浅析Micromouse课程在职业教育领域人工智能方向应用

1、    浅析micromouse课程在职业教育领域人工智能方向应用    张家荃摘 要：电脑鼠是使用嵌入式微控制器、传感器和机电运动部件构成的一种微型机器人，可以在迷宫中自动记忆和选择路径，快速地达到所设定的目的地。它是一个集多项工程学科知识于一体的小型系统，结合了机械工程、电子工程、自动控制、传感与测试技术、程序设计和人工智能算法等多专业知识。本文以电脑鼠走迷宫项目为例，介绍了在中等职业院校的人工智能教育领域开展人工智能基础教育教学的方式及成效。关键词：电脑鼠;人工智能;职业教育为把握世界人工智能发展趋势，近年来中国持续致力发展人工智能教育。为此，我校

2、积极探索在中等职业院校中开展人工智能基础教育教学的方式方法，开设了智能创意机器人专业基础课程，该课程选取micromouse电脑鼠为教学项目载体，采用epip工程实践创新教学模式，在学习过程中培养学生的动手实践能力、逻辑思维能力以及创新创意能力。一、人工智能教育在中职学校开展的关键点（1）多学科综合运用能力：人工智能系统是一个集机械、电子、计算机等多学科交叉高度一体化的复杂系统，因而具备多学科的知识结构、多学科的学习整合能力、多领域的理解力尤为重要。（2）计算机编程能力：人工智能研究的目标是通过编写程序来模仿和检验的关人类智能的理论。人工智能离不开“计算思维”“编程能力”，所谓计算思维是指以计

3、算机编程程序为载体，以计算机程序运行逻辑思维，进行对应的思维逻辑。可见，人工智能离不开计算机编程，c语言、java等语言编程课程对于中职学生来说难度较大，学生容易产生畏难情绪放弃学习。为此，亟需开设相应课程，选择合适的载体降低学习难度，使学生能够掌握编程技能。二、我校开展人工智能基础教育的方法及成果自2017年起，我校依托提升办学能力国际先进水平重点建设项目，全方位打造机电技术应用（工业机器人方向）专业，主要形式有reference to figure 2：（1）在学校专业教学中开设了智能创意机器人这门专业基础课，作为我校的人工智能科普课程。该课程包含创意机器人项目、micromouse电脑鼠

4、项目两大部分内容。（2）在校内成立“双创空间”社团，打造epip工程实践创新体验中心，建立面向青少年和社会公众的人工智能科普公共服务平台，开展多种形式的普职交流，2018年学校获得全国青少年人工智能活动特色单位称号;2018年学校获批为全国青少年机器人技术等级考试鉴定中心，面向社會开放，承接培训鉴定服务，获2018年青少年科普工作优秀单位称号。以2017级机电技术应用专业班级为试点开设了该课程，该班8名同学分别参加了双创空间社团和工业机器人集训队，2017年以来多次参加各级别机器人竞赛，收获可喜成绩。荣获第十七届、十八届天津市青少年机器人竞赛高中组别工程创新赛项比赛一等奖2组、二等奖3组;全国

5、青少年机器人挑战赛总决赛中获得二等奖;2018年世界教育机器人锦标赛中获二等奖;在首届epip鲁班工坊国际邀请赛中，获得电脑鼠走迷宫项目最快速度奖;工业机器人市级比赛获一等奖1项、国家级比赛获二等奖1项;2018年在全国职业学校创新创效创业大赛获三等奖1项。三、micromouse电脑鼠项目教学应用实例（1）项目名称：micromouse电脑鼠循迹走直线。（2）需掌握的知识技能点：姿势修正子程序，即根据左右两侧红外传感器接收的反馈信号来判断电脑鼠偏离迷宫巷道中轴线的程度，通过调整步进电机工作脉冲使某一边电机减速来修正电脑鼠的行驶方向，使其基本行走在中轴线附近。（3）前期学习基础：通过基础项目的

6、学习，学生在本课前已掌握arduino开发软件、控制器、电机、蓝牙模块以及红外传感器测距等相关知识，并且能够运用软件完成电机控制下的直行、左转、右转的程序编写。（4）教法、学法：epip（工程实践创新项目）教学方法、小组学习法教学安排：课上发布项目任务，要求实现利用电脑鼠前端左右两侧红外传感器测距，通过编程实现电脑鼠自动走直线编写姿势修正子程序。首先，完成无校正走直线程序，之前在做电脑鼠驱动项目时，电脑鼠不可避免的会向一侧偏移，这是由于电机的工业误差、导线长度、焊接工艺以及轮胎摩擦等原因造成的。因此，首先安排学生以小组单位进行电脑鼠左右两只电机的速度，让电脑鼠可以在无校正时近似的走直线，这需要

7、使用pwm调速的方法，通过多次试验，选出合适的模拟量，至少这个数值下电脑鼠可以行走三个单元格而没有明显的偏移。结合电脑鼠电路图可知引脚连接情况为左电机，右电机，左前传感器l，右前传感器r。接下来，需要加入传感器模块的数值条件了，用到的是左前传感器l以及右前传感器r，引导学生思考通过测量的数值判断电脑鼠是否发生偏移以及相应的解决方式。以小组为单位用流程图的方式一一进行展示说明，最终由教师确定电脑鼠循迹走直线的流程图。然后，让学生分组进行程序设计，按照流程图所示的四种情况对电脑鼠完成图形化编程，使其能够循迹走直线。学生可以下载自己编译好的程序，将电脑鼠放在测试场进行测试，反复进行调试。最后，以组间竞赛的形式开展一场电脑鼠循迹走直线比赛，增加学习的趣味性。依托电脑鼠项目能够更好地在中等职业教育领域开展人工智能基础技能教学工作，我校将进一步开发micromouse电脑鼠项目在教育教学中的应用形式，借助epip工程实践创新体验中心开展多种多样的体验活动