创意指导课程
制作：杭州古德微机器人有限公司 最后更新：2020.4.15
目的
为响应国务院和教育部提出在中小学逐步设置人工智能和编程课程的号召，特开设基于树莓派的人工智能小创客课程。帮助学生通过编程和实践，感知、体验和应用人工智能，培养学生对人工智能的兴趣，提升孩子的逻辑思维能力，加强程序原理的理解能力，提升孩子创意物化的能力，加强孩子的动手制作能力。
创意课程内容，是在已有2~4期图形化编程学习的基础上，学员思考、凝练一个创意主题，并围绕主题，用自选工具和器材制作一个富有创意的原型作品（实物）。本课程意图激发学员科学实践兴趣，培养青少年科学思想和科学精神，提高学员的科学素养。
课程内容
cy01-06 主题创设
01 创意分析与学习
- 主要内容：了解当前的机器人科技和人工智能，介绍作为机器人大脑的树莓派，组装自己的树莓派，并进行简单操作，了解什么是编程，通过积木式编程掌握编程思想，点亮一个小灯；
- 传感器知识回顾与应用思考：0/1数字信号传感器（按键、键盘、红外、声音、火焰、雨水、哭声传感器）、模拟信号传感器（超声波、滑杆+AD模块、光敏传感器）、IIC及其他接口传感器（土壤、温度触感器，射频卡、颜色、手势传感器）、摄像头（CSI接口、USB接口、可调焦摄像头）、麦克风；远程物联网控制器（扩展板，点阵屏：5方向摇杆、重力加速度计传感器、欧拉角传感器、地磁方位传感器）。
- 思考：数字量与模拟量的区别，什么时候需要用模拟量传感器（需要分辨的可能性的个数）？
02 执行器功能设计
03 创意的“生产”
- 创意领域分析与举例：专业技术领域：制造、科研、商业；生活领域：个人的吃穿住行、公共环境如学校、道路、广场、展览馆、景区。
- 创意来源：在专业技术领域遇到一个技术问题、新技术引起的技术升级与革新；人们在生活中的不便，以及对更快、更好、更“懒”的期望。 -创意的“生产”过程：观察问题->需求分析->愿望描述->方案设计->结构设计与作品制作。
- 思考：作品制作需要哪些配件，作品与产品有什么差别吗？
04 创意模拟
- 创客马拉松比赛过程：参赛团队由 2-3 人组成（不包括指导教师），在规定的场所和时间内，针对公布的主题，经过集体商议后提出问题，发挥创意形成解决问题的操作方案，并运用自带工具和器材制作完成解决问题的原型作品（实物）。
- 评审维度：（ 1）方案的焦点及制作意图；（ 2）作品的创意优势或优化水平；（ 3）作品的技术含量与难度；（ 4）团队分工与协作能力。
- 创意设计方案模板：发现的问题（简要描述发现的问题，不超过100字）；解决思路（写出解决问题的关键和设想，制作方法及简要流程，不超过300字）；制作材料和工具（材料如木板、纸板、超轻粘土等，工具如热熔枪、3D打印机等，技术如开源硬件、互联网、人工智能等）。
- 实例命题描述：在使用共享单车的过程中，小牛有几次急急忙忙，把背包落在了车筐中。
- 分组方案设计：每1~3人一组，按创意设计方案模板进行方案设计。
- 多创意案例分析与讨论。
- 现场讨论：每组轮流进行方案描述：代表描述后小组内其他队员补充？ 总结不同方案的相同与差异。思考：还能做哪些扩展？
05 创意引导
- 创意来源之“人的需求”：
- 物质（个体功能）：改善视、听、（气）味；少走、少操作；
- 精神（社会功能）：公共安全（隐患）；人文关怀（特定对象如助残、助障）。
- “好”创意的诞生（高与低的结合）
- 大处设想：
- 梦想……科幻；理想……以后可能做到；设计（创意）……能实现特别是能基于已有条件较快实现。
- 小处着手：
- 任务复杂度；作业时间成本；稳定性（能够复现）；性价比。
- 大处设想：
“口述”创意……思维训练
- 问答式引导之需求分析：
- 问题陈述（自然语言）；
- 问题标准化（用传感量来“格式化” ）。
- 问答式引导之（检测+动作）方案：
- 针对传感量，如何获取；
- 用口语叙述方案；
- 将口述方案用程序语言来描述。
- 问答式引导之主题升华：
- 方案是否可行？
- 性价比？（多方案对比）
- 是否有普遍社会意义？能否提炼出潜在的社会价值与意义？
- 能否结合新技术的应用（AI）？
- 问答式引导之需求分析：
思考：我们身边有哪些不便？
- 创意来源之“人的需求”：
06 创意主题确定
- 主要内容：根据前几次的思维激发以及自己和家人及朋友等的讨论，确定一个创意主题。
- 方案细化与引申：按创意设计方案模板进行问题设想、思路方案描述、模块与工具的列表或图示。
- 详细设计：
- 结构（躯干）：
- 手绘/3D设计，部件通过制作还是购买成品来实现？
- 部件连接、方位设计。
- 大脑（控制器）：
- 树莓派、输入输出模块；
- 非常见模块的分析、选择与准备？
- 结构（躯干）：
- 思考：如果有些功能以前没用过，能设想或描述吗？通过互联网搜索适用于硬件平台树莓派的模块。
cy07-14 作品设计与制作
07 结构设计与制作初步
- 材料、工具认识与使用方法学习：木板（厚、薄、中），KT板，木棍（圆棍、方棍）。
- 木板加工工具：锯条、锯弓、美工刀、电动锯；钻头及电钻、充电器；角磨机/抛光机，磨片/切片；一字螺丝刀、十字螺丝刀、电动螺丝刀/电动起子，钻头及起子的尺寸分类；剪刀；胶棒与热熔枪；钳子（尖嘴钳、老虎钳、斜口钳）；榔头/锤子；L型扳手/内六角扳手，扳手；直尺（塑料/钢尺/卷尺），木工铅笔；锉刀、磨砂纸，镊子（尖头、弯头）；吹尘器，毛刷。
- 涉水部件：水管、三通，超声波加湿器/模块，雾化片，电磁阀。
- 安装配件：尖头螺丝（自攻螺丝），平头螺丝与螺母，螺栓，螺帽，垫片、弹簧，合页；万向轮，丝杆安装平台。
- 电工工具：焊锡/焊锡丝、松香、吸锡器、高温海绵，剥线钳，电烙铁，万用表，电工胶布，测电笔；充电宝，直流电源；面包板（接线用）。
- 根据物体尺寸在木板上进行划线、标记；根据标记进行切割、修整；将待安装模块放在木板上进行试放样，进行螺丝孔等标记；用自攻螺丝或电钻进行打孔；模块安装与调整。
- 3D模型设计（对有3D设计基础的学员可以进行主体或特殊部件的软件设计和3D打印或激光切割）。
08~10 部件拼装与主体制作
- 根据所设计的主体结构，逐个切割裁剪出各模块，并在安装各模块后进行反复调整。
- 各独立模块特别是运动部件，检测是否有卡/堵，通过树莓派连接独立模块，对每个模块进行独立测试（传感器输出是否有变化，执行器是否动作、动作是否流畅？）
- 所有部件都经测试后，进行主体的封装；有待整体联合调试的部件，做活动连接而不进行固定连接。
- 进行部件位置调整，如水泵的抽水高度有限、舵机运动需要一个活动空间、灯光/屏的显示需要挖洞、管路/线路需要固定等。
11~14电子设计/编程设计与调试
- 电子系统连接：确保每一个传感器能正常工作；调试方法：用debug输出查看当环境条件改变时传感器输出是否能变化？记录：每个输出对应的工作条件；执行器独立测试。
- 传感器测试：
- 空气：温度、湿度、PM2.5、CO/CO2浓度、甲醛、VOC；
- 声音：噪声、声强、频率、音调；
- 土壤：湿度；
- 时间：时、分、秒、季节、年份（平年/闰年）；
- 对象：人、车、物的有无和识别；
- 模拟量：长度、时长、高度、强度、重量、计数；方向、方位、体感、地磁；
- 事件（触发的条件）：
- 传感+工作条件变化；
- 输出：
- 视（眼睛）：亮灭、闪烁、灯带、颜色、字符、图片、视频；
- 听（耳）：蜂鸣、语音（词、句）、音乐（演奏）；
- 体感（皮肤）：风、光；
- 模拟量：旋转频率、强度、电压、电流、加热、制冷；
- 驱动：
- 开、关
- 时序控制
- 大小控制（PWM/电压线性调节）：水泵、风速
- 时序逻辑设计：
- 根据所设计方案，思考各步骤的逻辑关系
- 每个步骤如何判断，其中不同条件所对应的分支程序如何设计？用子函数来实现每个步骤；
- 各步骤之间是按时间顺序还是按逻辑关系？
- 对每个步骤用一种标识进行标记，不同步骤间的跳转逻辑进行设计；
- 整个程序是一个无限循环，如何组织各子函数？特别注意按键子程序的设计与它在主程序中位置的设定，使得按键能被及时响应。
- 人工智能模型训练：
- 样本收集：拍摄不同状态的样本，每种状态样本数不少于20个；按类别将样本保存在不同文件夹中；
- 上传到百度AI系统，对模型进行训练；
- 应用经训练的模型，编写程序，对当前场景进行分类识别。
- 物联网技术应用：
- 分布式数据收集：通过终端站点收集数据，并通过物联网发送主题数据到主控器，或发往服务器后由主控器向服务器订阅同主题的信息；
- 远程网络控制：主控器向远程终端发送控制指令；或者远程终端向服务器订阅主题消息，主控器通过向服务器发送同主题信号来实现指令的远程传送。
cy15 陈述、展示与录像
15 陈述、展示与录像
- 根据自己的作品，每个学员/小组对作品进行陈述：
- 作品名；
- 背景（故事）问题；
- 针对该问题设计的方案：作品组成、功能简述。
- 展示（同时录像）：
- 改变工作条件，现场展示各种功能；
- 视频制作：字幕、特效与剪辑、合成。
- 根据自己的作品，每个学员/小组对作品进行陈述：