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远观美国高校的机器人教育

2020-04-22 亚博动态 文章来源:

美国基础教育领域中的机器人教育主要有四种形式:一是机器人技术课程,一般开设在技术类课程中,其中教育计划与项目占大多数;二是课外活动,类似中国的综合实践活动课程;三是机器人主题夏令营等定期活动;第四种形式与前几者不同,它主要利用机器人技术作为辅助性工具来辅助其他课程的教学或者作为一种研究工具来培养学生能力,与此同时学习机器人技术知识,也可以归为特殊的机器人教育形式。
美国高校的机器人教育主要呈现出两个趋势:一方面,美国高校愈来愈多地开设了机器人相关的课程,另一方面机器人作为课程的学习平台,已经慢慢应用于高校其他课程中。
麻省理工学院的机器人教育
 麻省理工学院(MIT)是美国私立研究性学院,世界著名的科学技术教育和科研中心。该学院在机器人技术领域成果颇丰:在1994年麻省理工学院(MIT)就设立了 “设计和建造LEGO机器人”课程(Martin),目的是提高工程设计专业学生的设计和创造能力,尝试机器人教育与理科实验的整合;同时,国外的一些智能机器人实验室也有相应的机器人教育研究的内容。(源自于《《计算机世界报》》,作者 王树国)
麻省理工学院涉及机器人教育的课程有认知机器人学、机器人学导论、自控机器人设计竞赛、机器人编程竞赛,结合各个专业所需以及当今机器人技术的应用领域,分别开设在航空航天学、机械工程学和电气工程与计算机科学中。
(1)课程开设
麻省理工学院提供的机器人课程主要有两类,一类是在整个学期中开设,例如,认知机器人学、机器人学导论;另外一类是在麻省理工学院的独立活动期间(1AP)开设的,IAP是MIT从一月的第一个星期到月底为期4周的特别学习期,例如,自控机器人设计竞赛和机器人编程竞赛。在独立活动期开设的课程没有定期的课堂安排,学生只需要在规定的时间内完成相关的项目就可以了,并且部分课堂教学的参与也是自愿的。灵活的课程安排,学生有了更多的自主活动时间,并且能根据自己的需要选择性的参与课堂学习来补充知识。
(2)课程评价
除了常规考试外,MIT机器人课程的学习都要求有实质性的成果,例如,在“自控机器人设计竞赛课程”中,要想获得学分,学生必须建立网页来展示自己设计的机器人,陈述总体设计与独到之处,完成作业并最终制作一个实体机器人。在“机器人编程竞赛”课程中,要获得6个选修学分,学生必须提交一个Robocraft选手作为自己的“实质性成果”,随后根据该成果做出评价。如果要获得6个工程设计分,团队提交的选手必须打败Robocraft软件发布时自带的参考选手对战。在“机器人学导论”课程中,学生除了完成作业,参加期中、期末两次考试以外,还必须完成相关的实验与设计项目,在学期的不同时间需要搭建两个不同功能的机器人:① 采矿机器人, 目标是建立一套搜寻算法能够让机器人自动搜寻、而且在找到矿藏后暂停在矿物上方;②圣诞老人机器人,它能沿着一条弯曲的路径通过玄关进入机器人实验室,用它的机械手臂将礼物送到多个房间, 以及从每个房间拿取饼干。在“认知机器人学”课程中,学生需要完成两个项目:①选择一个与机器人相关的主题做一份报告;②对认知机器人和嵌入智能系统中涉及的一两个方法深刻认识后在这些方法的基础上改进并创新应用。
俄勒冈州立大学的机器人教育
机器人作为学习平台,已经慢慢应用于大学的课程中,俄勒冈州立大学电子工程与计算机科学系,分别在电子设计概念导论、电子基础、数字逻辑设计、信号与系统、计算机原理与汇编语言、机械设计课程中使用TekBots机器人作为学习平台。把TekBots整合进课程中,可以把课堂上学习的理论应用到机器人中,加深对理论的理解。例如在计算机原理与汇编语言这门课程中,让学生使用TekBots调试自己的程序,观察自己写的程序及运用的概念是如何在实际设备中产生作用的。利用学习平台有以下几个作用:①加强课程连贯性:帮助学生理解各个学科之间的联系,能让学生综合自己所学知识。② 提供理解课程的情境:通过学习平台,使概念变的具体,并提供学生以解决复杂问题的情境。③形成学习共同体:有着共同兴趣的学生形成学习共同体。④增加动手经验:能为学生提供动手操作的空间。⑤模拟工程实践:平台提供一个工程实践的模拟环境。

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