本文摘自第一届掌控板教学应用设计大赛-教学设计类三等奖《怎样和二哈玩石头剪刀布的游戏？》，作者：江锋
怎样和二哈玩石头剪刀布的游戏？
一、基本信息
二、作品内容
第15课怎样和二哈玩石头剪刀布的游戏（1课时）
【硬件搭建】：
所需材料掌控板、扩展板、语音合成模块、二哈识图视觉传感器、数据线，用数据线将掌控板和电脑连接（如图1）。
【作品功能】：
在Mind+中编写程序，上传到掌控板，实现在无需联网和连接电脑的情况下，用掌控板上的二哈识图视觉传感器识别人类的手势，电脑随机出手势，和人类一起玩石头剪刀布的游戏，并且还能判断胜负。（见附件材料）。
【教材与学情分析】：
本课是《Mind+掌控板人工智能教程》第四单元《综合应用》的第15课，Mind+是基于Scratch3.0开发的青少年编程软件，用其和掌控板及丰富的传感器结合可以很容易的去创造交互式故事情节、动画、游戏，可以大大增加学生的学习兴趣。本课作为综合应用课，主要是让学生初步了解人工智能图像传感器，认识二哈视觉传感器，通过生动有趣的石头剪刀布游戏实例，让学生在实践中了解Mind+和掌控板以及人工智能知识，提高学生的学习兴趣。
本课授课对象是小学五年级段的所有学生，学生总人数230人左右，每班45人左右。该段学生从三年级开始学习Scratch编程，四年级开始学习程小奔机器人，五年级上学期已经学过使用语音识别或电脑摄像头等玩人机石头剪刀布的游戏编写方法，因此对于积木式编程软件非常熟悉，有利于他们很快熟悉新的视觉传感器的的编程方式。尽管二哈视觉传感器这节课是第一次接触，但只要有一个良好的触发点来激起学生学习的兴趣，学生应该会喜欢上有人工智能功能的二哈视觉传感器和使用它创造出有趣的作品来。
【学习目标】：
1.认识二哈视觉传感器。
2.掌握使用二哈视觉传感器识别石头剪刀布的方法。
3.体验人机互动玩石头剪刀布游戏。
【学习重难点】
重点：
1.了解二哈视觉传感器。
2.二哈视觉传感器的手势识别学习。
难点：
人机互动玩石头剪刀布游戏的实现。
【教学资源】：
学生机房；电脑一人一机；掌控板学习套装一人一套；学生机与教师机局域互联并安装Mind+软件；教学范例。
【预设流程】：
环节一、认识二哈视觉传感器
教师活动：
教师手持二哈视觉传感器并开机显示LOGO图案，讲述：老师今天带来了一只聪明的“宠物”，有同学认识这个宠物吗？没错这个宠物就是又爱可恨的哈士奇狗狗，这个传感器就是二哈视觉传感器。你看它小小一块，握在手掌心正正好，别看它小功能可是很强大的，那么让我们来体现一下二哈视觉传感器，看看同学们对它是什么评价呢？（板书：二哈视觉传感器）
观看几个其他用二哈视觉传感器编写的例子。（操作：PPT播放三个例子。详见下面动图）
（垃圾分类）
（数字识别）
（口罩识别）
师生互动，反馈观看后的感受和疑惑：为什么二哈视觉传感器能识别不同的垃圾？为什么二哈视觉传感器能识别数字，它会算术吗？为什么人戴着口罩和不戴口罩它也能识别出来呢？这主要是因为二哈视觉传感器集成了本地人工智能识别算法。
请同学拿出二哈视觉传感器，对着二哈视觉传感器听老师解说二哈视觉传感器的结构和使用方法。（操作：播放视频，并边解说）
教师解说：
二哈视觉传感器分正面和反面。有显示屏的这一面叫正面，从上往下看，在顶端的左边和右边分别有个功能按钮和学习按钮。其中功能按钮可以左右旋转和按下确认，主要是作为选择不同的功能使用，比如在选择物体分类功能后，长按功能按钮，可以选择学习多个或学习一个物体。而学习按钮可以长按进行物体识别学习，松开按钮后，可以选择继续学习下一个物体或返回，也可以删除以前学过的物体。显示屏当然是用来显示图像的，当选择物体分类功能时，会有一个大方框出现，用于识别框内的物体。
再来看一下反面，主要有摄像头，数据连接线，还有一个可以单独给二哈视觉传感器供电的USB口，这样二哈就可以独立学习，不需要其它配件支持。当然集成再多的元件如果没有编程软件进行编程，它就是一块冷冰冰的毫无用处的电子零件。所以需要用你们的聪明才智进行编程，才能让这个二哈发挥它的作用。
学生活动：
1.观看二哈视觉传感器实例介绍。
2.边观察二哈视觉传感器边倾听教师介绍二哈视觉传感器。
设计意图：
二哈视觉传感器可以做什么？这是学生拿到二哈视觉传感器第一个产生的疑问。所以在这个环节里老师先让学生观看了几个二哈视觉传感器的使用范例，让学生对二哈视觉传感器的功能有了初步认识，也激发了学生学习二哈视觉传感器的兴趣。为什么二哈视觉传感器可以实现这些效果？是学生产生的第二个问题。教师在介绍二哈视觉传感器时，先拍摄了二哈视觉传感器视频，通过广播发放给学生观看，这样学生可以很清晰看到老师解说时所指的位置。
环节二、使用二哈视觉传感器识别3种手势
教师活动：（教学软件广播）教师打开手机同屏助手直播二哈视觉传感器的界面，学生同时将二哈视觉传感器打开，体验功能按钮的用法。那么怎么进行手势的识别学习呢？（教师演示操作）首先要用功能按钮把菜单切换到“物体分类”功能，出现方框和屏幕中间的加号后，这时左手在摄像头下面展示相应的手势，右手按住学习按钮不放进行第一个物体的学习，如果有以前班的学生学习过的记录，可以选择先遗忘，也就是删除以前的学习记录，重新开始学习新的手势，一般学习的手势角度和次数越多就越能精确识别，学习好第一种手势后，方框左上角会出现“物体ID1”的字样，这时继续按学习按钮，会自动学习第二种手势，一直到第三种手势学习完毕为止。
1.打开二哈视觉传感器，使用左上角的功能按钮，看看都有哪些指令。
2.观看教师演示操作。
3.动手操作，使用二哈视觉传感器识别自己的石头剪刀布这三种手势。
二哈视觉传感器的使用主要是二个按钮，对于经常使用智能设备的学生来说并不陌生，因此对于二哈视觉传感器的认识，只是让学生自己去观察和尝试。用二哈视觉传感器识别手势是新知，所以教师先进行了广播演示怎么识别手势，再让学生动手操作。这样根据学生已有知识水平精准选择教学方法，让学生能更快更好地学习新知。
（用学习按钮删除以前的学习记录）
（用学习按钮进行第3个物体的识别）
环节三、用MIND+设计和二哈玩石头剪刀布的游戏程序
1.编写二哈视觉传感器识别人类手势的程序
①扩展中心添加人工智能视觉传感器。请学生观察二哈视觉传感器有哪些指令？哪几条指令是可能用于今天手势识别程序？根据学生的反馈拖动可以识别手势的初始化指令。这几条初始化指令有什么区别呢？
（扩展中心添加人工智能视觉传感器）
（初始化指令）
②认识读取手势相应ID号的指令。和学生对话，询问三大类指令的区别可能是什么，经过学生讨论比较和尝试编程分析，选择“二哈视觉传感器从结果中获取靠近中心方框的ID参数”值来获取不同的人类手势。（教师演示操作在某个坐标显示文字）
（读取手势相应ID号指令）
（三大类指令的使用区别）
1.观看老师操作，学习初始化指令的区别。
2.师生互动，讨论和研究三大指令的使用方法有什么区别。
3.分别尝试编写通过二哈视觉传感器获取人类手势的方法。通过对比了解指令的用途。
初始化指令没有什么难度，但选择合适的识别手势指令有一定难度，主要是要通过讨论和编程尝试，观察是否能通过二哈视觉传感器正常实现获取人类手势的功能。同时，学生在编程中会发现“靠近方框”和“靠近箭头”等区别，为学习以后的机器人巡线等综合应用做好铺垫。
2.编写按掌控板的A键识别人类手势的指令
和学生对话，人机对战玩石头剪刀布游戏，需要谁先出招？可以用哪些方式展示人类出的手势情况？如果想重复玩，可以怎么实现？
和老师一起分析人类手势的展示程序，确定展示的方式，并独立编写脚本，通过多次调试，完成用各种方式动态展示人类手势的编程脚本。
遇到困难同桌相互交流，作品完成之后同桌相互欣赏。
（用多种方式展示人类出的手势情况）
3.编写按掌控板的B键随机产生电脑手势的指令和最后的判断胜负指令。
请同学上台演示编写以前学过的怎样随机产生电脑手势的指令和最后的判断胜负指令，继续请同学展示补充各种编写指令的方案。
学生活动：自己编写指令，观看同学上台编写的指令，反复测试和完善自己的指令。
4.拓展探究
提出拓展问题：二哈视觉传感器除了能识别手势？还可以识别哪些物体呢？请已经完成基础任务的同学尝试更多创意设计。
师生交流其他更多的设计效果。完成基础内容编程的学生，自己创意设计人脸识别、文具识别的效果并进行编程。
编程不可能一蹴而就，特别是第一次学习二哈视觉传感器，学生难免生疏，或多或少会有一些状况。安排同桌相互交流、评价，可以让学生自己学会分析脚本，自己去探究出现问题的原因。根据学生的学习能力不同，安排拓展任务，使每位同学都能发挥自己的水平。
环节四、交流及总结
请一部分同学展示自己的作品。
部分同学展示自己的作品，展示过程中讲述自己用二哈视觉传感器实现的独特设计，比如添加了人脸识别、文具识别、颜色识别等。同学进行相互学习评价，提出建议和意见。师生交流本节课所学知识。
通过师生的交流除了欣赏同学的作品之外，还可以更加完善作品，是共同学习共同进步的过程。通过梳理本节课的知识点，可以帮助学生进一步巩固本课内容。
【教学反思】
本课通过在五年级段下学期普通班级教学之后，我发现了在课堂实施过程中的不足和惊喜。
1.学生在课堂中表现积极，对掌控板和各种传感器，特别是有人工智能功能的传感器充满了兴趣。我想这得益于MIND+软件编程和硬件结合这得天独厚的优势。学生手里有东西可看可玩，编程的效果能实时在掌控板等硬件上呈现出来，学生自然兴趣浓厚。当然也得益于本课在导入的时候带给学生的想象：掌控板可以做很多事情，很好玩，很有趣。
2.分层任务让每位学生尝到成功的喜悦。本课是掌控板人工智能的第15课，学生虽然已经学了很多编程知识，但如果一开始就困难重重，把学生吓倒，肯定会影响后续的学习。从本课的任务进程来看，由简到难，从简单的认识和使用二哈视觉传感器开始，在这个过程中，学生的学习是逐步递进的，从课堂效果看，全部同学都能完成基础任务。对于学习速度快的同学，本课的拓展任务也是很好的发挥水平的平台，有些学生能使用二哈视觉传感器创作出一些奇妙的创意作品出来，因此本课人人都比较满意的自己的学习成果。
3.指令教学方式待调整。选择“二哈视觉传感器从结果中获取靠近中心方框的ID参数”值来获取不同的人类手势，这条指令虽然可以用其它指令代替实现，但它是本节课中用于获取人类手势最方便的指令。本课预设中这条是在学生学习和讨论中探究出现的。但是在课堂实施中，会出现一点问题。学生在完成二哈视觉传感器识别手势的第一个任务后，可能会用“二哈视觉传感器从结果中获取ID1方框是否在画面中”等方式去编程获取人类手势。这个时候仅从编程脚本上看不出逻辑问题的，学生也无法一下想到要用“从结果中获取靠近中心方框的ID参数”来操作实现。课堂中就会出现“老师为什么会是这样呢？难道二哈视觉传感器坏了吗？”等声音。我觉得“从结果中获取靠近中心方框的ID参数”的操作，更像是对另一块主控板已有结果的调用操作，因此这条指令的操作介绍可以考虑用其它更恰当的方式来教学。