前言：中文期刊网精心挑选了机器人实验室范文供你参考和学习，希望我们的参考范文能激发你的文章创作灵感，欢迎阅读。
机器人实验室范文1
一、引言
机器人技术作为控制技术、信息技术和电气工程技术的典型代表，已成为各个国家竞相发展的技术。近年来，国内外兴起的各种机器人赛事为机器人技术的发展提供了一个良好的平台。各个学校争相组队参加各类赛事。但是，目前的机器人竞赛所采用的机器人基本上不采用微机控制，机器人本体也大多由各个专业的机器人制造公司制造，学生本身并不能从根本上剖析、分解机器人，留给学生自己动手的部分较少，没有采用微机控制。因此，机器人虽然专业性很强，但可扩展性较差。所以，有必要建设能真正提高学生实践和创新能力的机器人实验室。
二、建设意义
基于微机的行走机器人可以整合多方面的知识，包括：单片机技术、图形图像处理技术、上位机软件编程技术、触摸屏设计技术、电机与拖动技术、微机接口技术等等。因此，基于微机的行走机器人实验室建设可以加深学生对这些知识的掌握。另外，由于采用了微机控制，学生可以把自己的创新思想方便地通过高级语言体现出来，实现不同的目的，如：点菜机器人，迎宾机器人，图书管理机器人等等。同时，这些功能的实现完全通过高级语言，有助于降低机器人的成本，无需更换任何硬件模块。因此，基于微机的行走机器人创新实验室建设，对于学生基本专业技能的掌握和学生实践创新能力的提高，都有着非常积极的意义。
三、建设思路和目标
机器人实验室主要服务于工科的电气工程及其自动化、自动化、机械制造及其自动化、计算机科学与技术、通信工程等专业。对于这些专业的学生而言，在教师的带领下，从底层做起，自主完成基于微机控制的行走机器人并不是一件特别困难的事情，它主要由行走模块、单片机控制模块、通信模块以及功能实现模块等四个部分组成。
1.行走模块
行走模块涉及机架、底座、电源、万向轮、驱动轮以及电机等部分。当然，万向轮及驱动轮可以用履带代替。这一部分的实现除了底座及机架可以委托订做外，其它组件一般都直接购买。行走机器人不外接电源，同时能承受一定的负载，因此，电源一般采用蓄电池，其重量较大，故底座及机架需具有较高的强度。电机也有两种，一种控制行走，另一种控制方向。
2.单片机控制模块
单片机控制模块连接电机及上位机，它从上位机接受指令，经过单片机处理后，向电机发送前进、后退、转向等信号。电机有两种，因此，单片机控制模块也有两种，一种控制电机是否转动，即是否行走；另一种则控制万向轮的方向。
3.通信模块
上位机与下位机的通信方式有多种。这一模块往往也是新技术应用最多的模块。单片机和上位机之间除了传统的直接有线连接以外，还可以用RFID技术实现100米内无线控制，甚至可以采用GSM模块通过手机短信的方式加以控制。即上位机与下位机都增加无线模块，上位机发送出的指令通过上位机连接的无线模块发出，再通过下位机连接的无线模块接收，然后将信息传递给单片机。由单片机来控制电机。
4.功能实现模块
机器人往往不能通过鼠标操作，因此，机器人一般采用触摸屏来实现输入。功能的实现可以使用一些可视化编程语言，如C++Builder等。另外，为了扩展机器人的功能，可以为机器人添加摄像头，各种传感器。各种通信模块等。例如，要实现安保机器人，可以让机器人行走到指定位置巡逻。将安装在机器人上的摄像头拍摄到的视频通过无线通信模块实时传输到控制中心。
通过以上四个模块的建设，就可以实现特定功能的行走机器人，如点菜机器人、迎宾机器人，避障机器人、图书管理机器人等等。由于使用了微机控制，利用微机的丰富接口，可以连接摄像头、各种无线通信模块以及各种传感器等等，进一步扩展了行走机器人的功能。这些机器入的制作，既能提高学生的实践创新能力，又能为教师在更高层次的研究提供实验条件。例如，多台机器人安保时的路径规划研究，用于机器人行走轨迹控制的图形图像处理技术研究等等。
四、结论与展望
基于微机控制的行走机器人创新实验室建设，既可以使学生更好地掌握本科阶段的主干课程，又能提高学生的实践能力和创新能力，同时也能为教师的科研提供平台。微机控制行走机器人的制作相对简单，成本较低，易于扩展，应用广泛，值得推广。
参考文献：
机器人实验室范文2
“高等学校本科教学质量与教学工程”要求高校推进素质教育，着力培养大学生的创新精神和实践能力。机器人是跨专业、多学科理论与技术综合的高新技术产品和系统，是进行创新教育改革的理想对象。我们应以机器人技术为载体，进行人才培养模式创新实验，秉持综合素质高、实践能力强的创新型人才培养理念，以课程体系、教学方法改革及创新人才培养基地为支撑，建立一套完整的大学生创新能力培养体系和完善的运行机制，在创新实践活动和机器人竞赛的引导下，培养学生综合应用能力、科研创新能力和工程实践能力。
二、改革的目标思路
为推进机器人相关学科高等教育课程的创新型人才培养模式改革，进一步提高教学质量，根据高等学校教学质量与教学改革的总体部署，依托南京邮电大学控制理论与控制工程、模式识别与智能系统等高水平学科点，将在建的“网络机器人控制实验室”建成具有一定规模、体系完整、特色鲜明、开发共享的人才培养模式创新实验基地，使之成为自动化、计算机科学与技术等相关专业高层次和创新人才培养的实验基地，以满足新时期实施素质教育和培养创新人才的需要。实验平台建设的具体目标如下。
1.建成特色鲜明的以先进机器人系统为载体、多学科融合的创新教育平台，为自动化、计算机等相关专业的学生提供一个标准的实验教学平台。
2.建成一个高标准、高起点、开放的、注重创新能力培养的学生科技创新基地和教师创新教学改革研究基地。
开展创新教育教学，通过多学科融合的教学体系建设、教学方法和指导模式的改革，形成科学、系统、高效的高素质创新人才培养体系，进一步探索知识、能力、素质协调统一的人才培养模式，培养在坚实的理论基础上，具有创新精神和创业能力强的高素质人才。
三、创建平台的建设内容
基于机器人系统这一综合平台，以课程体系、教学方法及创新人才培养模式为着眼点，建立完整的实验平台，具体建设内容如下。
1.先进机器人系统创新实验平台。平台的建设能够起到培养具有突出创新精神、较高综合素质的高级应用型人才的作用，同时还成为整合学校硬件资源、软件资源、师资资源的桥梁与纽带，为工科群的内涵建设奠定坚实的基础，形成包含工科创新人才培养模式以及相关配套措施，形成教师与学生融为一体、高年级与低年级学生融合为一体、不同专业的学生融为一体，以自主学习与探索性学习为特征、以科技创新为重点的新型团队公关形式，在规范化流程的实施过程中体现了“过程培养人”的教育理念。
2.智能机器人实验平台主要包括轮式机器人实验系统和类人机器人实验系统两个主流的机器人平台。这两个平台的建设能提高学生的动手及创新能力。依托与网络机器人中央地方共建实验室的建设，建立轮式机器人实验系统，系统中机器人配备摄像头、激光等传感器，学生可以从中学习信息如何进行采集、如何进行处理及如何进行利用等多种知识，学习如何编写程序实现一系列的功能。在类人机器人实验系统中，机器人各关节（如膝关节、腕关节、踝关节、颈部等）的运动及姿态由位于关节处的电机控制，依据所使用的电机个数的不同，机器人有不同的自由度，训练学生通过控制电机来实现机器人的行走、舞蹈及踢球等各种动作，将书本上的运动学及逆运动学的知识生动地再现，激发学生的学习兴趣。
3.进行课程体系改革。基于机器人平台构建专业课程群，机器人是多学科、多技术的综合体，是生动的专业课程综合教学实验平台。因此，我们将以先进的机器人系统为载体，为自动化、计算机相关专业构建多学科融合的综合实验教学平台，承担自动控制技术、计算机视觉、机器人技术、运动控制、图像处理等专业课程的创新实验教学任务。
4.科技创新实验平台建设。机器人是极富挑战性和趣味性的领域，最能激发学生的创新能量，本实验平台将建设成为学生课题研究、毕业设计、科技创新活动的重要基地，如组织学生参加机器人大赛、飞思卡尔智能车比赛等。机器人竞赛是培养学生创新精神、提高学生动手能力的有效形式。参加这项竞赛，可以培养学生查阅资料能力、自学能力、分析问题与解决问题的能力、综合设计与调试能力、科技论文写作能力，培养了学生理论联系实际的作风、团结协作精神和创新意识。为此，我们将机器人竞赛作为学生创新能力培养的平台。近三年来，指导我校学生在国际和国内机器人比赛中斩获多项奖励，一个世界冠军、一个中国冠军、一个江苏省机器人大赛冠军、两个国际比赛亚军等。机器人竞赛的全面开展对提升电类专业学生的创新实践能力和增强就业竞争力发挥了积极作用，也加深了对自动化类课程实践教学重要性和必要性的认识，强化了学生动手能力的训练，促进了学生基本素质的培养。
5.创新实验教材的编写。重视实验教材的建设工作，组织教师以实验教学内容和教学方法改革成果为基础，依托实验课程体系，修改完善现有实验教材，编写新教材，系统地出版了一批以培养综合应用和创新能力为特色的实验教材。
6.本科教育与研究生教育相结合。充分利用研究生对本科生、高年级对低年级的传帮带作用，有序开展创新活动。支持本科学生根据自己的兴趣和课题需要，跟班学习研究生课程，拓宽学生的知识面，培养其学生学习能力和研究能力，提高工科专业人才的创新能力和创新水平。
大量的实践表明，机器人创新实验的平台的建设，能够使学生的创新能力和专业素质得到极大的提高。
机器人实验室范文3
关键词：机器人；实践教学；创新能力；实践能力
中图分类号：G4
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2013）05-0151-02
1引言
创新是人类社会发展的强大推动力，实践是创新的源泉，工程实践是创新的基础，没有工程实践能力就谈不上创新能力。因此，探索创新教学改革的新思路、新方法，满足在创新理论、创新教育方面的急需，提高学生的创新思维和能力，已经对目前教学体系改革提出了更高的要求。在高校教育教学改革过程中，培养学生的创新意识、实践动手能力等综合素质，已经成为当前教学改革的核心目标。我校工程训练中心（简称工训中心）从2007年开始，针对专业特点和高素质人才培养要求，在全校各个专业中不同程度地引入了机器人创新实践教学环节，旨在培养学生创新实践能力。本文以我校工训中心机器人创新实践教学为研究平台，为学生提供机器人创新套件为实践手段，从根本上提高了学生的创新实践能力，全方位适应社会发展的要求。
2机器人创新实践教学内容简介
2.1课程目的与任务
机器人创新实践教学是一门新的课程，它是以机器人为硬件开发平台，通过硬件扩展和软件开发而展开的教和学的活动。在机器人开发学习过程中，存在着软件编程、硬件扩展和维护、人机关系等若干需要处理的任务，学生只有掌握其硬件结构、工作原理和软件编程，才能提高它的应用能力。加强机器人教育教学内容是提高机器人应用水平的需要，也有助于为机器人创新实践创建良好的环境，避免重模仿轻创新，避免强调固有知识的学习而忽视了学生创造性思维的培养。该实践课程时间历时4天，28学时，边做边学，学生将动手实施一系列由浅入深的项目或比赛。该课程以团队形式运行，每小组2个学生，同时分成几个大组。每小组拥有一套课程平台包括机器人，创新模块和电脑等。课程的目的：（1）系统训练创新能力和实践能力；（2）让学生自主学习工科基础知识。
2.2教学内容及过程
机器人技术是一门综合性很强的学科，它涉及机械、数学、电子、传感器、计算机、自动控制、通信和人工智能等学科，是光机电为一体的典型应用。机器人教学没有统一的教材和固定的教学模式，其教学过程也是一个综合实践的过程。学校在工程实训环节中增加了机器人知识内容的讲解和实践，以兴趣小组的组织形式加以提高和巩固，使学生的学习能适应未来信息发展的要求，也为原有的实验教学模式增添了新的活力。机器人极具人性化，它的智慧和功能靠学生的程序设计来实现。通过项目制作过程中遇到的问题来设计真实和富有挑战性的问题来引导学生思考、探究。学生在动手组装、扩展和编程控制机器人的过程中获取有用的知识，能够很好地发挥学生的动手能力、协作能力和自主学习能力。教学过程中由于器材及场地的局限性，通常需要学生统筹安排、就地取材、精心设计，学习体会和构思新创意，极大地挖掘想象空间与创造力，追求设计方案的科学完美。机器人学习其实就是探究性学习，每一次上课学生们都会完成自己和教师共同讨论和设计的目标，根据这一目标由学生自己进行创新性探究。创造源于最初的突发奇想，学生必须做出不断的尝试，不断的调试与改善，大胆地投入新的元素，注重每一个细节，将机器人调节至最佳状态。
2.3教学模式
要培养学生的创新能力和实践能力，就应该建立与之相适应的课堂教学模式。在机器人教学过程中，我们运用新的教学方法、采用新的教学模式、应用新的教学手段来进行机器人课堂教学，促进了教学思想、教学过程、结构模式的根本变革，让课堂充满了生机和活力。经过几年的深入实践教学研究，探索出能充分体现师生互动思想的教学模式：创设情境归纳猜测交流验证总结深化。
（1）创设情境。在教学过程中，教师应用现代教学手段，创设特定的情境，这特定的情境可以是问题情境，比如先给大家放一段机器人灭火的录像，让大家思考机器人是如何避开障碍物找到火源的，提出启发性的问题；也可以是有利于学生对所学内容理解的虚拟情境。为了提高学生的创新意识，教师最好将创新性目标体现在创设情境中，使学生明确需要探究目标的前提下，认真观察思考获取感性认识，然后提出问题。
（2）归纳猜测。首先，针对提出的问题提出假设；其次，搜集关于支持假设的资料，然后进行整理和归纳；第三，独立或合作进行探究；第四，形成自己或小组的认识或结论。教师在整个归纳猜测过程中，要为学生的探究活动提供工具和相应的帮助，运用先进的教育手段，为学生提供丰富的信息。
（3）交流验证。各个小组派出代表口头汇报并作对应的演示自己小组的创新作品，汇报包括作品的名称、作用、创新点以及制作作品过程中遇到哪些问题是如何解决的等等；然后进行小组或班级交流讨论，交流方式可以是口头的，也可以通过操作演示。交流验证过程中，要充分调动学生积极发表自己的见解，提出质疑、争辩，最后得出问题的结论。
（4）总结深化。首先对所探究的问题进行小结；其次，积累经验，为以后解决新的问题打下良好的基础。心理学研究证明：人的综合素质要想内化到个体素质中，需要经过反复训练。教师在总结深化阶段要帮助学生对所学知识内容进行梳理，使学生能够达到较深刻的理解。教师应该根据每个学生的特点和学习水平设计不同的课题，这样可以改变不同学习水平的学生要求整齐划一的弊端，不仅提高各个学生的学习效果，而且会让每位学生都具有成就感。
3能力培养目标
3.1培养学生科学研究创新能力
学生在熟悉机器人硬件后，就可以通过设计、搭建、软件编程实现机器人的自动控制了，整个过程由学生小组成员独立完成，这样学生的学习就由被动转为主动学习，从而提高了独立分析问题和解决问题的能力。学生可以自主选择知识，结合理论知识进行实践操作。学生经过分析研究，可以运用多种不同的方式去设计外形各异的机器人，通过不同的算法去编程，很好地发挥个人潜能，培养了学生的策划设计能力、实践动手能力和综合创新能力，为创新教育打下了良好的基础。此外，在机器人套件搭建创新实践环节中，从拟定需搭建项目、外形的设计、选择需要的器材、开始搭建模型到编制驱动程序，都是学生独立实施并完成，更加有助于培养他们独立开展科研创新的能力。
3.2培养学生团队协作能力
机器人搭建项目小组依靠相互协作与积极配合来完成创新作品项目，同学间互相交流和学习，有利于集思广益，激发灵感，开阔思路，锻炼学生个人的团队精神和协作能力。
3.3培养学生设计作品和软件编程能力
通过教师在上课时适当的引导，学生能够设计出任何可以想到的机电产品或模型，通过亲自动手搭建以及软件驱动模型，达到提高学生分析问题和解决问题能力的目的。
3.4培养学生实践动手能力
当前高校毕业的大学生普遍缺乏工程实践动手能力。由于存在教育理念、办学方向、培养模式等一些因素的影响，现在学生侧重于理论知识的学习，而忽视实践动手能力的培养，造成高校毕业生创新能力、实践能力、综合素质等达不到用人单位的标准。通过机器人实践教学以及机器人比赛等项目的锻炼，学生能够从纯理论的学习过渡到理论联系实际，从而提高学生的动手实践能力。
4机器人创新实践教学成果
近年来，我校工训中心推行教学改革，创立了开放性的机器人自主学习实验教学课程体系，为学生营造了自主创新学习的良好氛围，取得了可喜的成绩。2009年1月在创新训练课程的建设与实践获得“内蒙古工业大学教学成果”二等奖；2008年获得第九届“中国智能机器人大赛”一项一等奖、两项二等奖；2009年第十届“中国智能机器人大赛”中获得一项一等奖、一项二等奖；2010年在第十一届“中国智能机器人大赛”中，我校学生在足球、灭火、搜救、游世博、吸尘五项比赛中获得五项一等奖；2011年在中国机器人大赛暨robocup公开赛robocup中型组项目比赛中分别获得一、二、三等的好成绩；同年11月在第十二届“中国智能机器人大赛”中国际赛制机器人灭火比赛、国际赛制类人机器人擂台赛等八项比赛中获得数个一、二、三等奖的好成绩；2012年中国机器人大赛robocup公开赛中获得一、二、三等奖；连续三年参加2010、2011年、2012年亚太大学生机器人大赛，获得了不错的成绩。通过比赛获奖，学生们树立了自信心，增强了团队意识，学会了团结协作，对于交流合作的重要意义有了较深入的理解，为他们未来工作奠定了基础。从机器人创新实验室走出去的很多学生综合能力得到了很好的提升，有的学生得到了保送研究生的资格，有的在参加比赛时就被企业看中，比赛完签约的学生也有很多，找到了自己人生的目标和定位。
5结束语
机器人创新实践教学课程通过讲座、实践、讨论、参加全国性的比赛等实践活动，系统地训练了学生的创新能力和实践能力；使学生对如何完成一个项目有了全面而具体的了解；实现了工科新生一开始就接触工程知识、真实的工程问题，学生初步了解了工程师应具有的素质-知识-能力；有助于培养学生的工程意识和专业兴趣，对学生尽早制定职业规划和促成学生主动学习起到了积极的推动作用。
参考文献
[1]宋继忠，刘永葆，张树龙.创新教育在机械工程实践教学中的应用[J].实验室研究与探索，2011，30（9）：240-242.
[2]方敏，葛锁良，温阳东等.集中实践环节的计划与实施[J].实验室研究与探索，2005，24（S1）：42-44.
[3]蔡炽，蔡炳新.以培养创新型人才为宗旨，全面提升国家级实验教学示范中心建设水平[J].实验技术与管理，2008，25（2）：107-109.
[4]邓子新.实验室重在培养创新型的人才[J].实验室研究与探索，2007，26（3）：1-4.
[5]罗志勇，陈昌国，郑泽根.在实验教学中实施创新教育[J].实验技术与管理，2005，22（5）：17-19.
机器人实验室范文4
关键词：机器人教育；虚拟机器人；社团；合作学习；研究
一、机器人发展现状
1.机器人教育的价值及影响
机器人教育的核心基础是人工智能技术在教育领域以人性化、智能化的形式加以利用。由于人工智能技术是信息技术发展的一次重大飞跃，因此信息技术教育必将走向机器人教育。我国颁布的义务教育阶段信息技术课程标准和《国家九年义务教育课程综合实践活动指导纲要》中，机器人设计和制作被列入信息技术课程选修内容。由此可见，机器人教育已经纳入了中小学信息技术教育内容中。此外，全国各地的机器人比赛蓬勃开展，比赛内容不断完善，参加的人数不断增多，规模不断扩大，影响力也在逐步提高。从技术的综合性、先进性、自主体验和兴趣激发等方面学生都能有极大的收获进而实现极大的教育价值。
2.虚拟技术的发展及在教育领域的应用
虚拟现实（Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真）是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般。
目前，虚拟技术在大众教育、军事、医学、航空，旅游等各行业得到了广泛的应用，利用虚拟技术可以建立各种虚拟实验室，虚拟环境。随着虚拟技术逐渐成熟，虚拟技术逐渐普及化，大众化。虚拟技术以其强大的交互性、随意性、安全性等人性化特性，必将对教育领域产生深远的影响。虚拟机器人作为虚拟领域的一部分也得到了快速发展。
3.实物机器人存在的问题
各国的机器人竞赛开展得如火如荼，机器人的教育价值也逐渐得到认可。虽然我国开展机器人教育已经有十多年，但进展缓慢，仍游离于基础教育教学之外，通过分析可发现其主要原因是经费问题，学校没有财力购买大量的实物机器人用于教学。虽然有学校购买了实物机器人，但数量有限，只是用于参加比赛的学生。实物机器人的价格、后期的升级、维护、场地、工作环境等都制约着实物机器人进入学校教学。
二、开设虚拟机器人社团的原因
1.概念界定
虚拟机器人是近年来得到人们重视的一类新兴机器人教育载体，英文简称为“Virtual Robot”。目前，还没有一个统一的定义。根据互联网上的描述和Michael Somby对机器人软件开发平台的界定，就相当于虚拟机器人平台。所谓的“机器人软件开发平台”指的是用来给多种机器人开发程序的软件包，一般包括下列内容（1）统一的编程环境；（2）统一的编译执行环境；（3）可重用的组建库；（4）完备的调试仿真环境；（5）对多种机器人硬件设备的“驱动”程序支持；（6）通用的常用功能控制组件。
2.实物机器人现状
机器人技术融合了机械原理、电子传感器、计算机软硬件及人工智能等众多先进技术，为学生能力、素质的培养承载着新的使命。机器人教育在教学中体现了以下几个方面的作用：
（1）让学生了解机器人的发展和应用现状，理解机器人的概念和工作方式。
（2）让学生了解机器人各个传感器的功能，学习编写简单的机器人控制程序，提高学生分析问题和解决问题的能力。
（3）通过机器人竞赛和完成各项任务，使学生在搭建机器人和编制程序的过程中培养动手能力、协作能力和创造能力，有目的地培养学生的科学素养。
（4）迎接机器人时代的到来。机器人的广泛应用将极大促进社会生产力的发展与产业结构的调整。开展机器人教育，有助于使我们在机器人时代走向世界前列。
实物机器人已经成为呼声很高的创新教育平台，并且正在走向基础教育。机器人教育在国内尚处在起步阶段，把实物机器人作为课程，在现阶段遇到了诸多方面的制约：
（1）实物机器人产品缺乏规范性。国内外机器人制造商开发的实物机器人品牌十分繁杂，且自成体系，互不兼容，开放度较低。
（2）实物机器人价格高，场地有严格要求，而学校资金严重缺乏，也没有相应的场地作为实物机器人的教学场地，配套组件及设施不够，给普及增加了难度。
（3）机器人教学所使用的“教材”质量不高，大多属于“产品说明”或“用户指南”等，缺少课程与教学专家的参与和指导，每个学校要独立开发各自的校本教材，难度较高。
（4）师资队伍的良莠不齐。
3.虚拟机器人在线仿真平台
iRobotQ 3D机器人在线仿真平台的出现，解决了学校开展机器人教学的一个最重要问题，即资金和场地问题。iRobotQ 3D机器人在线仿真平台是全球首款基于网络互动模式设计，以强大物理引擎作为技术支撑，以机器人为载体的科技创新平台。它对资金、环境的要求不高，只要有网络的地方都可以使用。平台通过先进的3D虚拟技术对机器人应用的各个环节进行高度的3D模拟，实物机器人所拥有的功能都可以在该平台实现。
国外机器人教学实验证明，机器人竞赛不仅活动主题有趣，
更重要的是其问题解决方案是开放性的，学生可以用不同的方法完成同一个目标，虚拟机器人拥有实物机器人的绝大部分功能，而且拥有实物机器人所不具备的零件永不磨损的优势，因而虚拟机器人教学活动能激发学生充分发挥想象力、创造力，有利于培养学生的开放性思维。在机器人教学中，学生主要是通过动手实践获取知识。他们就像真正的工程师一样，针对项目主题进行研究、策划、设计、组装和测试。他们以小组为单位，使用积木、传感器、马达等组件设计自己的机器人，并为机器人编写程序，让它完成自己想让它做的事情。学生通过主动探索、动手实践，亲身体验了抽象的理论知识如何变成了触手可及的答案，享受成功的兴奋。在活动中，学生不仅可以学到有关机械、电子、计算机等技术知识，还可以培养多方面的能力和素养，如与人沟通合作的能力，合理利用时间的能力，毅力与自信心的树立等。
三、虚拟机器人社团项目合作学习范式
新一轮课程改革的重点之一，就是要让学生的学习产生实质性的变化，逐渐改变以教师为中心、课堂为中心和以书本为中心的局面，促进学生创新意识和实践能力的发展。小组合作学习成为当代深受关注和欢迎的教学理论与策略，它能有效培养学生的自主创新能力，适应国家培养创新人才。
本人在虚拟机器人教学实践中进行了一些小组合作学习的探索，下面从小组合作学习来谈谈自己的认识。
所谓小组合作学习是以班级授课为前导结构，以小组活动为基本教学形式，系统利用教学动态因素之间的互动来促进学习，共同达成教学目标的活动。
在小组合作学习的过程中逐步培养学生的自主创新能力。具体表现在以下几个阶段中。
1.明确目标：为培养自主创新能力做好铺垫
由于学生各具不同的性格、知识、思想，所以他们会以各自不同的表达方式去处理各种不同种类的信息。因此，教学过程中，教师首先要了解学生通过什么途径可以学得更快、更好，再决定如何利用学生优势带动发展其他有待发展的潜能。因此，教师需采用多元途径进行个性化的教育。除个别化教学外，教师还应组合不同性格类型和水平的学生进行小组活动，利用他们互补的潜能，通过多元虚拟的教育途径进行合作学习。
我的虚拟机器人社团总共20位学生，在教师的指导下，以小组合作的形式，把学生分成5个小组。每个小组由4名不同能力、性别、性格、文化背景的学生组成。在合作学习之前，师生从心理、思想、内容等方面都要有明确的目标，为激发学生的自主创新意识和热情铺平道路。
教师要为学生培养自主创新能力铺路搭桥。一方面给学生提出合作学习中培养自主创新能力的明确要求。即学习的内容和目标是什么，怎样完成任务，评价的标准是什么；另一方面，通过设计具有挑战性的问题，激发学生学习的积极性，启发学生运用已有知识和经验解决问题，促进学习的迁移、自主创新能力的培养。
例如，我在社团课中给学生制订了关于“汽车总动员”项目学习的相关内容（如下表）。
项目学习计划表
■
项目学习评价量规
■
项目活动记录表
■
项目评价表
■
学生根据教师制订的项目学习计划，每个小组再制订自己小组的项目实施计划，并把项目进行分解，分配给小组的每位同学。
2.合作探究：培养自主创新能力的重要环节
每个小组成员明确了学习任务之后，根据分工进入合作探究阶段，由于虚拟机器人是对现实的一个仿真，学生在进行机器人的搭建和编程过程中就要充分考虑到马达的性能、车轮的摩擦系数、轴距对车子的影响、速度的快慢等各种物理因素，促使学生要灵活运用科学知识及生活常识。每个学生知识掌握不同，生活经历不同，对项目实施过程中的理解也不同，这样，每个学生就会根据自己的理解进行互相交流、讨论，甚至争辩，在这一过程中，教师进行适当的引导，小组成员间经过多次的磨合，逐渐形成小组的学习成果。在讨论过程中，让学有余力的学生充分发挥自己的潜能，并带动学习有一定困难的学生多思考、多发言，保证他们达到基本要求；同时，教师要在巡视时，针对学习过程中出现的各种问题及时指导，帮助学生提高分析问题的技巧与能力。这一合作过程，既是类似科学研究的体验过程，更是提升学生自主创新能力的过程。
例如，在“汽车总动员”这个项目任务中，在实施汽车的搭建这个小任务时，我给学生以下提示和问题，让学生根据这些问题去寻找合理的答案。
（1）整条道路由普通道路路面、能量补充站路面、快速过弯路面、飞车路面，这些路面的颜色值都不相同，如何让汽车知道行驶在什么路面上（使用什么传感器来判断）？
（2）道路两边都有栅栏，能否在汽车行驶过程中合理利用这些栅栏？如果能利用栅栏，那应该使用什么传感器？
（3）道路上有得分物，怎样让汽车判断得分物在哪（应该使用什么传感器）？
（4）汽车使用什么样的马达和轮子比较好？
我把上述几个问题交给各小组长，由各小组长再具体分解，分配到每个组员，学生依据一些有待研究的问题，自己去思考，自己去体验。在合作中，学生有了探索与创造的机会，学生的学习活动更具有自觉、能动、创新的特征，学生在合作学习、解决问题的过程中，学习按照一定规则开展讨论，明确表达自己的观点，与他人进行交流，学会倾听别人的想法，修正自己的观点，激发新的灵感，在共同参与中，主动地获取知识、应用知识、解决问题。通过与同伴共同努力来整理资料、分析处理和寻求问题的答案或结论，最终形成小组的汽车搭建方案。
3.成果交流：培养自主创新能力的收获阶段
合作学习后，由小组长代表全组学生对自己小组的汽车搭建方案进行展示，并对选用的部件进行详细介绍，即为什么要选用这些装置，这些装置的作用。展示完毕，由其他各组成员对其进行点评，并对该组进行评分。同时，组内每个成员对自己的表现进行自我评分，并对小组其他成员进行评分。最后，教师对各组进行评价，指出各组的优势和不足之处供学生参考。
虚拟机器人本身就提供了给学生的充分想象空间，再加以使用小组合作学习，充分调动了学生学习的主动性、创意性，学会与他人进行交流，学会倾听别人的想法，修正自己的观点，激发出新的灵感。合作中的倾听、分享、交流、互助与反思，扩展了生生之间、师生之间的沟通网络，从而在教学中构建了立体动态的沟通途径。成果交流中学生之间会有比较鉴别，会互相取长补短、优势互补，提高了学生的自评和他评能力，促进学生进一步动手探索机器人奥秘的能力。拓展了学生个性化思维，锻炼了学生的多向思维能力与创新精神，也展示了学生的创新能力，满足学生对归属感和自尊感的需要。
通过半年来的实践，根据调查，发现学生对信息技术的爱好有明显的提高，这些社团的成员玩电脑游戏的少了，利用课余时间进行开发虚拟机器发的学生多了，原先家长是不允许孩子在家使用电脑的，现在多数家长已经同意学生玩虚拟机器人2个小
时。在小组合作学习的实践过程中使学生受益匪浅，每个学生在学习过程中都多了一份责任与自信，虚拟机器人强大的便利性和对学生的创造要求，使学生学习后创新能力有所提高。
参考文献：
[1]方建军，何广平.智能机器人[M].北京：化学工业出版社，2004-01.
[3]朱力.目前各国机器人发展情况[J].中国青年科技，2003（11）.
机器人实验室范文5
1．1实验平台的建设
为了强化学生在机器人方面的实践环节，首先需要构建机器人实验平台。让学生在课堂教学中了解机器人的基本组成、工作原理等，而学生的综合分析能力和解决问题的能力只能通过实践才能得到锻炼及提升。学生通过课堂教学了解机器人的基本组成、工作原理等，通过实践锻炼提高综合分析能力和解决问题的能力。依托西安交通大学机械基础实验教学中心的资源，将现有的实验教学机器人资源进行整合，构建机器人实验教学平台，包括:开放源代码的固高等国产机器人;具有示教手持盒的日本生产的商业机器人MOTOMAN－SK16、川崎RS10N等工业机器人;进行二次开发、能够组合使用的博时机器人。在机器人实验教学中，为学生的实践环节提供了足够的教学资源。
1．2改革实验教学体系，丰富实验层次
目前的实验教学体系多数为实验教师针对某一点进行实验教学。但是机器人本身具有实践性强、学科融合范围广的特点，机器人实验已经不能仅仅依靠单独的一个实验进行支撑，需要与机械结构、轨迹规划、系统控制、传感器等技术进行融合。目前开展的机器人实验往往着重于某一方面，不同的教师由于个人研究方向不同，或者专业限制，往往开展实验项目侧重自己的方向。但在本科教学中，还需要注重学生知识面的扩展，学生应全面地了解各个方面，开拓学生的眼界，因此机器人实验应增加“广度”。系统级的机器人实验是一种全新的实验形式，它将机械结构分析、建模、传感器技术、机械控制等多学科融合。在实验项目实施中，学生以团队形式进行实验，分工明确，为学生应用多种学科知识提供了平台，培养了学生创新和团队协作能力。在结构部分，小型的博时串联机器人拆装与建模分析、慧鱼模型搭建机器人;在机器人结构实验方面，以六自由度模块化可拆装串联机器人为平台，学生可自由搭建2～6自由度五种组合方式机器人系统。该机器人各关节内部结构多样化，采用了同步齿形带传动、谐波减速传动、行星减速传动、锥齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等多种传动方式。每一模块均为透明封装，可直观看到内部传动结构及运动形式，并可将其拆装至螺钉级。通过机器人本体装拆实验可以提高学生对机构中各种传动原理的直观认识，锻炼学生的装配能力，并以此了解零件加工工艺与特点，增强学生对机构运动形式实践的动手操作能力。慧鱼模型是一套由机械构件、传感器、控制部件组成的机电产品。在控制部分，现有的实验仪器分为商业机器人及科教公司研发机器人。商业机器人技术成熟，使用可靠，但控制源代码不开放;科教公司研发机器人源代码开放，但设备使用可靠性较差，因此实验内容需要对两种实验设备进行调整，克服两类实验设备各自的缺点，让两者互补，形成对学生的全面培养。学生在对已有的机械工业中常见机器人使用后，工业中的手持器可供学生直接操作，将教学理论与工业实践并重，学生可以直接通过控制使用了解机器人的基本轨迹规划等，将注意力集中到机器人实验的主要问题中。科教公司研发的机器人源代码开放，学生在学有余力的情况下，能够进行二次开发，将机器人控制技术与传感器技术等相结合，提高学生兴趣，培养学生的创新能力。
1．3教学方法的改革，提高学生兴趣
机器人广泛应用在各个工业领域，实验教学与其中机械部件包括连杆、齿轮、马达、涡轮等，一般工程机械制造所需要的零部件在模型中都能找到，模型中的零件可以在短时间内插装和拆卸，为学生想象力插上了翅膀，在对实际机器人拆装后，组建属于自己的机器人，提高学生兴趣，增强学生对于传动知识的理解。工程应用是互相联系，密不可分的。以实验室中固高柔性制造系统为例，机器人在中间起到了仓储、上下料作用，完全实现了自动化控制，因此在机器人实验的开发中应联系工程背景，提高学生兴趣。实验体系包括常见的机器人运动学实验、动力学分析实验、轨迹规划实验，并且需要让学生明白机器各个部分的组成，因此在实验授课时，控制类教师与机械设计类教师应联合开发机器人实验，使学生将课程中学习的知识运用到实验中，加强理论与实践的结合。在学生使用中，学生可以先从柔性制造系统进行认知机器人广泛应用在各大工业领域，然后进行机器人的拆装，了解机器人的各个组成部分，随后进行自己控制机器人的运动轨迹，对运动轨迹进行规划。在学生全面了解机器人知识后，在综合实验中，学生可以选择偏结构方面的实验，如用慧鱼模型搭建机器人;也可选择偏控制方面实验，如机器人的视觉系统的开发;也可将二者结合，设计出新的机器人结构、系统等。这是一个从认知到实践的过程，符合人的一般认知规律。机器人学科具有更新快的特点，作为教师在教学时不仅需要给学生技术指导，更应该着重培养学生对机器人技术发展趋势的了解，培养学生的创新意识，让学生尽可能参与实验的各个环节，增加学生的主观能动性，包括实验问题的提出、实验机器人的确定、实验程序(路线)的设计以及分析总结等。只有在实验过程中，学生团队精神、创新能力、动手能力等素质才能得到培养。
1．4考评方法的改革，突出培养学生能力
目前对学生的考核较为单一，仅是考核学生最终的实验结果，不仅不能督促学生对实验结果等进行合理分析，而且对于学生在实验中的操作也忽略了，这对于机器人实验考评而言是不合理的，机器人实验作为一门实践性很强的课程，没有一个唯一确定的答案。机器人结构分析实验可以培养学生空间想象的能力，关注细节的能力，机器人轨迹规划则涉及到数学在实际生活中应用的能力，而软件编程涉及规划能力。它反映了学生的空间想象和规划能力，对新事物的敏感度、以及完成任务的执行力。因此改革学生的实验考评体系非常必要。合理的考评方式不仅能使学生掌握机器人的相关知识，而且能对学生在后期机器人研究中起到一个引导作用。目前机器人实验教学的成绩评定中遇到的突出问题，即做为项目存在的机器人实验在学生评价体系中不应该规定学生的研究范围，而应该对学生综合能力进行考察，这就需要一个多元化和标准化的考核方式。在机器人实验中，学生以小组为单位，互相配合实验，在考核过程中，学生在实验中的过程考评应该占到非常重要的地位。为了避免教师的主观影响，学生应该进行互评，将学生互相之间的评价纳入考核方法。
2结语
机器人实验室范文6
当今时代，机器人已成为衡量现代科技水平的重要标准。美国、日本等经济发达国家一直很重视机器人教育。在我国，北京和上海是国内最先开始进行机器人教育的地区。2000年，北京市景山学校在信息技术课程中加入了机器人课程模块，之后便开始了机器人教学。紧随其后，上海的几所学校在2001年也开设了机器人校本课程。在2012年的高中信息技术课程标准讨论稿中，各学段都增加了与机器人相关的教学模块。机器人课程在我国的高中课堂就此展开，我国的机器人教育也步入了大众化、普及化的新阶段。
课程实施概况
以江苏省为例，高中的机器人课程多以校本课程和课外社团形式开设，并未作为必修要求。因此，开设该课程的学校较少，仅限于几所重点高中。开设对象主要针对高一学生，有些会扩展到高二。学生自愿报名，对学生之前是否学习过机器人知识不作要求。没有全省材，多为校本教材或教师自己编写的讲义。辅导机器人课程的教师学科背景复杂，既有信息技术教师、通用技术教师，也有物理教师、化学教师等。开设机器人教学的目的以参加各种机器人比赛获得奖项为主。
课程实施意义
1.培养动手能力，提高思维品质
一个完整的机器人项目包括搭建和编程两大部分。多数机器人的搭建是按照功能要求对现成塑料零件进行拼装，还有一些是需要对原始钢制材料进行切割打磨自制零件再组装，才能完成。在拼装机器人的过程中既要考虑到功能的实现，还要考虑到机器人整体的稳定性及牢固性。机器人搭建完成后，还需要对其编程来实现各种任务。在程序编制过程中，要考虑诸多因素，往往没有统一的解决方案，即使是事先编制好的程序，到了比赛场地也要结合比赛场地的实际进行调整。机器人搭建与编程不仅能锻炼学生的动手能力，而且有助于培养他们的缜密思维。
2.学习团队协作，加强沟通能力
机器人项目较复杂，往往不是一个人就能够顺利完成的，既精于搭建又擅长编程的队员是很罕见的。很多机器人比赛也是要求团队参赛，团队中有的擅长搭建，有的则主攻编程；有些需要去英语国家比赛的参赛团队还需要英语口语非常好的队员。笔者通过调查访谈发现，高中机器人社团等也都会组建相应的任务小组，很多机器人小组都是学生自我管理的，指导教师并不全程参与辅导，只是在学生需要时提供帮助。机器人小组的活动时间、内容、规则等往往是学生自己沟通制订，小组成员在交流磨合的过程中能够锻炼表达能力和耐挫能力，这样的培养模式极大地提高了学生的团队协作能力。比赛成绩好的小组往往都分工明确、配合默契，有着巨大的集体凝聚力。
3.体验先进科技，增强科学素养
机器人技术是比较前端的科技，涉及数学、机械、仿生、材料、电子、软件工程、人工智能等多种学科。学生在学习机器人时可以接触到各种学科的前沿知识，也可以对各种学科的研究方法进行了解，这样既有助于进一步增强对某一学科的研究兴趣，有利于拓展视野、培养综合科学素养，又有利于尽早确立自身的发展方向。
4.针对解决问题，促进主动学习
目前的机器人课程大多是以任务驱动方式来开展的。无论是准备相关比赛还是进行日常学习，往往都是先明确了一个要解决的问题，然后再思考如何制造一个机器人去解决。谋冉匣础的搭建一个仿真的电动伸缩门到比较高端的制造一个投篮机器人，这些都属于问题驱动的类型。与传统课堂的学科学习不同，学生在机器人课程中不是按部就班地先学习理论再完成实践，而是针对要解决的问题去学习所需要的相关学科知识以寻求解决办法，在不断试误中寻求答案。这种学习方式极大地调动了学生的求知欲与主动性，学习也更加有效。
课程实施存在的问题及解决策略
笔者通过调查访谈发现，越来越多的学校准备开设机器人课程，教育管理部门正在逐渐重视机器人教育并加大对该课程的投入，社会各界也在从各方面支持机器人课程，尽力提高机器人课程的普及度。总体而言，机器人教育的发展趋势还是乐观的，但也存在一些问题。
1.存在的问题
（1）学习对象小众化，普及力度不够
由于高考的压力，参与机器人课程的高中学生以高一学生为主，由于学生普遍认为机器人课程比较高端很难学习，所以参与的人数普遍较少，经常不及年级总人数的三成。学生一般都是自愿选择，而且参加学习的男生人数远多于女生。参加学习的学生中原有机器人知识水平参差不齐，但是多数都为零起点，学校方面大多会提前动员，对学生的已有水平也不怎么做要求。学生大多认为参加机器人学习就是为了参加比赛获得奖项以提高升入大学的几率，因此在参加学习的学生中也不乏以拿证书为目的的。加之机器人器材较为昂贵、占用时间较多且不固定、比赛不容易出成绩等因素导致支持学生学习的家长也很少。
（2）课程目标不统一，培养方向偏差
目前，大多数高中在教学时参照的是2003年颁布的《普通高中技术领域课程标准（实验稿）》，该标准在“信息技术”部分设立的选修模块“算法与程序设计”和“人工智能初步”都与智能机器人相关，“通用技术”部分还设置了“简易机器人制作”的选修模块，课标对学生的要求虽然比较低，却为机器人课程的大众化奠定了基础。2012年，专家委员会对信息技术的课程标准进行了调整，将智能机器人课程正式列入教学内容并提前到义务教育阶段以拓展模块开展。机器人课程进入课标是顺应时代科技进步的变化，应该仍然以着重培养学生良好的信息素养为目的，但是目前许多高中的机器人课程都是以比赛获奖为主要目的，教学开展与学生选拔都是以比赛为中心，学生对机器人的认识也仅限于知道几种比赛机器人的名称。这样的培养目标未免太功利化。
（3）开展情况不均衡，师资力量缺乏
由于机器人相关器材比较昂贵、技术较为高端，有条件开展的学校不多。尽管有的学校购买了器材，但是由于缺乏师资，器材成了摆设。目前，大多数培养师范生的高校都没有相应课程开设，新手教师在这方面的知识几乎为零，在职教师中也难有“全才”。某高中负责机器人培训的教师由信息技术教师、通用技术教师和物理教师组成，有的擅长编程，有的擅长搭建。培训教材也没有统一的规范，有的学校甚至只用厂家说明书进行教学。由于师资缺乏，很多学校存在教练员与裁判员由一人兼任的现象。
2.解决策略
（1）加大宣传力度，提高认识水平
机器人项目包含多种学科技术，是贴近科学技术前沿的高端项目。大众对它的了解还很有限，也很片面。目前很多有关机器人课程的宣传无非是展示学生作品及参赛获奖情况，这样的宣传给人的感觉就是机器人课程很高端、很复杂，不好学。因此，学校、相关学术机构及管理部门应利用多种渠道宣讲机器人课程的开设意义，要让学校、学生及家长了解机器人课程是一门综合性的课程，既适合男生也适合女生，能全方位地锻炼学生的多种能力。
（2）争取多方投入，降低开设成本
机器人器材价格昂贵一直是机器人课程开设的瓶颈。以FLL器材为例，完整的一套器材包括配件价格大概在五千元至六千元。但是机器人器材品种繁多，不同比赛使用的器材也不相同，要参加不同的比赛，就必须购买多套器材。面对经费问题，学校可以考虑多种解决渠道，如课题经费、学生自购、校友捐赠、厂家赞助、校区共享等。当然，更要强调做好器材的保护及管理工作，以保证器材的循环使用，对器材的分类管理本身也能培养学生的资源管理能力。
（3）加强师资培训，建立统一标准
机器人课程是新兴课程，师资力量严重不足，相关部门应结合各方力量重视对师资力量的建设。首先，专家应对机器人的教学内容进行科学合理地分析，做好教学设计，制定规范的教学标准与要求，给师范生开设相关课程，提早普及。其次，中学管理层在重视机器人课程时要切实重视教学质量，积极关注教师的培训，加强与师范院校的联系，加强校际交流与合作，促进相关教师的成长。最后，尽早制订科学系统的机器人教练员及裁判员考核评价机制，规范培养师资力量，做到持证上岗。
