宋秀双  河北省张家口市涿鹿县信息技术教师，曾荣获张家口市信息技术教学新星、张家口市学科带头人等称号。所做课程荣获河北省优秀示范课，辅导的学生曾获“童创未来”全国青少年人工智能创新挑战赛金奖、河北省第五届中小学教育机器人暨创客竞赛创客项目高中组一等奖。

教学背景

人工智能时代，智能技术越来越普及了，越来越多的人知道了AI设备的存在和使用方法，享受人工智能给生活带来的便捷。但其实大多数学生不太了解人工智能设备的工作原理及工作流程。本项目带领学生把一个普通的红外空气净化器改造成智能空气净化器，利用小度音箱对接DuerOS开放平台创建新技能，给新技能编写Python程序，通过OBLOQ模块与Arduino主板通信，然后由Arduino主板通过红外发射模块向空气净化器发送指令，实现语音控制空气净化器。

教学目标

知识与技能 了解数字红外发射、接收模块的工作原理，学会利用Mind+编程软件编写程序，控制Arduino主板通过OBLOQ模块访问Easy IoT物联网平台，学会利用DuerOS开放平台创建新技能，与普通家电设备互通互联。

过程与方法 以小组合作的方式，运用学过的相关知识和技能，开展语音控制智能空气净化器项目的学习、改造与探究。

情感态度与价值观 通过项目制作，感受AI给学习和生活带来的巨大影响，了解开源硬件相关技术的深刻意义，培养学生的创新精神。

教学重点与难点

教学重点 利用Mind+编程软件编写程序，控制Arduino主板通过OBLOQ模块访问Easy IoT物联网平台。

教学难点 利用DuerOS开放平台创建新技能，编写Python程序，通过Easy IoT物联网平台与普通家电设备互通互联。

教学准备

1块DFRduino UNO R3主控板，1块Gravity: UART OBLOQ - IoT物联网模块，数字红外信号发射、接收模块各1个，小度音箱1个，具有红外遥控功能的空气净化器1个。

教学过程

一、课程导入

师：人工智能现如今已延伸到人们生活的方方面面。“阿尔法狗”战胜围棋九段选手李世石，IBM宣布人工智能改善癌症诊断疗法，人工智能正在以前所未有的速度改变着我们的生活和未来。移动互联网的普及和人工智能的发展，让以前在电影中看到的智能家电变为现实。将语音识别技术与音箱相结合，实现音箱识别语音，用户通过语音就能操控家里的电视、空调等家电，让家电变得智能化。作为小创客，本节课我们通过空气净化器智能大改造项目，使用“语音交互+红外遥控”改造旧家电，深入了解人工智能，并在项目制作过程中锻炼自身的研究性学习能力及科技创新能力，有效提高自身综合素养。

学生分小组讨论，分享自己生活中接触过哪些智能家电设备，共同分析这些智能家电设备是如何工作的。

学生以小组为单位，对小组内自带的小型家电设备（如USB供电红外遥控台灯）的内部结构进行拆解分析，教师巡视指导。

师：其实，不同家电的内部结构和工作原理是相通的，同学们可以再拆解分析一下空气净化器，想一想智能化的空气净化器该怎么改造，然后分解任务，确定每人的任务分工。

学生小组内进行分工：小组六人中，两人负责组装硬件；两人负责获取遥控器按键编码，编写Arduino主控程序；两人负责DuerOS开放平台创建新技能，并用Python为新技能编写代码。

二、组装结构

师：请大家找到空气净化器原红外接收模块位置，合理放置新的红外发射模块。

学生完成红外装置的替换，然后讨论并完成其他硬件布局，如图1，测试各硬件的功能。注意空气净化器内部硬件布局要合理利用空间，且不影响原设备工作。若设备使用220V交流电供电，学生一定要在教师指导下进行安装。

其中，硬件连接如下：将红外发射模块接在Arduino主板D3引脚，OBLOQ物联网模块接在Arduino主板UART接口上。电源使用2节3.7V锂电池串联给Arduino主板供电。

三、获取按键编码

将红外接收模块连接Arduino主板上D2引脚，如图2，这样我们就可以通过Mind+编程软件，获取空气净化器遥控器各按键的编码，然后再通过串口输出，如图3。

四、程序编写

首先在Easy IoT物联网平台注册账号，获取相关参数。然后利用Mind+软件编写程序，实现Arduino主板能通过OBLOQ物联网模块，监听Easy IoT物联网平台发出的指令，并通过红外发射模块向空气净化器发射“按键编码”指令，如图4。

在DuerOS开放平台注册账号，为空气净化器创建新技能，并配置技能意图。注意：技能意图名称要与遥控器上按键的功能保持一致，如图5。

学生根据开放平台说明文档，编写Python程序代码，实现通过识别语音指令（意图）向Easy IoT物联网平台发送指令。详细样例代码可扫码获取。

五、交流分享

教师邀请各小组学生代表上台，演示本组改造的作品并介绍作品亮点，说一说作品亮点是如何实现的，讲一讲在制作过程中遇到了哪些问题及解决的方法。然后学生投票评选出优秀作品。最后再由教师针对学生的项目制作过程和项目的完成情况进行点评，给出一些指导性意见。

教学反思

空气净化器智能大改造项目的创意来源于生活，进行普通家电智能化改造，能让我们的生活更智能、更安全。本课通过项目制作让学生学会一些新的知识和技术，特别是学会应用Easy IoT物联网平台、小度音箱对接DuerOS开放平台给空气净化器添加新功能。同时，学生可以把在本节课所学到的智能化改造方法，应用到家里的其他家用设备智能化改造中，这样学生既学习到了人工智能相关知识，又锻炼了自己的动手能力，提升了综合运用知识的能力。

（本课件由DF创客社区推荐）