机器人创新实验室教学参考方案Word文档下载推荐.docx

机器人创新实验室教学参考方案Word文档下载推荐.docx

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1、加强关联

利用《搭建一个会避障的小车》这样的一个简单的机器人项目就可以将C语言编程、单片机、电工与电子技术、传感器技术这几门课串联在一起，综合运动起来。

并且用形象、生动的结果展示每一门课的知识如何在现实中运用起来，让学生能直观体验到“学以致用”的学习理念。

2、突出实践

实践教学将贯穿整个创新教学过程。

例如使用机电综合实验平台指导学生动手进行单片机编程，获取传感器的值，并在LCD屏上显示出来，这个过程有几个环节需要学生主动动手：

C语言编程、查阅芯片资料、连接传感器接口、单片机显示接线等。

需要学生动手搭建机器人，编程让机器人运动起来，实现课题目标。

机器人创新实验室提供给学生充足的实践机会，并且这些实践覆盖了单片机与接口技术、传感器应用技术、机电一体化系统设计、电工与电子技术、机械设计等所有课程，弥补了以往教学过程中实践环节的不足。

3、鼓励创新

创新意识和创新能力的培养将是机器人创新实验室教学的一个重点。

在教学过程中模块化机器人套件提供了一种“积木”式的机器人搭建理念，模块化的产品结构和部件可以引导学生充分发挥创意，搭建各种机器人构型，并通过程序赋予机器人以智慧。

4、交流提高

机器人竞赛促使机器人作为一种有效的学习手段在全国风行起来。

我们可以在学校内部通过开展校级机器人比赛让激发学生的学习热情，从校级比赛中挑选优秀的学生参加国家级比赛，在比赛中和广大的本科院校同台竞技，相互学习和交流，在这个过程中可以发挥学生的主动性和创新能力，更能够学以致用，有效帮助学校培养更具竞争力的技能型人才，丰富以就业为导向的办学内涵。

教学方法-项目式教学法

1、什么是项目式教学？

项目式教学法将传统课程中系统、完整的知识体系转化为若干个“教学项目”，围绕着这些项目来组织教学，使学生参与项目完成的全过程来进行学习。

项目式教学强调以教案为重点过渡到以完成项目为重点，其主要特点在于避开传统的学科体系教学知识的完整性和系统性，始终围绕着项目是否能够完成而进行，对知识结构的要求本着“够用”的原则，重在培养学生的动手能力、独立获取信息和自主建构知识的能力。

2、为何采用机器人系统作为教学对象？

无论简单或复杂的机器人系统，都包括传感、控制、执行三大子系统，具有非常典型的复杂系统特性，同时其运动控制、决策控制等环节又必须由科学原理（例如控制理论）来指导。

因此，机器人系统是一种理想的工程教育载体。

3、传统专业课教学体系与项目式教学法，教学模式对比：

4、传统专业课教学体系与项目式教学法，学生学习重点对比：

5、项目式教学法实施简述：

适合大纲内课程的项目式实验：

以现有的教学大纲和教学体系为出发点，把教学机器人产品作为课程的工程实践环节，利用厂商提供的配套实验内容来开设项目式课程实验；

这样教学机器人作为载体，为大纲、课程所用，而不是独立的新课程、新知识；

适合工程创新实验室的复杂项目：

厂商提供的机器人产品需具备完整的用户手册、工程实践教材和工程实践实验，以及综合性、开放性实验指导、课堂竞赛方案和指导文档。

例如，模块化机器人套件可提供以下循序渐进的复杂项目：

●搭建出四足仿生昆虫机器人（项目1：

结构，力学，控制）；

⏹让搭建出的机器人尽可能快地行走（项目2：

控制，编程）；

◆让这个能行走的四足机器人自主避开障碍（项目3：

●学生分组进行四足机器人竞速比赛，并撰写项目总结报告（综合）

机器人竞赛（如机器人武术擂台赛、CCTV机器人大赛等）：

机器人竞赛是一个对抗性极强的复杂项目，是工程创新实践教育理念的极佳锻炼平台。

机器人竞赛可以促进学生在竞赛中运用知识，与其他队伍竞争；

在竞赛中锻炼工程素质、培养创新思想。

实践证明，以机器人技术为载体的项目式教学法对于提高学生的学习积极性和学习目的性，提高实践和创新能力，增强就业竞争力有显著的价值。

教学设备配置

根据建设思路，教学机器人设备配置的原则是以下两条：

●满足上述建设目标，具备上述教学方法；

●覆盖面、受益面广，学生动手机会多。

序号

项目类别

设备名称

单价（元）

数量

小计（元）

简介

1

模块化机器人套件

创意之星模块化机器人套件UP-InnoSTAR标准版（附体配置见附件）

1、一套用于高等工程创新实践教育的模块化机器人套件。

A、拥有数百个可自由拼合的“积木”式机械零件。

近10种机器人常用传感器、多种机器人执行器，可以自由发挥搭建各种机器人构型。

B、AVRMega128处理器，拥有12个通用IO口、8路高精度AD、总线数字舵机接口、422总线接口。

2、适用于：

单片机与接口技术、传感器应用技术、机电一体化系统设计、机械设计等课程实践教学。

适合开展多学科综合创新实践。

3、两个学生一组，开展机器人创新设计、可组建机器人兴趣小组，开展各种机器人创新竞赛，比如开展寻线机器人、走迷宫机器人、双足竞速机器人、垃圾清理机器人、追光机器竞赛等。

4、可作为学生的课程设计或者毕业设计平台。

创意之星模块化机器人套件UP-InnoSTAR高级版（附体配置见附件）

B、PXA27032位机器人通用控制器，可以进行机器人图像处理、语音识别等高级机器人创新实验。

3、两个学生一组，开展机器人创新设计、可组建机器人兴趣小组，开展各种机器人创新竞赛，比如开展寻线机器人、走迷宫机器人、双足竞速机器人、垃圾清理机器人、追光机器、足球机器人、颜色识别机器人、语音交互机器人竞赛等。

模块化机器人创新实践

通过教师介绍基本知识和背景知识、学生在教师引导下完成2-3个典型的简单工程项目模型，培养具有较强动手能力、实践能力、创新能力的技术人才。

（一）、基础知识与兴趣导入（2-4课时）

以基于“创意之星”的课程为例（创意之星产品简介见附件一），说明本部分的教学方案。

本部分主要是介绍基础知识与引导学生的学习兴趣。

下图所示为“创意之星”机器人套件的实验指导书前两章，用了两个章节和大量的图片、视频资料来帮助老师完成这一过程。

教学目的是：

●让学生大致了解机器人技术的意义、价值和基本概念；

●给学生展示、介绍典型的机器人（自动化）系统，包括传感、执行与控制思路；

●把必要的基本知识和概念传达给学生，以便于下一步教学；

博创公司提供了众多机器人视频、比赛录相，在正式上课之前老师组织学生进行这些视频的观看，了解什么是机器人、机器人能做什么、机器人比赛是什么样的一种比赛、机器人创新实践教学是什么样的一种教学方式。

让学生明白他们将开展的是一种有别于传统灌输课本知识的一种崭新的、有趣的学习方式。

学生能从态度上改变学习的积极性，有欲望去学习。

如上图所示，在传统教学方式的基础上加上恰如其分的实践与竞技可以充分调动学生的积极性和学习兴趣，从而让学生更容易取得成就感。

“创意之星”产品提供了众多有趣的机器人构型，如机器人狗、机器蛇、机器蜘蛛、巡线机器人、灭火机器人等，在学生开始动手操作前，老师安排组织对这些演示内容进行演示。

告知学生，不久之后，你们也可以设计并拥有自己的机器人。

（二）、基于项目的实训教学（每个项目8-12课时，通常2-3个项目，32-42课时）

１、一个教学对象被当作一个“项目”，教师首先提出该项目的需求，要求学生来设计实现。

分析该项目的需求、总体设计思路、并讲授所需要的知识点。

通过一个个阶段性实验，学生最终完成项目，满足一开始提出的需求。

２、开放式实验可以培养学生的自主思考能力和工程素养、工程经验，在教师指导下完成开放式实验，对发挥学生的创造力、培养创新型人才非常理想。

项目式教学方式为学生整合、运用各学科知识提供了难得的机会。

项目课程的开设，使我系的课程体系设置更加灵活、柔性，能够满足不同的、多样化的需求。

有助于构建学生综合的知识结构，提高实践能力。

项目式教学以问题为载体，创设一种类似工程实现、研究的情境和途径，让学生通过自己搜集、分析和处理信息、老师引导方向的方式，来实际感受和体验知识的运用过程，进而重新体悟各学科知识、了解技术与课本知识的关系、学会自主学习的方法，培养分析问题、解决问题的能力和创造能力。

项目式教学强调在项目研究实践中去掌握基础知识和设计方法，突出基础知识的综合运用，突出实践动手能力，突出研究与协作能力培养。

本部分的教学目的是：

●给学生提出问题（项目需求），让学生思考如何解决问题（完成项目）；

●

引导学生综合运用所学习的工程知识来进行项目设计；

●引导学生创造性思考，完成项目设计；

●指导学生实践动手，由浅入深地逐步完成项目的各个方面：

画图、组装、接线、编程、调试；

●通过这个过程训练学生的实际工程实践能力。

（三）、项目总结和报告（通常3-4课时）

本项目总结和报告环节是通过模拟在工作单位的项目实施汇报和技术会议场景，让学生制作PPT，到讲台上向全班同学讲解自己的项目制作过程和总结。

本部分的教学内容是：

●教师指导学生撰写项目总结报告，采用交报告或者课堂答辩的形式；

●学生项目团队成员的评价考核。

●训练学生的文档撰写能力、分析能力、综合总结能力；

●训练学生的公开讲话能力、语言组织能力和应变能力。

参与机器人课堂竞赛与国家级竞赛

机器人竞赛是教育和高科技的结合，由于机器人自身的特点和对未来社会的影响,机器人不仅仅是全面素质教育的好教材、好办法,而且是科普教育的重要园地。

培养学生创新能力、设计能力、动手能力、综合应用能力和学习兴趣,培养新世纪机器人技术的人才,对我国的教育改革和机器人技术发展具有重要的现实意义和深远的历史意义。

在教学过程中组织学生进行机器人比赛能够刺激学生学习和探索的积极性，在学校内部开展机器人竞赛能够选拔一批优秀的学生，进行进一步的培养，为社会提供最优秀的技术人才。

通过参加地区性、全国性机器人比赛,在竞技过程中可以磨炼老师的教学、技术水平，培养具有动手能力、丰富技术水平的优秀学生。

在对比赛机器人的研究设计、制作、调试过程激发学生的想象力,培养了学生的设计能力、创新能力、动手能力和跨专业的综合应用能力,为全面素质教育的开展,开辟了新路,提供了好教材。

机器人是跨学科的结合,从设计到组装需要多学科的配合,完成这样一个工程需要几个系的努力,这又培养了同学们的协作精神。

可初步将机器人竞赛分为三个层次：

1、课程内比赛。

以厂商提供的比赛组织方案，我们在机器人创新实践课程结束后，可以在“课程设计”等实践环节中组织学生进行“机器人武术擂台赛”等机器人比赛，根据比赛过程中学生所体现出来的技术水平、机器人实现效果、学生动手能力、学习态度进行综合打分，作为实践环节成绩。

这样的实训既体现了学生综合运用知识的能力，又考查了学生工程动手能力，并且其对抗性、竞争性可以大大激发学生的斗志和参与热情，取得良好的教学效果。

以下是机器人武术擂台赛场地示意图，以及博创公司提供的“机器人武术擂台赛”竞赛教程，可供学校教学使用，也可供学生参赛时作为参考资料。

“机器人武术擂台赛”的简单介绍和范例比赛照片如下：

机器人武术擂台赛是中国机器人大赛中一项新的赛事。

它的主要内容是：

两个完全自主的机器人在一个2米见方的擂台上，使用各种传感器来感知自身的位置、姿态，并感知对手的位置、方向，并利用各种执行器来互相攻击的对抗性机器人竞赛。

参赛队需要在规则范围内以各自组装或者自制的自主机器人互相搏击，并争取在比赛中获胜，以对抗性竞技的形式来推动相关机器人技术在大学生、青少年中的普及与发展。

机器人武术擂台赛的参赛机器人需要包括各种传感器（检测自身位置、检测对手位置、检测自身姿态、检测擂台边缘等等）、一个控制器（参赛队员为其编写程序，控制整个机器人的行为和策略），多个执行器（行走、击打、辅助等），麻雀虽小、五脏俱全。

并且学生需要根据比赛规则，通过机械、电子、策略等各方面的创新设计，来达到在对抗竞赛中压倒对手的目的，因此是工程创新实践教育的理想平台。

激烈而戏剧性的机器人竞赛对抗，能够极大地激发学生的好胜心和积极性，让学生把打篮球、踢足球的积极态度来对待工程创新实践。

在训练和比赛的过程中，学生的综合工程素质、创新能力、团队协作能力都能得到全面的培养。

2、

学校内竞赛。

在学校内部举办机器人比赛，挑选优秀的学生组成兴趣小组，组织年轻的、有活力的老师进行专门的技术指导，培养学生的技术水平，为参加地区性、全国性的比赛做好准备。

3、省级、国家级机器人竞赛。

选拔优秀学生，参加中国机器人大赛武术擂台赛、挑战杯大学生科技作品竞赛、高等职业院校技能比赛等竞赛，争取获得较好成绩。

右图为西安电子科大采用博创“创意之星”模块化机器人参加第十届全国大学生挑战杯竞赛，获得二等奖的作品。

下图为太原理工大学学生获得中国机器人大赛-武术擂台赛冠军合影。

2008年12月5-7日，RoboCup中国（中山）机器人大赛，中央电视台现场直播。

经过上十多场比赛的角逐，使用博创机器人平台的“北京信息科技大学与滨州学院”联合队获的亚军，（所有厂家中成绩最优秀，并将代表中国参加将于09年6月在奥地利举行的ROBOCUP世界杯），同时，“太原理工大学”、“韩山师范学院”使用博创“创意之星”模块化机器人平台分别获得机器人武术擂台赛冠亚军。

2009年6月底，北京信息科技大学“Water”队代表中国队参加在奥地利东南部城市Graz举行RoboCup2009世界杯（RoboCup机器人世界杯赛是世界上规模最大、水平最高、影响最广泛的机器人大赛和学术大会），积分世界排名第七，这是中国队在此项赛事上的最好成绩。

2009年12月中国机器人大赛暨RoboCup公开赛-机器人武术擂台赛圆满落下帷幕，博创科技机器人包揽09中国机器人大赛-武术擂台赛全部冠军。

所有参加学校及获奖情况请见：

http:

//robot.up-

火暴的比赛现场

案例：

机器人创新实践课程教学大纲

太原理工大学工程训练中心采用模块化机器人为教学平台开设的《机电传动与模块化设计》课程，课程共计34学时，其中12学时理论教学、22学时的实践教学。

课程大纲如下，可供我系开设课程时参考：

师资力量

师资力量是整个实验室建设中最重要的部分，对于机器人实验室和教学实际来讲，师资、鼓励学生的政策等“软件环境”，重要性要超过实验室设备、场地、机器人平台等“硬件环境”。

作为以教学为主的机器人创新教学实验室，教师需要具备机器人教学和实验方面的实践能力，最好有相关教学或者竞赛经验。

建议师资力量配备如下：

●1位对机器人技术相关背景知识有所了解的专职教师，负责授课，播放录像，引导学生动手实践。

⏹专业背景最好为机械、自动化、电子相关；

⏹对机器人技术有所了解，最好是从事过相关的竞赛或者实验工作；

⏹开课前能够有一个月左右的时间，阅读博创科技提供的机器人资料、介绍文章、录像、论文等资料，作为授课内容中“机器人技术概述”“机器人技术发展趋势”等部分的基础知识；

●1-2位实验指导老师或者助教，负责指导学生实验，解答问题。

可以是有实践经验的研究生，甚至可以是参加过机器人竞赛的高年级本科生。

⏹专业背景最好为机电、测控、自动化相关；

⏹熟练掌握数字电路知识和电路设计、分析；

⏹熟练掌握一种单片机的硬件开发和C语言编程，熟悉整个开发过程；

⏹需要花5-10天时间事先熟悉了解博创产品的教学思路和各个实验如何开设。

典型案例

1南京大学金陵学院信息科学与工程系

背景：

依托南京大学，独立办学的独立学院，高职和专科为主

教育竞赛结合的机器人创新实验室

面向学生就业，重视能力培养

计算机和自动化专业

方案：

T型方案。

创新课程建设为主，竞赛为辅

创意之星高级版30套

武术擂台赛竞赛机器人5套+竞赛配件

竞赛培训、与北航机器人所教学交流

教学/竞赛资源共享：

北航、太原理工

成果（09年4月开始建设）

开设公共课：

机器人技术以及应用（48-64学时），数百学生选课

参赛学生就业供不应求

下列为南京大学金陵学院面向信息科学与工程系、高职学生开设的“机器人技术及其应用”课程大纲与课程照片。

“机器人技术与应用”课程大纲

课堂教学学生分组实践

学生分组实践学生分组实践

2太原理工大学工程训练中心

背景：

校级工程训练中心

校级平台，教育竞赛结合的学生创新实训基地

宗旨是培养学生创新能力，通过竞赛提高学校影响力

通过2年多的建设，机器人创新实验室已经成为支撑“全国10所示范工程训练中心”的亮点和重点

创意之星机器人、擂台赛机器人占实训教学量的1/4

创意之星标准版、高级版各10套，武术擂台赛竞赛机器人10套+竞赛配件

公司培训、交流、互相支持

成果（07年12月开始建设）

校级平台课：

竞赛机器人工程训练（64学时），共3个班，110多人

山西省教学成果一等奖，新闻媒体多次报道，央视新闻报道1分钟以上

中国机器人大赛-武术擂台赛3个冠军，1个亚军

3北京邮电大学自动化学院

北京邮电大学自动化学院机器人实验室

机器人创新实训课程共培养120多名学生

以下是部分学生作品照片：

售后服务

博创科技对售出的产品实行1-3年免费保修。

凡非人为损坏的产品均在免费保修范围内。

具体保修条款请参见各产品手册，或咨询我们的售前服务工程师。

对所有售出产品提供终生免费维修和免费电话技术支持。

随新部件或模块发布，会不定期对已售出产品进行免费技术升级服务。

⏹公司负责成套设备的免费安装调试。

⏹公司派出技术人员或邀请贵校老师到公司总部，承诺为贵校培训至少二名授课教师和实验人员。

⏹公司对每个客户建立客户档案，提供跟踪服务。

⏹公司为客户课程建设方面提供支持和服务。

⏹可协助客户联系国内一流工科实践教学相关负责老师进行学术交流、教学经验交流及参观访问，并提供相关产品的源程序、电路图等全部资料，以及实验指导书、课件等配套资料。

⏹邀请客户作为嘉宾，参加每年的“全国高校机器人教学研究研讨会”。

⏹公司可为客户提供参加机器人大赛、创新设计大赛等方面的指导和产品相关的技术支持。

⏹开设网上教学服务论坛:

//robot.up-。

由技术人员及时解答用户提出的问题。

定制服务和项目合作

⏹为客户定制专业的机器人教学实验项目

⏹为客户定制特殊的专业教学方案

⏹可与客户深入合作，为参加各类机器人竞赛、设计大赛提供校外辅导员

⏹与客户展开机器人研究项目合作

关于博创科技

广州通用先驱科技有限公司（“博创科技,UPTECHRobotics.”）是国内领先的机器人产品与服务提供商。

公司地处中关村核心知识经济区，依托清华、北航一流高校的强大技术与丰富资源，拥有一支实力雄厚的以博士、硕士为主的研究开发团队，以及覆盖全国的销售、服务网络。

博创科技专注于机器人技术在教学乃至社会的应用。

我们的机器人业务包括两大方向：

●面向高校教育/研究/竞赛的机器人产品及解决方案：

在面向高校教育方面，博创科技拥有完整的高校教育机器人产品线，并已成功应用在国内一百多所高校的学科课程建设和研究课题中，促进了国内高校机器人教育和研究的发展。

依托我们强大的高校教学资源后盾，博创科技提供面向各专业的机器人实验室建设解决方案，包括产品、参考教学体系、培训服务，为中国高校和职业类院校提供世界领先的机器人教学解决方案。

●面向国家公共安全的机器人及其特种设备：

在面向国家公共安全和工业应用方面，博创科技提供的高可靠性、高性能公共安全机器人已经被解放军、武警部队等客户采用，参与过南宁东盟峰会、全国两会、2008北京奥运会等重要活动的安防工作，在反恐怖、反劫持、反爆炸等领域发挥了重要作用。

从2006年开始，博创科技邀请机器人领域的知名国内外专家，已连续举办三届“全国高校机器人教学与研究研讨会”。

各高校代表在会上交流教学心得，倾听专家报告，交流教学研究心得，该会议已成为高校机器人教学与研究领域的知名活动。

2007年12月，微软公司机器人部门总经理TandyTrower先生在微软亚洲研究院副院长张益肇博士等人的陪同下参观了博创科技，并与博创科技达成了面向先进机器人技术方向的合作伙伴意向。

2009年10月，北京举办的第四届中日韩机器人研讨会圆满成功。

该会议是东亚