人工智能教育者从这里开始

关于人工智能(AI)的讨论在教育工作者的生活中不断发展。 人工智能将成为学生生活的中心部分,这是不可避免的。 尽管我们才刚刚开始了解这将是什么样子,但我们知道我们必须现在就开始为学生的未来做好准备。 本页面是使用 VEX 教授 AI 的跳板,并概述了可用于支持您将 AI 融入教学实践的信息和资源。


人工智能的重要性

定义人工智能

人工智能,或 AI,是计算机科学的一个分支,研究允许计算机执行一些事情的技术,当人类执行这些事情时,这些技术被视为智能的证据1

人工智能是计算机科学发展过程中一个关键且持续的发展,并将继续极大地影响社会的各个部分。 它建立在算法和数据结构等核心计算机科学概念之上,使计算机能够自行学习、推理和做出决策。

每个人都应该了解人工智能

计算机科学现已被广泛认为是所有学生必备的技能。 由于人工智能是计算机科学的一个组成部分, 学生都应该对人工智能的基本概念有一个基本的了解。 人工智能概念可以从幼儿园开始连续教授,并贯穿学生的整个教育历程。 这将确保学生:

  • 平等获得未来的职业生涯:教授人工智能确保所有学生都有机会探索计算机科学、机器人、数据分析和软件工程等领域的职业道路。 通过为每个人提供机会,我们帮助打造一支为未来做好准备的多元化、创新型劳动力队伍。
  • 了解人工智能对社会的影响:学习人工智能使学生掌握其潜力的知识。 通过了解其优点和局限性,学生可以做出明智的决定并为负责任地使用这项技术做出贡献。
  • 培养基本技能和素质:就像学习计算机科学一样,使用计算机科学教授人工智能可以培养基本的问题解决能力,并帮助学生培养计算思维技能,如算法思维和模式识别。 它还为学生提供了一个练习合作、了解自己学习的环境。 这使他们能够以毅力和创造力来应对复杂的挑战。

我们的人工智能教学方法

我们将计算机科学、人工智能和机器人技术结合在一起,为学习人工智能提供一个安全、有趣且有激励的真实环境。 我们强调动手机器人技术和人工智能视觉传感器,而不是大型语言模型(LLM),例如 ChatGPT。 

学生隐私是我们的首要任务

我们的方法可确保您的学生的数据始终安全。

  • 使用带有人工智能视觉传感器的机器人来教授人工智能,提供了实践和视觉上引人入胜的方式来探索人工智能概念 没有 LLM 存在的潜在隐私风险。 
    • 从未收集过任何个人身份信息(PII)。
    • 来自 VEX 传感器或机器人的图像或视频流永远不会离开学生的设备。
    • 为学生提供预先训练的人工智能模型,无需学生收集图像并将其上传到强大且昂贵的云服务器进行处理。

机器人让人工智能学习变得可见

基本的人工智能概念可以通过机器人来实现。

    • 使用机器人教授人工智能可以将具有挑战性的抽象概念转化为具体的、实践的学习经验。 使用机器人来强调人工智能背后的计算机科学概念,让学生直接体验人工智能的实际工作原理。 这揭开了人工智能的神秘面纱,并帮助学生将自己视为人工智能领域的未来创新者和问题解决者。
    • AI 视觉传感器为学生提供即时、可操作的反馈。 学生可以实时查看和处理来自人工智能视觉传感器的数据,并将其应用于编码项目,以使用机器人解决实际问题。

与人工智能一起进化

我们对人工智能教育的方法正在不断积极地发展


跨越 VEX 连续体的 AI

VEX Continuum 将实践、现实世界的经验与适合发展的实践相结合,以确保各个年龄段的学生都能在整个 AI 学习过程中参与并取得成功。 体验式学习可以逐步加深对计算机科学和人工智能概念的理解。 随着时间的推移,学生对人工智能是什么、它如何工作以及如何使用它逐渐形成基本的了解。

VEX 123

123 场地上有 2 个 VEX 123 机器人。

从幼儿园到二年级的学生可以通过 VEX 123 了解 AI 概念。 编写 123 机器人代码有助于学生开始了解人类和计算机感知环境的方式的差异。 123 机器人的内置眼睛传感器为学生提供了一种简单方法来开始探索传感器数据,同时学习基础计算机科学概念,例如排序、模式识别和基本算法。

VEX 123 Coder 里面有来自小红机器人 STEM 实验室的项目,旁边的田野上有一个 123 机器人,正面对着狼和祖母房子的剪纸。

123 个 STEM 实验室单元(例如 小红机器人)为学习这些概念提供了引人入胜且有趣的背景。 在这个 STEM 实验室单元中,学生们对他们的机器人进行编码,使其驶向祖母家,避开狼,并使用眼睛传感器创建狼检测算法。

有关 VEX 123, 的更多信息,请访问此页面

有关 VEX 123 STEM 实验室单元的更多信息, 访问此页面

威克斯

 VEX GO CodeBase2 眼光前瞻。

三到五年级的学生可以利用 VEX GO 巩固他们的 AI 入门经验,同时扩展他们的知识面,更深入地了解传感器数据。 学生了解什么是数据、如何收集数据以及如何使用数据来做出决策。

带有眼部传感器的 VEX GO 机器人面向 GO Tile,并使用数据侦探 STEM 实验室的桥梁设置。 上面的 VEXcode GO 项目写着,启动时,关闭眼光。 在此项目的右侧,VEXcode GO 的监视器控制台显示了“眼睛色调(度数)为 31”的信息。

数据侦探:桥梁挑战 STEM 实验室中,学生使用眼睛传感器数据解决现实问题,并学习如何使用数据来识别桥梁中的裂缝。

这样的经历可以帮助学生了解如何利用数据和人工智能来帮助他们的社区。 此外,VEX GO 学生在使用排序、决策和算法解决更复杂的问题时,他们的计算机科学技能也在不断提升。

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有关 VEX GO STEM 实验室单元的更多信息, 访问此页面

VEX 目标

VEX AIM 机器人的屏幕上有一个眨眼伸出舌头的笑脸表情符号。

VEX AIM 是一款用于教授四年级及以上计算机科学的新型机器人。 AIM 配备内置 AI 视觉传感器,提供通过块和 Python 编码探索 AI 概念的实践机会。 AIM 入门简单且上限较高,能够满足学生对 AI 的理解,并在他们成长的过程中不断挑战他们。

VEX AIM 即将发布,并将伴随 STEM 实验室单元以及针对教师的 PD+ 入门课程,以便尽可能轻松地将 AIM 集成到 CS 和 STEM 课堂中。

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威克斯智商

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VEX IQ 使用实体机器人为中学生提供额外的 AI 学习挑战。 IQ 为学生提供了通过收集和使用来自多个传感器的数据来解决开放式挑战的机会。 这有助于学生了解如何选择正确的传感器来解决特定问题。

IQ 学生还可以使用 IQ Brain 上的 SD 卡存储进行数据记录练习。 学生可以收集传感器数据,将其存储在 CSV 文件中,然后绘制数据图表,以充分了解 IQ 传感器如何感知其环境。

IQ 学生还将继续培养计算机科学技能,在以编码为重点的 IQ 竞赛 STEM 实验室(例如 Castle Crasher STEM Lab Unit)中创建算法来解决现实世界的问题

有关 VEX IQ 的更多信息, 请参阅此页面

有关 VEX IQ STEM 实验室单元的更多信息, 参阅此页面

VEX EXP 和 VEX V5

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在高中课堂上,VEX EXP 和 VEX V5 通过 AI 视觉传感器为 AI 学习增加了另一个维度

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VEX EXP 和 VEX V5 的 AI 视觉传感器使您的机器人能够以独特的方式观察和与周围环境互动,从广阔的视野中捕获视觉信息。 它可以检测 2D 和 3D 物体,识别特定的颜色和颜色组合,并识别用于课堂和竞赛的 AprilTags 和预训练物体集。

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AI 视觉传感器让学生有机会在一个编码项目中使用多种类型的传感器数据。 此外,由于传感器包含两个预先训练的物体检测模型,学生可以体验不同的人工智能模型在实际应用中的工作方式。 EXP 清洁水任务 STEM 实验室单元 为学生提供了实践性的高级资源,他们可以使用来自传感器的数据,创建复杂的算法来自动化便携式水处理厂。

有关 AI 视觉传感器的更多信息,请阅读 使用 VEX EXP 开始使用 AI 视觉传感器

有关购买 VEX AI 视觉传感器的更多信息, 访问此页面

VEX CTE 工作单元

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VEX CTE Workcell 是学生接触 AI 主题的另一个高中水平的选择。 VEX CTE 工作单元是一个由机械臂、传送带、传感器和气动装置组成的系统,旨在帮助学生学习工业自动化。 有两门学生课程可用于教授学生重要的人工智能相关自动化和计算机科学技能。

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6 轴臂简介课程为学生提供了基本的计算机科学技能(例如排序、循环、条件和变量)的基础。

工作单元自动化课程以此为基础,逐步涵盖系统自动化中更为复杂的开放式挑战。 在这些挑战中,学生必须使用传感器数据来创建算法,优化他们的代码,并成功调试项目。

有关 VEX CTE 工作单元的更多信息, 参阅此页面

有关 VEX CTE STEM 实验室单元课程的更多信息, 参阅此页面

维克斯航空

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VEX AIR 无人机为高级学生参与人工智能学习提供了额外的实践方式。 VEX AIR 将把课堂无人机的乐趣与人工智能技术结合起来。 学生可以结合使用 AIR 的双摄像头系统及其检测预先训练的物体的能力以及多个传感器来对无人机进行编码,使其精确地在空中导航。

有关 VEX AIR 的更多信息, 访问此页面


VEX 比赛中的 AI

VEX 人工智能竞赛

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VEX AI 竞赛为高中生和大学生提供了一个机会,利用 GPS 传感器和 VEX AI 视觉系统的强大组合参加完全自主的机器人竞赛。 学生们对两个机器人进行编码,让它们以团队形式合作完成今年的挑战。

欲了解更多信息, 访问 VEX AI 竞赛页面

VEX V5 机器人大赛(V5RC)

VEXcode 中的 AI Vision Utility 展示了针对 24/25 游戏 High Stakes 进行预训练的竞赛对象。 窗口显示了四个环,其中列出了每个环的数据,以及一个列出了数据的移动目标。 数据类型包括对象分类、x、y 数据、宽度、高度和可靠性分数。

学生可以利用 AI 视觉传感器检测预先训练的物体分类的能力,与各种其他 V5 传感器组合创建算法,制定玩 V5RC High Stakes的策略。 通过这样做,他们可以探索计算机如何维护基于数据的表示并将其用于推理。

有关 VEX V5 机器人竞赛的更多信息, 请访问 VEX V5 机器人竞赛页面

VEX V5 GPS 传感器

GPS 数据窗口显示沿 X、Y 轴和航向数据的定位数据,以及显示机器人位置和视野的图表。

使用 V5RC 竞赛或虚拟技能中的 GPS 传感器根据传感器提供的航向和 x、y 定位数据在场地上导航。

有关 GPS 传感器的更多信息,请阅读 将 GPS 传感器与 VEX V5结合使用。

有关购买 V5 GPS 传感器的更多信息, 访问此页面


VEXcode VR 中的人工智能

V5RC 高风险游乐场

VEXCode VR 虚拟技能中的 V5RC 高风险游乐场显示环和移动目标以及每个环和目标的 x、y、宽度和高度数据。

拥有 VEXcode VR 高级许可证或注册的 V5RC 团队可以使用 AI 视觉传感器的对象分类功能,通过虚拟机器人玩 High Stakes。 

有关获取 VEXcode VR Premium License的更多信息,请访问此页面。 

有关 VEXcode VR 中的高风险游乐场的更多信息,请阅读 开始使用 VEXcode VR 中的 V5RC 高风险游乐场

流浪者救援游乐场

VEXcode VR 中的 Rover 救援游乐场显示 Rover 面对两个矿物和一个敌人。 显示每种矿物的距离和角度数据。 右上角有一个 360 度小地图,其中显示了机器人的视野和探测范围,以及检测到的矿物和敌人。 机器人的左侧有一个停止按钮、一个电池图标(电量显示 93%),以及一个包含两个统计数据的框:吸收率为 10,容量为 2。 这些物品下方是一个重启按钮和一个框,显示机器人的级别为 1、经验值为 0/10,任务长度为 0.1 天。

VEXcode VR Premium 用户可以在 Rover Rescue Playground 中参与 AI 表示和推理。 在“火星探测车救援”中,学生们使用人工智能编写一辆火星探测车,让它在外星世界中导航,同时收集矿物并避开障碍物和敌人。 探测器内置的人工智能技术使其能够探测物体并报告有关物体的数据,包括物体的距离和相对角度。 探测车可以识别预先训练的游戏元素,例如障碍物、敌人和矿物。

有关 VEXcode VR 中的 Rover Rescue 游乐场的更多信息,请阅读 Rover Rescue 入门

有关 Rover Rescue 中的 AI 的更多信息,请阅读 在 Rover Rescue 中使用 AI。 

有关获取 VEXcode VR Premium License的更多信息,请访问此页面。 


自信地教授人工智能

VEX 为教授 AI 提供了全面的资源和支持材料,因此您可以自信地进行教学。

  • VEX STEM Labs 提供逐步实施说明,就像在线教师手册一样。
    • 在 VEX 123 和 GO STEM Labs 中,单元概述提供了详细的背景信息,以便您做好充分准备来教授该单元。 例如,VEX GO 数据侦探单元背景信息深入介绍了什么是传感器,以及眼睛传感器本身如何收集和报告数据。
    • 在 IQ 和 EXP STEM 实验室中,辅助指南列出了背景信息、实施说明和技巧,以消除教授 AI 时的猜测。
  • VEX 库VEX API 是任何人都可以访问的资源,可用于了解有关使用 VEX 教授 AI 的更多信息。 例如,使用 VEX 库来了解传感器是什么以及其用途。 然后参考 VEX API 来了解与该传感器相关的代码块或命令。
  • VEX PD+ 为VEX用户提供持续、个性化的专业发展
    • 通过参加 PD+ 中的 VEX 入门课程获得认证,并立即访问 VEX PD+ 社区,志同道合的教育工作者可以在这里分享有关使用 VEX 教授 AI 的问题和想法。
    • 加入成为 PD+ All-Access 会员并
      • 利用一对一课程,您可以与 VEX 专家讨论教学 AI。
      • 访问视频库观看一系列视频来了解 AI 视觉传感器。
      • 亲自参加 VEX 机器人教育者大会 ,并参加由人工智能教育思想领袖领导的实践研讨会和信息会议。

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