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机器人课程三年规划
编辑日期:2017-1-10  来源:梦园中学  发稿人:彭国勇  阅读次数:次  [ 关 闭 ]
 

一、  青少年机器人活动现状

1、 国际机器人活动

机器人技术是在二战以后才发展起来的新技术。1958年美国的Consolidated公司制作出了世界上第一台工业机器人,由此揭开了机器人发展的序幕,机器人教育也就随之产生。200343日到7日,日本横滨举行了2003年机器人博览会,专门用于教学的教育机器人从此诞生了。

日本,美国等一些发达国家高度重视机器人学科教育对高科技社会的作用和影响,已在信息技术课与课外科技活动开设了有关机器人的课程内容。

在日本,每所大学都有高水平的机器人研究和教学内容,每年定期举行各种不同层次的机器人设计和制作大赛,既有国际性高水平比赛,也有社区性中小学生参加的比赛。

新加坡国立教育学院(NIE)和乐高教育部于20066月在新加坡举办了第一届亚太ROBOLAB国际教育研讨会,通过专题报告、论文交流和动手制作等方式,就机器人教育及其在科技、数学课程里的应用进行交流,以提高教师们开展机器人教育的科技水平与应用能力。

2、 国内机器人活动

我国的机器人教育在全国中小学计算机教育研究中心及众多知名专家以及一些发达省市的大力推动下,有了很大的发展,教育机器人逐步成为中小学技术课程和综合实践课程的良好载体。新的高中课程标准在“信息技术”科目中也设立了“人工智能初步”选修模块,迈出了我国高中阶段开展人工智能教育的第一步,这也意味着我国的人工智能教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新的台阶。

从各地情况来看,较多的学校只是以课外活动、各种兴趣班、培训班的形式开展机器人教学。通常的做法,是由学校购买若干套机器人器材,由信息技术课程老师或综合实践课程教师进行指导,组织学生进行机器人组装、编程的实践活动,然后参加一些相关的机器人竞赛。只有极少数的地区和学校将机器人教学纳入了正规课堂教学:

Ø   2000年,北京景山学校以科研课题的形式将机器人普及教育纳入到信息技术课程中,在国内率先开展了中小学机器人课程教学;

Ø   2001年,上海市西南位育中学、卢湾高级中学等学校开始以“校本课程”的形式进行机器人活动进课堂的探索和尝试;

Ø   2005年,哈尔滨市正式将机器人引入课堂教学,在哈尔滨师范附小、60中、省实验中学等41所学校开设了“人工智能与机器人”课程,用必修课形式对中小学生进行机器人科学方面的教育。

通过以上现状可以分析得知,将机器人课程纳入学校正常教育教学体系是未来机器人教育的必然趋势,借助机器人这样一个优秀的教育平台开展教学工作正得到越来越多专家、学者、学校的认可,打造专业的机器人教育基地迫在眉睫。

二、  机器人活动的重要性

机器人竞赛自上世纪九十年代中期开始以来,其规模不断扩大,比赛项目不断完备,影响力也逐步得到提高,现在已经成为一个促进科技进步,普及科技教育的全球性赛事。

目前安徽省在国内青少年机器人竞赛中已走在全国前列,已连续参加了13届机器人大赛并获得多项大奖,同时2013年合肥市政府承办了代表国内最高水平的中国机器人大赛暨RoboCup公开赛,旨在打造“大湖名城、创新高地”的合肥名片,合肥市高新区作为合肥市乃至安徽省科技力量的最尖端区域,打造机器人比赛等科技活动势在必行。

三、  关于梦园中学活动开展建议

1、 校本课程:学校联合凌翔信息科技有限公司编写校本课程,在七年级、八年级增设相关机器人课。

总体课程包含3个阶段:

1)  机器人入门(一学期)

a)  课程简介

本阶段课程主要通过两个大型的主题任务——“海洋寻宝”和“火星探险”,运用任务驱动的方式,通过系列的科技模型制作、现象演示、生活举例、原理讲解、拓展探究等方法,对学员进行引导和教学。课程内容主要涉及到力学、机械、电磁、能源、材料等学科,涵盖了杠杆、齿轮、滑轮、能量守恒、做功、新能源等多种知识,需要学员自主发现问题、提出问题,然后学习技能和知识来解决问题,最终通过团队分工,完成指定的任务。课程内容环环相扣,最终让学员体会学习知识、解决问题、收获成功的喜悦。

本课程目标在于引导学员自主地探索自然、探索宇宙,时刻保持好奇心与求知欲,借助这样的主题任务探索,培养学员的工程性思维,即对于时间周期、人员分工、用材用料等各方面的整体把握,进一步锻炼学员的空间思维和自主学习的能力;

b)  课程内容主题

Ø 海洋寻宝

本课程通过讲解“海洋”这个大主题,让学员认识和了解海洋,欣赏海洋的蔚蓝,也敬畏海洋的凶猛,并结合“寻宝”,激发学员的好奇心和积极性,借助老师教授的结构与机械知识,结合教具,来完成一个个冒险任务,成为名符其实的“海贼王”。

Ø 火星探险

本课程主题在“海洋”的基础上,增加一定的动力概念,任务搭建也更加复杂和困难,对于学员自身的工程性思维和团队合作提出了更高的要求。主题将模仿火星的环境,要求学员自主搭建外星基地和登陆车,并完成制定的探索和研究任务,最后向所有学员和老师展示成果。

2)  智能基础(二学期)

a)  课程简介

本阶段课程是学员学习机器人过程中较为重要的基础知识,主要涉及到“图形化编程”“运动控制”和“传感器应用”。学习过程中,老师通过细致讲解,配合物理、化学等小实验帮助学员更好地掌握编程、传感器辨别、组装、调试等机器人相关基础知识,进一步培养学员的科学素养,有助于学员更好地理解机器人理念。

本课程目标在于通过一些较高层次机器人知识的学习,让学员开始慢慢掌握机器人核心知识内容,为后面机器人专项学习和参加比赛打下坚实的基础,同时,课程也加大了对学员逻辑思维、抽象思维的训练,为良好的学习习惯和学习方法的养成提供帮助。

b)  课程内容主题

Ø 图形化编程

本主题通过教授学员简单的图形化编程方法、编程技巧、调试经验等,结合实物操作,实现学员对机器人部分和整体的控制,从而更深层次地了解机器人的运行方式和运动逻辑,更好地学习后期课程。

Ø 运动控制(自主行走、转动控制等)

本主题主要通过具体的搭建和编程任务(如行走、转动、抬升),驱动学员自主学习能源、电路、电机等相关知识,通过老师的引导和讲解,形成一套可行的运动控制方案并最终搭建出来,进行展示;

Ø 传感器应用(颜色识别、声音感知、方向识别、障碍物识别、PH值等)

本主题主要通过具体的应用、编程任务,驱动学员自主学习传感器相关知识,并把其和可视化编程、运动控制结合起来,在老师的引导下,搭建机器人,完成特定任务。

3)  机器人高级竞赛班(一学期)

a)  课程简介 

本阶段课程是在上阶段基础上进行拓展、延伸和发散,学员通过实物操作、分组比赛了解包括多传感器控制、机器人混合编程等技巧,增加实战比赛经验。

通过课程的学习,学员将更加理解机器人的内涵,学会调试、维修机器人及相关零部件,使用简单的测试工具,自主制定比赛策略。

本课程目标在于将现实中的比赛直接带到课堂,通过分组竞赛的方式,促进学员自主学习机器人知识、工具使用技巧、机械维修方法等,大幅度提升学员的动手能力和逻辑思维,锻炼学员的临场应变和交际能力。

b)  课程内容主题

Ø 多传感器控制

本课程主题在单个传感器控制的基础上,教会学员复合更多的传感器,共同帮助机器人收集周围的信息,以便机器人更快更准确地做出反应,完成指令和任务。而课程本身也同时考察了学员全面考虑问题的能力、优先级管理意识和问题综合分析的能力,为学员后期学习思维、思考方式的转变和优化提供辅助性的帮助。

Ø 机器人混合编程

本课程主题在原先图形化编程的基础上,加上全代码编程、半代码半图形化编程等不同的编程方法,丰富学员的知识体系,完善学员的逻辑架构,使学员在面临不同问题时能从容解决。

2、 相关竞赛

机器人相关竞赛如今已成为学校培养学生动手能力和创新意识的重要平台,同时也是对外展示综合实力的关键窗口。通过机器人竞赛的组织、参与、交流,学生的科学素养得到加强,自身潜能得到挖掘和发展,团队合作能力和语言表达能力得到锻炼,学校也更容易引导越来越多的学生关注科技、走进科技、热爱科技,为无论是学校自身发展还是学生茁壮成长,奠定了良好的基础和氛围。

针对众多类别的大赛,比较适合学校参与的如下:

1)   教育部组办的“全国中小学电脑制作活动”;

   全国中小学电脑制作活动的主题是:探索与创新。即鼓励广大中小学生结合学习与实践活动及生活实际,积极探索、勇于创新,运用信息技术手段设计、创作电脑作品,培养发现问题、分析问题和解决问题的能力

2)   中国科协下属机构青少年活动中心组办的“中国青少年机器人竞赛”;

    中国青少年机器人竞赛活动,是上个世纪末由中国科协青少年工作部积极创意并组织开展的一项青少年科技活动。研究、创意、动手制作机器人活动已成为新世纪中小学校青少年科技创新活动的新亮点和新领域。

3)   国际奥林匹克机器人竞赛简称“IROC”;

    国际机器人奥林匹克委员会(IROC)是一个非盈利性的国际机器人组织,成立于1998年,总部设在韩国。组织的连续性赛事国际机器人奥林匹克竞赛是一项科技与教育目的融合一体的亚太地区的竞赛,目的是为了使更多青少年有更多机会参加国际间的科技交流活动、展示自己的才华和能力,激发他们对科技和机器人世界的不懈探索。

4)   中国机器人大赛青少年组RoboCup Junior

    RoboCup Junior (Robocup青少年世界杯,简称RCJ),是RoboCup (Robot World Cup机器人世界杯)的重要组成部分,是面向青少年开展的一项以科技设计与实践为导向的国际性科普活动,其宗旨是培养青少年具有国际视野和科技创新能力,促进跨国界的科技和文化领域的友好交流合作。该活动已经成为目前规模最大的国际性青少年机器人竞赛,历年已经成功地在美国、日本、澳大利亚、意大利、葡萄牙、德国、中国、墨西哥举行多次盛大赛事。

3、 机器人创新实验室建设

机器人是典型的机电一体化系统,它融合了信息技术、机械、控制技术、电子、传感器、计算机软件硬件和人工智能等众多先进技术,是进行教学实验和研究、学生上手实践的最理想的平台。机器人创新实验室的目的就是为学生和教师提供一个综合、专业的机器人教育和研究平台,引导学生进行相关知识、技能的学习和实践,并通过系统的方法对教学内容、方法和手段进行创新,使学生既了解基本原理,又能理论联系实际,从而提高学生的创新能力和动手能力,提升学校的教学水平,为学校参加各类机器人大赛提供硬件和软件支持,为学校发展特色办学做好铺垫。

实验室建设可兼顾参加机器人比赛、科技创新活动开展、日常教学等功能,具体如下:

1)   建设机器人实验室,开展机器人兴趣小组的活动及日常教学。加强机器人原理的学习,为学校的机器人普及教学活动,起带头和示范作用。

2)   通过学生机器人兴趣小组活动培养学生工程化设计和实现的能力。

3)   加强机器人竞赛实战训练能力的培养。

4)   通过训练和比赛,培养学生初步分工合作精神,使其具有集体意识和团队精神。

4、  交流活动

新一代的学生是智慧的、乐观的、健康的,但同时也是孤独的,他们珍惜与同学、朋友、伙伴之间的相处时间,渴望与其他不同类型、不同性格的小伙伴进行交流,对外面的世界充满好奇,对新鲜的知识和教学形式充满积极性,而交流活动就是这样的一扇窗口。

交流活动充分尊重学生的意愿,为他们提供优质、全面的交流活动和内容,丰富学生知识结构和人生阅历,培养口语能力和交流能力,了解不同国家的风土人情和风俗习惯,领略世界各地名川大山和人文风情,体验世界前沿科学技术,形成国际化意识和独特思维,为学生之后的学业、职业的良好发展奠定基础。

具体交流类型和活动形式如下:

Ø   本地交流

ü  有效利用青少年宫和科技馆的资源为孩子们更好地服务,定期带领学生参观科技馆,给学生们介绍世界最新的研究成果。;

ü  利用媒体的传播科普知识,让学生能够了解报纸上、书刊上介绍的关于一些科协的新的进展;

ü  让青少年通过实际参与机器人比赛来学习科技知识。

Ø   国际交流

通过一系列对外交流的形式,如:

ü  居住在当地家庭;

ü  参观知名大学机器人实验室;

ü  与国际选手交流、参与国际高级机器人赛事;

ü  观光著名景点等。


附件1

凌翔科技简介

    合肥凌翔信息科技有限公司是一家创业型科技企业,主要从事机器人及自动化装备研发、销售。已发展成为专业从事机器人研发、生产和销售的高新技术企业和安徽省软件企业;安徽省高等学校计算机教育研究会常务理事单位;安徽省人工智能学会理事单位。

   历经开拓与技术革新,公司形成了完善的教育机器人及工业机器人主营业务产品线。开发的多种类型、多种规格的教育机器人产品已应用于多所高校、中小学的机器人比赛和实验室教学。曾多次成功运作大型机器人竞赛活动,2013年我公司成功承办了由合肥市政府及中国自动化学会主办的中国机器人大赛暨RoboCup公开赛,获得领导和专家的一致赞赏。

    公司拥有一支由博士、硕士组成的研发团队,同时与中国科技大学、合肥工业大学、安徽大学、安徽农业大学等高校积极开展产学研合作,为公司机器人产品的开发提供了有效的技术支撑。

我们时刻关注行业发展趋势,秉承“开放合作、锐意创新”的理念,期待与各界朋友的合作与交流。

版权所有:合肥市梦园中学 电话:0551-65323532 地址:合肥市高新区天通路
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