STEM教育 · 行空板K10智能背古诗课代表

项目简介：一款基于开源硬件行空板K10的智能背诗考核装置。本装置充当班级的"背古诗课代表"，学生通过语音唤醒后，二哈2人工智能摄像头进行人脸识别确认身份，学生背诵古诗（可自定义多篇），行空板K10通过AI语音识别判断是否背正确，背正确后系统语音确认并记录，同时将背诗情况发送到SIoT物联网平台。本装置采用3D打印外壳，并在电脑端通过Mind+实时模式搭建物联网大屏，用"绿色对勾"直观显示全班学生的背诗完成状态，让老师一目了然看到谁已背、谁未背。

一、项目背景与创意由来

在小学班级管理中，课代表承担着组织晨读、检查古诗背诵等职责，是班级运转的重要一环。但在实际操作中常常遇到几个问题：

1. 背诗检查费时费力：传统背诗检查靠老师逐一聆听、人工判断，学生多、耗时长，老师负担重；
2. 难以量化"谁背了、谁没背"：靠人工记忆或纸质登记，容易遗漏，也难以实时掌握全班背诵进度；
3. 背诗形式枯燥：机械的背诵检查缺乏趣味性，难以激发学生主动背诗的兴趣。

本项目希望用开源硬件行空板K10，打造一款充当班级"背古诗课代表"的智能装置——借助AI人脸识别、AI语音识别与物联网技术，让背诗考核更高效、更有趣：

• 学生语音唤醒装置，通过人脸识别确认身份；
• 学生背诵古诗（可自定义多篇），系统语音识别判断是否正确；
• 背正确后，系统语音确认并记录，同时通过SIoT物联网在电脑大屏上点亮/打勾该同学的名字，老师一眼就能看出谁已背、谁未背。

让背诗考核从"人工听背"升级为"AI智能考核"，体现"数字智慧（AI+数字化）赋能校园管理"的理念。

二、功能设计

系统工作流程：

语音唤醒（你好，小行。我要背古诗）→ 屏幕笑脸变耳朵 → 二哈2摄像头人脸识别确认身份 → 系统语音提示请背诵古诗 → 学生背诵（可多篇）→ 语音识别判断是否正确 → 正确则语音确认并记录，错误则持续等待重背 → 发送SIoT → 电脑大屏绿色对勾点亮该同学

四、制作过程

步骤一：需求分析与方案设计

明确核心目标：语音唤醒 + 人脸识别身份确认 + 背诗考核 + SIoT大屏显示。

规划"感知层（二哈2摄像头、语音识别）— 控制层（行空板K10）— 交互层（本地屏幕）— 云平台（SIoT）"的整体架构。

步骤二：结构设计与制作（3D打印外壳）

本装置采用3D打印制作外壳。使用3D建模软件设计装置外壳结构，通过3D打印成型，预留二哈2摄像头、行空板K10屏幕的安装位置。由于摄像头需要立起来、屏幕需翘起一定弧度方便观看，3D打印外壳采用立式结构，确保人脸识别角度合适、屏幕可视、整体美观。

步骤三：硬件电路搭建与调试

连接行空板K10与二哈2人工智能摄像头，调试确认摄像头能正常进行人脸识别、识别准确率稳定；测试AI语音识别模块能否正确采集并识别语音、能否准确播报语音提示。

步骤四：程序编写与功能实现

使用Mind+图形化编程软件编写主程序：

1. 语音唤醒：监听"我要背古诗"指令，唤醒后屏幕笑脸图标变为耳朵图标；

2. 人脸识别身份确认：通过二哈2摄像头识别学生人脸，比对预置人脸库，确认学生身份；

3. 身份ID转姓名（编程亮点一）：由于行空板编程没有数据库，只有变量，本项目编写了一个身份判断函数。系统为全班15名学生建立身份编号（1~15），摄像头识别的人脸返回一个ID编号，通过该身份证函数判断ID 1~15对应的学生姓名，并将姓名保存在变量中；

   

4. 语音合成播报姓名（编程亮点一续）：将保存在变量中的学生姓名通过字符串合成传送给语音合成功能，使系统在语音播报"某某同学，请背诵古诗"时，能准确读出学生姓名；

   

5. 语音引导与背诗考核：系统语音提示"请背诵古诗"，学生背诵时进行语音识别与标准文本比对，判断是否正确（古诗可自定义添加，如《静夜思》《咏鹅》《春晓》等多篇）；

   

6. 结果反馈与记录：背正确后语音提示"某某同学，我已经把你记录好了"，并记录背诗完成状态；背错则不记录、不提醒，持续等待学生重背；

   

7. 物联网上报：通过Wi-Fi将背诗情况上传至SIoT物联网平台对应主题。

   

步骤五：物联网大屏搭建与算法实现

本装置的物联网大屏使用Mind+软件的实时模式在电脑端搭建：

1. 舞台名单表格展示：在舞台上通过创建角色的名字，用表格形式展示全班学生名单（实际以图片形式展示在舞台上）；

2. 绿色对勾角色：创建一个绿色对勾角色，用于标记已背诗的学生；

   
3. 接收物联网信息：行空板端通过SIoT发送背诗信息，电脑端接收到的是一条编号数据；

4. 编号转行列算法（编程亮点二）：电脑端编写算法，将接收到的学生编号折算成对应学生名字所在的第几行第几列，定位该学生的表格位置；

5. 克隆显示对勾：在定位到的学生名字前，用克隆方式显示绿色对勾角色，标记"该同学已背诗"。

   这个"编号折算行列 + 克隆对勾"的算法，是实现大屏名单打勾效果的核心，也是本项目的技术亮点之一。

步骤六：系统集成、测试与优化

将各模块集成安装到3D打印外壳内，进行全系统功能测试：模拟学生语音唤醒、刷脸、背诗，验证人脸识别准确率、身份ID转姓名是否正确、语音能否准确读出学生姓名、背诗判断准确性、背错时是否持续等待、SIoT大屏是否在对应行列显示绿色对勾，并对结构进行优化与外观美化。

五、创新与特点

1. 装置即"背古诗课代表"：本作品将智能装置本身定位为班级的"背古诗课代表"，承担背诗考核与统计工作，体现"数字智慧赋能校园管理"的理念；
2. 身份ID转姓名的函数设计（编程亮点）：在行空板无数据库、仅有变量的条件下，编写身份判断函数，将人脸识别的ID编号（1~15）转换为学生姓名，并通过字符串合成实现语音准确播报姓名，解决了"无数据库存储学生名单"的难题；
3. AI语音智能考核：利用行空板K10的语音识别自动判断背诗是否正确，替代传统人工聆听检查；
4. 物联网大屏"编号转行列+克隆对勾"算法（编程亮点）：在电脑端Mind+实时模式中搭建物联网大屏，通过"编号折算行列 + 克隆绿色对勾"的算法，直观展示全班学生的背诗完成状态，老师一眼看出谁已背、谁未背；

六、结语与展望

"数智课代表之背古诗课代表"将经典校园背诗考核场景与开源硬件、AI人脸识别、AI语音识别、物联网等数字技术深度融合，让背诗考核更智能、更高效、更有趣。未来可进一步拓展：扩展更多古诗篇目、通过SIoT大屏统计班级背诵进度、增加学生个性化背诗数据记录等功能，让"背古诗课代表"成为班级晨读管理的智能小助手。