智能机器人课程

《互动媒体技术》课程的开发和实施温州中学谢作如2012.8.29目录引言选题实施效果反思结语一、引言——从浙大饮水机娘说起几个发人深思的科技制作案例浙大CCNT实验室饮水机，因一名浙大学生为其安装了感应器，使其在水开和没热水的时候会自动发一条微博。因为微博内容非常萌，瞬间走红于网络。上海世博会广东馆的《生命之树》深受游客喜爱，不过是3Dmax+SWF+传感器的作品；温州科技馆花巨资购买各种互动媒体作品，如《匹诺曹》等。其实是swf动画加上电机输出功能；我校学生制作语言对话机器人，实现简单的语音识别，震惊了众多的观众。学生的“科技素养”来源科学课程？物理化学生物信息技术课程？通用技术课程？综合实践活动课程？二、选题——寻找受学生欢迎的课程走进开源系统（施芳岳）信息学奥赛（舒春平）网页设计与制作（陈敏、林赛雅、吴晋林）Flash动漫设计（余军）机器人入门、互动媒体技术（谢作如）易语言编程（林赛雅）体验Web2.0（王笑丘）我校信息技术校本课程列表（2006以来）为什么选择《互动媒体技术》《互动媒体技术》课程体现了基础性、综合性、趣味性、发展性。软硬件相结合（虚实结合），涉及了数学、艺术、机械学、电子学、工程学、自动控制、计算机、人工智能等学习领域。学校在智能机器人方面积累了大量的软硬件资源。做自己擅长的！什么是互动媒体百度百科中将互动媒体等同为多媒体。但将“互动多媒体”解释为：多媒体技术是使用计算机交互式综合技术和数字通信网络技术处理多种表示媒体文本、图形、图像、视频和声音，使多种信息建立逻辑连接，集成为一个交互系统。并指出互动多媒体技术被广泛应用在了各类展厅中，如：博物馆、科技馆、企业展厅等。维基百科未收录互动媒体和互动多媒体这一词条。但将“互动式多媒体”和“交互式多媒体”统一解释为：多媒体是数位化的方式组织文字、相片、视觉艺术、声音、动画、影像。当多媒体的使用者或是观看者，可以自主性操作多媒体内的元件或元素可以在任何时间传递或上传，叫做交互式多媒体。使用者需透过多者接口来执行，如现今社会上大多可与人互动的接口，电脑，手机，各个游戏平台，以及大型游戏机台等。互动媒体和新媒体、数字媒体的关系范围最大的应该是“新媒体”，无论哪个时代，新媒体始终指代当时处于前沿的媒体力量；其次是数字媒体，它是我们现在所处时代的“新媒体”；范围最小的是互动媒体，它是数字媒体的重要“交互分支”。我对互动媒体的定义基于新技术的具有反馈、交流特征的信息展示系统，是一种崭新的媒介形式。观众借助键盘、鼠标、数据手套、摄像头、麦克风、传感器等外围输入设备，配合相应的软件实现人机交互，得到全新的感官体验。从本质上说，“互动媒体”是“数字媒体”的一个交互分支，是一种特殊的信息传播媒介。可参照的名词：互动装置艺术、数码游戏。什么是互动媒体技术互动媒体技术也称多媒体互动技术，是一个新生的名词，其关注计算机和外界环境的信息互动。在科技馆中常见的电子鱼缸、互动投影、虚拟翻书和4D影院等科普观赏项目，正是采用互动媒体技术建构，其体现了科技和艺术结合的神奇魅力。核心：人机交互、信息互动互动媒体技术的图示计算机处理多样化的输入鼠标、键盘、摄像头、传感器、触控屏……多样化的输出显示屏、投影仪、灯光、马达……三、实施——一场有趣而艰难的探索《互动媒体技术》课程学什么互动媒体技术的核心内容是传感器技术、单片机技术、编程技术和通讯技术，涵盖了机械学、电子学、工程学、自动控制、计算机和人工智能等领域。《互动媒体技术》课程的主要内容为：以Arduino开源软硬件平台为基础，结合常见的编程语言，参照常见的互动媒体作品，通过一系列的互动媒体实验，指导学生把新奇创意变身为现实，从而培养学生的科学、技术、工程和数学素养（STEM素养）。软硬件平台的选择编程语言：processing；VB；Flash；VB.net（netduino）；Scratch、S4A硬件：商业机器人；AVR学习板；Arduino；选择原则：1、软件技术门槛低；2、硬件成本低；3、可扩展性强。课程实施要素授课对象：高一、二学生（同样适用于初中）班级人数：20人以内课时安排：18课时（9个专题，每个专题2课时）教学方法：项目教学法评价方式：作品评价法教学器材：Scratch传感器板、S4A学习套件Arduino介绍Arduino是一个基于开放原始码的软硬体平台，具有使用类似Java、C语言的开发环境。Arduino诞生之初是为嵌入式开发的学习而生，但发展到今天，Arduino被称为“科技艺术”，作为一种新“玩具”，甚至新的艺术载体，吸引了各个领域的爱好者。价格低廉，功能强大；具备了图形化编程界面。Scratch介绍Scratch是由MITMediaLab开发的一种适于8岁以上孩子的图形化编程语言。Scratch提供了外部传感器和乐高WEDO马达的接口，只要拖拽积木图标，就可以制作出各种互动的作品。S4A介绍S4A是scratch的修改版本，提供对Arduino的支持。它保留了Scratch的原有特点，主要采用Arduino作为传感器和执行器的控制平台，提供了6组模拟输入接口，2组数字输入接口，2组舵机输出接口，6组数字输出接口（含3组PWM输出接口）。S4A支持的传感器更加丰富，其提供了远程传感器的协议和安卓手机的配套程序。相对Scratch来说，S4A编写出的作品交互功能更加强大。四、效果——让学生的创意飞扬基本作品：跷跷板使用倾角传感器控制画面中的跷跷板。视频展示基本作品：感知外界环境变化的画使用温度、光线、湿度、雨点等传感器，控制电脑中的一张风景画。风景画可以根据Arduino传回的数据发生变化，如风景画会随着外面的亮度变明暗，外面下雨时湖面上会有雨滴出现等。视频展示。Arduino板传感器1传感器2PC（显示屏）根据传感器信息，让画布产生变化无线通讯作品的互动原理基本作品：虚拟机械臂用两个角度传感器和按钮传感器，控制屏幕中机械臂取苹果。视频展示拓展作品：激光测距测高仪使用三只激光和角度传感器实现对远处物体的测距和测高。拓展作品：可编程型电动显示器支架通过设计和制作一个可进行自动调节的电动显示器支架，方便使用者调整显示器到一个舒适的位置，也可通过颈椎保护程序来自动调节，从而预防或治疗长时间使用电脑者的颈椎病，另外也具备一定的防止近视的功效。拓展作品：校园天气预报装置使用温度、湿度、气压等传感器，通过zigbee协议将数据汇总到服务器，以web形式展示在学校大屏幕和校园网主页。特色展示：智能手机和S4A的互联在《互动媒体技术》课程中，涉及与物联网、智能家居之类技术前沿领域，甚至结合了智能手机的各种应用。特色展示：摄像头和S4A的互联摄像头可以作为传感器和S4A互动，这是非常有趣的功能扩展。视频展示。（略）课例展示《传感器信息的获取》《外界信息的获取》位于《互动媒体技术》课程的第三单元第一个主题。之前学生已经学习了scratch的编程，scratch传感器板的使用方法和传感器的知识，能够编写基于scratch传感器板的简单的互动媒体作品。学习重点：传感器类型和如何获取传感器信息，并进行相应的处理。难点分析：因为学生第一次接触arduino，传感器和扩展板的连接是教学难点。视频片段五、反思——互动媒体技术课程的价值什么是STEMSTEM是科学（ScienceENCE）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科的简写。STEM这个缩写是一个相对比较新的产物。2001年之前，常用的缩写还是SMET，科学、数学、工程和技术。美国国家科学基金会（NSF）是第一个开始将四门学科统称为STEM的，这反映了一种教育哲学的变化。STEM素养是一个多学科交叉的研究领域，但STEM素养并不是科学素养、技术素养、工程素养和数学素养的简单组合，而是强调把学生学习到的零碎知识与机械过程转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程。STEM的受关注程度（美国）在109届国会中，有三项STEM教育项目被通过并被写进了法律。在2007年春天和夏天，一些主要的STEM教育立法建议被纳入2007年《美国竞争力法》，在110届国会会议中通过并生效。2009年1月，美国国家科学委员会代表NSF发布致美国当选总统奥巴马的一封公开信，其主题是《改善所有美国学生的科学、技术、工程和数学（简称STEM）教育》。奥巴马在演讲中提出：美国联邦政府将出台一揽子计划，将在未来十年中招聘和培训更多的教师，大幅提高学生的数学和科学水平。要求国家自然科学基金委员会和教育部仔细研究，并提出切实可行的措施加以落实。2011年3月，由美国技术教育协会主办的73届国际技术教育大会在美国明尼苏达州明尼阿波利斯市举行。会议主题为“准备STEM劳动力：为了下一代”。《参考消息》2011年5月摘自美国《时代》周刊网站文章，该文指出STEM教育正在成为美国乃至世界理工科教育的热点。由昆士兰科技大学和北京师范大学联合举办的第二届科学、技术、工程、数学（STEM，Science、Technology、Engineering、Mathematics的简称）教育应用国际会议将于2012年11月24日至27日在北京召开。美国人为什么关注STEM对STEM教育的关注是由于美国面临着越来越激烈的国际竞争，美国对其世界领导者的地位开始有种危机感。而美国人认为：提高K-12STEM教育能帮助美国在两方面提高竞争力：第一，提高STEM教育，可以使更多学生为将来从事不同的科学和技术领域工作而做好准备；第二，提高STEM教育，可以提高整个国家人口的科学和技术水平。最终这些改变将会提高美国在全球化市场中的竞争力，应对不同的经济的和非经济的威胁，提高整体的生活质量。为什么选择《互动媒体技术》对国家机器人教育（竞赛驱动）的失望。对技术课程设置的思考。核心目标——信息素养的淡出。移动设备的普及，让我们无法回避已经逐步淡出信息技术课程的某些内容。信息技术和通用技术、物理、数学、工程和科学学科之间的联系。学生的学习需求。我们又不得不重新面对的内容？如：传感器、通讯、协议手机中有哪些传感器？磁控传感器（干簧管传感器、霍尔传感器）光线传感器触摸传感器（电阻式触摸屏、电容式触摸屏）电子指南针（磁阻传感器）三轴陀螺仪（加速度传感器）距离传感器、重力计……为什么不选择《智能机器人》课程智能机器人课程也是一门综合性的、跨学科的课程。《互动媒体技术》课程和传统的智能机器人课程密切联系，涵盖的学科领域十分相近。但是二者又各有侧重。相对来说，智能机器人技术侧重于电子控制，如单片机的输入和输出，以及动作执行；互动媒体技术则侧重于通讯和媒体展示，即人机互动。从技术门槛上看，互动媒体技术直接与电脑进行交互，门槛较低，娱乐性更强，不仅适合有科技特长的学生，也适合在艺术上有特长的学生，收益范围更广。如互动媒体技术可以研究flash和传感器的互动，摄像头的图像和视频处理，而这一点就不是智能机器人研究的范围了。如何开发受学生欢迎的课程符合四点要求：清晰的目标（期望学生到哪里去？）适切的内容（需要用什么知识或活动作为载体？）有序的实施（怎样带学生去那里？）恰当的评价（如何确定他们已经到那里了？）满足学生个性化发展需求。六、结语——关于课程核心价值其一技术是有趣的，是可以吸引学生的；技术是有用的，技术结合其他领域后，价值更高；技术是发展的，学校教育要让学生接触最新的技术。其二我们特别需要抓住尚未进入大学之前的听众，包括教师、父母和学生，向他们传送下面两个主要信息：智力上的挑战和引人入胜的科学问题依旧亟待理解和解决。这些问题和解答仅仅受限于我们自己的好奇心和创造力；同时一个人可以主修计算机科学而从事任何行业。——周以真教授（计算思维倡导者）感谢倾听、期待交流！