觉技术，丰富场景化实验。未来即将面世的专为最密集的深度学习训练和推理而设计的神经网络处理器。适用的人工智能教育教学实验，用新的智能技术教育现在的学生面对未来的能力。
• 根据学生认知水平，应用 AI 实现四要素包括算力、算法、数据、场景，通过人工智能实验室软硬件方案，学生可以理解、掌握 AI 实现的方法和全过程，发挥自身的想象、创造力。
•方案组成包括人人动手实践的普适性可视化实验课程，有趣的自动驾驶、服务机器人等场景实验，用于存储及管理实验数据的本地算力中心。可调用公有云算法模型。分层部署，灵活可扩展。
人工智能实验终端
（5） AI人工智能实验平台：
能够处理最广泛的 AI 工作负载的可扩展处理器；用于深度学习推理工作负载的实时可编程；边缘计算端：基于 X86 架构易于开发部署人工智能实验环境。
（6 ）特色：
情境体验
将复杂的算法、理论知识，通过具象、贴近生活的场景实验表现出来，可以极大的增加学生对知识的理解。方案有目的地引入或创设具有真实场景重现、参与感极强的生动具体的场景，让学生有良好的学习体验，从而帮助学生理解教材，理解大量运算、理论结合后的成果在现实生活中的应用，帮助学生完成从感性到理性的人工智能认知。
动手实践
通过动手实践，训练学生开拓性创新思维。方案中的每个理论知识点，均有可对应的操作实验，例如智能语音、机器视觉、文字识别、自动驾驶等。配合人工智能教学，学生可以深度参与到人工智能理论与实践的每一个环节。
教学可视化
课程方面：方案面向中小学 K12 人工智能创新教育，提供可视化的教学场景，让学生可以在短时间内，理解人工智能实现原理及过程。设置有针对性、实用性的课程，符合 K12人工智能创新教育的实际情况，依靠全程可视化的教学，学生可以更快的进入学习状态。
底层架构设计：方案采用业内先进架构，每一层进行了可视化呈现，系统性能、网络性能、存储性能均能以动态画面的方式，供管理员查看，极大的简化了管理难度，发现故障可以立即处理，不影响正常教学使用。
模块化、灵活扩展
课程方面：将教学、实验步骤进行合理的拆分，包装。对应知识点分模块、分步骤教学、实践，条理清楚，逻辑顺达。进行合理的课程与实验安排，方案设计的课程、教案可供教师灵活调整。
底层架构设计：方案采用业内先进的云技术，对算力中心进行资源池化，可实现资源的灵活扩展，像搭积木一样进行算力中心的搭建，根据需求，可灵活调整部署规模，做到即插即用，即扩即用。
分层部署
底层架构设计：方案采用分层架构，实现 IaaS、PaaS、SaaS 多层架构，同时在底层实现基于分布式存储的灵活扩展功能。采用云架构等一系列的数据中心级解决方案，为人工智能实验室的建设提供强有力的底层算力支持。
（7 ）AI 产品体系

2.2.1 人工智能基础实验室（小学 4-5 年级）
简介：人工智能基础实验室以科普、体验人工智能为目的，通过 AI人工智能基础学习套件、图形化编程工具和 AI人工智能实验平台，配套中小学人工智能课程，为中小学学生进行人工智能教育学习科普。
该实验室的配套建设可以让学生初步了解以及学习图像化编程的逻辑、程序设计的方法以及相关的人工智能模块，能够实现简单 AI 程序如文本识别、智能语音等，了解 AI 基本概念与主要研究领域，思考人工智能技术的优点和不足，以及对人们的生活带来的影响，让学生对人工智能产生浓厚的兴趣。
2 2.2 人工智能进阶实验室（初中 1—2 年级）
简介：人工智能进阶实验室以人工智能进阶学习、升级学习为目的，通过 AI人工智能实验套件、人工智能创客实验箱，结合AI人工智能实验平台，采用图像化编程、Python 语言，配套人工智能中级课程，为原先有一定编程、人工智能基础的学生进行人工智能升级学习，参与人工智能知识竞赛。同时，有创新基础和热情的同学，可进行人工智能创新项目开发、专利输出。
该实验室的建设主要强调软硬结合，在学习理论知识的同时也要掌握人工智能硬件的控制方法以及传感器的使用，并完成相应的智能创意作品，让学生能够实现图像识别、计算机视觉、声纹识别、自然语言处理等技术的应用以及探究其实现过程和原理，体验 AI 背后的计算思维，拓展学生视野。
2.2.3 人工智能高级实验室（高中 1—2 年级）
简介：人工智能高级实验室以人工智能实验终端为人工智能教学实践载体，配套AI人工智能实验平台，提供相应的 AI 资源以及人工智能认证体系和竞赛体系，其课程内容对应工信部《青少年人工智能技术水平测试》，可与学校共建“人工智能示范基地”，为原先有一定编程、人工智能基础的学生进行人工智能升级学习，参与人工智能大赛。
该实验室的建设主要引入企业在各行各业贴近生活的应用案例，让学生从实际案例出发，培养其运用人工智能技术解决生活问题的能力，提升学生的信息素养，为学生全面发展赋能，使其能够适应未来人工智能社会的发展。

3. 案例及服务能力展示

武汉唯众智创科技有限公司作为有丰富教育服务经验的创新性智能科技公司，依托华为等全球知名 AI 企业生态体系，结合业界较为全面的硬件、软件技术，将虚拟现实和人工智能等前沿科技的创新发展、具体产业应用场景与教育场景紧密结合，整合了人工智能可视化编程平台、AI 原理平台、人工智能交互套件、无人驾驶和智能机器人等实践教具、边缘计算单元和本地算力中心等 AI 算力支持系统，为中小学提供从基础教学到综合实践的完整解决方案；同时自主研发了人工智能职业教育项目化课程体系、在线学习平台及在线课程、算法校验系统、实验实验镜像库、深度学习平台、线下实验设备、师资培训包等丰富完整的专业建设方案。

3.1 服务案例

本方案人工智能教学项目已应用于多所名校。
项目打造了一系列基于 AI 技术的人工智能实验室课程资源和实施方案，其中包括无人驾驶，机器人等。实验室对帮助中小学及教育相关部门在建设高中阶段信息技术学科实验室时，如何确保相关学科实验的开展，创设良好的课程实施环境，以及提供足够的图书资料、测试仪器、设施设备及相关耗材，提供了权威的参考。人工智能实验基地

3.2 服务能力

武汉唯众智创科技有限公司成立于中国光谷，是一家专业从事教学软硬件产品研发、生产、销售和服务的高新技术企业。经过十几年的持续发展，成为了享誉全国的数字教学解决方案提供商（大数据实验室、云计算实验室、物联网实验室、网络仿真实验室、web前端实验室、人工智能实验室、数字媒体实验室、综合布线实验室、软件开发实验室），解决方案可应用于中职、技师、高职、职业大学、应用本科的教学，产品已成功销售25个省份，服务超过数百所院校。在深化产教融合、校企合作，完善职业教育保障制度和措施上，更好推动职业教育高质量发展。