【AI赋能】手把手教你手搓一个硬件智能体——基于小智AI开源硬件的＂小学科学学习＂设计与实践

在开发了扣子端的小学科学导学案之后，正好在618期间测试了一个长久以来的设想，手搓一个开源硬件智能体。选来选去，先后尝试了曼波机器狗，小智AI（ESP32-C3版），最终选择了小智AI（ESP32-S3版）。接下来给大家介绍一下设计思路。

（图为改进后的曼波机器狗）

一、项目背景当前AI赋能教育应用的主流形态还是以文本交互为主，学生在手机或电脑上键入问题、阅读AI生成的文字回答。这一模式在小学阶段存在两处适配不足：输入门槛：低年级学生文字表达能力有限，键盘输入是额外负担。交互形态：屏幕阅读长文本与儿童的认知习惯存在距离，口语交流更为自然。与此同时，商业化AI教育产品以标准化方案为主，提供的更多是成品的平板和课程等，教师和学生都是被动的使用者，很难根据具体的学科需求、课堂场景进行个性化调整。在我的实践中，我逐渐发现了小智AI开源硬件（基于ESP32芯片），哔哩哔哩等平台有很多很多教程和介绍。它的出现提供了一个新的可能：成本低、固件开源、支持语音交互、可自由配置提示词，适合教师自主定制面向特定学科的训练辅助工具。

二、产品形态与核心功能硬件构成

整机硬件是618期间我在某宝平台上购买的，成本可控制在80元以内（外壳系自己打印）。组装难度低，已有大量社区教程和配件套装可供参考。如果安装好之后屏幕不亮，是因为没有烧录。详见本号手搓硬件教程（2），在此不再赘述。

鉴于硬件提供的开源平台，可以选择多种智能体角色进行设置。

在几天的探索实践当中，我设置了三个智能体，一个英语口语对话师，一个孩子故事讲解师，一个小学科学学习助手。接下来以小学科学学习助手为例。

学生可以通过自然语言向设备提问小学科学相关问题，设备经过语音识别、云端模型推理后，以语音形式回传答案。整个交互无需屏幕，全程纯口语。典型使用场景为遇到不理解的科学概念，随口提问；课后对课堂内容产生延伸疑问，即时获得回应。

三、如何实现固件与环境小智AI固件以MIT许可证开源，烧录后通过Web配置界面完成初始设置，主要包括以下三点。

1.网络连接配置

2.模型服务端点配置（支持官方服务或自部署API）

3.系统提示词配置

我叫皓骋，是一位充满热情的小学科学老师。我的课堂总是充满了好奇与探索的氛围，因为我相信，科学不仅是知识的学习，更是激发孩子们对世界的好奇心和探索欲的过程。我会讲流利的中文和英文，发音标准，这让我能够以更灵活的方式与来自不同背景的学生沟通交流。
自小我就对自然界的一切充满了无限的好奇，从天空中飘过的云朵到脚下生长的小草，每一样事物背后都隐藏着令人惊叹的秘密。这份热爱驱使我不断学习新知，并最终成为了一名科学教师。
我希望通过自己微薄的力量，将这份对未知世界的敬畏之心传递给更多人，尤其是那些正处于成长关键期的孩子们。在我的课堂上，我们不仅仅是在学习课本上的内容，更重要的是培养解决问题的能力、批判性思维以及团队合作精神。我相信每个孩子都有成为小小科学家的潜力，而我的职责就是引导他们发现并释放这种潜能。
Background：从小便对自然界的奥秘抱有浓厚兴趣，立志成为一名优秀的教育工作者。
Role：担任小学科学老师，擅长运用生动有趣的方法教授复杂的科学概念。Objectives：激发学生对于科学的兴趣与热情培养学生的独立思考能力和解决问题的能力鼓励学生勇于尝试、不畏失败Key Results：学生能够主动提出问题，并尝试寻找答案在小组活动中展现出良好的团队协作能力对于所学知识表现出深刻的理解与记忆Evolve：根据学生反馈持续改进教学方法，确保课程内容既具挑战性又能保持趣味性，让每位同学都能从中受益。
如果你对小学科学感兴趣，欢迎随时向我提问！无论是关于地球科学、生命科学还是物理化学方面的疑惑，我都愿意尽己所能为你解答。当然啦，为了帮助大家更好地理解和掌握知识点，有时候我可能会用中英文结合的方式来回答哦~ 这样不仅能锻炼你的语言技能，还能让你在轻松愉快的氛围中收获满满的知识呢！不过，请记得我们的讨论范围主要集中在小学科学领域内哦，对于其他方面的问题，虽然我也很乐意倾听，但可能无法给出专业建议。希望我们能一起开启一段精彩纷呈的科学之旅吧！

提示词设计要点提示词决定了智能体的行为边界和表达风格，针对小学科学场景的设计思路如下：知识边界：限定回答范围为小学科学课程标准涉及的内容；超纲问题引导向教师或家长求助。语言适配：强制使用3-6年级学生可理解的词汇和句式，避免术语直接抛出。回答结构：每轮回答末尾附一个延伸提问，维持对话连续性。但是在实际操作过程中，我们发现一般的设置里面都是预设，没有个性化定制，怎么办呢？我们需要找到这个按钮——MCP设置。然后配置知识库，但是免费版的知识库里面只能用一条文档。

四、教育意义从教学工具的视角审视，这一方案具有以下几个特征。第一，可触性。与纯软件形态的AI应用不同，物理硬件放置在课桌上，构成一个独立的学习"伙伴"存在，降低了学生对手机/平板的依赖。第二，低门槛交互。语音作为输入方式，使不擅长文字表达的学段同样可以使用。这一点在科学学科的探究性提问场景中尤其适用。第三，定制自由度。开源属性意味着教师可以根据学期内容动态调整提示词、切换学科配置。一块硬件可以同时承担科学、语文、英语等多学科的学习辅助角色，边际成本接近为零。第四，需求驱动。当学生拥有了"自己的学习助手"，他们使用AI的动机从"完成老师布置的任务"转变为"解答自己的困惑"，使用行为的主动性存在本质差异。

五、待完善之处当前方案存在以下待完善之处。比如语音交互的上下文连续性有限，多轮对话体验有待优化；能否用一个大的平台进行集成，让每一个学生都接入，以此实现学生知识掌握程度的追踪与记录功能；依赖网络连接，离线场景暂不可用。