Scratch指南

教小猫🐱认水果！

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🎯 今天的任务

屏幕上有一只小猫🐱，但它不认识水果！你的任务是当它的老师，教会它分辨苹果🍎和香蕉🍌。

教得好的话，小猫就能自己认出新的水果哦！

📋 三步搞定

1️⃣ 教小猫认水果（当老师👨‍🏫）

拿苹果🍎图片对准摄像头（占满画面）→ 按 1
- 小猫：“哦！这是苹果！我记住了！”
换个角度再按 1，重复5次以上
- 小猫：“让我从不同角度再看看…”
拿香蕉🍌图片对准摄像头 → 按 2，同样重复5次以上
- 小猫：“这个黄黄弯弯的是香蕉对吧！”

💡 教得越多，小猫学得越好！就像你背单词一样，多看几遍才记得牢～

2️⃣ 考考小猫（当考官📝）

拿一张没教过的水果图片对准摄像头
按 p → 看小猫能不能说对！
- 说对了 → 🎉 恭喜！你是个好老师！
- 说错了 → 🤔 可能需要多教几次

3️⃣ 保存成果（给小猫存档💾）

按 d 保存 → 小猫的记忆被存下来了
下次按 u 直接加载 → 小猫立刻想起来！

⌨️ 按键速查

按键	作用	小猫的反应
1	教小猫认苹果 🍎	“记住了！”
2	教小猫认香蕉 🍌	“记住了！”
p	开始考试！	“让我想想…”
空格	停止考试	“休息一下～”
a	全部忘掉重来	“啊？我什么都不记得了！”
d	保存记忆	“存档成功！”
u	读取记忆	“我想起来了！”

⚠️ 注意

✅ 图片要占满整个画面（小猫近视👓，要看清楚）
❌ 不要让手指、背景出现在画面里（会干扰小猫）
✅ 考试要用没教过的图片（不然就是作弊啦😜）

🏆 挑战

⭐ 让小猫认对苹果和香蕉
⭐⭐ 试试绿苹果，小猫还认识吗？
⭐⭐⭐ 想想：怎样才能让小猫学得更准？

Scratch 在线链接

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在线版（支持ML2Scratch机器学习） - https://champierre.github.io/ml2scratch/

在Windows电脑上运行Scratch，以管理员身份运行Powershell，运行指令：

cd C:\Users\Digitallab\ai\scratch-gui
npm start

训练注意事项

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快捷键：

按键	功能
1	学习苹果图片（标签1）
2	学习香蕉图片（标签2）
p	开启分类识别
space	关闭分类 + 清除画笔
a	清空所有训练数据
u	上传（加载）已保存的模型
d	下载（保存）当前模型

因为每类水果总共才各自6个，只训练6次估计会出错；所以每张图片要调整角度多训练几次

并且至少保证1张图片以前没有训练过，否则和我们的目的就不一致了

训练时保证水果图片充满舞台画面，没有其它的干扰像素进入，如手等

手，背景，爱立信图标都是干扰项

AI编程课任务说明

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启动流程

鼠标右键点击运行桌面ai批处理文件，选择以管理员身份运行，启动scratch程序
等待大约1分钟，会自动打开浏览器的scratch界面(localhost:8601)
点击文件上传桌面的”AI课2025”里面的ai_student文件来进行编程（image文件是最终完成的课件）

课程任务

训练一个两个分类的图像分类模型，其中一个类别为苹果，另一个为香蕉
打开摄像头，让AI学习给定的图片，就是苹果和香蕉图形，并让模型学习该数据
经过训练后程序能够对摄像头里的新图片进行分类，并控制卡通人物正确说出舞台上的图形
保存训练的模型
调用保存的模型，直接进行图片识别
拓展任务：重新编写一个程序，控制画笔在舞台上绘制训练数据，如简笔画的苹果和香蕉图形（或者猫狗头像），并让模型学习该数据，其它部分同前面步骤c,d,e
如果有时间，尝试增加一个分类类别

程序目标以及功能键说明

使用摄像头来输入训练数据（或者用鼠标或者绘图板来绘制图像）
按1键学习分类标签1
按2键学习分类标签2
按 p键开启分类
按a键清空所有训练数据
按u/d键上传或者下载分类数据

人员分工

训练过程

同学1号负责整个训练流程：分发训练数据，拿着所有的数据，依次传递给同学二，并确保测试集和验证集的数据不能混入训练集
同学2号负责数据增强和输入-举着图片对准摄像头，并调整角度增强数据
同学3号负责训练任务– 按照举着的图片标签来按下相应的数字键
同学4号负责反馈训练结果-观察标签栏的变化，看对应标签的训练次数是否增加

验证和测试过程

同学1号负责整个训练流程：分发测试数据，拿着所有的数据，依次传递给同学二，并确保训练集的数据不能混入验证集和测试集
同学2号负责数据输入和调整-举着图片对准摄像头，并调整角度看是否能够识别
同学3号负责分类任务 – 按照举着的图片标签来按下p键开启分类（按空格键关闭分类）
同学4号负责反馈测试结果-看卡通人物是否正确的认出了给出的图片

拓展任务

完整代码见image.sb3文件

ai_student.sb3 项目分析

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项目结构

舞台 (Stage)：背景1，无代码
Pencil 角色（画笔）：负责训练控制逻辑
Cat 角色（卡通猫）：负责识别结果反馈

Pencil 角色代码逻辑

绿旗启动时

设置输入源为 webcam（摄像头）
开启摄像头
隐藏画笔角色
关闭分类模式

按键控制

按键	功能
1	将当前摄像头画面作为标签1（苹果）的训练样本
2	将当前摄像头画面作为标签2（香蕉）的训练样本
p	开启分类模式
space	关闭分类模式 + 清除画笔
a	清空所有训练数据
u	上传（加载）已保存的模型
d	下载（保存）当前模型

Cat 角色代码逻辑

当收到分类结果为标签1时：说”是苹果”2秒，然后关闭分类
当收到分类结果为标签2时：说”是香蕉”2秒，然后关闭分类

ai_student.json 分析

这是 ML2Scratch 导出的训练模型数据文件，包含：

dataset：2个分类标签
- 标签”1”（苹果）：8个训练样本，每个样本为256维特征向量
- 标签”2”（香蕉）：3个训练样本，每个样本为256维特征向量
tensors：所有样本的特征向量数据（MobileNet提取的图像特征）

说明这个模型用苹果图片训练了8次，香蕉图片训练了3次。

Digital Lab - AI Summary (AI模型训练和使用)

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本节课主要学习内容

了解AI训练数据
认识AI训练模块
动手AI训练实践：
- 配置AI训练的环境和代码
- 训练图像识别模型
- 使用训练的模型控制角色行为
- 学会保存和加载训练好的模型
拓展项目：训练一个新的识别自己绘制简笔画的图像识别模型

AI的三个必要条件

计算机
数据
算法（算力）

流程：数据准备 → 数据标注 → 模型训练 → 验证调整

准备数据：认识数据的重要性

数据就是我们让AI学习的”例子”
好的数据像清晰的课本；坏的数据像模糊的照片或写错答案的练习册
今天任务的数据是图像：清晰、正确、种类多 = 好数据！

编程工具：Scratch

舞台：X(-200~200), Y(-150~150)，中心为(0,0)
角色、编程区、控制命令分类标签、可调用算法模块
AI命令标签和AI算法模块（网页版）：环境配置、模型训练、模型使用、保存/加载、标签类型和数量

任务1：配置AI训练的环境和代码

为画笔角色添加代码块： - 设立学习目标：图像分类任务，学习摄像头的图像 - 开启摄像头 - 在模型训练完成之前，先关闭分类任务

按照定义的数据标签训练AI模型： - 按下1键：AI模型对摄像头拍摄的标签1数据完成一次学习 - 按下2键：AI模型对摄像头拍摄的标签2数据完成一次学习 - 按下a键：清空所有的学习数据 - 按下p键：开启分类模式

为卡通人物添加代码： - 当AI模型分辨出标签是1，卡通人物说苹果2秒 - 当AI模型分辨出标签是2，卡通人物说香蕉2秒

任务2：训练AI模型

训练过程： - 选一个红苹果图片，用各种角度（正对、旋转、倾斜）训练3到5次 - 选一个香蕉图片，用各种角度训练3到5次 - 依次再取下一张图片来进行训练 - 注意先不取绿苹果和切开的苹果来训练 - 误操作时按a键清空数据重新训练 - 训练时要把图片充满整个摄像头画面，不要让画面中夹入人手或其它背景图像

中间检验： - 选取没有训练过的红苹果和香蕉分别让AI识别 - 选取没有训练过的绿苹果和香蕉分别让AI识别 - 调整角度看是否还能正确识别 - 思考：如果不能正确识别，该怎么做？

任务3：检验模型训练结果

最终测试： - 将没有训练过的苹果图像对准摄像头，按p键，看卡通人物是否正确说出水果名称 - 将没有训练过的香蕉图像对准摄像头，按p键，看卡通人物是否正确说出水果名称 - 思考：用既有苹果又有香蕉的图片测试会有什么结果？怎样提高辨别准确率？

任务4：保存和加载训练数据

保存训练模型：d键
加载保存的模型：u键
清空训练数据：a键
思考：日常生活中接触的AI，是已经加载好了训练完成的模型还是在训练的模型？那些非常厉害的模型的数据来自于哪里？

拓展任务：训练简笔画识图模型

配置： - 设立学习目标：图像分类任务，学习舞台上的图像 - 设置画笔的粗细和颜色 - 使用鼠标指针来控制画笔在舞台上绘画

训练： - 在舞台上绘制苹果，按1键，模型对标签1完成一次学习 - 在舞台上绘制香蕉，按2键，模型对标签2完成一次学习 - 重复操作直到模型完成足够轮次的学习（大于10次）

测试： - 绘制苹果按c键，看卡通人物是否正确说出水果名称 - 绘制香蕉按c键，看卡通人物是否正确说出水果名称

挑战：修改代码让模型再多识别一种水果

总结

了解AI模型的生成过程：准备数据 → 模型训练 → 模型使用
利用今天学到的知识，训练一个更有趣的模型

ai_modified.bat.bak 启动脚本分析

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这是一个 Windows 批处理脚本，用于一键启动 Scratch-GUI 开发服务器并自动打开浏览器。

脚本流程

检查管理员权限：如果没有管理员权限，自动以管理员身份重新启动自身
进入项目目录：cd /d C:\Users\Digitallab\ai\scratch-gui
启动 npm 服务：在新的 PowerShell 窗口中运行 npm start（窗口保持打开）
等待服务就绪：先等待 60 秒，然后循环检测 localhost:8601 端口是否可用
打开浏览器：端口就绪后用 Chrome 打开 http://localhost:8601

关键技术点

net session >nul 2>&1 用于检测是否有管理员权限
powershell -Command "Start-Process '%~f0' -Verb RunAs" 实现自提权
start powershell -NoExit -Command "npm start" 在独立窗口启动服务，不阻塞当前脚本
ping -n 60 127.0.0.1 > nul 利用 ping 实现延时等待（约60秒）
端口检测使用 PowerShell 的 Net.Sockets.TcpClient 尝试连接 localhost:8601

同事的安装笔记

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前提

将 ai.zip 解压到 C:\Users\Digitallab\（路径必须正确，解压后应存在 C:\Users\Digitallab\ai\scratch-gui 目录）

安装步骤

安装压缩包中的 node-v22.16.0-x64

以管理员身份运行 PowerShell，执行：

Set-ExecutionPolicy -Scope LocalMachine -ExecutionPolicy RemoteSigned

输入 Y 确认

验证安装：npm -v（应显示版本号）

启动

cd C:\Users\Digitallab\ai\scratch-gui
npm start

等待出现 webpack 5.99.9 compiled successfully 后，浏览器打开 http://localhost:8601

使用

文件 → 从电脑打开 → 选择 ai_student.sb3
按 1 训练苹果，按 2 训练香蕉

Windows 本地安装 Scratch-GUI 和 ML2Scratch 指南

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本指南适用于 Windows 系统，帮助非技术人员在本地环境中安装 Scratch-GUI 及 ML2Scratch 扩展模块。请按照以下步骤依次操作，不要跳过任何步骤。

前期准备

在开始安装之前，请确认您的电脑上已经准备好以下文件和文件夹结构：

C:\Users\Digitallab\ai\
├── scratch-gui\          ← 从 GitHub 克隆下来的 scratch-gui 项目
├── scratch-gui-file\     ← 预先准备好的配置文件包
│   ├── prepublish.mjs
│   ├── index.jsx
│   ├── extension-manager.js
│   └── microbit\
│       └── scratch-microbit-1.2.0.hex
└── ml2scratch\           ← ml2scratch 扩展模块包
    ├── scratch-vm\
    │   └── src\extensions\scratch3_ml2scratch\
    │       └── index.js
    └── scratch-gui\
        └── src\lib\libraries\extensions\ml2scratch\
            ├── ml2scratch.png
            └── ml2scratch-small.png

⚡ 重要提示：PowerShell 执行权限设置

在 Windows 系统中，PowerShell 默认禁止执行脚本，运行 npm 等工具时可能会遇到“无法加载文件，因为在此系统上禁止运行脚本”的错误提示。
在正式安装之前，必须先以管理员身份开启脚本执行权限。

方法一：临时提升权限（推荐，仅当次会话有效）

在 Windows 搜索栏中输入 PowerShell
右键点击 Windows PowerShell，选择 “以管理员身份运行”
在弹出的 PowerShell 窗口中输入以下命令：

# 仅对当前 PowerShell 会话临时开放脚本执行权限
# 关闭窗口后自动恢复原有限制，较为安全
Set-ExecutionPolicy -Scope Process -ExecutionPolicy Bypass

✅ 输入后按 Enter，若没有报错即设置成功。之后在同一个窗口中继续执行后续安装步骤。

方法二：永久修改执行权限（适合长期使用）

如果您希望以后每次打开 PowerShell 都不需要重复设置，可以使用此方法永久修改。

同样以 管理员身份 打开 PowerShell
输入以下命令：

# 永久允许运行本地脚本（对所有用户生效）
Set-ExecutionPolicy -Scope LocalMachine -ExecutionPolicy RemoteSigned

系统会提示您确认，输入 Y 后按 Enter 确认

参数说明	含义
`RemoteSigned`	允许运行本地脚本；从网络下载的脚本需要有数字签名才能运行
`Bypass`	完全绕过限制，不建议长期使用
`Restricted`	默认值，禁止所有脚本运行

⚠️ 注意：若公司电脑有 IT 管理策略，可能无法修改此设置，请联系 IT 人员协助处理。

验证权限是否设置成功

# 查看当前执行策略
Get-ExecutionPolicy

# 若返回 RemoteSigned 或 Bypass，说明设置成功

STEP 0：安装必要的软件环境

在运行项目之前，需要先安装 Node.js 和 Git。这两个工具是运行 Scratch-GUI 的基础环境。

安装 Node.js

打开浏览器，访问 https://nodejs.org
下载 LTS（长期支持版本） 并按照提示完成安装
安装完成后，以管理员身份打开 PowerShell，输入以下命令验证安装是否成功：

node -v   # 应显示 Node.js 版本号，例如 v18.x.x
npm -v    # 应显示 npm 版本号，例如 9.x.x

安装 Git

访问 https://git-scm.com 下载并安装 Git
安装完成后，在 PowerShell 中输入以下命令验证：

git --version   # 应显示 git 版本号

STEP 1：克隆 Scratch-GUI 项目

此步骤将从 GitHub 上下载 Scratch-GUI 的源代码到您的本地电脑。

以管理员身份打开 PowerShell，依次输入以下命令：

# 进入工作目录
cd C:\Users\Digitallab\ai

# 从 GitHub 克隆 scratch-gui 项目
git clone https://github.com/scratchfoundation/scratch-gui.git

# 进入 scratch-gui 目录
cd scratch-gui

⚠️ 注意：克隆过程需要网络连接，请确保网络正常。如果下载速度较慢，请耐心等待。

STEP 2：复制配置文件并安装依赖

由于网络原因，部分文件需要从本地预先准备好的 scratch-gui-file 文件夹中复制，以替代从网络下载的版本。

请确保您当前仍在 C:\Users\Digitallab\ai\scratch-gui 目录下，依次执行以下命令：

# 创建存放 microbit 文件所需的文件夹
mkdir .\static
mkdir .\static\microbit

# 复制预置的构建脚本文件
copy ..\scratch-gui-file\prepublish.mjs scripts\prepublish.mjs

# 复制 microbit 的固件文件
copy ..\scratch-gui-file\microbit\scratch-microbit-1.2.0.hex .\static\microbit\

# 安装项目所需的所有依赖包（此过程可能需要几分钟，请耐心等待）
npm install

⚠️ 注意： - npm install 执行时间较长，请不要关闭 PowerShell 窗口，等待出现命令提示符 > 后再进行下一步。 - 若出现权限错误，请确认 PowerShell 是以管理员身份运行的。

STEP 3：安装 ML5 机器学习依赖库

ML2Scratch 扩展依赖 ML5 这个机器学习库，需要单独安装。

# 进入 scratch-vm 子目录
cd node_modules\scratch-vm

# 安装指定版本的 ml5 机器学习库
npm install ml5@0.12.2

# 安装完成后，返回 scratch-gui 根目录
cd ..\..

💡 提示：这里必须安装 ml5@0.12.2 这个特定版本，不要随意更改版本号，否则可能导致功能异常。

STEP 4：安装 ML2Scratch 扩展模块

此步骤将把 ML2Scratch 的核心功能文件复制到对应位置，让 Scratch 能够识别并加载这个扩展。

# 创建 ml2scratch 扩展的目录
mkdir node_modules\scratch-vm\src\extensions\scratch3_ml2scratch

# 复制 ml2scratch 的核心逻辑文件
copy .\ml2scratch\scratch-vm\src\extensions\scratch3_ml2scratch\index.js .\node_modules\scratch-vm\src\extensions\scratch3_ml2scratch\

# 备份原始的扩展管理器文件（以防需要还原）
copy node_modules\scratch-vm\src\extension-support\extension-manager.js node_modules\scratch-vm\src\extension-support\extension-manager.js_orig

# 创建 ml2scratch 图标资源目录
mkdir .\src\lib\libraries\extensions\ml2scratch

# 复制 ml2scratch 的图标文件
copy .\ml2scratch\scratch-gui\src\lib\libraries\extensions\ml2scratch\ml2scratch.png .\src\lib\libraries\extensions\ml2scratch\
copy .\ml2scratch\scratch-gui\src\lib\libraries\extensions\ml2scratch\ml2scratch-small.png .\src\lib\libraries\extensions\ml2scratch\

# 备份原始的扩展列表文件
copy src\lib\libraries\extensions\index.jsx src\lib\libraries\extensions\index.jsx_orig

# 用预置的扩展列表文件替换原始文件（此文件中已包含 ml2scratch 的注册信息）
copy ..\scratch-gui-file\index.jsx src\lib\libraries\extensions\index.jsx

# 用预置的扩展管理器替换原始文件（此文件中已包含 ml2scratch 的加载逻辑）
copy ..\scratch-gui-file\extension-manager.js node_modules\scratch-vm\src\extension-support\extension-manager.js

STEP 5：启动 Scratch-GUI

所有文件配置完成后，可以启动 Scratch-GUI 本地服务器，并在浏览器中访问。

# 确保当前在 scratch-gui 目录下
cd C:\Users\Digitallab\ai\scratch-gui

# 启动开发服务器
npm start

💡 提示： - 启动过程需要约 1~3 分钟，请耐心等待，不要关闭 PowerShell 窗口。 - 当命令提示符中出现类似 Compiled successfully 的提示后，打开浏览器。 - 在浏览器地址栏输入：http://localhost:8601 即可访问 Scratch-GUI。 - 若需要在后台持续运行（关闭窗口后服务不中断），请参考下方说明。

后台持续运行（可选）

如果希望关闭 PowerShell 窗口后服务仍然继续运行，可以使用以下方式：

# 使用 Start-Process 在后台独立运行 npm start
Start-Process -FilePath "npm" -ArgumentList "start" -WorkingDirectory "C:\Users\Digitallab\ai\scratch-gui" -WindowStyle Hidden

⚠️ 注意：后台运行后，若需要停止服务，请打开任务管理器，找到 node.exe 进程并结束任务。

常见问题

问题	可能原因	解决方法
`npm` 提示”无法加载文件，禁止运行脚本”	PowerShell 执行权限不足	参考本文 “重要提示：PowerShell 执行权限设置” 章节
`npm install` 报错	Node.js 未正确安装	重新安装 Node.js 并验证版本
`git clone` 失败	网络连接问题	检查网络，或使用代理
浏览器无法访问 `localhost:8601`	服务器未成功启动	查看 PowerShell 中是否有报错信息
复制文件时提示”找不到路径”	文件夹结构不正确	检查 `scratch-gui-file` 和 `ml2scratch` 是否放置在正确位置
修改执行权限时提示”访问被拒绝”	没有以管理员身份运行	右键 PowerShell 选择”以管理员身份运行”后重试

✅ 安装完成！ 如果您能在浏览器中看到 Scratch 编辑器界面，并且在扩展列表中找到 ML2Scratch，说明安装已成功完成。