張家荃

摘 要：電腦鼠是使用嵌入式微控制器、傳感器和機(jī)電運(yùn)動(dòng)部件構(gòu)成的一種微型機(jī)器人，可以在迷宮中自動(dòng)記憶和選擇路徑，快速地達(dá)到所設(shè)定的目的地。它是一個(gè)集多項(xiàng)工程學(xué)科知識(shí)于一體的小型系統(tǒng)，結(jié)合了機(jī)械工程、電子工程、自動(dòng)控制、傳感與測試技術(shù)、程序設(shè)計(jì)和人工智能算法等多專業(yè)知識(shí)。本文以電腦鼠走迷宮項(xiàng)目為例，介紹了在中等職業(yè)院校的人工智能教育領(lǐng)域開展人工智能基礎(chǔ)教育教學(xué)的方式及成效。

關(guān)鍵詞：電腦鼠;人工智能;職業(yè)教育

為把握世界人工智能發(fā)展趨勢(shì)，近年來中國持續(xù)致力發(fā)展人工智能教育。為此，我校積極探索在中等職業(yè)院校中開展人工智能基礎(chǔ)教育教學(xué)的方式方法，開設(shè)了《智能創(chuàng)意機(jī)器人》專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程選取Micromouse電腦鼠為教學(xué)項(xiàng)目載體，采用EPIP工程實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)模式，在學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、邏輯思維能力以及創(chuàng)新創(chuàng)意能力。

一、人工智能教育在中職學(xué)校開展的關(guān)鍵點(diǎn)

（1）多學(xué)科綜合運(yùn)用能力：人工智能系統(tǒng)是一個(gè)集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉高度一體化的復(fù)雜系統(tǒng)，因而具備多學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)、多學(xué)科的學(xué)習(xí)整合能力、多領(lǐng)域的理解力尤為重要。（2）計(jì)算機(jī)編程能力：人工智能研究的目標(biāo)是通過編寫程序來模仿和檢驗(yàn)的關(guān)人類智能的理論。人工智能離不開“計(jì)算思維”“編程能力”，所謂計(jì)算思維是指以計(jì)算機(jī)編程程序?yàn)檩d體，以計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行邏輯思維，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的思維邏輯。

可見，人工智能離不開計(jì)算機(jī)編程，C語言、JAVA等語言編程課程對(duì)于中職學(xué)生來說難度較大，學(xué)生容易產(chǎn)生畏難情緒放棄學(xué)習(xí)。為此，亟需開設(shè)相應(yīng)課程，選擇合適的載體降低學(xué)習(xí)難度，使學(xué)生能夠掌握編程技能。

二、我校開展人工智能基礎(chǔ)教育的方法及成果

自2017年起，我校依托提升辦學(xué)能力國際先進(jìn)水平重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，全方位打造機(jī)電技術(shù)應(yīng)用（工業(yè)機(jī)器人方向）專業(yè)，主要形式有Reference to Figure 2：（1）在學(xué)校專業(yè)教學(xué)中開設(shè)了《智能創(chuàng)意機(jī)器人》這門專業(yè)基礎(chǔ)課，作為我校的人工智能科普課程。該課程包含創(chuàng)意機(jī)器人項(xiàng)目、Micromouse電腦鼠項(xiàng)目兩大部分內(nèi)容。（2）在校內(nèi)成立“雙創(chuàng)空間”社團(tuán)，打造EPIP工程實(shí)踐創(chuàng)新體驗(yàn)中心，建立面向青少年和社會(huì)公眾的人工智能科普公共服務(wù)平臺(tái)，開展多種形式的普職交流，2018年學(xué)校獲得全國青少年人工智能活動(dòng)特色單位稱號(hào);2018年學(xué)校獲批為全國青少年機(jī)器人技術(shù)等級(jí)考試鑒定中心，面向社會(huì)開放，承接培訓(xùn)鑒定服務(wù)，獲2018年青少年科普工作優(yōu)秀單位稱號(hào)。以2017級(jí)機(jī)電技術(shù)應(yīng)用專業(yè)班級(jí)為試點(diǎn)開設(shè)了該課程，該班8名同學(xué)分別參加了雙創(chuàng)空間社團(tuán)和工業(yè)機(jī)器人集訓(xùn)隊(duì)，2017年以來多次參加各級(jí)別機(jī)器人競賽，收獲可喜成績。榮獲第十七屆、十八屆天津市青少年機(jī)器人競賽高中組別工程創(chuàng)新賽項(xiàng)比賽一等獎(jiǎng)2組、二等獎(jiǎng)3組;全國青少年機(jī)器人挑戰(zhàn)賽總決賽中獲得二等獎(jiǎng);2018年世界教育機(jī)器人錦標(biāo)賽中獲二等獎(jiǎng);在首屆EPIP魯班工坊國際邀請(qǐng)賽中，獲得電腦鼠走迷宮項(xiàng)目最快速度獎(jiǎng);工業(yè)機(jī)器人市級(jí)比賽獲一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、國家級(jí)比賽獲二等獎(jiǎng)1項(xiàng);2018年在全國職業(yè)學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)效創(chuàng)業(yè)大賽獲三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

三、Micromouse電腦鼠項(xiàng)目教學(xué)應(yīng)用實(shí)例

（1）項(xiàng)目名稱：Micromouse電腦鼠循跡走直線。

（2）需掌握的知識(shí)技能點(diǎn)：姿勢(shì)修正子程序，即根據(jù)左右兩側(cè)紅外傳感器接收的反饋信號(hào)來判斷電腦鼠偏離迷宮巷道中軸線的程度，通過調(diào)整步進(jìn)電機(jī)工作脈沖使某一邊電機(jī)減速來修正電腦鼠的行駛方向，使其基本行走在中軸線附近。

（3）前期學(xué)習(xí)基礎(chǔ)：通過基礎(chǔ)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生在本課前已掌握Arduino開發(fā)軟件、控制器、電機(jī)、藍(lán)牙模塊以及紅外傳感器測距等相關(guān)知識(shí)，并且能夠運(yùn)用軟件完成電機(jī)控制下的直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的程序編寫。

（4）教法、學(xué)法：EPIP（工程實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目）教學(xué)方法、小組學(xué)習(xí)法教學(xué)安排：課上發(fā)布項(xiàng)目任務(wù)，要求實(shí)現(xiàn)利用電腦鼠前端左右兩側(cè)紅外傳感器測距，通過編程實(shí)現(xiàn)電腦鼠自動(dòng)走直線——編寫姿勢(shì)修正子程序。

首先，完成無校正走直線程序，之前在做電腦鼠驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目時(shí)，電腦鼠不可避免的會(huì)向一側(cè)偏移，這是由于電機(jī)的工業(yè)誤差、導(dǎo)線長度、焊接工藝以及輪胎摩擦等原因造成的。因此，首先安排學(xué)生以小組單位進(jìn)行電腦鼠左右兩只電機(jī)的速度，讓電腦鼠可以在無校正時(shí)近似的走直線，這需要使用PWM調(diào)速的方法，通過多次試驗(yàn)，選出合適的模擬量，至少這個(gè)數(shù)值下電腦鼠可以行走三個(gè)單元格而沒有明顯的偏移。結(jié)合電腦鼠電路圖可知引腳連接情況為左電機(jī)，右電機(jī)，左前傳感器L，右前傳感器R。接下來，需要加入傳感器模塊的數(shù)值條件了，用到的是左前傳感器L以及右前傳感器R，引導(dǎo)學(xué)生思考通過測量的數(shù)值判斷電腦鼠是否發(fā)生偏移以及相應(yīng)的解決方式。以小組為單位用流程圖的方式一一進(jìn)行展示說明，最終由教師確定電腦鼠循跡走直線的流程圖。然后，讓學(xué)生分組進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，按照流程圖所示的四種情況對(duì)電腦鼠完成圖形化編程，使其能夠循跡走直線。學(xué)生可以下載自己編譯好的程序，將電腦鼠放在測試場進(jìn)行測試，反復(fù)進(jìn)行調(diào)試。最后，以組間競賽的形式開展一場電腦鼠循跡走直線比賽，增加學(xué)習(xí)的趣味性。

依托電腦鼠項(xiàng)目能夠更好地在中等職業(yè)教育領(lǐng)域開展人工智能基礎(chǔ)技能教學(xué)工作，我校將進(jìn)一步開發(fā)Micromouse電腦鼠項(xiàng)目在教育教學(xué)中的應(yīng)用形式，借助EPIP工程實(shí)踐創(chuàng)新體驗(yàn)中心開展多種多樣的體驗(yàn)活動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

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