机器人实验室筹建与发展方案 完整版.docx
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机器人实验室筹建与发展方案完整版
乌鲁木齐市实验学校
机
器
人
实
验
室
筹
建
与
发
展
方
案
2013年3月
一、意义
中小学机器人教育与实践活动，是落实新课标要求，开展素质教育的一项崭新的内容。
教育部从二○○三年起，把中小学机器人比赛纳入全国中小学电脑制作活动，同时普通高中新课程已将人工智能技术及简易机器人制作列入选修内容。
目前，发达国家已把机器人教学实践活动作为中小学信息技术的必修课。
在我国的上海、广东等发达地区，已开展了中小学机器人教育教学的试点工作，并取得了一定的实践经验。
鉴于此,我校也应当开展中小学机器人教育教学工作。
为此，我们仍有很多大量的工作要做。
二、指导思想
丰富中小学学生生活；激发创新精神；培养实践能力，大力推进学生素质教育。
三、目标规划
1、总体建设目标
通过开展机器人搭建、编程、创意等实践活动，开发学生的创新思维，培养和提高学生的动手实践能力；探索中小学机器人课程建设的规律和方法；加快我校中小学校机器人实验室建设；提高我校中小学机器人硬件开发水平和软件研发能力。
提高学校信息化教育水平，普及机器人基础知识，培养学生的信息素养、创新精神及实践能力，培养机器人后备人才，为实施“科教兴国、人才强国”战略奠定扎实基础。
利用一至三年时间，建设健全的我校机器人实验室。
2、具体实施目标
（1）筹措资金，利用3-4个月的时间，分步骤有计划地建设符合学校发展实际的多功能机器人技术实验室（建设方案详见附件1）。
（2）在建设机器人实验室的基础之上，培养和培训机器人教学的师资力量，利用各种资源建立起我校机器人教学的师资队伍。
如参观周边学校具有机器人教学实践经验的学校吸取他们的有效经验（外派学习）。
与机器人实验室建设同步实施。
（3）利用1个月左右时间，建全实验室的软硬件配置，使之达到开设机器人课程的标准，并准备开课。
（4）在各项准备工作完成后，有计划有选择的逐步开设我校机器人课程（具体实施方案详见附件2）。
时间初步定为2013-2014年第一学期。
（5）教学的同时，关注省、市、自治区的各类有关机器人的比赛，并根据实际教学情况有选择的参加比赛，争取为我校取得好的成绩和荣誉。
四、 初期重点工作
（一）组织机构建设
成立组织机构和工作机构。
成立我校机器人实验室实施领导小组，进行统一动员部署和检查监督。
根据《机器人实验室筹建于发展方案》将有关任务纳入相应工作规划和计划，充分履行相关工作职责，发挥各自优势，密切配合，形成合力，切实推进建设工作。
人员安排与分工：
组长：
实验室设备采购负责人：
实验室建设负责人：
师资建设负责人：
物资管理负责人：
竞赛联系负责人：
各责任人要定期向组长汇报工作进展情况，并将人员工作情况纳入教师考核之中。
（二）组织教师培训
组织开展机器人师资培训，使教师能够熟练使用相关软件实施机器人教学并指导学生，利用各种软硬件资源，参加各种活动，交流共享。
具体做法为“走出去，请进来”。
即选派相关教师外出参加市级以上各种机器人培训；请专家到学校培训教师，同进指导学生；学校定期组织培训机器人技术应用交流。
（三）加强队组活动，开展相关活动
做为一门个性化校本课程，对机器人教学进行落实。
具体落实：
时间，基本定为每周（时间待定）自主活动时间；地点，学校机器人实验室；指导教师，具有高水平的辅导教师。
积极参加各级机器人活动大赛等,引导学生参与活动，在实践中历练学生与教师。
（四）校本机器人教材开发
结合学校实际，开发校本教材。
在制定学校课程规划基础上，开发出适合我校的校本课程教材，为课程的实施提供可操作的保障。
同时，参考国内外优秀机器人教学资源，给学生提供适合使用的机器人教程教材，图书及音像资料等。
并引进校外优质的机器人教育项目和资源。
（五）监测评价
学校将组织电教主管部门专家、家长代表对方案的实施作全面评价与监控；对队伍建设、学生发展进行评价及监控；教师个体对个人发展作自我评价。
五、保障措施
规划的落实，需要学校做好组织与保障工作，要抓好建设的速度，走好前“四步”：
制订方案计划，落实硬件配置，培训教师，机器人教学建设课程化。
1、学校领导要充分把握机器人建设的理念、内涵。
其次，在全校师生中间进行充分的动员与宣传，使教师理解规划实施对于学校发展的战略意义，创造规划实施的良好舆论氛围。
2、从领导到教师，努力形成浓浓的机器人建设氛围，形成新的教育观、学生观、课程观，从而为规划实施提供坚实的观念保障。
本着职权清晰，责任明确，组织高效的原则，组建完善的组织机构，目标明确，责任到人。
具体在落实个性化课程上，从课程的规划到实施，从软件的使用到校本教材的开发上，都纳入学校制度管理体制。
3、学校加大资金投入，保障硬件配置、教师培训、学生队组活动等各项工作的顺利开展；对于在教学工作中成绩突出的教师实施重奖。
附件1：
机器人实验室建设方案
一、环境设计（机器人创新实验室参考环境）
依据我校的特点，联系了一些企业，给出了以下建议：
独具风格的机器人工作室环境，营造一个富有高科技感、未来感的以科技本的氛围，营造一种能激发学生的创新和实践欲望的氛围。
一个具有完善功能的机器人工作室由以下五大主要功能区构成：
1、教学区——进行机器人日常展示
2、活动区——机器人活动的专用场地，及学生测试机器人的空间
3、组装区——提供专用课桌和工具，搭建和改装、体验机器人带来的快乐
4、储物区——存放机器人及其相关设备
5、小型阅览室——提供机器人相关图书供学生阅览
（具体设计将在方案定制后按实际尺寸和要求设计）
环境设计一：
一间教室分为教学和科技活动及竞赛场地
环境设计二：
两间教室设计，一做教学研究，二做科技活动和拓展。
二、授课模式
模式一：
信息技术“简易机器人制作”课程
使用“简易机器人”制作教材，配合机器人制作手册开设必修、选修课程
模式二：
兴趣小组活动
利用活动课时，自愿报名的形式，组织机器人活动的兴趣小组。
模式三：
技术教育拓展性课程
使用信息技术或综合实践和校本课程时间，以班级为单位进行技术教育，全面锻炼学生的能力。
模式四：
机器人基地俱乐部
成立本区域的社会实践俱乐部，实施会员管理，定期活动。
模式五：
夏令营、冬令营活动
假期的机器人俱乐部活动，使用机器人实验室招生开设短期技术教育培训，扩大影响。
三、阶段目标
-----根据实际情况选择实验室运行模式。
第一阶段：
主要以教学为主，以班级或自愿报名的形式，组成机器人实验室
机器人主要使用仿真实验平台、AS-MIII平台、AS-EI工程创新模块平台来进行系统教学。
这个阶段的标志性价值：
开发出试用于教学的校本教材，开设机器人公开课，邀请市教育系统和其他学校老师观摩，并在地区进行推广。
主要负责（培训教师、编排课程、协助开发校本教材）
第二阶段：
启动以比赛为主的项目小组，由老师挑选在第一阶段学习中成绩突出的学生，分小组准备教育部、科协、人工智能协会等举办的国际、国内的各类比赛。
在这个阶段，机器人要进行大量的扩展、外形改造、机器人活动场地制作、比赛规则培训等。
阶段标志性价值：
全面投入各类比赛项目，为学校争取荣誉
主要负责（竞赛指导、组织和其他学校的队伍进行比赛交流）
第三阶段：
启动以开发研究为主的实验室系统，由老师和骨干学生组成研究小组，在机器人实用功能开发、机器人通讯、机器人群体社会性研究、机器人视觉、语音开发等项目上做系统开发。
阶段标志性价值：
争取每年有1-2个开发成果，可以参加创新大赛或申请专利。
主要负责（项目设定、项目指导、保持与其他机器人实验室的交流等）
以上阶段相互嵌套、互为依托、按照实际情况确定实验室方向。
二、硬件配置（机器人创新实验室参考环境）
参考实验环境要求，需要准备一下硬件设施（实验室设计图纸中出机器人设备都已显示出来）：
1、性能较好的计算机10-12台
2、机器人设备正在联系相关公司制作方案
3、其他设备储物柜、电脑桌、讲桌、练习场地、实验室位置等
附件2：
机器人课程开课方案
一、前言
机器人实践课程作为我校即将要开设的课程，而我校缺乏相关的教学经验和管理经验，因此在课程的开设和教学上，应当经过学习与模仿——探索与实践——总结与特色，三个阶段，来不断积累我校的机器人课程教学与管理经验。
同时培养我校机器人课程的师资队伍。
二、开课原则
普及机器人教育与参加各类竞赛相互促进，理论与实践相结合，并突出实践的作用，激发学生创新激情，努力提高自身机器人知识水平。
执行严进宽出的学生教学与管理方式，努力发现喜欢和有一定基础的学生进入机器人实践教学。
三、各阶段的具体任务
1、学习与模仿
在实验室建成投入使用初期，在课程安排上和学生选择上应当遵循循序渐进的原则，逐步展开。
课程开设上，应当以教学为主，并进行一定程度的实践，了解我校学生在机器人课程上的水平，同时培养教师在机器人课程上的实践教学水平，为下一步课程的开展打下坚实的基础。
在学生授课上，以小班授课为主，一般不超过12人，并进行淘汰制的教学，最终原则出禁得起实践和比赛考验的学生。
2、探索与实践
在阶段一的基础上，吸取教学经验和管理经验，逐步提高教学管理水平，加强师资力量，丰富机器人课程设置和内容，扩大参加机器人比赛的范围。
3、总结与特色
利用2-3年的时间探索学校机器人实践课程的教学，形成富有实验特色的教学方式和符合教学实际的教学方法。
使课程教学达到多类型、多实践、有特色和能出去的教学效果。
四、考核评价措施
1、教师观察：
科技（机器人）教师应注意观察学生的学习表现，据此安排教学内容，调整教学进度，改善教学方法，必要时开展个别教学指导。
2、与学生谈话：
科技课教师、教育管理者和家长以平等的身份向学生询问一些开放性的问题，了解学生对这些问题的看法或想法。
杰出表现记录：
教师和学生对科技（机器人）学习活动过程中有特殊意义或价值的信息（如学生的超常表现、独特见解、科学创意等）及时记录在案，供终结性评价时参考。
3、测验与考试：
测验与考试主要考查学生对机器人的基础知识和基本技能的掌握程度．在科学课程的评价中有两种用法：
一是在学习开始前对学生的已有知识经验进行摸底；二是在学习告一段落时对学生的学习结果进行总结。
针对不同的要求，可采用口试、笔试、现场操作等方法，着重检查学生分析、解决实际问题的能力。
4、作业法：
即教师提供一项作业任务，从学生完成该作业的质量判断其有关水平与能力。
5、评议法：
涉及学生情感态度与价值观等方面的指标，除上述方法外，还需采用评议法，即先由学生按指标要求自评，然后组成小组让学生互评，最后教师可根据学生自评与互评的结论，参照观察记录、考试与作业情况，作出综合评定。
6、比赛评价：
让学生有组织的参加各级各类的科技（机器人）的比赛，在比赛中让参赛学生的知识和技能得到进一步的提高，同时又是对科技课（机器人）的考核评价。
定期组织内部比赛，并给与一定的奖励。
附件3：
机器人课程授课方案
★→中学科技活动实验室拓展、研究课程
章节
课时
产品
内容参考
第一章
机器人发展概况
1
教材
机器人的故事：
（了解机器人发展的历史）
分组、检索已知的机器人资料、网站，写一篇机器人发展简述的论文，可从不同角度写）
第二章
我的机器人伙伴
1
AS-MIII
认识我的新朋友：
（了解机器人的特点）
1、机器人检查身体，运行自检程序
２、机器人互动，运行表演程序
第三章
机器人是怎么思考
2
VJC仿真版
机器人的思想：
（掌握机器人图形化编程）
1、虚拟机器人的结构和功能
2、机器人走圆形（掌握执行机构的编程）
3、等比求和（掌握变量表达）
4、直角三角形（流程图的数学模型）
５、排序（掌握循环表达）
5、随机走（掌握传感器表达）
5、计算闰年（掌握子程序表达）
7、超越自我（设计程序演示电脑灭火比赛）
第四章
IRobot
20
AS-MIII
基础课
我和伙伴一起成长：
（项目导入教学，自己建构机器人的知识）
1、VJC1.5（机器人真正的思想）
2、机器人唱歌（认识声音传感器）
3、走图形（认识机器人的腿-行走机构）
4、边唱边跳（掌握多进程的编程）
5、动态字符（认识机器人的嘴-显示器）
6、斗牛（认识机器人的眼睛-红外传感器）
7、接力赛跑（认识机器人的触觉-碰撞开关）
8、超越自我（走固定长度的直线）（编码器）
AS-MIII
拓展课
1、测量物体高度（超声测距卡）
２、恒温箱（温度传感器）
３、找地雷（金属传感器）
４、四轮驱动（大功率扩展）
５、指南车（数字指南针）
６、桌上战车（多通道地面检测）
７、机械手臂（伺服电机）
８、超越自我（机器人擂台赛）
AS-MIII
研究课
１、机器人过河（群体机器人通信）
２、昆虫机器人设计（伺服电机应用）
３、野外探险（ＣＭＵ视觉）
４、看家的机器人（红外夜视视觉）
５、“语音”汽车（可录放声卡、红外测距）
６、清扫机器人（数字指南针、清扫装置）
７、超越自我（设计导盲机器人）
AS-ROBI
创新课
新产品可选
1、机器蛇
2、打高尔伏球的机器人
3、画图机器人
4、下棋机器人
5、四足机器人
6、挑战自我（设计人形机器人）
第五章
机器人创新
10
AS-EIB
我会做机器人了：
（掌握机器人创新方法）
1、桥（机构组合）
2、减速齿轮箱（齿轮组合）
3、床（机械动力、蜗杆等）
4、电动钻（动力）
5、信号灯（发送摩尔斯电码SOS）
6、安全门禁（温控）
7、恒星定位仪（光控）
8、直升机（动力控制）
9、电梯（磁控感应、综合）
10、挑战自我（机器人手臂搭建）
第六章
机器人世界
10
AS-MIII
AS-EIB
AS-EIS
AS-ROBI
机器人的世界：
（情景教学模式，设计综合场景、体验真实的机器人世界）
例：
机器人在工厂
（自主选材、自主搭建、自主创新）
车床
磨床
铣床
钻床
输送带
数控中心
立体仓储等
★→中学科技活动实验室科技活动课程
章节
课时
产品
内容参考
第一章
机器人比赛
1
教材
播放视频：
（介绍国际机器人比赛项目，如灭火、足球、走迷宫、救援、格斗、表演等。
）
第二章
完成教育部比赛
（机器人灭火）
6
分项目实施机器人灭火项目：
AS-MIII
１、趋光的飞蛾（训练找火）
灭火装置
２、沿墙走（训练走迷宫）
地面灰度传感器
３、搜索房间（找最佳方式）
火焰传感器
４、灭火（训练灭火）
远红外火焰扩展卡
５、门口探测法（训练探白线）
多通道地面检测
６、回家（更加智能化）
伺服电机
７、搜救装置（更加智能化）
第四章
完成教育部、科协2对2、robcup足球赛，
擂台赛等
8
分项目实施机器人足球项目：
AS-MIII
１、足球检测
足球套件
２、足球机器人安装
大功率电机卡
３、足球机器人改装
ＡＳ６１１芯片
４、增大功率
地面灰度传感器
５、足球机器人检测
远红外火焰扩展卡
６、寻找足球
指南针
７、进攻队员
红外测距卡
８、防守队员
电机、轮胎等
９、足球对抗赛
第五章
完成科协常规项目
８
ＡＳ－ＭＩＩＩ
以寻线或沿墙走的模式，找到更快达到目标的方式。
多通道地面检测
指南针
小底盘
伺服电机
第六章
ＦＲＦＡ３对３
足球赛
６
ＡＳ－ＭＩＩＩ
１、机器人改装
ＣＭＵ视觉系统
２、视觉跟踪球
小底盘
３、足球策略
数字指南针
４、对抗比赛
第七章
其他可完成的比赛项目
１０
ＡＳ－ＭＩＩＩ
ＡＳ－ＥＩＢ
ＡＳ－ＥＩＣＯＮ
ＡＳ－ＴＯＯＬＳ
ＡＳ－扩展
１、教育部舞蹈
２、教育部海洋探险
３、科协创新大赛
４、中国智能机器人大赛（排雷）
５、中国智能机器人大赛（论文）
６、中国智能机器人大赛（戏剧表演
７、所有高中比赛项目
总结
５
要求学生自主设计一个新的实用项目，撰写论文，组织论文答辩，最后请设计方案较好的学生发表演讲。
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