Case 08 AI密码锁
简介
本课程旨在引导学生使用哪吒发明家套装V2和AI扩展包来制作一个AI密码锁，通过AI摄像头的特征学习功能，让学生了解人工智能在现实生活中的应用。学生将学习如何构建一个密码锁系统，其中只有特定的物品能够解锁，从而培养他们的STEAM（科学、技术、工程、艺术、数学）技能，提高问题解决和创造力。
教学目标
- 了解人工智能的基本概念和应用。
- 掌握哪吒发明家套装V2和AI扩展包的基本使用方法。
- 学会构建一个AI密码锁系统，涉及特征学习功能。
- 提高团队协作和创造性解决问题的能力。
教学准备
电脑
教学过程
引入
教师可以引导学生思考以下问题：什么是特征学习技术？它在现实生活中有哪些应用？
大家好，今天我们将进入人工智能的世界，学习如何使用哪吒发明家套装V2和AI扩展包制作一个令人兴奋的AI密码锁。你有没有想过，将人工智能与安全系统相结合，只有特定的物品能够解锁？这不仅是科技的未来，也是我们今天要解决的问题。让我们一起开始这个探险，探索人工智能如何改变我们的生活。
探究
分组讨论，让学生思考如何用AI摄像头来制作一个AI密码锁，重点关注特征学习功能的概念和使用。
- 人工智能如何应用于密码锁系统？
- 如何使用哪吒发明家套装V2和AI扩展包来制作一个AI密码锁？
- 如何使用特征学习功能来识别特定的物品？
实践
分组动手，按照自己的设计方案，用积木材料来制作一个AI密码锁。
按照自己的设计方案，用积木材料来制作一个AI密码锁。
示例
搭建步骤
搭建完成
硬件连接
将彩虹灯环连接到哪吒扩展板的J1接口，将舵机连接到哪吒扩展板的S1接口，将AI摄像头连接到哪吒扩展板的IIC接口。
软件编程
打开编程平台makecode
新建项目
点击扩展
在搜索栏搜索nezha添加哪吒多功能扩展盒的扩展库
在搜索栏搜索planetx添加行星系列传感器的扩展库
编写程序
程序链接:https://makecode.microbit.org/_A4JVUpJw71k7
你也可以通过以下网页直接下载程序。
团队合作与展示
学生分成小组，共同完成案例的制作和程序编写。
鼓励学生之间相互合作、交流和分享经验。
每个小组有机会向其他小组展示他们制作的案例。
示例案例效果
选择特定的物品作为解锁密码。放在摄像头面前，按下按钮A学习物品特征，在需要解锁时，将特定的物品放在摄像头前面，并按下按钮B，如果物品正确，则密码锁打开，否则无法打开。
反思
分组分享，让每组的学生分享自己的制作过程和心得，总结自己遇到的问题和解决办法，评价自己的优点和不足。
扩展知识
什么是特征学习？
特征学习（Feature Learning）是机器学习和深度学习领域中的一个重要概念，它指的是自动地从原始数据中学习并提取有用的特征或表示形式，以便更好地表示数据，从而能够更好地进行数据分析、模式识别和决策任务。
特征学习的主要目标是将高维度、复杂的数据转化为更简洁、更有信息量的表示形式，以便机器学习算法能够更轻松地理解和处理数据。这有助于提高模型的性能和泛化能力，减少数据维度的负担，同时也有助于发现数据中的隐藏模式和结构。
特征学习方法包括传统的特征提取方法（例如主成分分析PCA、独立成分分析ICA）以及深度学习方法（例如卷积神经网络CNN、自动编码器Autoencoder）。深度学习在特征学习中表现出色，因为它能够学习多层次、抽象的特征表示，逐渐从低层次的特征提取到高层次的抽象特征，从而适应不同任务的需求。
特征学习的应用广泛，包括图像识别、语音识别、自然语言处理、推荐系统等领域，它在提高模型性能和解决复杂问题中发挥着重要作用。