机器人创新教学平台

机器人创新教学平台（共12篇）

机器人创新教学平台 篇1

当今世界,创新已经成为推动经济社会发展的核心驱动力。当前,我国已经深刻认识到世界新科技革命带来的机遇和挑战,以高度的历史责任感、强烈的忧患意识和宽广的世界眼光,把创新作为推动经济社会发展的驱动力量。

我国建设创新型国家的总体目标是:到2020年,使我国的自主创新能力显著增强,科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强,基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强,取得一批在世界上具有重大影响的科学技术成果,进入创新型国家行列,为全面建设小康社会提供强有力的支撑。全面实行“创造力教育”是建设创新型国家的前提。

目前,我国实行的是不完全的“智力教育”(因为它不鼓励想象和发散思维),实质上就是“记忆力教育”,其特征是死记硬背、以单一的学习分数的高低来评价学生的优劣、学用脱节、脑手脱节,培养出来的学生多为高分低能、解决问题的能力差、缺乏探究精神、难以适应社会生存的“读书人”。这种“记忆力教育”模式,与建设“创新型国家”所需的教育模式是背道而驰的。“创新型国家”所需要的教育模式的特征应该是:活学活用、以学分+技能+思维技巧+解决问题的能力等综合因素评价学生的优劣、推行以用为主的学用结合、脑与手与身体与五官的综合结合、鼓励发散思维及冒险精神、重点培养学生独立思考和独立解决问题的综合能力、主张学生的个性张扬、强调良好的道德品质教育等。在这种教育模式下,学生大多具有强烈的创新意识和能力,他们敢想敢干、思维敏锐、团结合作、社会生存能力强、能独立应付和解决许多新问题。这就是“创新型国家”所需要的实用创新型人才,这种培养创新型国家所需人才的教育模式就是“创造力教育”模式。因为要建设“创新型国家”,必须要有一大批符合创新型国家所需要的人才来承担起“创新型国家”建设的重任。要改革现有教育模式,建立创新教育模式,需要选择合适的教育平台来完成创新人才的培养。

相比之下,最近几年新兴的并且正在快速发展的机器人教育,是最好的创新教育平台之一。很多教育及非教育专业人士,都对机器人教育给予厚望,觉得这是我们实践青少年创新教育和素质教育的理想平台,是实现我国2020长期教育目标的关键因素之一。为什么说机器人是最好的创新教育平台呢?我国机器人教育的现状如何?

从机器人教育的价值来看。首先机器人是一个极佳的科学研究平台,蕴含了丰富的科学价值。在大学和科研机构,科研人员在机器人平台上进行各种科学研究,特别在数学和计算机科学领域,进行非常深入的研究。对于青少年来说,机器人教育可以深入挖掘机器人平台蕴含的丰富科学价值,让中小学生在机器人平台上完成各种科学任务。通过机器人教育,不仅能培养学生的动手能力,更重要的是培养学生的创新能力和科学思维习惯。

其次,机器人对青少年具有巨大的吸引力。大多数孩子都喜欢玩机器人,成年人也一样。我们都知道,兴趣是最好的老师,只要孩子有兴趣,就会有强大的学习动力,变被动为主动。通过机器人平台,可以把抽象的创新教育目标具体化,用孩子们喜欢的方式表现出来,这样引导孩子主动学习,达到更好的教育效果。

具体来说,基于机器人平台的课程学习与创新型人才的培养,具有非常紧密的联系。首先基于机器人平台的相关课程学习可以锻炼思考能力,与创造力培养中要求的六步思维技能相吻合,具体包括:命名、计算、评估、操控以及观测等。其次,学习机器人制作的学生在他们的技术设计以及计算编程过程中,会大量使用科学探究方式,从而提升他们自身解决问题的能力。再次,机器人平台可以提高学生对于系统概念的理解,这是科学教育中最为关注的概念之一。机器人平台还能提升学生的思维技能。基于机器人平台的核心知识学习,包括:工具的操控、对传感器设备获取的数据进行计算和处理、通过软件编程以及变量修正来进行决策评价、对于机器人执行程序的效果进行观察。具体来说,如果要制作一个基于乐高的机器人,在设计、搭建以及编程的过程中,学生们会专注于相关机器人环境的所有工具的掌握和控制。这些工具包括:乐高积木块、编程环境以及所有传感器等。由于机器人开发环境内容的丰富性,使得学生为了控制机器人完成特定任务,需要测量环境参数,通过传感器数值的设定来进行计算,评价时间变量,并且通过编写程序来测试这些变量。学生们通过观测这些测试的结果,来进行相应的调整。操控、观测、计算以及评估这四个过程与创造力培养中所要求的思维技能特征相吻合。

在机器人课程中,学生们同样需要关注计算机程序。在调试一段编写好的程序过程中,学生们需要进行科学推理,这与科学过程技能培养中的一些内容相吻合。科学过程技能,包括:变量控制、假设生成与测试以及结果评估等多个方面。学生们在调试软件程序或者修订技术设计的过程中,这些科学过程技能都会运用到。例如,机器人编程环境是一个多变量环境,学生如果要成功完成一个复杂的程序,在调试程序时,必须学会如何控制让某些变量值恒定,以检查另外一些变量在程序执行中的运行效果。如果学生同时改变程序中的多个变量值,那么将无法有效区分每个变量在程序执行过程中的数值变化规律,以及实际表现效果。因此,科学过程技能中,有关如何保持变量恒定,以测试其他相关变量的独立变化规律方面的技能,就是成功调试计算机程序的基础。所有这些能力培养,都是我们当前“记忆力”教育模式所不具备的。

最后,调试过程是一个包含重要反馈循环的过程。一旦学生们开始对他们的机器人进行编程,就会测试程序,并通过得到的中间反馈信息来评价程序质量。这样的反馈循环过程包含多个重复的,由观测、假设、假设测试以及结果评估过程组成的完整流程。这样的反馈循环过程,不是一般的培养过程所具有的。但是对于科学家来说,他们在科学研究过程中,是运用同样的反馈循环流程的。

总之,学生们在学习机器人时,同时学习到了机器人知识以及获得了创新性人才所需要具备的基本技能,包含了创新型人才定义中所要求的三个主要目标:技能、思维技巧以及解决问题的综合能力。

从我国机器人教育的现状来看。我国的机器人教育,是完全脱胎于机器人竞赛,也就是说:先有竞赛,后有教育。所以机器人教育一直和竞赛密不可分。自2000年开始,已经走过15个年头。总的说来,目前国内占有绝大多数的机器人教育机构,无论校内校外,都具有如下特点。

教育模式:机器人教育平台(如乐高)+竞赛

到目前为止,对于家长来说,机器人教育的最大价值,还在于竞赛。学机器人,就是为了参加比赛拿奖,在孩子升学时,主要是在小升初时,能有一定的帮助。特别关注能否通过科技特长生认定,进入名校。所以大多数校内外的机器人学习机构,都是选择一些基础平台,让学生学习一些机器人基本知识,之后就是针对竞赛项目,进行竞赛培训。家长不太关注机器人教育的核心价值,也不关心孩子的学习兴趣和收获,一切以竞赛论。当然家长之所以会如此表现,和我们教育系统的混乱,特别是升学择校等相关政策的不合理,是息息相关的。家长作为被动者,只能盲目地努力为孩子找一个“好”的出路。

家长和社会对机器人教育的认知度:玩,而不是学习

排除竞赛之外,家长对于机器人的教育价值,还停留在最粗浅的认知水平上。认为孩子喜欢机器人,喜欢玩,能培养孩子的动手能力和创造力,对于其他价值一概不知。往往都是孩子喜欢玩,只要经济条件允许,就报名参加学习班。这样带来的问题也很明显,就是学生的低龄化。孩子还小的时候,家长愿意孩子学,但是一旦上学,特别是到了小学高年级之后,开始考虑升学的时候,家长们就会顾虑重重,怕孩子学机器人影响正课的学习,从而不让孩子再继续学习机器人。

从上述的分析可以看出,目前的机器人教育虽然发展很快,但是距离创新人才培养的目标,还有较大差距。要想通过机器人教育平台培养出国家期望的创新型人才,还需要进一步的努力和提升。

机器人创新教学平台 篇2

一、机器人的发展

机器人作为20世纪人类最伟大的发明之一，自60年代初问世以来，经历40余年的发展已取得长足的进步。工业机器人在经历了诞生——成长一一成熟期后，已成为制造业中不可或缺的重要设备，世界上有约75万台工业机器人正战斗在各条战线上。机器人技术虽然以工业机器人起步，但近年来随着社会的进步和科学技术的迅猛发展，特别是在微电子技术、信息技术、计算机技术、材料技术等学科迅速发展的支持下，机器人的种类日益繁多，性能不断地改进，工作领域也在不断地扩大。

智能化可以说是机器人未来的发展方向，智能机器人是具有感知、思维和行动功能的机器，是机构学、自动控制、计算机、人工智能、微电子学、光学、通讯技术、传感技术、仿生学等多种学科和技术的综合成果。智能机器人可获取、处理和识别多种信息，自主地完成较为复杂的操作任务，比一般的工业机器人具有更大的灵活性、机动性和更广泛的应用领域。

对于未来意识化智能机器人很可能的几大发展趋势，在这里概括性地分析如下： 1.语言交流功能越来越完美

智能机器人，既然已经被赋予“人”的特殊称义，那当然需要有比较完美的语言功能，这样就能与人类进行一定的，甚至完美的语言交流，所以机器人语言功能的完善是一个非常重要的环节。对于未来智能机器人的语言交流功能会越来越完美化，是一个必然性趋势，在人类的完美设计程序下，它们能轻松地掌握多个国家的语言，远高于人类的学习能力。另外，机器人还能进行自我的语言词汇重组能力，就是当人类与之交流时，若遇到语言包程序中没有的语句或词汇时，可以自动地用相关的或相近意思词组，按句子的结构重组成一句新句子来回答，这也相当于类似人类的学习能力和逻辑能力，是一种意识化的表现。2.各种动作的完美化

机器人的动作是相对于模仿人类动作来说的，我们知道人类能做的动作是极至多样化的，招手、握手、走、跑、跳、等各种手势，都是人类的惯用动作。不过现代智能机器人虽也能模仿人的部分动作，不过相对是有点僵化的感觉，或者动作是比较缓慢的。未来机器人将以更灵活的类似人类的关节和仿真人造肌肉，使其动作更像人类，模仿人的所有动作，甚至做得更有形将成为可能。还有可能做出一些普通人很难做出的动作，如平地翻跟斗，倒立等。

3.外形越来越酷似人类

科学家们研制越来越高级的智能机器人，是主要以人类自身形体为参照对象的。自然先需有一个很仿真的人型外表是首要前提，在这一方面日本应该是相对领先的，国内也是非常优秀的。当几近完美的人造皮肤，人造头发，人造五管等恰到好处地遮盖于金属内在的机器人身上时，站在那里还配以人类的完美化正统手势。这样从远处乍一看，你还真的会误以为是一个大活人。当走近时，细看才发现原来只是个机器人，对于未来机器人，仿真程度很有可能达到即使你近在咫尺细看它的外在，你也只会把它当成人类，很难分辩是机器人，这种状况就如美国科幻大片《终结者》中的机器人物造型具有极至完美的人类外表。4.逻辑分析能力越来越强

对于智能机器人为了完美化模仿人类，未来科学家会不断地赋予它许多逻辑分析程序功能，这也相当于是智能的表现。如自行重组相应词汇成新的句子是逻辑能力的完美表现形式，还有若自身能量不足，可以自行充电，而不需要主人帮助，那是一种意识表现。总之逻辑分析有助人机器人自身完成许多工作，在不需要人类帮助的同时，还可以尽量地帮助人类完成 1 一些任务，甚至是比较复杂化的任务。在一定层面上讲，机器人有较强的逻辑分析能力，是利大于弊的。

5.具备越来越多样化功能

人类制造机器人的目的是为人类所服务的，所以就会尽可能地把它变成多功能化，比如在家庭中，可以成为机器人保姆。会你扫地、吸尘、还可以做你的谈天朋友，还可以为你看护小孩。到外面时，机器人可以帮你搬一些重物，或提一些东西，甚至还能当你的私人保嫖。另外，未来高级智能机器人还会具备多样化的变形功能，比方从人形状态，变成一辆豪华的汽车也是有可能的，这似乎是真正意义上的变形金刚了，它载着你到处驶驰于你想去的任何地方，这种比较理想的设想，在未来都是有可能实现的。

在未来机器人的发展过程中，更重要的是找到设计机器人的方法，找到让机器人更好的服务于人类的方法，而这其中的关键就在于创新。

二、创新与机器人

经济学家熊彼特认为，技术创新一经出现，必将在社会上引起模仿，因为未获得潜在利益的企业也想得到它，模仿活动引起技术创新扩散，于是经济走向高涨。当较多的企业实现模仿之后，技术创新浪潮消逝。“当某项可以大幅度提高效率、大幅降低成本或旨在生产出一种前所未有的新产品的技术创新在少数企业里率先实施后，由于其良好的示范作用，众多的企业出于对超额利润的追求，纷纷加入模仿者的行列。大规模的模仿活动及其所带动的相关产业的进步，将有力地促进经济走向繁荣，然而，随着模仿高潮的结束，技术创新的扩散过程趋于饱和，经济又重新归于平静并开始走下坡路"14。“而英国经济学家斯通曼则补充认为，技术创新扩散过程应是一种通过学习活动，即在模仿的基础上还有不断的自主创新活动，就如同通过学习‘温故而知新’一样。

一般来说，技术创新的扩散过程开始于技术发明或技术成果的首次商业化应用的时候，并始终与该技术随后在整个商业化过程中的应用相联系。一项技术从首次商业化应用，经过生产商们的接受，推广而被普遍采用，直到最后技术创新趋势逐渐减退，而致使被市场淘汰的过程，就是技术创新扩散的全过程，这个过程也是技术的生命期。

与其它技术一样，机器人技术作为一项新发明的技术，同样存在技术创新扩散的现象。在机器人技术扩散的同时，一些新的相关创新出现在产业中，促进并推动着机器人技术的扩散进程。这罩选取美国工业机器人的发展为例，因为美国工业机器人产业的发展受到政府等其它因素的干预较少，它的发展历程很好的印证了技术创新扩散的这一过程。

从机器人技术的诞生过程来看，作为一个技术创新体系的机器人技术中最为重要的基础创新无疑是1954年乔治·丹佛尔发表的《适用重复作业的通用性工业机器人》一文，据此，研制成功了世界上第一台可编程序机器人试验装置，并获得了专利。同时，我们把控制论理论的提出看作为对机器人技术有重要影响的另一个理论创新点，这两项构成了机器人技术体系中的根本创新点。

而机器人技术要形成一个独立的产业而发展，则很大程度上依靠大量的增量创新。伴随着已经成形的计算机软件编程和硬件改进，出现了可编程控制的工业机器人，让机器人得以应用到实际生产中去，在相关的产业制造中的广泛应用，也促使工业机器人作为生产工具性质的商品逐渐形成一个新的产业部门，从而走

上产业化与市场化道路。当第一代工业机器人趋于饱和状况时，打破饱和状况的最有效武器无疑还是技术。这之前，传感器技术已经出现，并形成了较为成熟的产品。根据机器人应用领域的需要，例如上下料，搬运等作业，在机器人上加装了视觉传感器，让机器人通过 传感器的反馈，经由计算机的相关计算，对作业环境的变化和意外作适当的调节，这样对机器人的工作环境的要求变得相对宽松，机器人有了一定的自适应性。特别在精细制造加工行业，例如精确的焊接，喷漆等领域提高了作业的精度。通过不断加入各种传感器应用，机器人不仅有视觉，更有了触觉等调节能力，从而能做到较为复杂的自动适应。进而，机器人更广泛的被应用到如汽车加工，机械制造行业中去，同时也拓展到其他行业中。为所应用的产业各部门节约生产成本，提高生产效率起到了重要的作用。这些都是机器人技术与相关增量创新的结合，这种结合使得机器人成为了一个独立的产业部门，在机器人的实际应用中，结合增量创新有许多生动的案例。

过去有一段时候，机器人抓零件，只有当零件在已知位置时才能抓到。后来，Unimate公司改进了技术，在推动传送零件的传送带的链轮上加一个编码器。编码器的信号和因传送零件触发限止开关所发出的信号就传送到了小型计算机上。小型计算机就解除一组以零件位置为未知数的方程式，根据题解，机器人就能跟踪零件，并把零件抓起来。这样增加了速度，大大的地提高了生产率。

又例如在机器人感觉方面的增量创新，在焊接工作中，所要焊接的零件的形状各式各样，例如在汽车制造业中，所焊接的法兰盘经常没有焊好，Unimate公司为解决这个问题，采用了一种边感系统，它能在吹管嘴位置上进行必要的调节。把这种边感系统装在机器人腕上，以起压表形式发出工件位置信号，于是就能修正所需位置。

日本是一个擅长增量创新的国家，从日本国家总体创新比例可窥一般，在机器人产业上的巨大成功，同样得益于日本企业在这一领域中二次增量创新上的不懈努力。而在日本，机器人的研发主要由大学、政府和公共的研究机构，私人企业的实验室这三者承担。其中最有活力的是私人企业中的实验室。对私人企业来

说，他们首先是机器人技术引进的先驱者，同样也是不断改进和扩展机器人应用的实践者。在私人企业中，他们对机器人的改进和创造主要表现在三个方面。

首先，改进现有工业机器人，其中最重要的目标是降低产品的价格，缩小安装的空间，扩大装载能力，在工作中更好的柔性表现和机器人的模块组成方面。

第二，人工智能的实际应用。这一方面主要表现为从商业目的考虑利用视觉和触觉传感器，发展利用高性能传感器的信息反馈技术基础上的控制系统和应用模式识别来定位和对形状的判断。在这些方面，应用触觉传感器是日本首先建立起来的课题，并且已经有长时间成功的与自动装配和检查过程相结合的经验。

第三，扩展应用领域和应用技术，这一点，不同国家有不同的趋势。在日本，主要是向非制造业领域拓展。从而从工业型机器人逐渐转向智慧型服务机器人领域。

创新活动具有非独占性。当一项通过技术创新生产的产品投入社会后，他人再生产同类产品或下一代产品就无需重复之前已经进行的研究工作，这种产品的技术信息能够被重复利用，并产生规模性的报酬。即技术创新信息转移的成本是非常低的。这就导致创新收益不能被创新者所独占。这对于生产厂家而言，损害了他们对创新的积极性，从而导致对创新的投入减少。另一方面，针对前面的这种情况，创新要求一定程度的权利垄断来保证创新的收益的归属。而这种创新垄断权利又必然会导致创新扩散缓慢甚至在同一类技术创新上的重复投资，这对于国家技术发展水平的进步和社会福利的提高是极为不利的。如何在这两种相 互冲突的效应中求取平衡并非易事，也不可能依靠市场的自身调节和企业间的努力很好的得到改善。其次创新活动具有不确定性，这里我们关注一下乔瓦尼·多西对不确定性的描述。多西认为，“创新涉及到探索、发现、实验、开发、模仿以及采用新产品、新工艺和新的组织结构。仅从定义，探索什么在研究与实验活动本身开展之前几乎不可能准确地知道，因此，创新努力带来的技术(甚至进一步的商业)结果事先很难知道”。“换个说法，创新包括一个基本要素即不确定性，这不仅仅是指缺乏与已知事件的发生有关的信息，更根本的是还包括(a)存在着尚不知道如何解决的技术经济问题，(b)准确地追踪行动结果是不可能的等”。珀对于创新结果的不确定意味着技术创新是个高风险的活动，这种高风险性无疑是企业进行创新活动的重要阻碍和顾虑，如何适当的规避这一风险正是政府采取政策时所要考虑的因素之一。从这些创新属性的分析中我们可以看出，市场机制在激励创新方面有不少缺陷，它不能从根本上解决技术创新风险及创新动力问题，不能创造一个有利于创新的环境，对一些与创新有关的法律、政策等问题无能为力。“因此，我们认为，市场在激励创新上的有限性要求政府在创新中发挥积极作用。’’ 机器人技术作为一个技术体系的创新，同样在创新中显现出非独占性及不确定性等属性，尤其是工业机器人的双重属性即作为生产中的生产工具创新和最终的创新产品，有其复杂性，可以说机器人是在引进到其他制造业中以提高生产率和解决生产问题的同时，逐渐形成自身独立的机器人产业。

机器人创新教学平台 篇3

【关键词】信息技术 机器人教学 创新能力

随着信息技术课程的改革，机器人教育作为一种新的教学载体已进入中小学信息技术课堂，它是一项集知识性、实践性和启发性于一体的教学活动，深受青少年的关注和喜爱。推进机器人教学活动已成为信息技术课程发展的必然趋势，通过近几年的信息技术课程教学，认识到信息技术课程中机器人教学的重要性。

一、机器人进课堂是中小学信息技术教学的新趋向

义务教育阶段的信息技术课程是一门以培养学生的信息素养为主要目标、以综合实践活动作为课程形态的必修课程。其中机器人教育旨在培养学生的动手动脑能力、设计能力、创新精神、团结合作的精神和综合实践能力。是融合机械、传感与控制等于一体，让学生在手脑并用解决实际问题的过程中，有效地提高逻辑思维能力、判断能力、动手能力和创新能力；是培养学生进行创新教育和科学启蒙教育的新兴学科， 是实现科技教育、素质教育的重要平台。近年来， 机器人教育作为一种全新的信息技术综合教学平台，越来越受到人们的关注，已被信息技术课堂广泛引入。随着智能机器人竞赛被纳入国家、省、市和县科技活动以来，机器人项目活动逐渐被许多教育者所认识和接受，机器人在科技竞赛活动开展得如火如荼，为学生发挥想像力进行智能装置设计提供了锻炼的舞台，同时也为信息技术课程的教学内容增添了新的元素，因此它已成为中小学信息技术课程内容的重要部分。

二、机器人教学有助于学生创新能力的培养

1、机器人教学能开拓学生的创新思维

机器人教学是以创新教育理论为指导，以培养学生的创新思维、科学品质、探索精神、实践能力为目标的平台，教学机器人内容，有利于激发学生的创新思维。如在教学中要求学生搭建机器人时，其中形状和结构不限，任由学生自由发挥，学生能开动脑筋着手操作起来，在短短的时间内，孩子们竟能搭建出很多种不同形状的机器人，由此可以看出学生的智慧火花被点燃、发散性思维被启迪，发展了学生的创新思维能力。

2、机器人教学能激发学生科技创新的兴趣

兴趣是学生最好的老师，学生一旦对学习产生强烈的兴趣，就会激发潜在的学习愿望和动机，努力探索，乐在其中。然而兴趣不是天生的，它的发生和发展受后天学习环境的影响。信息技术中的机器人作为新兴教学内容，集积木、马达、传感器、彩灯、光感、梁、销、轴等配件于一体，材料新颖多样，创作灵活多变。在教学活动中，学生既动手又动脑，这种“做中学”的形式学生非常喜欢，教师可以以此为契机，充分挖掘和激发学生探索科学的兴趣，让学生对学习活动喜爱。机器人的使用面极为广泛，在它的学习过程中，学生是直接参与者，老师只是提供基本知识和信息的推动者。学生在不满足现状的时候，在追求新的设计的时候就要深入进行研究和实验，新的目标激励了学生的求知欲，极大地激发了学习创新的兴趣。

3、机器人教学能增强学生科技创新的意识

创新意识是创造的前提和关键，机器人的教学与制作过程，正是锻炼意志、培养和增强创新意识的过程。机器人的学习环境不受传统教学环境的局限，强调自主式和开放式，充分尊重学生的主体地位，尽量满足学生的表现欲望，这对于营造一种创新氛围是极其重要的。学生在轻松的氛围下发挥想象、大胆质疑，当学生的思维活动和结论超出教师所设计和期望的轨道时，教师不应强行把学生思维纳入自己的思维模式之中，要善于鼓励学生大胆质疑，鼓励学生与老师开展辩论，并给学生充分发表见解的机会，这有利于培养学生创新意识。学生有了创新改进的想法，教师就要引导学生动手实践，解决制作过程中遇到的问题，不要让学生仅仅停留在思考的层面上，而要把学生的思维引导到实践研究中去，培养学生创新能力。机器人的设计从方案制定到具体实施，全部过程由学生独立完成，使学生的学习从被动转向主动，独立分析问题和解决问题，自主选择知识，结合理论知识进行实践操作。学生通过研究分析，可以用各种方式去设计机器人，极大地发挥个人潜能，既培养了学生的设计能力，又提升了学生的创新素质水平。

三、机器人教学的内容具有开放性、综合性和探究性

机器人教学的主要特点是：创新性、开放性、综合性和探究性。在教学内容的设计方面要考虑到实际情况，如学生人多机房地方小时应因地制宜，设计的教学任务可在小范围内实施，例如教室后面等，也可安排在座位就近的场地，近年来省、市和县赛的综合技能项目也可根据设计项目做一张喷绘纸铺在计算机房，添加标志，添加障碍物等。在每节课中，向学生提出任务，学生们亲自动手设计程序，通过这种方法，初步建立对相关基础知识和原理的认识和理解，让学生真正体验到实践成功后的喜悦和兴奋。通过解决问题的过程延伸到培养他们创造力、合作能力、交流能力和获取新知识的能力等。学生在这样一个开放式的教育平台上通过实践、体验、探究、创新，不断地挑战自我、享受合作过程的乐趣，为启蒙学生的创新意识、发展创新思维等打下坚实的基础。教学内容不局限于当前信息技术书中的内容，应根据市赛每次活动内容进行补充，如机器人仿真3D贵州版，同时应更新机器人器材，适应赛事需要，这样才能提高学生对机器人学习的综合性。

创新时代的机器人教学实践与思考 篇4

教育本来就是要使学习者不断适应时代的变化,立足当前,面向未来。教育的最高目标是要使人们能够达到自我实现和过负责任的生活。创新教育就是中小学教育中必然的一部分。创新教育应当培养学生具有一定的创新意识、创新思维、创新能力。使学生在牢固、系统地掌握学科知识的同时,具有勇于实践的意识和精神,有综合运用已有知识解决新问题的能力,进而发展他们的创新能力。

对于创新能力的培养和发展,环境是人的创新能力提高的重要条件,环境优劣影响着个体创新能力发展的速度和水平;实践是人的创新能力形成的唯一途径。因而,要发展学生的创新能力,还需要给学生提供合适的环境和平台。这个平台应当具有一些特征:适应时代发展和学生兴趣;具有较强的综合性;具有基础知识学习的价值;有学生创意发展的空间。

随着近几十年来计算机技术的飞速发展,以自动控制为核心的智能机器人,正在人们日常生活中得到广泛的应用与发展。一方面是技术未来发展的趋势,另一方面也是引导学生学科学、爱科学、用科学,启发心智和思维,提高综合实践能力、动手能力、创新精神和意识的综合学习平台。为使这个平台充分发挥其教育价值,我们在区级层面采用的做法主要如下。

创新教师的“机器人”的培训内容和方法

机器人作为一个优秀的综合教育平台,尽管在中小学已经得到了很大发展,但整体还不能做到面向“大众”的教育。其原因大致有:课程定位和教育理念;教学组织和成本;教师的教学理念和模式;机器人的核心控制技术等。

针对上述问题,我区自行开发了一个机器人开放的平台,并对教师进行培训,力图从机器人涉及的多环节进行学习,并进行教学方法的熏陶。大体经历了以下环节。

1.焊接主板和输入输出板

本系统控制部分采用分立的几个模块,循序渐进,易于学习者分别学习,不至于一下子掉入“黑箱”中。在设计电路板时,采用双列直插元件,学习者可以自己进行焊接,在焊接过程中,认识电子元件,了解单片机系统构成,了解各模块组成,练习焊接技术,稍加指导,焊接成功率达到100%。目的是使老师们了解电子技术常识,因为这是机器人组成的一部分。主要焊接的电路板见图1。

本主板上 的单片机 采用的是AT89S52,该单片机系统成熟、价格低,教材较多,作为中学生的学习已经完全够用,未来作为学生开发一些控制系统,也基本可以。

2.嵌入式C语言程序设计学习

应用于教学的时候可以采用两种方式。

方式一:见图1,可以进行C语言程序设计的初步学习,包括计算机中的位、字节等,程序设计的基本概念和程序设计的三种结构,把按钮和拨码开关作为输入信号,把LED显示、数码管显示和蜂鸣器等作为输出设备,可以感悟计算机对物理信息的采集、处理和输出的全过程,可以认识当前应用技术上作为LED灯和数码管显示的原理和处理方式,也为后一步车体的运动打下基础。

方式二:见图2,包括了单片机系统、稳压电源、机器人车体、直流电机、直流电机控制板、声音传感器、红外传感器、光电传感器等部分。可以进行机器人整个过程的学习,体验物理信息采集、处理、加工全过程;学习软、硬件协调对机器行为的控制;学习者自己练习组装机器人系统,还可以自己设计底板、车轮等结构部分,与主板等电路组合,为其设计自己需要的控制系统留有充分的空间。

编程软件使用Keil,下载软件使用AVR fighter或者Progisp,这是社会上实际开发单片机系统使用的工具软件。使用本软件可以使学习者更接近当前社会上的实际应用,感兴趣的学生可以直接开发产品。

主板上单片机系统32个端口的开放以及与实际应用的开发软件相结合,给学习者提供更大的自由发展空间。车体结构可以自行设计加工带来的启发,可以引导学校中的爱好者根据学校条件自己开发,结构设计的不完善,有利于学生问题的产生,为学生将来的创意与制作提供了空间。

3.拓展培训

为更多了解机器人实际应用,又对教师进行了机械结构的拓展学习,如投球装置,机械手装置等见图3。

本系统的整体设计从课堂教学的角度出发,易于教学组织;从学习机器人的综合性出发,在电子、计算机构成、程序设计、结构基本设计与制作为学习者提供了发展空间。

作为对教师的培训,试图使教师更全面、深入地理解机器人。学生的发展需要环境,教师的发展同样也需要适合的环境。教师发展了,学生能更好发展;教师有创新意识、方法和能力,才可能引导学生创新意识和方法的提升。

教师的教学实践

自2013年3月起到现在,我区已经有20余所初中、高中学校,根据《普通高中信息技术课程标准》中程序与设计的要求,以信息技术程序设计为切入点进行以机器人为载体的程序设计教学试验。课程内容主要进行C语言的初步学习。教师们初步编写了实验教材,主要内容有机器人基本常识、C语言入门、程序的三种基本结构、计算机对物理信息的采集及处理、计算机控制技术的基本方法,计划用15课时。

教师们上课后普遍反映:可以完成信息技术课程标准中的程序设计教学的基本要求,还可以学习计算机的一些基本知识;教学易于组织;成本低;学生感悟了计算机控制技术的应用原理;学生上课积极,参与度高;学习方式发生了变化,体现在“玩中学”“做中学”、探究、合作等;对开发校本课程进行学生的创意实践活动提供了一个平台……

在学习活动中,学生们根据自己的想法提出多种有创意的设计,并且实施出来。

1 .在学习L E D灯的显示变化时,学生提出了很多创意,其效果千变万化。有的学生主动把LED灯和数码管组合起来变化,自觉不自觉就把数制与数制转换问题、编码问题、程序结构应用结合到一起。如有的学生根据LED灯显示的效果(通过按键控制任意变化),将其转化成对应十六进制数值,并在数码管上显示出来(见图4),有的学生把其转换成十进制显示(见图5),在“玩”中学习了进制及转换以及程序设计;有的学生自己就编写“交通信号灯”等程序;有的学生编写“电梯”的运行程序过程,通过按键、LED灯和数码管组合来表示“电梯”上下运行过程,见图6。有的学生用通过按键、LED灯和数码管组合来表示公园“喷泉”的变化过程;有的学生通过现有条件模拟智能地铁交通信号及控制……在一次交流会上,参会的计算机老师们都为学生的创意和编程能力大加赞赏、 感叹。同 时我们也 在考虑:学生有设计、创意,我们应该如何提供更好的实践环境,使学生的设计、创意能充分表达出来,促进学生综合能力的提升。

2.为提高学生的动手能力和实践能力,一些教师还组织学生进行焊接电路板的试验。一位初中信息技术教师组织初一学生焊接主板和输入输出板,见图7。老师第一次做,学生也是第一次做,最后都成功了,学生为自己能实际制作一台“计算机”而兴奋。做完后直接用在课堂教学中。

我们议论学生实践能力不足时,是否也要考虑我们是否给学生提供了适合的学习、实践环境。

3.创意设计。学生学习基本程序设计后,还能有创意地进行一些综合创意活动。如老师用4×8点阵板做点阵编码的练习后,学生就想到了市面上的点阵屏,要制作一个“点阵屏”。由于设计的每个单片机与点阵板需要并行连接,因而一块主板仅能控制一个4×8点阵组。教师指导大家设计了组字方案后,每位学生负责其中一个4×8点阵,最后由专人负责组装在一起并进行统调,完成一个“点阵屏”的制作。结合学校的主题活动,图8是初中学生组的“福”。这其中包含了学生的创意、设计、硬件制作(连接很复杂但学生完成了)、程序设计、协作与合作。

教师除教学中面向多数学生使用车体进行机器人教学外,还组织、指导学生进行机器人拓展实践活动,如利用激光雕刻机使用平面加工的方式组装“机械手系统”,见图9;利用3D打印机和舵机设计并制作出的“机器人”,见图10。

当我们为学生提供合适的平台时,学生的能力往往会超出我们的想象。那么我们提供什么样的创新平台,就是我们教师的任务了。

4.比赛。有的教师在学生学习一个阶段后,自己设计了一些适合学生班级之间机器人比赛的活动项目,如图11是巡线、避障综合应用的巡线机器人活动项目,图12是运球机器人。在运球机器人项目中,仅给学生一周时间,学生应用现有条件,设计并制作了多种“运球”装置,参加比赛活动。

尽管前述学生的作品可能不如现成产品那么成熟、完善、理想,但实际上学生把智能控制的主要技术方法已经基本了解,其成果是学生综合知识运用的成果,是学生创意能力的体现。在这个空间里,学生在发展、提升。按有的老师说法:我们的目的是促进学生的学习。

在中小学进行机器人教学,目的是使学生在活动中学习相关的知识,知道现代智能控制技术的方法,经历发现问题、解决问题的设计、制作、调试等过程,领悟科学实践的方法,养成勇于实践的精神和创新的意识。

爬杆机器人创新实验个人总结 篇5

经过一年的努力，我们小组在五个人的共同努力下，取得了预期的成果。我们提出了新型爬杆机器人设计。我们虽然按期完成了当初制定的目标。但是研究仍然存在很多不足之处，对新型爬杆机器人的实现细节研究的还不够深入。

作为项目的副组长，我的主要工作是是统筹协调安排，前期的资料收集，方案的探索，与小组成员一起拟定详细的工作计划，参与整个实验过程。经过我们小组每个人的努力，我们的项目得到了顺利的进展，按期完成了任务。

这是我第一次参与一个完整的创新实践过程，与以往一个个独立的简单实践不同，一个完整的创新实验，从最初的方案选取，资料的收集，到方案的深入，可行性分析，数据计算等等，都需要我们考虑周全，按部就班地进行。

最初确定实践方向，对于我们来说难度不大，因为在项目申请前我们已经经过了充分的沟通和与指导老师的讨论，确定要做新型爬杆机器人设计研究这样一个课题，在使用价值具有重要意义，并且给我们提供指导的韩老师在机械方面有多年的教学研究经验，能为我们提供重要的理论基础和宝贵的经验。经过对爬杆机器人相关资料的收集，之前已有的研究成果的分析，我们将研究方向定位为爬杆机器人的工作原理、实现原理以及外观设计上，试图将美学与机械结合起来等等。

往往大方向的确定是容易的，而具体实施起来才会认识到层层困难。制定实验计划和任务分配上遇到了很大的困难，由于对具体实验流程不熟悉，大家必须查看大量文献资料，了解爬杆机器人可能应用的机械原理，爬杆机器人应用这个原理是否可行，爬杆机器人的机械手资料和如何利用单片机来控制机器人的手的活动。先做哪一步，后做哪一步，从而制定一项完整的计划，往往有许多考虑不周到的地方，例如在安排每天做的方案分析时过多的考虑其概念性，而忽略了其真正的机构原理，时间安排不合理等等，等之后有了经验才慢慢改进。

实验的具体实施阶段是我们整个项目最关键，耗时最长也是遇到困难最多的阶段。大到实验的可行性分析，机械原理的可行性计算，如何才能保证爬杆机器人在上升过程中，机器人的手也能保持同一步调；小到机器人外观造型等，都需要我们有明确的计划和安排，分工合作、及时沟通，才能按时完成任务。我们在实验过程中也会经常被突如其来的问题难住，大家也经历了从开始的手忙脚乱到后来的主动思考、提前考虑，合理解决问题。

在后期的实验中，我们的主要任务是根据前面的方案，运功电脑来建模，进行虚拟的运动分析，和外观的造型。这一过程也对我们前期分析和建模能力带来了极大的考验。把3D模型建出来不难，但是如何在此基础上，进行运动分析，就很困难了，由于专业知识有限，我们不知从何入手，最后在老师和学长的指导帮助下才得以完成。

通过一年的实践、研究，我在创新能力、动手能力、团队合作能力以及专业知识等方面都有不同程度的收获。

首先，我对新型爬杆机器人又了更全面的认识。最初我们对爬杆机器人的工作原理了解不多，经过一年的研究，对于我们而言它不仅仅是报告简单描述的一些便利和益处，而是一目了然的数据，然我们更加坚信未来新型爬杆机器人的研究将更加深入，将实实在在的运用到生活中来。

其次，这一年的研究、实践过程为我们今后的进一步学习打下了基础。通过为期一年的不断学习、实验，我不仅更清楚了解了机器人最最基本的机械原理，更珍惜在团队合作下的一种奋进，学习氛围。

这次为期一年的创新实验，给我们提供了一个创新思维、思考问题、解决问题的机会。对新型爬杆机器人的研究，需要的不仅是实践，尝试，更需要创新，把新的思路、方法转化成具体的实验。对于实践过程中遇到的问题，我们就尝试了各种不同的工作原理，工作方式 的最简单化等，通过不断尝试、改进，寻找解决问题的方法。

参与这次的创新项目，通过亲身参与、实践，使我的协调能力、合作能力与沟通能力也得到了锻炼。作为项目的副负责人，我在项目阶段开始就配合组长对项目计划的安排，包括每阶段的具体工作。在一开始由于没有经验加之考虑不周到，一开始排出的计划难免出错，后面通过不断改进，随着先项目的步步发展，在大家的共同努力下，我们的项目才得以顺利的进行。团队合作沟通必不可少，除了隔一段时间讨论外我们亦会在课余时间不断交流，随时把自己的想法与其他成员分享，大家有什么创新想法我们都会讨论并尝试，希望能从中找到新的思路，新的方案。我们的项目在实验阶段有很多工作需要合作，方案构思、数据计算、计算机建模和运动的分析等这都需要我们分工合作。我们通过不断地磨合，有一开始的大家手忙脚乱，到后来逐渐适应，按部就班分工合作，工作效率明显提高。

机器人创新教学平台 篇6

一、机器人实验室的搭建

1. 为满足学生培养要求，实验室采用的教学机器人应具备以下特点：

（1）机器人平台应侧重培养学生实践动手能力：机电系统设计、制造、装配、调试，能力得到综合训练，这就要求机器人能方便学生拆装、调试而不仅是编程。

（2）机器人平台需要模块化设计，可支持学生创造性学习、实践。比如，倒水机器人、走迷宫机器人、简易人形机器及工业机械臂等机器人构型。这样才能更好的激发学生动手实践兴趣，实现从简单模仿到自我创新。

（3）机器人课程的教学难度要求由浅入深，以学生兴趣为引导，以掌握技能提高信息素养为目的。提供开放性平台。通过老师授课和学生实验让学生从系统整体角度认识掌握简单的机械构造、单片机的编程以及电路设计。前期实验难度不能过大，投入资金不能过多，但机器人平台必须开放方便扩展。能为深入學习及竞赛提供基础。

2. 根据以上特点构建机器人教学实验室。机器人实验室采取分区教学模式，包括教学主讲台、基础训练区、展示与竞赛区三部分，部分间既相互区分又相互联系。

（1）教学主讲台。机器人教室的最前面是教师主讲台，机器人组合套装是个结构件控制电路板繁多的套件，教师在这里给学生提前做好结构件和控制电路板的分配管理工作。教师主要在这里集中演示机器人各模块执行机构搭建、控制电路连接以及控制程序的设计编写。

（2）基础训练区。础训练区在教室的中间，共放12张可以移动的实验桌。教学时采用4人一组的方式，每4人一组，每4人一张实验桌，也可以根据学习实验两两组合。学生在这里可以根据教师的讲解组装机器人，亦可以完全按照自己的想法创新组装。

（3）展示竞赛区。在学生练习和比赛训练的时候会经常使用赛台和场地，如果把这些放在教学主讲台或基础训练区都会对平时的教学活动产生影响，而且不便于管理，因此展示竞赛区单独隔离出来的一块场地就比较合理，这里有专门的展台，比赛场地供学生展示机器人练习作品或者比赛练习。

（4）设备储物区。摆放储存机器人实验所需的设备：教育机器人组合套件，通用结构套件，控制电路套件，充电电池与充电器，机器人专用工具箱等。

二、项目教学法的尝试

1. 背景。由于本课是机器人教学，机器人教学有两大特点：（1）机器人系统的复杂性：任何机器人都包括传感、控制、执行三大子系统，相对一般的教学工具其复杂程度相当高。（2）教学时间长：机器人教学过程不同于一般的授课方式，从最开始的熟悉各模块操作到拼装结构件、再到部署电路、进行简单的编程控制、故障排除、到最后的展示，全过程往往需要近一学期的时间，如果想深入学习时间更长。根据以上特点，机器人教学适于用项目教学法，此方法也是许多高校教学创新的手段之一。

2. 项目教学法及其优点。项目教学法是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。基于建构主义的项目教学法与传统的教学法相比，有很大的区别，主要表现在改变了传统的三个中心，由以教师为中心转变为以学生为中心，由以课本为中心转变为以“项目”为中心，由以课堂为中心转变为以实际经验为中心。所以，在运用项目教学法进行教学设计的时候，学生是认知的主体，是知识意义的主动建构者。

机器人创新教学平台 篇7

在2011年7月20日第九届全国中小学NOC活动的学生赛项中, 我校学生杨泓睿在机器人虚拟搜救项目中获得第一名。这一奖项的获得多少令人有些意外, 因为在他准备参赛的过程中, 我作为辅导教师甚少参与其中, 只是觉得学生在全国获奖是一件很难的事, 全凭学生创新能力的发挥, 无需刻意。但是看到这个学生的成长过程之后, 会发现他的这次成功并不偶然。

早在2002年初, 我校领导从北京、上海等教育发达地区参观回来后, 便意识到开展机器人兴趣小组活动是一个使学生学会学习、学会发现问题、培养解决实际问题的能力、提高实践动手能力和创新思维能力的好方式。于是当年就投资近万元购买了两台能力风暴智能机器人 (AS-MII) 。由于当时的起点比较低, 完成比赛任务很简单, 参加各级比赛时学生获奖也不算难, 所以学生参与的热情很高, 这项活动开展得非常顺利, 效果也非常好。

可是随着开展机器人教育的学校越来越多, 各级各类机器人竞赛活动也越来越多, 辅导教师需要面临两个问题, 首先是比赛要求学生完成的任务越来越难, 如机器人灭火项目的竞争非常激烈, 冠军和亚军之间就差百分之几秒;其次, 选拔种子学生也很难, 初一学生刚参加机器人小组, 基本上是零起点, 只能先学习基础知识, 不具备出去参加比赛的水平, 而初三学生又面临着毕业升学, 家长和老师怕影响中考, 不让学生参加活动, 所以只有初二的学生能参赛, 学生正常参与活动的时间非常短, 想在各种比赛中拿到理想的成绩很难。以上种种情况也导致了一些参赛学校急功近利的行为。

而我校在当初引入这项活动时就考虑到, 智能机器人是一个丰富多彩、奥妙无穷、令人神往的世界。智能机器人科技教育将引导学生进入这个激动人心的前沿领域, 同时教师在指导学生进行机器人的设计、组装、编程和调试的过程中, 让学生体验到了挑战困难、超越自我的快乐, 增强了学生探求科学知识的自信心和创造力。所以我校将开展智能机器人科技教育作为学校推行素质教育的最佳切入点。

我们在具体开展机器人兴趣小组活动时, 先注意选人, 按照自愿报名的原则, 这样就能在以后的学习中充分发挥学生的积极性, 他们即使遇到困难, 也会积极解决, 一般不会打退堂鼓。在学习过程中充分发挥学生的自我管理能力尤为关键, 由学生自己管理机器人活动室, 负责开关门, 室内卫生, 活动记录, 辅导教师只在活动时间去提出活动任务, 结束前再去看一下任务完成情况, 对完成任务好的学生进行表扬, 并让他们帮助没有完成任务的同学, 这样, 他们就有了成就感, 学习的动力也很强, 所以每次活动时, 我们小组比其他课外活动小组的学生去得更早, 人数也最齐。学生的水平提高也很快, 初二 (8) 班王润泽同学和初二 (5) 班的王英杰同学组成的机器人足球队多次在市里的比赛中拿到冠军, 还代表淄博市到潍坊市高密一中参加省赛, 并取得了省二等奖的成绩。

我们在准备参加全国中小学NOC活动的初期也遇到了一些困难, 先是在机器人搭建方面生命探测仪的安装位置影响了搜救结果, 后来又遇上智能循迹卡参数设置等问题。学生先是向指导教师求救, 为了锻炼他独立思考和解决问题的能力, 我们只是给他指出了解决问题的方向:对于生命探测仪的安装位置, 你可以通过尝试多个位置、角度的变化, 看对结果的影响程度来找一个最佳方案;对于生命探测仪的参数可以参照例子程序中的设置来解决, 实在不懂, 就到网上去搜索一下。学生还自己上机器人厂家的网站与公司的一名工程师沟通。当他们成功后, 手舞足蹈的样子连我们老师都很羡慕。所以当学生进了赛场后, 就能充分运用在平时积累的解决问题的经验去应对比赛中遇到的问题。如果按照指导老师教给他的既定办法去做, 肯定得不到高分。这也体现了“创新是NOC的生命线”。

机器人创新教学平台 篇8

一、联系实际,激发学生探究欲望

每个人都有创新潜能,尤其是较少受束缚的青少年学生的思维更有潜能。教师要善于引导他们从多角度去发现问题、分析问题,然后再找出解决问题的方法,发展学生的求异思维,促进其思维的灵活性。

机器人有多种移动方式,“机械奥运活动”要求陆地机器人都必须采用脚移动方式,包括格斗机器人在内。课堂上,我根据要求发布技术攻关挑战招标:谁能够设计出切实可行的方案就将此项目交给谁完成,并有机会参加市比赛交流活动以及香港比赛。这时,学生沈江宇提出:“在设计格斗机器人时,将两个电机驱动的分部设计成两个可独立运行的机器,并将原先单个的异步行的六只脚改为同步行的三个大脚,再将两个独立机器并联起来,这台机器就成为有两个电机驱动的可前进倒退,左右拐弯的格斗机器人,在脚底加上防滑措施后推力也不会小。”经过师生的讨论,我采纳了他的创意,该机器人也在后来的比赛交流中获得了优异成绩。

二、任务驱动,创设情境引学生动手实践

置身情境中的学生很容易产生探究的愿望,教师可以设置情境,精心设计任务,采用任务驱动的方法,促使学生综合使用所学知识来解决问题,在理解过程中动手实践,在实践中不断调整找到解决的办法。

如我在教“如何编写《小车走黑线》程序”时,为了锻炼学生的逻辑思维的能力,便出了如下题目:使用两个光感探测器和两个电动机,完成使小车从A点行进到B点的程序编写要求。怎样完成这个任务呢?一开始,学生采用双电机运行第一步,而后再用光感探测器看地面方法决定小车的下一步走向,但经试验不成功。这时,我提示学生:“先看路,再动脚,因为该小车有两个光感探测器和两个电动机,小车沿着黑线走可能会产生几种运行状态呢?处理这几种运行状态的程序又该怎么编写呢?”学生经过反复试验、修改,最终完成了任务。在这个过程中,学生不但学到了知识,磨炼了意志,更重要的是提高了分析问题和解决问题的能力,在自主学习的同时也体会到了团队合作精神的重要。

三、发现问题,引导学生自主探究

机器人涉及的知识面较广,学生对机器人知识的学习达到一定的程度后,就会有触类旁通,知识与理解能力相辅相成、转化升华的感觉。在这个阶段,教师应当引导学生主动观察、发现生活中的问题,并让其自主探究解决问题的办法,使学习过程更多地成为学生发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的过程。

如学生朱佳敏由家中一次偶然的电话机听筒未挂好,导致外界5小时打不进电话的现象而想到:“这是电话机的一个缺陷,把这个问题解决了就是一个创新。”他把这个想法告诉了我,我在查阅专利文献后决定立即投入研究试验。在对电话挂机过程及挂机的构件作了详细分析后,我们制定了研究方案。随后,我对他说:“你发现并提出了问题,我们又分析了问题,现在是你解决问题的时候了,这是一次很好的自主学习的机会,若过程中遇到困难可以找我讨论研究,但老师决不越俎代庖。”此后朱佳敏经过三个多月的艰苦研究和试验,最终试制成功了“电话未挂断自动报警装置”的样机,经过试用效果不错,且成本低廉又安全可靠。该作品使他获得了“明日科技之星”的称号。

机器人创新教学平台 篇9

进入21世纪以来, 随着国家经济的飞速发展和城市化进程的加快, 城市轨道交通进入大发展时期。前瞻产业研究院发布的《2015-2020年中国城市轨道交通行业市场前瞻与投资战略规划分析报告前瞻》研究显示:2013年, 我国城市轨道交通运营里程为2408公里, 同比增长17.01%。城轨交通运营线路条数为81条, 比上年增加了12条。城市轨道交通的高速发展对轨道交通专业学生的水平和素质也提出了更高的要求。《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》课程是城市轨道交通专业群中非常重要的专业核心基础课程, 对其教学内容、教学方法的改进, 已经成为轨道交通专业人才培养中普遍关注和重点研究的课题。

二、现状和存在的问题

(一) 课程的教学课时偏少

教学课时偏少主要体现在两个方面:一是目前我国高职院校的学制一般是2+1或2.5+0.5年, 学生在校时间较短, 每门课不可能安排过多课时;二是高职院校学生的学习基础相对较差, 导致他们接受知识较慢, 每堂课讲授的内容不可能太多。正因如此, 导致了在实际教学中理论课时和实践课时的不足, 教师只能传授一些最基础的知识, 没有时间和精力去提高学生应用知识解决实际问题的工程实践能力。

(二) 学生的学习积极性不足

有些学生认为学习《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》既抽象又枯燥, 不如学习其它一些课程生动直观;有的学生是因为学习这些课程需要较强的抽象思维和逻辑思维能力, 还需具备一定的数理、英语基础, 因而在学习的过程中显得力不从心, 不能掌握正确的学习方法和思维方式, 从而对学习这两门课程产生了一种畏惧心理。

(三) 实践教学环节不能满足教学的要求

城市轨道交通专业群本身就是技术应用专业, 而且高职院校是以提高工程实践能力为主的职业教育。然而, 现今高职院校所用的相关课程的教材, 存在的普遍问题就是实践性教学内容严重不足, 课程中的实践性教学多是验证性的实验, 而具有实用性、创新性和职业性的基于工作过程的实训项目较少。

(四) 教学方法落后、考核方式单一

高职课程一般采用的教学方法是教师课上讲授加学生实验的形式, 教师在理论课上常常采用“填鸭式”教学, 学生很少有机会发挥自身的主观能动性;实验时学生也仅仅是对书本上现有的一些实例进行验证调试, 一旦调试成功就完成任务。这种教学方法根本不能让学生掌握如何从一个实际问题入手分析问题、解决问题。另外, 单一的笔试考核方式也使教师和学生忽视了实践课的教学环节, 从而导致现今的课程教学不能满足高职教育发展的需求。

三、课程教学创新实践的目的、意义和措施

第一, 改革原有的理论和验证性试验相结合的教学体系, 构建创新式、相互有机联系、基于实际工程项目开发的教学体系。

第二, 激发学生学习《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》的兴趣和积极性, 充分调动起学生的主观能动性。

第三, 提高城市轨道交通专业群及相关专业学生分析问题、解决问题的能力, 并且加强了他们在工程实践中的应用能力。

第四, 形成一套完整的, 便于学生理解和掌握, 基于机器人项目驱动的《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》讲义, 并运用于实际的教学。

通过将单片机的知识和C语言程序设计的知识融入到机器人项目中, 让学生通过亲自设计、焊接、调试和组装项目系统中的典型模块, 最后完成系统控制, 全面掌握工程系统的建模、分析、设计和调试等方法, 使学生体会到该课程在工程系统中的作用和地位, 激发他们的学习兴趣, 提高他们学习的主观能动性。另外, 针对《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》讲义中涉及到的每个机器人项目设计制作相应的微课视频, 加强学生的直观认识, 促进知识内容的理解。从而解决了《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》这两门专业核心基础课程抽象、难学的老大难问题。

四、课程教学创新实践的内容

第一部分:基于机器人项目驱动的《C语言程序设计》教学实践

项目1:利用机器人实现直线运动

该项目包含的C语言程序设计内容有:简单的C语言程序;程序、算法;数据类型;常量与变量、控制字符;输出语句;顺序程序结构。

项目2:实现智能机器人的曲线运动

该项目包含的C语言程序设计内容有:循环控制语句;while循环;do……while循环;break语句与continue语句。

项目3:机器人的变速运动

该项目包含的C语言程序设计内容有:for语句循环;goto语句;嵌套循环;算术运算符与算术表达式;强制类型运算符;自增自减运算符;赋值运算符与赋值表达式;复合的赋值运算符。

项目4:机器人触觉导航

该项目包含的C语言程序设计内容有:选择语句if;关系运算符与关系表达式;逻辑运算符与逻辑表达式。

项目5:机器人循迹导航 (跟踪条纹带)

该项目包含的C语言程序设计内容有:if…else分支语句;if语句嵌套;条件运算符;switch多分支选择语句。

项目6:基于I/O接口控制的机器人红外线导航

该项目包含的C语言程序设计内容有:while语句与if……else……语句综合应用。

项目7:C语言函数与机器人尾随小车

该项目包含的C语言程序设计内容有:数组;数组的定义、初始化、引用;二维数组的定义、引用、初始化;字符数组。

项目8:C语言函数与机器人运动状态

该项目包含的C语言程序设计内容有:函数定义;有参函数;函数的调用;参数的传递;形参与实参;函数的嵌套调用;递归;变量的存储方式;全局变量与局部变量;带参数的宏定义。

项目9:机器人与上位机的无线通讯

该项目包含的C语言程序设计内容有:地址和指针;指针变量及运算;数组指针;指针与函数;字符指针;指针与字符串。[1]

第二部分:基于机器人项目驱动的《单片机原理与应用》教学实践

项目1:认识机器人与单片机

该项目包含的C51单片机内容有:单片机定义以及内部结构;单片机电路符号以及封装图;单片机的框架组成及各部分功能;单片机简单控制原理;单片机的使用;单片机的类型及特点;单片机的应用领域。

项目2:机器人开发编程环境的建立

该项目包含的C51单片机内容有:Keil u Vision2 IDE集成开发环境的建立;SL ISP软件下载工具的安装;串口调试软件的安装;简单的单片机C语言的调试与下载。

项目3:机器人的安装

该项目包含的C51单片机内容有:机器人的初步安装;51单片机芯片的安装;触觉传感器的安装;红外传感器的安装;利用面包板搭建电路。

项目4:机器人基本的巡航控制

该项目包含的C51单片机内容有:C51单片机的I/O接口介绍;单片机系统的设计;单片机控制发光二极管;单片机的软件初始化以及控制命令;单片机控制伺服电机;延时程序控制电机时序;单片机输出接口控制伺服电机。

项目5:单片机的输入接口与机器人的触觉导航

该项目包含的C51单片机内容有:单片机的输入接口;单片机控制触觉传感器原理及实物连接;单片机端口值的获取。

项目6:单片机I/O接口与机器人红外避障

该项目包含的C51单片机内容有:单片机输入输出接口控制红外线的发射与接收;单片机发送脉冲;高性能的IR检测

项目7:基于IR LED探测电路的智能机器人测距

该项目包含的C51单片机内容有:测距传感器的分类;频率扫描与区域探测;定时/计数器的应用及编程实现;TCON和TMOD特殊功能寄存器;定时器工作模式;C51单片机中断服务函数的概念和使用;中断使能寄存器;定时器时间调整。

项目8:机器人的串口通信 (UART的应用)

该项目包含的C51单片机内容有:单片机串口通信;串口结构

串口控制寄存器SCON;串口的工作模式;波特率;RS232电平与TTL电平转换;存储器结构。

项目9:LCD应用编程及机器人的集成技术

该项目包含的C51单片机内容有:字符型点阵式LCD模块;LCD的引脚说明;LCD引脚与AT89S52单片机连接方式;LCD控制器接口、状态字;LCD内部RAM地址设置指令码。[2]

五、课程教学创新实践的成果

(一) 提高了学生的工程实践和编程能力

大大提高了学生的工程实践和编程能力, 明确了课程知识间的有机联系性。通过教学创新, 使学生把《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》课程学习与实际工程项目的开发相结合, 更好的体现了理论联系实际, 激发了学生学习专业的兴趣和积极性。

(二) 更新了教师的教学理念

通过基于机器人项目驱动的城市轨道交通专业群课程教学创新实践, 使教师深深体会到课程知识间的有机联系性和老师技术的全面性是提高教学质量的关键一环。

(三) 教材建设的成果

提交了一套《基于机器人项目驱动的C语言程序设计》讲义和《基于机器人项目驱动的单片机原理与应用》讲义, 该教材在城市轨道交通专业群的课程教学过程中起到了很好的效果。完成了和讲义相配套的微课视频的制作。

六、总结

基于机器人项目驱动的城市轨道交通专业群课程教学创新经过一年的运行, 取得了很好的教学效果。学生在参加的各项比赛中共有37人次获得各项名次, 其中还有一位同学在“国信蓝点杯”全国软件专业人才设计与开发大赛全国总决赛中获得一等奖。此次创新提高了学生对于课程的理解, 帮助学生掌握了工程系统的建模、分析、设计和调试等方法, 有效提升了学生的能力水平。

摘要：针对城市轨道交通专业群中非常重要的两门专业核心基础课程《C语言程序设计》和《单片机原理与应用》在教学中存在的问题进行了分析, 提出了基于机器人项目驱动的课程教学创新实践方案, 结合微课教学, 取得了很好的教学效果。

关键词：机器人,项目驱动,创新实践

参考文献

[1]Brian W.Kernighan, Dennis M.Ritchie.C程序设计语言[M].北京:机械工业出版社, 2004.

机器人创新教学平台 篇10

关键词：开放式项目,双主体,机器人创新教学平台

高职教育既要培养技能应用型人才, 也要培养高端技能型创新人才, 在这两类人才的培养过程中, 应注重创新教学平台的搭建, 让学生在掌握基本知识和技能的基础上强化创新思维和创新能力的培养, 以适应我国建设创新型国家之需要。为此, 本创新教学平台以高职机电专业人才培养为教学对象, 以培养高端创新型创新人才为目标, 以机器人为教学载体, 将教学与项目研究、创新技能竞赛、学生科技活动、技能文化节紧密联系起来, 将课堂教育与课外教育相衔接, 构建机器人创新性教学平台。教学方法由“学校单一专任教师课堂注入式”转向“校企双主体导师制”的多方互动探究式;教学地点由“教室、实训室”转向“创新工作室、实验室、创新活动平台”, 教学载体由“分散的知识、技能点”转变为“开放式综合性的研究项目”, 建立“以项目为载体, 以创新工作室、技能竞赛和技能文化节为平台, 以学生为主体, 以教师为主导”的创新人才教学平台。

一、机器人创新教学平台的主要内容

机器人创新教学平台以创新教育理念为指导, 以开放式项目、综合性技能竞赛为教学载体, 采用双主体导师的师生互动, 通过“技能文化节”“学生科技活动”“创新工作室”“综合性技能竞赛”相结合等方式, 培养学生的创新意识和创新能力。

1. 践行高端技能创新型人才培养教育理念

创新教学平台以提高高职机电专业人才培养质量为目标, 是综合职业素质教育、创新教育、科学研究教育思想在人才培养教学过程中的具体体现和运用, 是高端技能型创新人才的教育。

2. 进行创新培养的顶层设计, 构建三级创新教学体系

在专业人才培养方案中置入创新能力培养的诉求, 构建初级动手训练——主要掌握机械、电气、传感器及控制软件等基础知识;系统应用训练——构建一个较为复杂的系统而培养学生的综合能力;科技创新活动——对学生有潜力的项目给予特别的支持和孵化三级创新教学体系。开设《机器人制作与编程》《机器人技术应用》和《机械创新设计》等课程, 培养学生的技术应用能力和创新能力, 使得机电一体化专业学生具有较强的机电产品创新设计与改造的能力。

构建三级创新教学体系:

初级动手训练。这一级主要是利用构件及元器件搭建简单的机电产品, 了解常见传动方式, 掌握基本的编程语言编写程序控制由简单的电动器件及传感器构成的机电设备。通过不同的项目使学生建立初级机械、电气、传感器及控制软件等基础知识, 对这些基础知识有较为深入的了解和认识。同时训练学生的团队合作意识、口头表达能力等。

(2) 系统应用训练。这一级主要是构建较为复杂的系统而培养学生机电技术的综合应用能力。经过第一阶段的基础创新训练, 学生在具备一定的“专业基础知识”和实践技能后, 鼓励学生根据自己的特长和爱好选择不同的训练模块 (如灭火机器人、深井救援器、灌装生产线等) 参与创新训练, 在创新训练过程中, 学生对机械传动、气动技术、电子电路、软件编程等相关知识会有更深刻的理解, 实现各自机电系统的功能设计。

(3) 科技活动创新。这一级对学生有潜力的项目给予特别的支持和孵化。经过前面两阶段的训练后, 创建科技活动小组, 开展创新设计及制作大赛、机器人设计及制作比赛等。对有较强科研能力和兴趣浓厚的同学提供服务平台, 对由同学自行构想、并有较好基础的优秀项目给予资助和进一步的孵化, 帮助其利用各种技术资源, 将他们的发明创造由创意转变为有形的创新成果, 并对创新成果进行深层次的研究开发, 进行科技创新活动项目申报, 指导撰写专利申报, 努力将创新成果转化为实际的生产力。

3. 采用“校企双主体导师制的师生互动”教学形式

由“学校单一专任教师的课堂教学”转向“校企双主体导师制”的多方互动, 通过教师引导, 激发学生的特长和潜能, 激励并引导学生的创新欲望和探索精神。引入50余名企业技术人员作为创新教学指导教师, 企业导师负责创新项目的遴选、作品制作和专利申报的辅导等, 学校导师负责日常学生管理、理论支撑和科研方法的指导, 在校企双方导师指导下组织项目研究的实施, 形成师生多方互动的教学形式。

4. 搭建由科技创新活动、技能竞赛、技能文化节等组成的创新实践平台

组建“机械创新设计”“机器人创新”“CAD/CAM”等学生科技创新团队, 开展学生科技创新活动, 获多项省大学生科技创新活动立项资助, 并有2项科技项目获验收, 学生申报专利5项;以全国大学生机械创新设计、省大学生机械设计、中国机器人大赛机器人创新、中国智能机器人大赛机器人创新等赛事为平台开展创新教学, 将创新技能竞赛同创新人才培养有机融合;以我校“技能文化节”为平台, 举办互动式和开放式相结合的“创新创业论坛”, 吸引专业90%以上学生参与到创新创业活动中来, 拓展创新教学的维度和广度, “技能文化节”活动在我校以连续举办5届。

5. 开发融知识、技能、趣味于一体的开放式学习项目载体

开发出融知识、技能和趣味于一体的机器人教学项目, 教学载体由“零散的知识、技能点”转变为“综合性的研究、竞赛项目”, 如深井救援器、捕鱼达人游戏机、寝室“一把手”武术机器人、灭火机器人、星际漫游机器人、机器人宝贝车、机器人创意等项目。

二、机器人创新教学平台特点

1. 构建了三级创新教学体系

构建了由“初级动手训练——主要掌握机械、电气、传感器及控制软件等基础知识, 系统应用训练——以较为复杂的机电系统为载体培养学生的综合能力, 科技活动创新——对学生项目给予资助和孵化”的三级创新教学体系。“三级”创新教学体系如图1所示。

2. 采用开放式项目教学和开放式创新教学管理

以由科技创新活动、技能竞赛、技能文化节等组成的创新实践平台为依托, 以技能文化节、创新工作室、创新竞赛和科技创新项目为活动载体, 从实践方式上打破传统的实施形式, 在实践实施过程中, 让学生从每一工程项目的每一环节做起, 自己动手构建每个具体实用的综合技术应用方案, 让学生边学会理论研究分析, 边学会实践制作调试, 注重学生分析和解决实际问题能力的培养, 教学时间不仅仅局限于课堂上课时间, 配备专职学生管理员, 业余时间也可进入工作室、实验室完成学习任务。在项目来源、项目研究过程、项目及人员管理、项目实施场所均体现出“开放性”。

3. 创新教学方法, 构建了“以项目为载体, 以学生为主体”的探究式教学模式下的新学习方式

加强学生科技发明、专利申报、科技项目申报, 实施校企双主体导师制, 改善学生创新能力培养效果;突出工程实践环节, 提高学生的实践能力;构建“以项目为载体, 以创新工作室、技能竞赛和技能文化节为平台, 以学生为主体, 以教师为主导”的培养体系, 引导学生主动地开展探究性学习。在创新教学中, 广泛采用启发、探讨、研究、案例等教学方式, 培养学生创新精神。通过项目引导, 发挥学生的主动意识和积极性, 凝聚团队合力, 形成“以项目为载体, 以学生为主体”的学习模式。在学习中创造宽松气氛, 提倡创新精神, 由传统教学模式下学生被动接受转变为学生主动参与, 注重培养学生的独立性和自主性, 促进学生在教师指导下主动地开展探究性学习。

三、机器人创新教学实施效果

1. 专业学生在各级各类创新和综合性竞赛中成绩优异

技能文化节、创新工作室、学生科技创新团队等创新平台在我校机电专业创新人才培养中发挥了重要作用, 学生主动获取知识、动手操作、实践创新能力得到显著增强。近3年来, 专业学生在国家和省级各类比赛中获奖共计43项, 其中在“中国机器人大赛”和“中国智能机器人大赛”中获全国一等奖16项、二等奖3项、三等奖3项;“全国大学生机械创新设计大赛”二等奖3项;教育部高职高专大学生机械部件创新设计与制造竞赛三等奖1项;“浙江省大学生机械设计大赛”一等奖3项、二等奖3项、三等奖7项;教育厅高职高专机械部件创新设计与制造竞赛一等奖1项;“浙江省高职高专院校‘挑战杯’创新创业竞赛”二、三等奖1项。

2. 学生多项科技创新项目获立项资助、专利申报成果丰硕

机电一体化技术专业学生3项科技创新项目《多功能儿童落井救援器的研制》《集体公寓逃生用多功能晒衣架的研制》《人员落水远距离救生装置的设计与制作》获得了浙江省大学生科技创新活动计划 (新苗人才计划) 立项资助, 前2项顺利通过省科技厅验收, 10余项学生科技发明申报实用新型及发明专利。先后有30多位同学被浙江工业大学等本科院校录取接受本科教育。

3. 创新教学平台的成功构建, 有力推动了机电专业的进一步发展

创新教学平台的品牌效应推动了我校机电专业的建设, 学院机电类专业由3个增加到5个, 拥有机电技术应用研究所、汽车应用技术研究所、全国机械工程师培训基地, 为绍兴市汽车工程学会挂靠单位。机电一体化技术专业2009年获评浙江省高职高专特色专业、2011年获评中央财政支持的教育部重点建设专业、2012年获评浙江省高职高专优势专业。经过多年创新教学的实施, 创新型技能人才培养已成为我校机电专业人才培养的一大特色, 同区域内同类专业相较而言具有明显优势。

四、机器人创新教学平台的推广价值

1. 对全院各专业具有示范推广作用

机电专业创新教学平台是高职机电专业创新型技能人才教育和教学的示范, 这一平台的搭建和教学实施推动了全院的教学改革和人才培养模式的转变。在创新教学中所采取的一些做法和成功的经验后来被推广到机电分院其他专业的教学中, 带动了分院整体教学水平的提高。

2. 对推进区域高职机电专业的教学改革和创新教学产生了示范作用

我校机电专业所实施的基于开放式项目、综合性技能竞赛和双主体导师制的机电专业创新教学的具体做法和经验, 多家媒体都进行了报道, 向其他同类兄弟院校进行了介绍和交流。教学平台所涵盖的人才培养方案、课程体系和课程设置, 不仅在提高了本专业创新型人才的培养, 而且在学校新一轮教学计划修订、个性化学习方案等方面得到了很好的借鉴, 为省内乃至国内同类高职专业提供了有益借鉴。

3. 创新教学平台所提倡的探究式教学模式具有较大的推广价值

该教学模式重视培养学生多方面的职业能力, 提高学生的综合职业能力和素质。改变了以课堂讲授为主的教学模式中“知识和技能单向传输”的被动接受模式, 强调学生学习的主体性。加大了工程训练及实践环节, 为学生提供了发现问题、研究和解决问题的平台, 这些措施对技能型创新人才的培养提供了有效经验。

参考文献

[1]李敏.激发自主学习热情构建机器人创新平台[J].电气电子教学学报, 2011, (4) .

[2]刘子贵.高职机电专业人才创新能力培养的探索[J].管理教育, 2008, (8) .

[3]黄敦华.基于大学生科学研究与创业行动计划的机器人创新团队建设研究与实践[J].机电产品开发与创新, 2011, (4) .

[4]郝卫东.开放性机器人创新实验室建设研究[J].高教论坛, 2009, (9) .

谷歌狂购机器人：创新还是炒作？ 篇11

“我知道这一切看起来像科幻小说。不过，这不是小说。”2013年12月的第一天，在CBS电视节目《60分钟》里，亚马逊CEO杰夫·贝索斯迫不及待地对电视机前的所有观众介绍了公司的新“创举”：用无人机来做物流配送。在亚马逊公布了一段使用无人机送快递的视频后，谷歌也迅速作出了回应，昔日的“安卓之父”安迪·鲁宾透露，谷歌正在“努力创造新一代机械人”。

当鲁宾在2013年3月份将整个谷歌安卓项目的领导权移交给桑达·皮采时，外界都在猜测接下来谷歌将会让鲁宾做点什么。现在，鲁宾的新任务已经付出水面，那就是负责谷歌机器人的开发：谷歌正在准备建立一支机器人大军并可能用于未来的快递业，而此次机器人投资项目背后的推手正是鲁宾。

此前鲁宾撰写的一份内部倡议显示，收购波士顿动力公司是谷歌一连串机器人公司并购案中的最新一起。很快，机器人开发公司波士顿动力被财大气粗的谷歌收入囊中，成为最近半年里被它收购的第8家高科技公司。

细数最近谷歌相中的公司，大都和机器人脱不了关系，在此之前，谷歌收入囊中的公司包括专注于制造人形机器人的Meka公司、来自日本东京大学、制作“两足机器人”的Schaft公司、进行机器自动化包装与运载的美国工业知觉公司、自动摄像系统制造商Bot &Dolly（《地心引力》等影片中使用的自动摄影系统就来自这家公司）、主营广告和设计的Autofuss公司、人形机器人和机械臂制造商红木机器人公司以及制造高科技轮胎的设计公司Holonomi。这些公司无不为谷歌提供了制造机器人所必需的各种技术和力量。另一个耐人寻味的细节则是，鲁宾在 1990 年代时，是苹果公司的制造工程师，在此之前，他曾在德国光学和精密仪器制造商卡尔蔡司做机器人工程师。

麻省理工学院数字行业研究中心首席经济学家安德鲁·迈克菲评价说：“这是个巨大的商机。现在仍然是人力在工厂走动，在物流中心搬运货物，在小卖部后门工作。”

谷歌针对机器人公司的一系列收购背后，是互联网新贵们对机器人炽热的兴趣，随着互联网公司的经营活动由虚拟世界转向现实世界。

在YouTube上的一段点击率极高的视频中，一种四足机器人以每小时16英里的速度绕着一个停车场“飞奔”和“跳跃”。这就是被谷歌收购的波士顿动力公司的产品，它会成为以后的快递员吗？

谷歌是军火承包商？

远在上个世纪80年代，就有好几个美国团队在研究两足行走机器人。尽管当时美国电影银幕上充斥着“机器战警”和“T800”，但那时候，两足行走被认为是人形机器人技术最困难的部分，同时也是最接近人类应用的。

因为研制两足机器人可以帮助研究者开发更好的人类假肢和假脚，这也迫使科学家们逆向研究人体的运动。机器人腿技术之父马克·莱伯特于1980年在卡内基·梅隆大学创建机械腿实验室，1987年把实验室搬到了麻省理工学院，当多数步行机器人还行动迟缓、动作僵硬时，莱伯特便开始寻求惟妙惟肖的步行效果，通过对工程技术的调整让机器也可以在崎岖不平的道路上保持平衡。

1992年，马克·莱伯特创立了波士顿动力公司。这一年，波士顿动力公司生产的4足机器狗和两足机器人已经能在崎岖路面行走，可以在战场上为士兵背负装备，并拥有不错的平衡力；与此同时，麻省理工学院校友创办的Y obotics公司研制的两足机器人M 2能单足站立。

波士顿公司开发的技术十分重要，因为当今的多数机器人都无法在崎岖的道路上行走，包括军方使用的拆弹机器人在内，很多都是使用轮子或履带作为前进方式。这家公司最近为美国国防部高等研究计划署开发的人形机器人“阿特拉斯”，可以在灾害中展开救援任务。实际上这家公司的许多机器人都是在美国国防部高等研究计划署的资助下研发的，这意味着，谷歌现在成了军队的承包商。

人工智能充满争议

众所周知，谷歌的主营业务是与互联网搜索相关的广告业务，这项业务占其销售额的90%以上。但也有分析人士认为，谷歌完全有充足的理由用机器人来运营大规模的在线零售业务，以避免其走向衰退的命运，毕竟，互联网虚拟世界瞬息万变。

谷歌一直都是现代科技公司的领军者之一，在科研领域的投资力度一直居于全球前列。而在最近的几年里，除了推出无人驾驶汽车获得上路许可证以外，谷歌眼镜也吸引了全球的目光。如今，轮到它的机器人业务了。

安迪·鲁宾在接受美国《纽约时报》采访时曾表示，机器人项目是谷歌公司的长期且重大的核心项目之一。机器人项目将与无人驾驶汽车及谷歌眼镜拥有同样的地位。“对于机器人项目来说，时间一样是一个非常重要的因素，而我们至少需要10年的时间来进行开发。”鲁宾表示。

到目前为止，谷歌产品导向并未直指消费者市场，而是瞄准了自动化运输等制造业。不过，按照《连线》的说法，掀起全球热议的无人送货模式，在目前条件下是很难实现的。

例如频频和谷歌较劲的亚马逊，光是2012年一年在这一项目上就花费了7.75亿美元，按照亚马逊首席执行官杰夫·贝索斯早些天的说法，这家在线零售商正在开发无人驾驶飞行器，他希望5年内能用它给顾客送货。但整件事几乎是一场精心策划的营销活动。因为即便亚马逊的无人机项目被联邦政府批准，这种无人机对亚马逊而言，并不具备成本优势。

这样的评价同样适用于谷歌的机器人产品。在亚马逊、谷歌频频制造智能机器人的背后，只怕营销的成分更大。

还有一种更危言耸听的说法是：谷歌不断收购机器人公司的最终目的尚不明确。尽管鲁宾说，自己主控的项目属于谷歌公司所谓的“射月”计划的一部分，该计划和军事没什么关系，它只是公司用无人驾驶汽车为偏远地区提供互联网送货服务。但这多少让人觉得不安。

要知道，此前很长一段时间里，谷歌收购的波士顿动力公司并不制造、销售商用机器人，主要为五角大楼高等研究计划署研发产品。

机器人与大学生创新能力培养 篇12

1 简易机器人实验教学模型的研制

机器人的最初出现是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物。迄今为止, 世界上对工业机器人的研究已经经历了四十余年的历程, 日本、美国、法国、德国的机器人产业已日趋成熟和完善。工业机器人由操作机 (机械本体) 、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成, 是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。它对稳定、提高产品质量, 提高生产效率改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

当前, 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术。是当代十分活跃的研究开发领域, 它包括正在逐步深入的机器人学基础技术研究, 也包扩对国民经济有着重要作用的机器人工程应用技术研究。

在当前的电子信息技术类课程 (如单片机) 的实践教学中, 许多学校采用的是教学仪器公司生产的实验箱, 可完成一些规定的实验项目和任务, 也能演示一些程序运行的效果, 但能做的综合性、开发性的项目与实际应用情况还是有一定的差别, 客观效果上不能尽如人意。为此, 我们想到以机器人为载体来实现它, 然而, 现实生活中的机器人结构复杂, 要设计制作一个完整的机器人费用昂贵, 涉及学科领域较多, 也不可能用机器人代替一台台实验箱。作为电子类专业的学生主要应掌握运用汇编语言和C语言的编程技术, 通过程序的运行看一看实际效果。这样边学习边调试, 对学习编程技术能起到事半功倍的效果。

基于以上考虑, 我们设计研制了本《简易机器人实验教学模型》 (以下简称《教学模型》) , 它具备了机器人的一般功能, 能自动行走, 自动避障, 可实现多通道控制, 具有声控、光控、无线电遥控等功能, 还可以与计算机进行通信, 可灵活方便地在线修改运行程序, 无需专门的编程器对芯片进行程序烧录, 它既可作为实验板使用, 也可作为编程开发板使用。

《教学模型》涵盖了计算机、传感、智能信息处理、控制和机械等技术, 体现了信息技术与机械技术的综合运用, 有利于拓展学生技术学习的视野, 培养学生的创新精神, 提高学生的实际能力。

《教学模型》在教学中对学生的帮助有如下几点:

(1) 使学生了解机器人这个学术前沿领域的发展和应用状况, 了解机器人的概念和工作方式, 破除青少年对机器人的神秘感, 为进一步学习机器人的有关知识打下基础。

(2) 使学生掌握机器人程序控制的的方法, 了解智能机器人各种传感器和驱动装置的作用。理解体会程序是机器人的灵魂, 了解机器人是怎样在人的指挥下工作的。学习为一种智能机器人编写程序, 通过为机器人编写程序学到科学而高效的思维方式, 提高逻辑思维能力、规划能力, 提高学生分析问题和解决问题的能力。

(3) 通过完成任务和模拟项目使学生在为机器人扩充接口的过程中学习有关数字电路方面的知识, 在组装机器人的过程中培养学生的动手能力、协作能力和创造能力, 提高他们综合各学科知识完成目标的能力。

2《教学模型》有利于培养学生的创新能力

随着电子科学和电子元器件发展, 电子技术越来越多地应用于国民经济的各行各业中。理工科电类各专业相继开设了模拟电子技术、数字电子技术和单片机应用课程。为了提高学生的创新精神和动手能力, 我校在教学经费紧张的情况下, 专门建立了机器人创新实验室, 把单片机应用课程建设纳入到教学改革实施计划中, 将《创新与制作》、《智能机器人设计制作》等课程作为必修课排入课程表, 促进了教学内容和课程体系的改革, 提高了教学质量, 收到了很好的效果。同时还通过电子协会扩大影响, 举办了各种形式的电子设计竞赛活动, 其目的在于鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动, 激励学生学习电子技术的积极性, 提高学生动手和运用计算机技术解决实际问题的综合能力, 拓宽知识面, 培养创造精神及合作意识, 推动电子信息类课程体系、教学内容和方法的改革。该活动在一定程度上检查学生能否应用这些电子知识解决实际问题, 从而也可以发现我们在教学中存在的各种问题。

在开展《简易机器人教学实验模型的研制》项目研究过程中, 共查阅各类资料170余篇, 带动学生制作了寻光机器人 (追光的飞蛾、追光的蝴蝶) 、避障机器人 (猪不笨、超人不会飞) 、行走机器人 (迈步向前的蟋蟀) 、迎宾机器人 (狗) 等模型8只。其中“迈步向前的蟋蟀”可以自由自在地迈步前进, 当你用障碍物挡住它前进的道路时, 一旦它头部的触须碰到障碍物, 它就会立刻停下脚步, 发出“唧唧”的鸣叫声, 同时双眼不停地闪动。直到你移开障碍物, 它才恢复原状, 停止鸣叫和闪光, 继续前行。“不会飞的超人”在行进过程中能自动避障, 接通电源后, 它的双眼发出红色光, 缓缓向前行进, 同时尾部发出缓慢地一闪一灭的蓝色光, 这是它在正常情况下的状态。如果它碰到障碍物, 它尾部的闪光就会立即停止, 同时判断出应该向哪一边避开。如果是左边有障碍物, 它会马上向右边转弯后退, 同时右边的眼睛发出红光, 然后再向前进, 在前进时尾部又会恢复闪烁蓝光;同样, 如果右边有障碍物妨碍它前进, 它就会停止尾部的闪光, 同时左边的眼睛发出红光并向左边转弯后退, 然后再重新回到正常状态, 即尾部缓慢地闪烁蓝光, 并且向前行进。“猪不笨”也具有自动避障的智慧, 自动判断障碍物的位置进行避让。昆虫模仿器和追光的蝴蝶都是根据仿生学原理仿造昆虫的习性、结构而做成的, 它们具有自动寻光的特点, 向着光明前进。在参与制作的同学的带动下, 广大学生都从中受到了启发, 学会了进行信息检索的本领, 丰富和开阔了视野, 消除了对机器人的神秘感, 提高了学习积极性, 增强了动手实践能力, 效果令人满意。

3《教学模型》有利于高素质创新人才的培养

高素质创新人才应有宽厚的基础科学知识﹑分析解决问题的实践动手能力以及强烈的社会责任感和历史使命感, 因此, 应把创新精神、创新思维和创新技法的培养纳入实验教学内容体系, 更重要的是贯穿渗透到实验教学环节中去。

笛卡尔说过:“最有价值的知识是关于方法的知识”。因此, 发挥学生主体作用的关键在于教给其学习的方法, 从单纯传授知识向教学生怎样获取知识转变, 让学生由“要学”到“学会”, 再过渡到“会学”。教会学生学会学习, 一是要学会学习计算机课程所涉及的信息技术工具和信息资源。二是要学会如何使用信息技术工具和信息资源去辅助学习, 提高学习能力, 从而有力地促进其学会学习的能力的提高, 并将学会的知识通过操作, 迁移到实际工作中去。即充分体现能力本位的教育思想。

培养自学能力, 还应指导学生学会“边学边做”, 尤其是电子类课程的实践性较强的课程, 如讲授《单片机应用》课时, 考虑该门课程的特点, 可将操作提示以多媒体课件的形式显示给学生, 让学生边对照这些步骤, 便进行操作, 出现问题, 由教师及时指导, 并将出现的主要问题进行总结, 一方面加深印象、巩固所学内容, 另一方面增强继续学习的能力。

自主与创新两者是密不可分的。自主是创新的前提, 没有自主谈不上创新;而没有创新也就无从展现自主。只有自主与创新的完整统一, 才能充分展示高科技、高情感时代人的自尊、自信、自强、自律这一进取型的人格精神。因此可以说, 在知识经济时代, 培养高职学生的自主学习和创新能力应该是贯穿于高等职业技术教育的一条主线, 也将成为衡量高职教育成败的最高标准, 是非常必要的。

人的创造性活动是多种多样的, 基本可分为科学创造活动和艺术创造活动。在概括的抽象的理解水平上, 对信息进行分析、综合, 这是科学创造的特点;运用具体的感性形象和表象则是艺术创造的特点。机器人的制作就属于科学创造活动, 机器人竞赛的题目一般来源于经过适当简化的实际问题, 只需要学生掌握基本理论、基本方法和基本技术, 而不要求掌握高深的专门技术。其题目有较大的灵活性供学生发挥其创造能力, 经过培训, 学生可完成样机的设计、制作、调试, 以及理论的分析和样机的改进等方面的论文。作品以设计的合理性、测试的正确性、样品的创造性为评价的主要标准。通过本模型的应用, 一方面可以培养学生理论联系实际、独立思考的优良学风;另一方面培养思想敏感、洞察力强、机动灵活的分析解决问题的能力, 同时培养了学生的独创精神和团队协作精神。

4《教学模型》有利于改进教学方法

采用《教学模型》应当与传统电子技术类的授课风格不同。它培养学生用创新的观念与解决实际问题的能力, 提高学生的洞察力和独创精神。因为其内容涉猎领域广泛, 特别的新理论、新技术、新方法不断涌现, 设计过程又是一种创造性的思维和实践活动, 没有统一的模式和固定方法。所以, 在教学方法上不能千篇一律, 应当有所创新。

电子设计的涵盖面较宽, 在有限的时间内很难通过一本教材能掌握好。它需要通过大量的知识、技术的综合来实现;同时需要大量翔实的设计手册、资料作保证。它除涉及必要的电子基础知识、方法技术训练以及计算机能力培养以外, 还涉及工程应用与生活领域的各个方面, 由于受课堂教学自身的局限性, 单纯靠课堂教学与训练, 难以满足学生日益增长的求知需要。因此, 要鼓励学生多到企业走走, 多留意观察身边的各种电器设备, 多看课外书, 多涉猎本专业以外的其他方面知识, 例如人机工程学、生物医学方面的内容。笔者曾在《电子产品开发设计与实践教程》 (清华大学出版社) 一书中有较为系统的介绍。

通过开展《简易机器人教学实验模型研制》课题研究, 我们也发现在教学中存在的一些问题, 例如有些学生分析问题思路不够活跃、知识运用比较死板、知识面不宽等。在电子创新制作竞赛中表现为:提出的设计方案较少;对设计或调试中的问题, 不知应从何处下手、找不到解决问题的关键;有的学生思路不错, 但缺少必要的理论分析和可行性论证, 创新性较少、归纳总结能力不强, 论文和制作水平较低等。这说明学生理论基础不够扎实、知识面不宽、创新能力不强和缺乏严格的实践锻炼。这也更加说明了需要进一步加强大学生创新能力的培养。

参考文献

[1]杨德智.教育机器人[J].科学杂志, 2006 (7) .