人工智能无疑是当下科技界的热议话题之一,虽然行业还处于发展的初级阶段,但实际已经悄然融入我们的生活,扫脸付款的售货机、对答如流的智能音箱、精准快捷的地图导航,方方面面都有人工智能的帮助。
2012年,日本政府指定编程为中小学必修课。2014年,英国教育大纲规定计算机编程为儿童必修课。2016年美国和芬兰也将编程纳入小学教学。他们的编程教育推崇STEM教育,拆开为科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、数学(Mathematics),这四门学科本是独立的,但STEM教育将它们的知识进行融合,串联,强调实践和运用。
反观国内,2017年国务院印发并实施了《新一代人工智能发展规划》,旨在加快我国人工智能行业发展,打造世界科技强国,并强调人工智能为国际竞争新焦点,逐步实施全民智能教育项目,在中小学阶段设置人工智能相关课程,鼓励社会各界人士参与科普及创作。
当下,公立学校均已经开展编程课程,多省市将编程纳入考核,少儿编程成为热门的课外培训。那么针对18岁以下儿童开展的编程教育大致可以分为两类,一类是Scratch或仿Scratch的图形化编程,其趣味性较强,主要以培养兴趣、锻炼思维为主,另外一类则是Python、C++等高级编程语言教学,可以为日后专业学习,甚至是职业技能做铺垫。
那么就要聊到壳乐派2这款产品了,它是专为10岁以上儿童设计的零基础STEM编程学习机,壳乐派(CrowPi)在国外非常火,但实际上是由中国厂商打造的,直到国家开始重视少儿编程项目,它才逐渐为我们所知。
壳乐派2(CrowPi 2)以树莓派(Raspberry Pi)作为硬件核心,搭配一系列硬件传感器及CrowPi独家开发的软件教学,可以实现各种软硬件编程的学习,当然了也可以派生出无数玩法,我们后面详聊。
壳乐派2的外形和笔记本电脑相似,从外设方面来看就是一台完整的电脑,11.6英寸1080P IPS屏、200万像素带麦克风摄像头、立体声喇叭、键盘+触控板、3.5mm耳机接口、以及多个USB接口,总之一应俱全。
无线键盘下方即功能丰富的开发板。
开发板中包含了编程入门将会用到的一切传感器,密密麻麻共计30种,如常见的遥感、振动马达、蜂鸣器、光强传感器、超声波传感器,乍一看有些摸不着头脑,但后续根据教学逐个认知并理清逻辑之后,还是很容易上手的,这些传感器也对应着我们日常生活中所用到的智能设备,比如门禁锁、NFC刷卡等等,那么学习者对于原理的解读也会更加深刻。
后盖中放置着一枚树莓派4B,这个就无需过多介绍了,本质上就是一台微型电脑,很多成人也都拿它来干有趣的事情,比如搭建NAS,改成软路由,或摇身变为电视盒子,支持的操作系统数不胜数,比如常见的Windows、Ubuntu、OpenWrt、CentOS。壳乐派2给他预装的是Raspbian,并基于Raspbian开发了教学软件。
不同版本的套装内,硬件的数量有差异,这个就根据自身的需要进行购买了,基础版就已经提供了数十种丰富的配件,将这些配件接驳到开发板中的合适位置,再配合软件教学的指引,就可以一步步开始学了,如果后续开窍了,自己也能搞搞创新。
壳乐派2的教学软件界面,功能丰富。
点击Learning就能进入Python和Scratch的零基础入门教学,Python和Scratch都是少儿接触编程首选的语言。
首先我们用几个案列来看一下在壳乐派2中是如何学习Python的,壳乐派2的Python教程和开发板是强相关的,它准备了32节课程,由入门至高阶一步步手把手教学,从最初的认识Python到可以通过Python语言来控制开发板中的各种传感器来实现相应功能。
第一节启蒙课,告诉学者如何使用Python来调用开发板上的各种传感器,每一个传感器都对应的是树莓派上连接的一个引脚。
在初步了解之后,就可以进入第一个实际操作,即用Python来控制蜂鸣器发出响声。
如上图所示,蜂鸣器就是开发板中标“BUZZER”的小黑盒子。
通过右侧教程的一步步指引,我们编写出如下几行代码,并且理解了每一行代码的意义和作用
import RPi.GPIO as GPIO
import time
buzzer_pin = 18
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(buzzer_pin, GPIO.OUT)
GPIO.output(buzzer_pin, GPIO.HIGH)
time.sleep(0.5)
GPIO.output(buzzer_pin, GPIO.LOW)
GPIO.cleanup()
这一整列代码的作用就是让树莓派调用开发板上的蜂鸣器,让蜂鸣器发出0.5秒的响声,在左侧的编辑器内粘贴或敲入正确代码,即完成本次编程的操作,按下绿色运行键,蜂鸣器就会发出0.5秒的短暂响声。
同理,通过对应的引脚我们还能控制开发板上的其它传感器,如伺服电机。
同样根据右侧的教学,我们理解并在左侧代码框中写下一行行相关代码。
这枚伺服电机就是附件中的一个配件,找到它并连接在开发板上的对应位置即可。
难度逐渐升级,在学会了之前相对简单的操作之后,学者就可以开始更加复杂的课程了。
比如控制LED阵列来实现霓虹灯效果,学者在理解了代码中的奥秘之后,就可以脱离教学本身的案例,来实现自己想要的效果,比如调整代码中的RGB色彩以及刷新时间来改变显示花样。
关于壳乐派2上的Scratch,可能有人会说了,我在电脑和手机上都能用Scratch,为什么还要用CrowPi来运行它,这当然没错,Scratch的确可以在网页、手机、iPad这些场景中使用,但壳乐派2的差异之处就在于可以通过Scratch来调用开发板上的各种传感器,就像上面的Python一样,这是单纯的使用电脑、手机所不具备的,下面举例说明。
Scratch的教学中有一课叫流水灯,就是使用Scratch来控制开发板中的面包板,以及配合一系列零部件来实现最终的效果,功能引脚我们在前面的课程中已经学过了,再次动手操作时就会熟悉很多。
在配件中找出这一节课程所需要的电阻、4枚LED灯珠,以及8根杜邦线。
按照教程,将电阻、灯珠插至面包板的正确位置,并用杜邦线将它们连接至树莓派的对应引脚,这节课在Python中同样可以实现。
在Scratch中编写好需要实现的结果,运行即可,如上图所示,4枚LED灯珠轮流闪动。
体验总结:
壳乐派2可以聊的其实非常多,即便是对于成人来说也是有一定的吸引力,而少儿学习编程,实际上不是为了要将它们培养为程序员,而是在早期的反馈中了解到他们的兴趣,从而转化为动力。
市面上以少儿编程为卖点的产品相当多,如机器人、积木、掌机,甚至是一些单纯的电脑软件,这些产品当然都有各自的优点,那么壳乐派2的优点就在于其扩展性更强,屏幕够大,外设和传感器足够丰富,能够实现更高阶的玩法。
哪怕是编程课程全部学完后,壳乐派2也不会立刻就闲下来,虽然无法和正经的PC相提并论,但核心的树莓派4B能驾驭不少操作系统,比如预装的Raspbian就能满足办公、影音、网页浏览,对于学习需要绰绰有余。