智能家居方向在高校计算机未来发展中的地位和前景及智能机器人教学实验的设计与实施

智能家居方向在高校计算机未来发展中的地位和前景摘要：智能家居是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境。智能家居内的各种设备相互间可以通讯，它把灯光，电器，电动窗帘，安防报警，视频监控和远程控制，综合布线等融合在一个平台上进行统一的，智能化的管理，实现数字生活，智能化生活。本文从智能家居的发展历史、智能家居的技术特点、高校中计算机物联网智能家居方向的发展现状、当前社会所需智能家居方面的人才等几个方面来阐述智能家居在人们的未来生活中的重要性，并且智能家居产业化后，为学生提供了新的工作平台，为计算机专业的发展提供了新的发展方向。关键词：物联网；智能家居

一、物联网专业中智能家居的发展物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展。智能家居是基于物联网发展中的一个子板块，在物联网飞速发展的同时，智能电网、智能建筑、智慧城市、农业物联网、智能安防、智能工业、智慧医疗、智能物流、智能交通等各板块都在快速的切入及发展。物联网的发展是为人类居住及出行等提供更舒适的环境。随着智能家居的发展，可以通过布线系统或无线网络可以实现“一键”解决，让家居中的背景音乐可以随时随地听到，主卧室、次卧室、小孩房、书房、客厅、阳台、厨房、卫生间等各个地方想听就听；设置时间，音乐可以变成闹钟；设置内容，可变成小孩英语家庭教师，可以让你在下班到家开门的瞬间就可以听到舒适的音乐；窗帘开启不再需要手动拉启、关闭，通过遥控器或控制面板可以实现开、闭阖；阳台晾衣不再用手摇，通过遥控器或控制面板同样可以实现升、降功能，避免了衣服、棉被沉重导致老人、小孩操作不便的烦恼；监控设备的图像传输可以通过家里电视显示出来；门外来了客人可以通过电视中的图像显示，通过控制面板实现人不动，门开启。智能家居在我国经历了近10年的起步阶段，前期主要集中在一些分散的智能家庭控制子系统的研究上：如三表抄送系统、门禁系统、可视对讲系统等。随着环保、健康、安全、舒适的智能家居逐步普及，家居智能化的比例会大幅增加。二、高等院校中物联网专业的发展现状国内物联网建设刚起步不久，其主体严重缺乏从事物联网的基础技术研发、制造业和服务业等方面专业技术人员。全国的高等院校目前开设物联网专业只有几十所院校，还没有毕业生，因此急需物联网人才的培养。三、智能家居的技术特点1由模拟向数字化逐步转变◆电路设计上，采用越来越多的数字集成电路，其集成度和可靠性有很大提高；◆显示技术上，采用数字化技术大大提高显示效果；◆通信传输方式上，采用数字化技术使得可靠性得到很大的加强。2组网技术从有线向无线发展智能家居系统的组网技术主要是解决各种信息家电之间的数据传输。无线组网技术在智能家居的应用上更具有无需布线、安装周期短、后期维护容易、网络用户容易迁移和增加等优势。3对硬件平台性能的要求日益提高4功能模块化和系统平台综合化随着行业间技术的整合，智能家居系统已发展成集信息、安防门禁、照明控制、电器控制、远程控制等为一体的系统综合平台。5远程控制实现多样化以往实现远程控制的方式较单一，一般采用电话控制，现随着无线移动网络以及互联网的迅猛发展，实现远程控制的方式得到不断的丰富，短信控制、个人电脑远程控制、手机控制等方式日益成熟。家庭网关越来越受到关注家庭网关是整个智能家居乃至数字家庭系统中的核心部分，一方面它将所有功能集成在一个统一的平台之上，主要完成家庭内部网络中各子系统间数据的传输、交换、共享等功能；另一方面它又负责对指令是否合法进行识别，由此可见家庭网关对网络内部信息起交通枢纽和保护作用，故在今后的设计中厂商对网关的重视度也不断提高人机交互技术的发展引领崭新的用户体验随着新一代交互技术的发展，包括三维立体显示技术、空间遥控技术、多点触控交互等多种革新性技术在内的交互设备的出现。四、智能家居行业发展的人才需求智能家居在各居家中广泛利用新的信息技术来建设智慧的家居生活，由此可见智能家居发展势不可挡。目前已达到20%左右;按照智能家居每年500多万套的速度发展，智能家居市场对智能产品的需求量将大幅度的增长。但同时我们也看到，智能家居技术人才的大量短缺已经成为制约智能家居发展的主要“瓶颈”之一。从目前我国现有的情况来看，有较大智能家居人才需求的主要有以下几个方面：一是智能家居制造业为智能家居业务提供基本的设备和系统，目前以M2M设备、RFID设备和传感网设备为主，另外还包括测试仪表设备、融合性网关设备、短距离通信设备等其他设备。智能家居制造业需要大量相关设备和系统设计和维护的人才。二是智能家居服务业包括软件服务、基础设施服务、管理咨询服务、测试认证服务和应用服务，其中应用服务是直接面向客户，基础设施服务包括网络传输服务、云存储服务等，软件服务包括应用软件、平台软件、终端软件等。智能家居服务业也需要大量人才来建设和发展。三是智能家居基础技术研发为智能家居设备提供基础性的支撑，其中嵌入式系统技术和半导体集成电路技术是智能家居相关芯片的基础，新材料技术、微机电技术是微型传感器和执行器的基础，新能源技术为传感器和M2M模块提供能量供应。智能家居基础技术研发也急需大量相关的人才。所以，智能家居以它的实用性、便利性、可靠性、标准性、方便性等特点，将会在未来给人们的生活带来相当大的改变。并且形成智能家居的产业化，为社会提供更多的就业岗位，为学生提供更多、更大的发展空间，并且也为高等院校计算机专业的发展提供了新的方向。智能机器人教学实验的设计与实施内容摘要论述高中智能机器人教学实验活动在新课程教学中的重要意义，介绍创建智能机器人教学实验基地的方案设计与实施过程，研讨采用信息技术整合课程方式进行教学的方法，分析机器人教学活动对培养学生的实践技能和创新思维的作用，揭示机器人的教学给信息技术教育带来新活力，促使智能机器人成为学生能力与素质培养的智能平台，对实验活动中如何提高学生的科学素质进行探讨，为进一步开展教学研究奠定基础，并前瞻高中智能机器人教学的发展方向。关键词：智能机器人教学实验设计与实施

在21世纪高新科技飞速的发展的今天，教育大力提倡开展创新意识，创新精神和创新活动，中学智能机器人项目竞赛方兴未艾。作为省示范高中和全国百强中学的东风一中，正开展着智能机器人教学实验，和人工智能进入中学信息技术课堂等教学实验。创建了智能机器人教学实验基地，并在教学活动的几年的时间里，组织参加多项省智能机器人全国选拔赛等，获得机器人灭火机器人足球赛等的佳绩，编制校本教程讲义集开展教学实验，承担相应省级课题项目取得良好进展。高中智能机器人技术融合了造型技术、机械、电子、传感器、计算机软件、硬件和人工智能等众多先进技术，充分地体现了当代信息技术多个领域的先进技术，是信息技术的重要内容，更是智能技术的结晶。智能机器人的教学内容给信息技术基础教育带来新的活力，使智能机器人成为中小学生能力、素质培养的智能平台。一．智能机器人学科教学的意义智能机器人教学的作用主要体现在以下方面。1．使学生了解智能机器人这个信息技术前沿领域的发展和应用状况，了解智能机器人的概念和工作方式，破除学生对智能机器人的神秘感，为进一步学习智能机器人技术的有关知识打下基础。

2．使学生掌握为一种智能机器人下载程序的方法，了解智能机器人的传感器和驱动装置的作用。理解体会程序是智能机器人的灵魂，了解体会智能机器人是怎样在人的指挥下工作的。学习为一种智能机器人编写程序，通过为机器人编写程序学到科学而高效的思维方式，提高规划能力，提高学生的分析问题和解决问题的能力。3．通过完成项目任务和比赛项目，使学生在为智能机器人扩充功能的过程中学习有关数字电路方面的知识，在组装扩展机器人的过程中培养学生的动手能力、协作能力和创造能力。

4．实现与国际接轨的需要。日美国等发达国家高度重视机器人学科教育对高科技社会的作用和影响，已在信息技术课与课外科技活动开设了有关机器人的课程内容。要赶超世界教育先进水平，必须大力加强机器人教育。5．迎接智能机器人时代的需要。机器人的广泛应用将极大促进信息教育改革。开展智能机器人教育，有助于使我们在智能机器人时代走向世界前列。教育智能机器人是目前欧美国家流行的用于培养学生动手能力，计算机应用能力，和创新思维的学习工具。人工智能体现着未来高科技发展方向。建立以计算机技术为核心的智能机器人教学实验课题，是作为省示范高中的我校势在必行的教学研究项目。智能机器人教学，对培养学生动手能力和创造能力有积极的作用，研讨如何引导他们学会观察、学会表达、学会思考、学会创新，适应新课程改革的需要，符合新课程标准素质教育的要求。二、智能机器人教学活动我们学校已经在近两年开展智能机器人教育中得到了充分的体现。东风一中开展智能机器人教学实验，是现代教学高科技尖端技术在高中的教学实践，“十一五”规划中“电教信息化”的创新之路，是《技术课程标准》实施培养高科技人才启蒙的学科整合。机器人教学理念是现代教育发展的趋势，该课程以专门课程和学科渗透整合的方式，使学生掌握机器人基本知识与基本技能，增强动手能力，培养团队协作精神、锻炼意志品质，激发创新精神，培养科学兴趣。机器人学科教学，是东风一中普及机器人知识的重要课程。它是破除学生对机器人的神秘感，促进高中生领略机器人在社会领域发展趋势，培养青少年智能机器人专门人才的探索。机器人应用领域前景广阔，解决问题并非有定式可寻，解决这类问题需要开放式思维、经验的积累、归纳推理并形成新的经验。校内机器人教学包括简易机器人组装、编程控制、电子电路焊接、调试、人机交互等，在掌握机器人原理、结构、功能、程序控制、使用方法后，提高机器人创新应用的研制能力，为省内普通高中开设智能机器人教学探索新路。(1)．以校内外科技活动为动力，以科技活动班方式教学校内高一和高二年级自愿报名，从中选拔四十余名同学，以科技活动班的方式教学。在我校自筹自建的机器人教学实验基地，每周专职教师进行固定课时的教学，系统规划教学目标、教学内容进度、教学实验材料准备、教学日志记录等，教学内容包括机器人的基本原理与工作过程、常用传动机械、电子控制系统、单片机控制电路、机器人环境适应与辨识等等，将先进的多媒体教学设备配置到实验基地：大屏幕和液晶投影仪、无线扩音麦克风、功率放大器、DELL便携笔记本、激光电子教鞭、PentiumIV兼容学生工作站、“未来之星”、“能力风暴”、“纳英特NL200”等教学机器人组装套件，运用于教学实验中。购置教学资源服务器server03，并配置信息技术与美术教学资源专用服务器server03，在教学网建立专用共享教学文件夹，将机器人图文资料、程序软件等提供在线教学服务，机器人教学基地专用教室作为环境保证。(2)．在信息技术教学中开展智能机器人教学活动新课标高中人工智能教学作为高科技新领域的尖端教学尝试，我们制订了普及型教学计划，在高一年级理科实验班教学了“逻辑代数初步”、“结构化程序NS流程图”、“音频收发器实验”、“人工智能机器视觉”、“机器学习”、“规划问题求解”等，组织同学们现场观摩机器人灭火比赛，机器人足球比赛等，侧重在提高学习兴趣、激发创新灵感、鼓励动手实践三方面，使教学活动收到良好效果。(3)．开展电子电路实验增强活动效果开展实验电子电路实验，在校内机器人教学实验基地进行。从认识半导体器件如二极管三极管工作原理入手，指导学生们学习机器人电子系统中的放大电路、单片机、组合逻辑电路、时序电路等。如我们辅导学生组装“双电机六脚虫机器人”和“单电机避障车”、“足球攻守机器人”等。在组装“双电机六脚虫机器人”实验时，辅导学生动手制作一个由单片机和继电器等组成的简单自动控制系统，将预编的程序下载后写入编程器中，使简易机器人在同学们手中真的动起来了。理论辅导理论辅导制作练习创新改造完成任务环境适应理论辅导制作练习理论辅导制作练习创新改造完成任务环境适应(4).教学辅导机械传动模型制作实验建立实验室。在校科技楼五楼开辟一间专用教室，搭建简易机器人教学实验环境讲练教室。辅导同学们成功组装、自行装配了几十套简易机器人的齿轮传动、蜗杆传动机构、曲柄摇杆装置，并将机械手安装组合成简易机器人。(5).以信息技术课内容之一的方式开展C语言教学程序设计是中小学校信息技术学科教育的重要内容之一，但C语言和汇编语言用于教学机器人，对我们还是首次尝试，尽管学校自八十年代开展信息技术教育之初就是以程序设计为主要教学内容的。配合教学实验，我们配置SCSI大硬盘3块，用于配置阵列存储，扩展存储空间。为解决调试C的接口转换、竞赛机器人的选型和调试。接口技术创新研究实验。引进机器人教学视频、图文、软件等资源，购进正版教学辅导教材等相关资料。针对学生中具有PASCAL程序设计能力的同学，首先进行C语言程序培优教学试验，不但指导学生结合机器人机型研究图形化编程界面、程序设计伪代码、还组织教师自编C语言校本教程，按章节编写印发讲义，分程序的三种基本结构教学、数组与函数、结构体和共用体等，并剖析保障高中生机器人编程和C语言教学的效果，并研究在其它学科的学习中产生正负迁移现象。在教学实验过程中，我们体会到程序设计课程在培养学生分析问题、解决问题的能力和培养学生创造性思维上起着非常重要的作用，程序设计这一现代工具为基础教育带来的一种培养综合能力的新方法和新手段，适合高中信息技术教学。看到程序设计应用的效果，体验成功的乐趣。程序是智能机器人的灵魂，让中学生通过为机器人编程序来学习程序设计的知识是程序设计教学入门的最好方法。在学习为机器人编写程序的过程中学生会获得成功的喜悦、会建立成功的信心，从而取得程序设计学习的兴趣。将智能机器人作为程序设计学习的载体，会从根本上解决目前程序设计教学中存在的问题。智能机器人对学生引发的程序设计的兴趣还会对算法的学习打下良好的基础，使学生通过程序设计更好的学习有关的算法知识。二、构筑智能机器人教学综合平台，培养学生动手能力学习为智能机器人编写程序是以智能机器人为平台的学习内容之一，在编程序的过程中学生要了解智能机器人的功能、结构和工作原理，并根据要机器人完成的任务来编写程序。学习者要了解机器人的各种传感器，并通过编程序来控制传感器，使机器人感知外界的环境信息，并对感知的信息做出决策和响应，以使机器人完成规定的任务。学习为机器人编写程序的过程可以用拟人的方法循序渐进的进行。如将机器人的硬件看作一个孩子，C51单片机是其大脑，而学习为机器人编程序的过程是学生赋予机器人行走、避障、避碰、说话、听话、观察等人类行为功能的过程。学生在学习的过程中始终感受着失败和成功，喜悦之情必然转化成学习的动力和兴趣。智能机器人作为培养学生综合能力的平台，除了要具有中学程序设计教学的程序设计语言系统和编辑系统。还要有适当的硬件功能。语言系统应该是具有结构化程序设计的语言系统，学生在学习编程的过程中要能够学到程序设计的三种基本结构即顺序结构、选择结构和循环结构的功能。硬件要具有很好的可扩充性和可塑性，适合学习有关的硬件知识，便于培养学生的动手能力。三、改编实验教程讲义，填补机器人课程缺项普通高中技术实验教科书通用技术选修教材《简易机器人制作》，内容包括计算机、传感器、机械等技术，程序设计采取全图形界面的流程图编制方法。但该教材对程序设计及编程语言、接口等未予深入研讨。我们根据所选机型和C语言编程环境改编了实验教程，形成了有特色的讲义集。智能机器人教学是培养学生动手能力的舞台。学生除了要具有学生程序设计语言系统和编辑系统。还要有适当的硬件功能。例如辅导学生自己认识电子元件，集成电路，光电传感器，及机械传动器件。并能进行安装，调试。通过智能机器人的学习掌握许多科学知识。智能机器人作为信息技术教学，会给信息技术教育带来新的内容、新的思考和新的活力。借助智能机器人学生可以进行多项目的研究性学习。智能机器人体现的知识的综合性，使他不仅会成为信息技术教育的载体，也会成为中小学课程整合的新载体。我们初步对高中两个班教学效果对比实验列表：分组每组学生完成简易组装掌握C语言环境适应组胜任环境适应性编程理科学期成绩第一期1248411稳80%第二期202171118小结2期优近似近似虽然智能机器人课外教学活动在高中教学时间中受到一定限制，学习任务紧，学习压力大。但是高中学生思想活跃，知识面广，动手能力强，接受新事物快，只要合理利用好时间，一定能够开展好智能机器人教学。东风一中开展智能机器人教学课题，通过创建智能机器人教学实验基地、硬件原理教学、安装实验、C语言教学、电子电路焊接组装实验等课外活动，在高一年级开设每50人组成一教学班，在实践中研讨总结，建立高中人工智能课题教学研究资料库，形成宝贵的校本资源，并为同类学校开展机器人教学活动提供导航参考。四．让人工智能教学成为高中信息技术教学的先导东风一中探索机器人学科课程、教材、教法、实验的策略，是将智能机器人活动与信息技术教学整合，重点针对单片机扩展板功能探究，教学实验的方法和教材编写探路。机器人活动主题不仅有趣，更提供开放性的问题解决方案，鼓励学生充分发挥想象力、创造力，培养学生的开发性思维。让人工智能教学成为高中信息技术教学的先导，具有重要教学实验意义。探索智能机器人教学，为人工智能机器人课程的全面开设创设良好的环境。探索机器人学科课