論“創(chuàng)新與實(shí)踐”高級工作室系統(tǒng)解決方案(doc 13頁).doc

ETLabs-S“創(chuàng)新與實(shí)踐”高級工作室系統(tǒng)解決方案 上海廣茂達(dá)伙伴機(jī)器人有限公司Shanghai Grandar Robotics Co.,Ltd目 錄一、前 言2二、高級工作室的產(chǎn)品配置2三、“創(chuàng)新與實(shí)踐”高級工作室教育價(jià)值實(shí)現(xiàn)33.1適用范圍33.2教學(xué)目標(biāo)33.3課程性質(zhì)33.4教學(xué)模式33.5課程的教學(xué)基本內(nèi)容和要求43.6 與其他“創(chuàng)新與實(shí)踐”課程的關(guān)系6四、產(chǎn)品性能指標(biāo)64.1 智能移動機(jī)器人平臺64.2 機(jī)器人專題項(xiàng)目創(chuàng)新平臺9五、ETLabs-S環(huán)境設(shè)計(jì)10六、ETLabs-S的服務(wù)10七、部分正在合作的大學(xué)11八、總結(jié)12一、前 言多年以來，我國的高等教育模式都是以傳授模式為主，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中沒有主動性，沒有興趣，畢業(yè)后缺乏實(shí)際工作所需的技能和適應(yīng)社會的素質(zhì)。為了培養(yǎng)出優(yōu)秀的人才，大學(xué)必須開展創(chuàng)新教育，教育部本科教學(xué)評估已把創(chuàng)新與實(shí)踐教育列為主要評估內(nèi)容之一。 機(jī)器人是多學(xué)科、交叉學(xué)科的綜合體，是最典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。對于工科領(lǐng)域的機(jī)械工程、電子信息、自動控制、傳感器與測試技術(shù)、計(jì)算機(jī)硬件及軟件、人工智能等學(xué)科均是最佳的教學(xué)研究平臺。另外，機(jī)器人是前沿的學(xué)科，易于激發(fā)學(xué)生的興趣。因此建設(shè)以機(jī)器人為主要平臺的創(chuàng)新教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，可以讓各個(gè)專業(yè)的學(xué)生在專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，將理論知識結(jié)合到實(shí)踐中，拓展綜合專業(yè)知識，發(fā)展多元智能，提高其創(chuàng)新、實(shí)踐和自主建構(gòu)知識的能力。本文將為貴校提供以智能機(jī)器人為主要平臺的工科創(chuàng)新教育高級工作室系統(tǒng)解決方案“ETLabs-S”，本方案具有以下特點(diǎn)：（1） 以精心設(shè)計(jì)的動手項(xiàng)目為導(dǎo)向，使學(xué)生在實(shí)施項(xiàng)目的過程中建構(gòu)廣域的工科知識基地，對材料、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)硬件、軟件均有直觀的認(rèn)知。（2） 使學(xué)生在實(shí)踐項(xiàng)目的過程中激發(fā)和強(qiáng)化他們的創(chuàng)造力、動手能力、協(xié)作能力、綜合能力和進(jìn)取精神。（3） 運(yùn)用基于多元智能和多元能力的評價(jià)體系，幫助學(xué)生全方位認(rèn)知自己的能力結(jié)構(gòu)和能力特點(diǎn)，為系統(tǒng)建構(gòu)他們的能力特點(diǎn)打下基礎(chǔ)。（4） 幫助學(xué)生對產(chǎn)品開發(fā)、項(xiàng)目管理等有直觀的認(rèn)知。（5） 采用了先進(jìn)的教育理念，有助于教師掌握全新教育理念，有助于學(xué)校決策層系統(tǒng)推動教育改革。（6） 循序漸進(jìn)的動手項(xiàng)目有很好的趣味性和挑戰(zhàn)性，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（7） 根據(jù)中國教育現(xiàn)狀歷經(jīng)八年開發(fā)成功的系統(tǒng)解決方案，擁有革命性的系列專利產(chǎn)品，以及完善的服務(wù)，能確保教育價(jià)值的實(shí)現(xiàn)。二、高級工作室的產(chǎn)品配置產(chǎn)品名稱型 號圖片數(shù) 量單 價(jià)總 價(jià)說明能力風(fēng)暴智能機(jī)器人大學(xué)辦ASUII20349969980創(chuàng)新與實(shí)踐高級課程套件AS-EIS209,5001900002個(gè)學(xué)生1套，教師使用1套，備用1套，可供40名學(xué)生上課使用總 計(jì)259980注：運(yùn)費(fèi)另計(jì)，產(chǎn)品正常保用一年實(shí)驗(yàn)室建設(shè)：根據(jù)每次服務(wù)40個(gè)學(xué)生計(jì)算，ETLabs-S需配置20張工作臺，一張講臺，21臺電腦，一臺投影儀，另需實(shí)驗(yàn)室裝修費(fèi)用。三、教學(xué)訓(xùn)練適合工科類三、四年級學(xué)生，尤其是機(jī)械、電子、自動控制、信息、計(jì)算機(jī)類專業(yè)學(xué)生。提供循序漸進(jìn)的系統(tǒng)訓(xùn)練課程：創(chuàng)新與實(shí)踐高級課程，提供全套參考教材及資料，貴?？梢栽诖嘶A(chǔ)上開發(fā)具有本校特色的課程。實(shí)驗(yàn)室至少需要配置一名專職教師。3.1適用范圍工科三、四年級學(xué)生，部分理科類高年級學(xué)生。3.2教學(xué)目標(biāo)知識學(xué)習(xí)任務(wù)：對工程學(xué)科有深入的理解和體驗(yàn)，自主建構(gòu)專業(yè)知識。熟悉國內(nèi)外各種類型機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制。創(chuàng)新與實(shí)踐能力培養(yǎng)任務(wù)：十多種創(chuàng)新與實(shí)踐技能強(qiáng)化訓(xùn)練。能力特長培養(yǎng)任務(wù)：進(jìn)一步強(qiáng)化訓(xùn)練自己的能力特長。知識自主建構(gòu)能力培養(yǎng)任務(wù)：進(jìn)一步強(qiáng)化訓(xùn)練自主建構(gòu)知識的能力，通過參與富有挑戰(zhàn)和激動人心的智能機(jī)器人設(shè)計(jì)項(xiàng)目，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生通過本課程專題機(jī)器人設(shè)計(jì)項(xiàng)目的訓(xùn)練，能自主建構(gòu)廣域的工科知識，深入各個(gè)專業(yè)課程知識的建構(gòu)，同時(shí)能進(jìn)一步強(qiáng)化創(chuàng)新和實(shí)踐的能力。3.3課程性質(zhì)創(chuàng)新與實(shí)踐高級課程是創(chuàng)新教育的基礎(chǔ)性課程，是各專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新能力、動手能力等全方位能力，通過動手項(xiàng)目初步體驗(yàn)廣域的工科知識的綜合訓(xùn)練課程，是學(xué)校創(chuàng)新教育的奠基性和開創(chuàng)性課程。3.4教學(xué)模式高級課程可以作為高年級學(xué)生的選修課，2個(gè)學(xué)分。也可以作為學(xué)生課外活動平臺，課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)平臺，機(jī)器人創(chuàng)新競賽平臺和自動化、機(jī)械電子學(xué)科的教學(xué)平臺。在教師引導(dǎo)下，學(xué)生自主了解機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、傳感器和編程控制方法，自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)各種類型的機(jī)器人。創(chuàng)意無限的機(jī)械設(shè)計(jì)體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生想象力和動手能力，使學(xué)生主動學(xué)習(xí)和應(yīng)用機(jī)械、電子控制、自動化系統(tǒng)等專業(yè)課程中的知識。通過設(shè)計(jì)各種類型的機(jī)器人，訓(xùn)練學(xué)生的產(chǎn)品開發(fā)和創(chuàng)新思維能力。通過這些項(xiàng)目的鍛煉，能夠讓學(xué)生深刻領(lǐng)會工科專業(yè)課程：電機(jī)驅(qū)動、計(jì)算機(jī)、C語言、傳感器、自動控制、機(jī)械原理、電子、機(jī)器人學(xué)等，并能產(chǎn)生濃厚的興趣，為以后的專業(yè)課程學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。3.5課程的教學(xué)基本內(nèi)容和要求3.5.1 “創(chuàng)新與實(shí)踐”高級課程導(dǎo)言項(xiàng)目：（1） 團(tuán)隊(duì)激勵(lì)項(xiàng)目，分組，選組長，各組成員策劃組名，口號和動作。知識：（1） 了解工科學(xué)生的知識和能力需求（2） 了解多元智能和多元能力及基于多元智能的評價(jià)體系（3） 了解成功智力理論（4） 了解建構(gòu)主義教學(xué)理念（5） 了解本課程的理論基石（6） 了解試錯(cuò)學(xué)習(xí)方式（7） 了解團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)方式注：若在初級或中級課程的基礎(chǔ)上開設(shè)高級課程，則以上部分項(xiàng)目可作省略處理能力：（1） 發(fā)現(xiàn)自己的能力特長（2） 體驗(yàn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作興趣：（1） 進(jìn)入真正以學(xué)生為本的學(xué)習(xí)氛圍3.5.2 預(yù)備項(xiàng)目項(xiàng)目：（1） 國內(nèi)外機(jī)器人介紹（2） AS-UII機(jī)器人自檢項(xiàng)目（3） AS-UII機(jī)器人演示項(xiàng)目（4） 高級伺服電機(jī)驅(qū)動卡體驗(yàn)項(xiàng)目 知識：（1） 對材料、機(jī)械零件、傳感器、電子器件、單片機(jī)、直流電機(jī)、伺服電機(jī)等有直觀認(rèn)知（2） 掌握交互式C語言的使用（3） 掌握AS-U和高級伺服電機(jī)驅(qū)動卡的使用（4） 掌握傳感器的檢測和電機(jī)的驅(qū)動方法 能力：（1） 培養(yǎng)動手能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，創(chuàng)新能力（2） 培養(yǎng)自學(xué)能力（3） 培養(yǎng)自我認(rèn)識能力興趣：A. 在充滿緊張和成就感的氛圍中團(tuán)隊(duì)合作式進(jìn)行機(jī)器人項(xiàng)目演練B. 自己發(fā)現(xiàn)要探索的知識點(diǎn)3.5.3專題項(xiàng)目項(xiàng)目：（1） 蛇行機(jī)器人項(xiàng)目（2） 追光機(jī)器人項(xiàng)目（3） 昆蟲機(jī)器人項(xiàng)目（4） 舞蹈機(jī)器人比賽項(xiàng)目知識：（1） 對機(jī)械設(shè)計(jì)、控制器設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)有直觀認(rèn)知（2） 對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的流程有直觀認(rèn)知。 （3） 對傳感器有直觀認(rèn)知和應(yīng)用能力（4） 對電機(jī)、傳動系統(tǒng)有直觀認(rèn)知和應(yīng)用能力（5） 掌握基本的電路板焊接技術(shù)能力：（1） 培養(yǎng)空間想象能力、動手能力（2） 培養(yǎng)協(xié)作能力和綜合能力興趣：（1） 在充滿樂趣和成就感的氛圍中自主體驗(yàn)式學(xué)習(xí)（2） 體驗(yàn)機(jī)器人競賽（3） 自己發(fā)現(xiàn)要探索的知識點(diǎn)、搭積木機(jī)器人、機(jī)器手爪、下棋機(jī)器人、步行機(jī)器人、六足機(jī)器人、雙臂機(jī)器人、打高爾夫球機(jī)器人3.5.4 綜合研究項(xiàng)目項(xiàng)目：（1） 機(jī)器人創(chuàng)新比賽項(xiàng)目（2） 論文競賽和演講比賽（3） 持續(xù)能力培養(yǎng)計(jì)劃知識：（1） 對項(xiàng)目管理有直觀認(rèn)知（2） 對頭腦風(fēng)暴創(chuàng)新技法和精確發(fā)明法有直觀認(rèn)知（3） 對機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)硬件和軟件有進(jìn)一步的直觀認(rèn)知和初步的直觀應(yīng)用能力（4） 掌握一定的電子與軟件的調(diào)試技能（5） 了解論文的寫作方式（6） 了解演講稿的寫作和演講的基本技巧（7） 了解自己的能力結(jié)構(gòu)（8） 掌握如何制訂持續(xù)培養(yǎng)能力的計(jì)劃能力：（1） 培養(yǎng)創(chuàng)新能力、動手能力、綜合能力（2） 培養(yǎng)協(xié)作能力和進(jìn)取精神（3） 培養(yǎng)自學(xué)能力和綜合分析能力（4） 培養(yǎng)寫作能力、演講能力、人際交往能力（5） 培養(yǎng)自我認(rèn)識能力興趣：（1） 在實(shí)施挑戰(zhàn)性項(xiàng)目的競賽氛圍中自主體驗(yàn)式學(xué)習(xí)（2） 自主探索知識，發(fā)現(xiàn)更多的問題（3） 擁有成功的喜悅并共享同學(xué)間的鼓勵(lì)以上教學(xué)基本內(nèi)容和要求可以根據(jù)各學(xué)校的具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。3.6 與其他“創(chuàng)新與實(shí)踐”課程的關(guān)系“創(chuàng)新與實(shí)踐”高級課程與初級課程、中級課程、專業(yè)課程在教育理念上一脈相承，知識層面上前后關(guān)聯(lián)，逐步深化，專業(yè)化，能力培養(yǎng)和興趣激發(fā)上逐步遞進(jìn)。高級課程涉及專業(yè)知識，因此只適宜作為選修課。所以，“創(chuàng)新與實(shí)踐”高級課程主要面向三四年級的學(xué)生開課。四、產(chǎn)品性能指標(biāo)4.1 智能移動機(jī)器人平臺AS-UII基本配置：類別硬件名稱配置說明備注傳感器傳感器4個(gè)碰撞開關(guān)（常開）2個(gè)紅外發(fā)射管1個(gè)紅外接收模塊2個(gè)光敏傳感器1個(gè)聲音傳感器（麥克風(fēng)）2個(gè)光電編碼器標(biāo)準(zhǔn)配置人體熱釋片傳感器超聲傳感器連續(xù)測距紅外傳感器數(shù)字指南針溫度傳感器視覺傳感器火焰?zhèn)鞲衅?，等等可擴(kuò)展配件不包含在標(biāo)準(zhǔn)配置中微控制器微控制器CPU（68HC11E1）2個(gè)8位累加器2個(gè)16位變址寄存器1個(gè)8位條件寄存器1個(gè)16位堆棧指針/程序計(jì)數(shù)器M6800/M6801指令系統(tǒng)16位加減乘除指令300余條指令片內(nèi)存儲器512字節(jié)EEPROM可重定位的256字節(jié)RAM無內(nèi)部ROM定時(shí)器和脈沖電路16位定時(shí)器，頻率2MHZ8M晶振，3個(gè)輸入捕捉5個(gè)輸出比較串行口速度2Mbps和PC通信A/D轉(zhuǎn)換器8個(gè)輸入通道4個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器中斷16個(gè)硬件中斷2個(gè)軟件中斷并行I/O口單片方法工作時(shí)38個(gè) I/O擴(kuò)展方式時(shí)8位數(shù)據(jù)單線16位地址總線2個(gè)8位I/O口1個(gè)I/O口可以擴(kuò)展64K存儲器能力風(fēng)暴智能機(jī)器人大學(xué)版的標(biāo)準(zhǔn)配置包括一張多功能擴(kuò)展卡復(fù)位系統(tǒng)上電自動復(fù)位外部RESET復(fù)位看門狗復(fù)位時(shí)鐘監(jiān)視復(fù)位能力風(fēng)暴機(jī)器人采用上電和外部復(fù)位兩種方式外部存儲器32K地址空間，15根地址線4對輸入輸出控制線可擴(kuò)展32個(gè)輸出或輸入口靜態(tài)不揮發(fā)RAM一對輸入輸出可以擴(kuò)展8個(gè)輸出或輸入口電源兩個(gè)電池插座通信MAX202串口驅(qū)動芯片硬件擴(kuò)展總線ASBUSA/ASBUSB共28個(gè)信號線：8個(gè)數(shù)據(jù)總線1個(gè)復(fù)位信號1個(gè)外部中斷輸入腳1個(gè)電源信號1個(gè)電機(jī)電壓2個(gè)地線4路輸入選擇線4路輸出選擇線2個(gè)輸入捕捉口1個(gè)輸出比較口3個(gè)模擬輸入口用戶可根據(jù)總線定義自己開發(fā)擴(kuò)展卡，以便擴(kuò)展機(jī)器人主板功能。只要擴(kuò)展卡地址不沖突，多個(gè)擴(kuò)展卡可采用疊加方式使用。驅(qū)動裝置直流電機(jī)2個(gè)直流電機(jī)差動驅(qū)動喇叭1個(gè)喇叭輸出比較控制LCD1個(gè)LCD顯示實(shí)時(shí)運(yùn)行的信息多功能擴(kuò)展卡8路數(shù)字輸入通道 4路數(shù)字輸出通道 3路模擬輸入通道 4路電機(jī)控制信號輸出 2路輸入捕捉口 能力風(fēng)暴智能機(jī)器人大學(xué)版的標(biāo)準(zhǔn)配置包括一張多功能擴(kuò)展卡本體參數(shù)外形尺寸：220mmH150mm重量：1.1kg 運(yùn)動性能可實(shí)現(xiàn)R=0轉(zhuǎn)彎，速度可調(diào)，最大速度：0.6m/s機(jī)械擴(kuò)展能力至個(gè)直流電機(jī)；至個(gè)步進(jìn)電機(jī)或者交流伺服電機(jī)；至個(gè)繼電器、電繼閥、記憶合金；至個(gè)燈泡、電熱絲、蜂鳴器。電子擴(kuò)展能力至幾百路位模擬輸入；至幾十路輸出捕捉；路數(shù)字式輸出。擴(kuò)展實(shí)例：超聲測距卡，紅外測距卡，路伺服電機(jī)驅(qū)動卡，路輸入輸出卡。軟件開發(fā)能力標(biāo)準(zhǔn)語言子集，簡潔的專業(yè)程序員語言；支持浮點(diǎn)運(yùn)算、指針、多維數(shù)組；先進(jìn)的多任務(wù)操作系統(tǒng)；便于學(xué)習(xí)的圖形化交互式語言；眾多的驅(qū)動程序和應(yīng)用程序代碼。從流程圖編程開始，容易上手，激發(fā)興趣，又可以從流程圖自動生成C語言，并可以直接用C語言編程實(shí)現(xiàn)控制，從而得以深入學(xué)習(xí)語言。 VJC編程界面，左邊流程圖，右邊C語言4.2 機(jī)器人專題項(xiàng)目創(chuàng)新平臺組件數(shù)： 185個(gè)主要器件： 伺服電機(jī)： 8個(gè) 高級伺服電機(jī)驅(qū)動卡： 1個(gè) 伺服電機(jī)搖臂： 8個(gè) 夾持組合件： 1個(gè) 光敏傳感器： 4個(gè) 燈: 2個(gè) 9V電源適配器： 1個(gè)利用創(chuàng)新平臺可以組成舞蹈機(jī)器人、搭積木機(jī)器人、機(jī)器手爪、下棋機(jī)器人、步行機(jī)器人、四足機(jī)器人、六足機(jī)器人、蛇行機(jī)器人、雙臂機(jī)器人、追光機(jī)器人、打高爾夫球機(jī)器人等。舞蹈機(jī)器人 下棋機(jī)器人 六足機(jī)器人 蛇形機(jī)器人五、ETLabs-S環(huán)境設(shè)計(jì)目前的實(shí)驗(yàn)環(huán)境均比較生硬?！皠?chuàng)新與實(shí)踐”高級工作室的環(huán)境設(shè)計(jì)遵循以下原則：（1） 以人為本，營造一個(gè)有親和力，有創(chuàng)新氛圍的全新學(xué)習(xí)空間。（2） 課桌四周有充分的活動空間和比賽空間。（3） 力求體現(xiàn)學(xué)校特色，提升學(xué)校形象?！皠?chuàng)新與實(shí)踐”高級工作室的面積推薦為120150平方米。參考圖六、ETLabs-S的服務(wù)ETLabs-S是系統(tǒng)解決方案，包含一系列量身定做的服務(wù)，下列服務(wù)不需另外付費(fèi)：（1） 一次手把手培訓(xùn)服務(wù)（確保上課老師上崗）（2） 提供全套課程標(biāo)準(zhǔn)、參考教材和教學(xué)方案（3） 一次教材開發(fā)支持（4） 一次工作室環(huán)境設(shè)計(jì)（5） 一次省、部或國家級教學(xué)環(huán)境研究資金立項(xiàng)申請支持（6） 教學(xué)平臺免費(fèi)保用一年服務(wù)以下服務(wù)需計(jì)費(fèi)：（1） 以上服務(wù)超出次數(shù)的部分（2） 合作研究（3） 國際交流（4） 緊急代上課程七、部分正在合作的大學(xué)（1） 英國女王大學(xué)（2） 哈爾濱工程大學(xué)（3） 江蘇大學(xué)（4） 四川大學(xué)（5） 江蘇科技大學(xué)（6） 上海交通大學(xué)（7） 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)（8） 重慶工學(xué)院（9） 常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院（10） 北京聯(lián)合大學(xué)（11） 蘭州大學(xué)（12） 復(fù)旦大學(xué)（13） 北京航空航天大學(xué)（14） 山東大學(xué)（15） 北京工商大學(xué)（16） 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)（17） 鹽城工學(xué)院（18） 山東理工大學(xué)（19） 第二炮兵工程學(xué)院（20） 上海大學(xué)（21） 合肥工業(yè)大學(xué)（22） 青島大學(xué)（23） 北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院（24） 北方工業(yè)大學(xué)（25） 北京交通大學(xué)（26） 北京印刷學(xué)院（27） 東北大學(xué)（28） 南京師范大學(xué)（29） 天津師范大學(xué)（30） 蘇州大學(xué)（31） 重慶工學(xué)院（32） 重慶郵電學(xué)院（33） 上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院（34） 南京林業(yè)大學(xué)（35） 淮安職業(yè)信息學(xué)院（36） 蘇州經(jīng)貿(mào)學(xué)院。 。八、總結(jié)全球工科教育正面向培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，動手能力，協(xié)作能力等核心素養(yǎng)發(fā)展，中國工科教育有沉重的傳授式教育的痼疾，中國工科畢業(yè)生創(chuàng)新能力、動手能力和協(xié)作能力薄弱，正迫切需要?jiǎng)?chuàng)新教育。廣茂達(dá)經(jīng)數(shù)年精心研究推出的 “創(chuàng)新與實(shí)踐”工作室系統(tǒng)解決方案，理念創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新、服務(wù)創(chuàng)新、設(shè)計(jì)完備、操作清晰，是中國唯一全