机器人技术论文(精选5篇)

  • 机器人技术论文(精选5篇)已关闭评论
  • A+
所属分类:文学
摘要

虚拟仿真技术是在信息处理技术和网络技术发展的基础上,将先进的仿真技术手段与网络技术相结合,对事件的现实性从时间和空间上进行分解后重新组合的技术。这一技术包括了三维计算机图形学技术、人机交互技术、多功能传感技术、人工智能、高清晰度的显示技术…

机器人技术论文(精选5篇)

机器人技术论文范文第1篇

焊接机器人的优点在于:焊接参数稳定,大幅提高了焊接产品的质量;使操作工人远离焊接弧光、烟雾和焊渣飞溅的侵害,极大地改善了工作条件;可以24h连续工作,大幅提高了劳动生产率。我国的工业机器人自上世纪一七五科技攻关开始起步,经过30多年的发展,在机器人的设计、制造、控制系统、传感器技术和智能应用方面都取得了长足的发展,弧焊机器人已广泛应用在汽车及装备制造等领域的焊装线上。科学技术的不断发展,使工业生产系统不断向大型复杂开放的方向发展,反过来又对焊接机器人等工业技术提出了更高的要求,虚拟仿真技术、人工智能控制和多智能体协同工作系统等高新技术正成为焊接机器人技术研究的热点,不断推进焊接机器人向着更先进的数字化、信息化、智能化方向发展。

1虚拟仿真高新技术

虚拟仿真技术是在信息处理技术和网络技术发展的基础上,将先进的仿真技术手段与网络技术相结合,对事件的现实性从时间和空间上进行分解后重新组合的技术。这一技术包括了三维计算机图形学技术、人机交互技术、多功能传感技术、人工智能、高清晰度的显示技术以及网络并行处理等技术的最新发展成果,是一种由计算机技术辅助生成的高技术模拟系统。在机器人研发设计阶段,由于机器人的机械手是多自由度的空间连杆机构,如果采用传统的力学和运动学理论来进行计算分析,那么难度非常大。如果利用计算机虚拟仿真技术,将机械手的几何参数及各组成零件的结构和力学特征与机器人学理论结合,运用三维设计软件将其模拟出来,再对其进行模拟运动和受力分析,就可以得到直观且可靠的结果。在机器人试验过程中,由真实设备和计算机仿真系统综合组成虚拟现实环境,让机器人在仿真环境中模拟正常工作状态,这样不仅加快了机器人系统的实际应用能力检测的进度,也缩短了其在工作环境中的安装和调整周期,更避免了许多在常规计算中难以测算的动态障碍、十涉等问题。

2多智能体协调控制高新技术

多智能体协调控制系统是指多个智能体通过系统控制互相协调、配合,协同工作,能够共同完成一项工作任务的组合系统,是近年来刚刚兴起的一项开放J陛智能新技术。多智能体协调控制系统是在单体智能机器人的基础上,为了适应复杂工作而将多个机器人的工作组合协调,相互关联。在搭建该控制系统时,重点考虑多个智能体的协调运作,即每个智能体按控制要求,在规定时间和空间内完成既定任务,且与相关联的智能体在时间和动作上协调一致,相互间有信息交互,具备一定的调节反馈能力。多智能控制体系利用一个控制系统,组成一个庞大的复杂的体系,完成复杂的工作目标,解决了一个全局性问题。其特点在于,将本应非常复杂的硬件和软件控制系统,分解成了相对简单的、独立的、相互间有信息反馈、彼此协调的多个单智能体单元。整个系统实现了资源共享、信息互通、互相协调、互相控制,通过易于管理、可灵活调整的多个单体,完成各种复杂的工作任务。

3智能传感器高新技术

近年来,随着微电子技术的不断发展,传感器技术也得到了长足进步,在传统传感器的基础上,发展起了多种新型智能传感器。在焊接机器人领域应用的有电弧传感器、超声波触觉传感器、静电电容式距离传感器、基于光纤陀螺惯性测量的三维运动传感器,以及包括光谱、光纤、红外等在内的光传感器等。智能传感器技术对机器人技术向高精方向发展起到了重要的推动作用。电弧传感器的工作原理是直接从焊接电弧本身获取焊缝偏差信息,不需要任何附加装置,具有成本低、实时性强等优点。采用了视觉传感器的机器人,通过视觉控制不需要预先对工业机器人的运动轨迹进行示教或离线编程,可节约大量的编程时间,提高生产效率和加工质量。同时,为了使智能机器人系统获取更加全面、准确的环境信息,以满足其综合决策的需要,一种以多传感器联合为基础的信息采集处理系统,即多传感器智能信息融合技术也应运而生,与传统只能测量一种信息的智能传感器相比,其性能大为提高。

4结语

机器人技术论文范文第2篇

【关键词】数字图书馆 智能机器人 研究趋势

随着科技发展和人们知识需求量增大,图书馆资源和服务逐渐趋向数字化和智能化。尤其大数据时代的到来在一定程度上推动图书馆向纯数字图书馆和智慧图书馆转化[1]。未来图书馆的数据资源丰富、结构复杂,需要通过云计算、数据聚类、相关分析等技术手段实现一站式搜索 [2]。目前,CNKI数字图书馆作为国际上技术领先的数字化学习平台,为读者提供跨库检索、学术趋势、学术研究热点等功能,实现了资源的高度整合和智能交互,满足了不同人群对知识的个性化、多样化需求。目前,智能机器人是国家产业创新发展重点项目和科研热点项目,本文利用CNKI数字图书馆的学术研究热点、学术趋势搜索、指数等检索功能实现“智能机器人”学术热点和学术趋势研究,让读者对其有个整体认识。

一、智能机器人

机器人是一种可编程和多功能的,用来完成搬运、安装、焊接、切割等不同任务的操作机,或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统[3]。 智能机器人则是一个在感知、反应、思维方面全面模拟人的机器系统,融合了机械、电子、传感器、计算机、仿生学、自动控制、人工智能等多学科知识的复杂智能机械,可以代替人从事危险复杂的工作,例如在工业、农业、军事、航天、医疗等多个领域大显身手。目前,各国正加快智能机器人技术的创新与发展,如美国再工业化和工业互联网战略、德国工业 4.0 战略、日本机器人新战略、韩国机器人强国战略等,机器人技术引领当今科技和产业发展态势。中国通过制定“互联网+”行动计划、“中国制造 2025”发展目标、“十三五”规划,,将机器人和智能制造纳入了国家科技创新的优先重点领域[4][5]。

二、 “智能机器人”和“智能控制”主题热点搜索

本文以“智能机器人”和“智能控制”为主题进行“学术研究热点”检索,检索结果显示了按照热度值排序的热点主题相关的主要知识点、主题学科名称、热度值、主要文献数、相关国家课题数、主要研究人员数和主要研究机构数。“智能机器人”相关知识点主要有移动机器人、工业机器人、仿人机器人、服务机器人、机器人导航、远程操作、人工智能、神经网络、模糊控制等知识点。

智能化是机器人控制和产业创新发展的重点。关于“智能控制”的热点知识主要包括模糊控制、神经网络、遗传算法、学习控制、自适应控制、变结构控制、预测控制、专家系统、非线性系统等知识点,这些知识点代表着“智能机器人”主要研究方向。

三、“智能机器人”和“智能控制”主题学术趋势和研究发展

CNKI数字图书馆提供“学术趋势”检索功能,为科研工作者了解“智能机器人”发展趋势提供了非常好的工具。本文通过“学术趋势”功能检索“智能机器人”和“智能控制”主题的学术趋势,图中不仅提供学术关注度,还提供热门被引文章供读者深度研究。图2显示智能机器人和智能控制方面的从1997年至2015年论文收录量逐年增大,2015年收录量达1343篇。读者可以从图2中及时掌握每年学术热点论文,从中深入学习“智能机器人”的具体研究方法和科研理论,为理论创新寻找突破口。

另外,CNKI数字图书馆还具有“指数”功能,通过对“智能机器人”和“智能控制”主题进行检索,得到以下各项信息:

“学术关注度”和“媒体关注度”是我们进行科学研究时比较关注的两个方面。通过对关注度的分析发现最近三年科研工作者和媒体对智能机器人的关注度剧增,预示着国家加大了“智能机器人”领域的投入和研究力度。

“关注文献”和“研究进展”搜索功能为读者提供了当前“智能机器人”领域高被引论文、下载量比较大的论文以及最新相关论文,为科研工作者迅速把握“智能机器人”研究的内容和研究趋势提供帮助。

“学科分布”为读者提供“智能机器人”和“智能控制”在不同学科领域的研究情况和“相关词”的统计情况。通过分析可知,移动机器人、智能制造、人工智能、路径规划、机器视觉、图像处理、虚拟现实、语音识别、声源定位等是分布在不同学科领域的“智能机器人”相关词,也是“智能机器人”目前重要的学术研究方向;单片机、模糊控制、神经网络、智能家居、智能电网、物联网、RFID、ZigBee、无线传感器网络、智能交通等是分布在不同学科领域的“智能控制”的相关词。因此,我们通过它们可以了解到跨学科智能机器人的研究动向。

“机构分布”显示了哈尔滨工业大学、哈尔滨工程大学、上海交通大学、清华大学、浙江大学、中国科学院沈阳自动化研究所等多所研究机构是文献的主要提供单位,这为读者认识机器人研究机构提供参考。

结论

CNKI数字图书馆提供的“学术研究热点”、“学术趋势”和“指数”功能为我们展示了“智能机器人”和“智能控制”的研究热点和学术研究方向,为读者科研选题和科学研究提供学术参考。通过对“智能机器人”关键知识点的、经典科研论文和最新科研论文的深度分析,探索和挖掘智能机器人发展的技术空白点,发现最新研究方向。目前大学图书馆的资源整合和智能搜索功能还比较弱,需要进一步加强图书馆智能搜索引擎的构建和其他智能交互平台建设才能提高图书馆资源利用率和服务效能。

参考文献:

[1]陈臣. 基于大数据的图书馆个性化智慧服务体系构建[J]. 情报资料工作,2013,06:75-79.

[2]王长全,艾. 云计算环境下的数字图书馆信息资源整合与服务模式创新[J]. 图书馆工作与研究,2011,01:48-51.

[3]任福继, 孙晓. 智能机器人的现状及发展[J]. 科技导报, 2015(21).

机器人技术论文范文第3篇

关键词:演进;生物进化:技术

技术是一种重要的社会文化现象,广泛存在于人类生活的各个领域,技术自诞生以来,就一直处于进化发展之中,其演进历程是从低级向高级一步一步进化而成的。自从达尔文提出进化论以来,进化思维就逐渐成为人们普遍的思维方式,并运用到各个领域之中。许多学者都把技术的发展与物种的进化进行过类比,力图从技术发展与生物进化的相似性中概括出技术发展的一般规律,技术世界与生物界都是开放的动态系统,其间在结构功能、运行机理、演化发展等方面都存在着众多的相似性。乔治,巴萨拉首次把生物进化论作为一种隐喻和思维方法,提出了比较完整的技术进化论思想,从而在技术哲学中奠定了他的历史地位。巴萨拉把进化思维运用到技术发展史的分析中,总体思路是富有启发和创见的,对技术发展过程中,技术如何发生、如何发展、如何进化如此等等重大问题,巴萨拉都用进化论的思想给出了独树一帜的答案,巴萨拉的技术发展的进化论模式尽管给人以极大的启发,但在许多发面又不太成熟。例如,他的模式还显得简单、粗糙,只是一个宏观的解释模型,他只是把进化论作为一种隐喻,一种思维方式,用进化的思想构造出一个简单的思想框架,并填之以一定的技术史资料,对技术发展进化的微观过程却缺乏细致的描述。从进化论角度研究技术进化另一位代表人物约翰・齐曼,主要从事技术系统与生物系统之间结构相似性的深入研究,提出技术进化是过程,常常伴有突变、停滞、闭锁、耦合、分叉、自组织、自适应、自相似、混沌、正反馈、路径依赖等一系列特性,但对于技术演进过程中的复杂性现象、表现、特征、形成条件、发生机理等没有进一步研究。因此,本文在前人研究的理论基础上,借助其中的系统演化思想,以生物进化论为背景,系统地分析技术演进的方式。

1 生物进化理论概述

达尔文在他的巨著《物种起源》里,提出了以自然选择为中心,从遗传、变异、适应、生存竞争等方面揭示了生物由简单到复杂、从低级到高级、由种类较少到种类较多的进化历程。但生物进化究竟采取什么方式?自古以来有两种对立的观点,一是主张渐变式,一是主张突变式,达尔文主张“自然界中无飞跃”的渐进进化观,相信生物进化是采取缓慢的渐进方式,这就是说,一种生物进化到另一种,要经过长期的历史过程,生物进化具有连续性,有一系列的中间过渡类型。如古代马进化到现代马,经历了始祖马到中新马、上新马的中间过渡类型,所以说,生物进化只能是缓慢地、点滴地。而突变论认为物种是由不连续的巨大变异而骤然出现的,荷兰的德弗里斯于1901年在他的著作《突变论》中明确指出:“新物种是突然出现。它不需要可见的准备,也没有过渡类型”。还有一些进化论者把进化论区分为大进化和小进化。小进化指种内、种间的微变和渐变,大进化指物种形成和种上进化,如被子植物、鸟类、哺乳类动物等新类型的历史上的出现,一些小进化论者认为,小进化和大进化遵循同样的机理,没有原则的差异,他们都必须经过物种的演变而进化。

那么生物进化究竟是渐变的还是突变的?事实上,渐变式模式和突变式模式都有一定的事实依据和合理性。突变式进化模式至少使经典达尔文渐变论者注意到生物进化中出现的显著飞跃,而非仅仅是缓慢的微小变异的积累。但突变式进化观也不能代替或完全否定渐变式进化观,因为生物进化过程中毕竟是大突变和小突变交替进行的。因此可以说,在生命进化的漫长历史中,即有渐进过程,也有飞跃过程,生物进化既采取渐变进化方式,又采取突变进化方式。新种的形成既有缓慢的渐进,也有急剧的跃进,既有连续,也有间断,生物进化是渐变与突变、间断与连续的统一过程。

2 基于生物进化的技术演进研究

如同生物进化一样,技术也是进化的,由低级到高级,由简单到复杂,缓慢进化而来。技术演进过程同生物进化的过程一样,也经历着类似的三种方式:渐变、突变、渐变和突变的统一。黄顺基等(1991)将技术发展过程分为经验型技术、实体型技术和知识型技术分别占主导地位的3个阶段,各阶段的代表性技术分别是:手工工具技术、动力技术、信息技术。再细分一个层次,手工工具技术又可分为石器技术、青铜器技术和铁器技术,动力技术目前可分为蒸汽机技术和电力技术。通过对技术史的研究可大体上画出3类技术的发展概况(见图1)。图中虚线表示这一技术水平将趋于一个定值保持下去。

在人类发展的初级阶段,由于人类自身能力有限,这一阶段手工工具技术占据了主导地位,所进行的活动主要是手工劳动,自然界对人类的破坏活动有足够的时间进行自我调节。在18世纪人类为了寻求进一步解放自身,开始寻找自然界的动力,而自然界也为人类提供了丰富的能源,蒸汽机、电力技术的发展使动力技术占据了主导地位,由于能源的大量开发和利用,自然环境在人们还没有意识到可持续发展重要性的时候已受到了严重破坏。当人类不再满足于只进行物质、能量的交流之后,信息技术便应运而生了。信息技术不但加强了社会各子系统之间的联系,也促进了各项技术之间的关联和向更高水平的发展。而信息技术对环境的影响相对于动力技术来说要小的多,并很可能成为我们改善环境的工具。从中可以发现技术的演进在各个不同阶段内是一种渐进的演进过程而各个不同阶段间是一种突变、跳跃式的演进。

2.1 渐进式演进

从历史看,技术起源于人类直接或间接的生存需求。技术发展的过程中在受到自身自组织机制支配的同时,还受到了自然规律的制约和人类不断变化的需求的影响,因此技术自身的发展是与人类社会和环境的发展同步的。

技术的演进与人的体外进化相一致,人的体外进化指的是文化方面的进化,包括工具、思维方式的进化。因此,恩斯特・卡普在《技术哲学纲要》中首先提出技术投射说,即技术被设想为人类有机体的某些方面的器官投射或延伸,如锤子是拳头的延伸,望远镜和显微镜是眼睛的延伸,声纳技术是耳朵的延伸,电脑是人脑的延伸,等等。人类在学会制造工具以前,首先有一个长期使用天然工具的过程,使用天然的木棒和石块来获取食物和防卫自己。典型物器是砍砸器,通常用拳头大小的砾石制成。在直立人阶段,石器类型开始增多,出现了刮削器和尖状器,但直立人阶段的石器仍属旧石器时期。到早期智人阶段,制作石器的技术有了进一步的发展,石器类型也较直立人阶段有所增加,石器的主要类型有厚尖状器、砍砸器、刮削器、小尖状器和石球等,而且石器类型比较固定,其用途已有明显的分工。晚期智人更

多地用石叶来制作工具,而且加工精细。此外还有少量的骨器和角器。晚期智人不仅能使用简单的工具,而且还能用石头或骨角制成矛头,然后加在木棒上制成长矛或标枪等复合工具。在晚期智人阶段,还出现了陶器器皿,这时,历史的车轮已驶进中新石器时代。此后,又过了几千年,才出现金属工具,如铜器、铁器等。从中我们可以发现手工工具技术的演进是一个渐进式演进过程(见图2)。

同样,以蒸汽机和电动机为代表的动力技术时代也是一个渐进的演进过程。在瓦特发明蒸汽机之前的1763年和1764年之间的那个冬季,当瓦特开始修理和研究一台纽可门蒸汽机的模型时,全世界已经有一半的地区已使用这种机器,但纽可门蒸汽机的某些特性使瓦特懊恼,从而促使他作些补救、改进措施。他制造出了超过纽可门蒸汽机的机型,并为现代蒸汽机的发展铺平了道路。而第一台电动机的发明也是以两个著名的器械:磁罗盘和蒸汽机为模型的,丹麦科学家奥斯特(Hans Christian Oersted)在1820年宣布通电流的导体在贴近它的四周产生磁效应,并证明了一截通电流的金属线对罗盘指针施加作用力使之偏向。而英国物理学家法拉第(Michael Farady)在获知了这一信息后立即尝试将指针的偏转变成连续旋转的运动,其结果就是第一台电动机的产生。

2.2 突变式演进

技术系统是一个开放的系统,与人类社会系统、周围自然环境系统不断进行着物质、能量和信息的交换;各类相关技术发展水平之间会产生不一致,这促使技术系统进入了发展的不平衡状态;技术系统内部也存在着涨落力,这就是有创造性的技术发明,蒸汽机、计算机的发明都促使人类进入了一个新的技术时代。因此,从生物进化论的角度来说,技术系统的演进过程又是一个突变式的演进过程。

在瓦特发明蒸气机之前,整个生产所需动力依靠人力和畜力。伴随蒸气机的发明和改进,工厂不再依河或溪流而建,很多以前依赖人力与手工完成的工作自蒸气机发明后被机械化生产取代。其影响涉及人类社会生活的各个方面,使人类社会发生了巨大的变革,对人类的现代化进程推动起到不可替代的作用,把人类推向了崭新的蒸汽时代。机器的发明和使用,又进一步促进了与制造业有关的冶金工业和采矿工业的发展,从工业革命的发展历程来看,工业革命的过程是发明促进发明,从轻工业到重工业,从工作机到发动机,互相推动的过程,蒸汽机的发明使人类由手工工具技术时代实现向动力技术时代的质的飞跃。而电子计算机的产生与发展将人类历史上的工业革命推向以自动化为主要标志的第三次工业革命。它对人类历史发展的影响是第一次工业革命、第二次工业革命所不能相比的。目前,它与人类社会已融为一体,并日益广泛而深入地影响着社会生活的方方面面。电子计算机是人类在20世纪里创造出来的最值得骄傲的工具,就它对社会生产、经济、军事、文化教育和人类生活各方面的影响来说,其意义比任何其他技术都深远得多。而电子计算机作为现代信息技术的核心,带动并产生一大批新型工业,使社会的第三产业迅速发展起来,不仅推动了社会生活的现代化,还改变着人们的生活、学习、交往和思维方式,是知识经济时代到来的根本原因和基础。

还有部分学者(任锦鸾、顾培亮,2002)认为下一次技术突破将是新能源技术。煤、石油、天然气等不可再生能源的储量是有限的,而人类对能源的需求不断增长,新能源开发和使用技术突破后很可能成为下一代动力技术的核心。人们常将信息技术的发展称为第三次技术革命,但它并不是对动力技术的替代,而是一个新的技术发展分支。这一分支的出现是与社会整体协调发展的过程相适应的,它创造了以知识型技术要素为主的技术时代。

2.3 渐变与突变的交叉统一

自从人类开始利用石器以来,新技术不断替代旧技术,手工工具技术中的石器技术、青铜器技术和铁器技术三者之间的发展几乎是完全替代的过程,因为它们的作用空间基本相同。但在手工工具技术、动力技术和信息技术这一层次的技术替代并不是完全的,比如一些手工工具现在还在使用,电力技术在将来的很长时期内还将存在,而由于信息技术与前两种技术的使用空间重复范围不大,它们不但同时存在,并很可能相互促进。尤其是在新旧技术的交叉点,旧技术会因固有的市场、资产等原因努力维持生存:而新技术全面发展的物质基础和社会条件还不充分,不能被使用者立即接受,因此会出现二者交替占有市场的局面(见图3)。

从图3中我们可以看出在曲线上出现了振荡,但曲线最终会走向上升的轨道,说明技术在经历挫折之后仍会向前发展。例如网络技术在风起云涌之后中间出现了短暂的低迷,主要原因就在于虽然信息技术本身已达到一个较高的水平,但它全面发展的市场还不成熟,从而约束了它的进步。

纵观整个人类技术发展史,而不止局限于两种技术的替代,有时是多种技术同时存在的替代过程,例如铁器、电动机、计算机至今仍同时存在于我们的生活中。当有新的技术,比如网络技术、新能源技术出现之后,各种技术增长的最大可能空间是不同的,也可以说是不断扩展的。手工工具技术一般用于工业和农业。动力技术就扩大到了交通、运输、提供动力,信息技术更是影响了我们生活的方方面面。例如计算机开始只作为科研机构大型计算的工具,在它逐渐成为大众使用的工具时,它的市场占有率是上升的,在未来,必会有更便捷的工具替代计算机,那时它的市场占有率就会随之下降。

机器人技术论文范文第4篇

测控技术与仪器专业培养能力 1. 具有较扎实的自然科学基础,较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力;

2. 较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识,主要包括机械学、电工电子学、光学、传感器技术、测量与控制、市场经济及企业管理等基础知识;

3. 掌握光、机、电、计算机相结合的当代测控技术和实验研究能力,具有现代测控系统与仪器的设计、开发能力;

4. 具有较强的外语应用能力;

5. 具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质。

测控技术与仪器专业就业前景 测控技术与仪器是电子、光学、精密机械、计算机、信息与控制技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科,主要面向测量和控制的新原理、新技术以及仪器的智能化、微型化、集成化、网络化和系统工程化等。

本专业学生主要学习精密仪器的光学、机械与电子学基础理论,测量与控制理论和有关测控仪器的设计方法,受到现代测控技术和仪器应用的训练,具有本专业测控技术及仪器系统的应用及设计开发能力,可在国民经济各部门从事测量与控制领域内有关技术、仪器与系统的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理等方面的工作。

机器人技术论文范文第5篇

论文摘要:智能机器人教育在学校教育中的地位也越来越重要。无论国内还是国外,开展智能机器人教育活动已经非常普遍。由于没有专门的机器人教育专业,使得我国基础教育领域机器人方面的师资处于接近真空状态。在师范类院校开展智能机器人教育,为基拙教育提供更好的师资力量,也为师范类院校在人才培养模式上带来了新的思考。师范院校开展智能机器人要形成一种师范模式,重点在对学生进行机器人教育指导能力的训练。

一、引言

20世纪90年代以来,随着科技的进步,人工智能技术的发展,智能机器人在全世界范围内掀起犷一股热潮。随着机器人技术理念的逐步完善和相关设备更新,人们也笋越来越重视智能机器人的教学和竟赛活动。正是因为看到了这一点,我国的高等教育以及中小学教育在这方面也都投人了巨大的热情和精力,智能机器人教育在学校教育中的地位也越来越重要。笔者通过文献检索发现,智能机器人教育在国内外已不是少数学校的事。

1.国内外高校智能机器人教育开展现状

无论国内还是国外,在高校开设智能机器人教育课程的现象已经非常普遍。但主要是一些综合性大学。比如日本是世界上机器人教育和机器人文化普及最高的国家之一,在日本不仅每所大学具有高水平的机器人研究和教学内容,且每年举行多种不同档次的机器人设计和制作大赛,通过大赛培养了大批机器人技术研究和应用人才,使日本的机器人技术走到了世界前列。其他再比如一些欧美国家,亚太地区等都有该类项目的开设。

在国内,据不完全统计也有为数相当的高校有开设这项课程。其中有包括清华大学、北京大学、北京理工大学、西安理工大学等综合型大学,也有北京师范大学、浙江师范大学等师范类大学,其他还有一些职业技术学院等等。可以说我们的教育界还是注意到了这门新兴的学科,也在这块领域投人了相当的支持和关注。

2.国内外中小学智能机器人教育开展现状

国外青少年热中于机器人基于他们的历史文化环境:一是高新科技(尤其是IT的超速发展);二是漫画、电影、电视、体育竞赛、电子游戏以及互联网的影响。也正是由于这些文化因素的影响,智能机器人教育在国外开展地如火如茶,发展也比较迅速。目前,各国都有举办不同级别、科目、门类的比赛:比如日本的ROBO-ONE比赛至今已经举办了7届,还有“青少年机器人大赛”等,其主要参赛者都是年轻人。与此同时韩国的青少年也在掀起一股机器人热潮,韩国政府和企业也正在投人大量资金开发机器人产业,并使之商品化。而在美、德、法等国家,机器人产业也正在受到重视,一般采取“官产学”形式。“官”即政府的支持和调节,“产”即产业界的自我分类的研究和开发,“学”即学校专门设置的课程,进行学校教育。在如此庞大的体系下,机器人产业在国外已占非常重要的地位,尤其在当今的信息技术时代。

我国的智能机器人教育现状又如何呢?据不完全统计,在 2005年全国已有2. 5万余所中小学、320余万学生参与到智能机器人教育当中来。随着这几年经济的快速发展,目前我国中小学参与到机器人教育这个项目当中的人远远超过了上述数据,而且还在不断上升。特别是沿海发达地区,比如上海、广东、浙江、江苏等地区。目前的主要开设形式是校本课程或者兴趣小组等,参与的学生也大多是出于个人兴趣爱好。

3.中小学智能机器人教育的师资现状

由于智能技术是信息技术的核心领域,智能机器人也成为了培养学生动手能力、创新能力、协作能力和逻辑思维能力,提高学 生综合素质,开拓智力的平台;同时,也是进行程序设计形象化、成果化教育的平台。

目前就已开展智能机器人教育的学校来看,其主要的指导老师就是信息技术老师。智能机器人教育主要多个学科的知识,由于没有专门的机器人教育专业,使得我国基础教育领域机器人方面的师资处于接近真空状态。可以看到中小学信息技术教育在师资方面还存在着诸多欠缺的地方。而计算机科学与技术、教育技术这两类专业在培养目标和培养模式上都带有局限性。比如计算机科学与技术专业,他们培养的人才往往有双重性:一是培养具有教书育人的良好素质,能胜任中小学计算机教育的教师;二是可从事计算机行业的相关人才。而教育技术专业虽然把培养目标调整为“具有良好的信息素质,胜任中小学信息技术课程的教学工作”,但是,目前多数教育技术专业、计算机科学与技术专业的培养模式培养大批“胜任”智能机器人教育课程的教师显然不切实际。

4.关于师范院校开展智能机器人教育的情况

在我们国家而言,智能机器人还属于比较新兴的项目,作为科研重要基地的大学起步也较晚,大家的水平差距相对较小。如果师范院校现在开设该项目,以时机来看,比较恰当。正因为大家处于同一起点,相互之间的差距不是很大,更加有竞争。师范类院校作为为社会培养人才的基地,更应该看到这一事实。目前师范类院校较综合大学来实力上看处于劣势状态,但师范院校由于和基础教育结合紧密,在发展机器人教育方面事实上具有先天优势。为提高师范类院校的竞争地位,增强培养人才的实际能力,创造出师范特色的新的人才培养模式,都值得我们思考并加以实施。

二、师范院校开展智能机器人教育的价值

1师范类院校提高本身竞争力的需要

在师范类院校开设智能机器人教育正是顺应了师范教育改革的潮流。不仅可以为基础教育提供更好的师资力量,也为师范类院校在人才培养模式上带来了新的思考。拓宽了师范生的就业渠道,增强了社会竞争力。

2.中小学智能机器人教育的需要

智能机器人教育引人中小学,不仅有利于信息技术的发展;有利于我们探索教育改革和人才培养的新途径、新方法;有利于高素质人才的培养;同时,也将推动我国智能机器人知识和技术的普及;促进我国智能机器人事业的发展和专业人才的培养;促使新兴的智能机器人产业的形成。因此智能机器人进人中小学已成为一种必然趋势。我们可以通过智能机器人教育这个平台挖掘学生的创造潜能培养造就创新人才。不久的将来,智能机器人教学必将进人我们的周围,越来越多的人员便会参与到其中。如果师范类院校开设智能机器人教学,那么等到这些人员从事到中小学教育以后,他们发挥出来的作用将不可限量。

3.培养学生的诸多能力需要

智能机器人技术是世界强国重点发展的高技术,也是世界公认的打开21世纪大门的钥匙。智能机器人融合了机械、电子、人工智能等技术。如果把它引人教育,不仅有利于信息技术教育的发展;有利于我们探索人才改革和人才培养的新途径、新方法;有利于高素质人才的培养;同时将推动我国智能机器人知识和技术的普及;促进我国智能机器人事业的发展和专业人才的培养;促进新兴产业的形成。实践证明它不仅可以激发学生的想象力,培养学生的设计能力、创造能力、动手能力和跨专业的综合应用能力而且还培养了学生的协作精神。把智能机器人引人师范教育,不仅培养了学生的诸多能力,同时又为师范类院校学生在就业竞争中提供了一项优势,何乐不为?

4.师范性和专业性结合,培养更全面人才的需要

师范教育的根本目的不在于培养文学家、科学家,而是培养能培育文学家、科学家的教育家。在师范类院校开设智能机器人课程便是培养模式上的一种尝试和创新。由于师范类院校其本身的特殊性,它主要为基础教育培养师资力量,侧重点在于培养教师而不是培养研究性人才。师范类院校要培养智能机器人教育的人才,势必要调整培养目标和培养模式,把专业性和师范性更好到结合在一起,只有这样才能优化人才,增加竞争力。师范类院校要看到自己的缺点的同时也注意发挥自己的优势。目前中小学存在的问题就是专业教师的缺乏。为中小学智能机器人教育提供更优的师资,也为师范类院校学生提供更多的就业机会而言,在师范类院校开设智能机器人教育也就非常必要而且也很有利。

三、要研究智能机器人教育发展的师范模式

1.要总结开设智能机器人教育的做法和经验

湖州师范学院于2004年开始智能机器人教育,目前拥有机器人仪器80台,实验室两个。主要以学科竞赛、兴趣小组形式开展设,目前正在课程开设试验。举办过六次机器人院级比赛,五次机器人校级比赛,举办过两期暑期培训,并代表学校参加过7次全国性的比赛,参与到这项教育活动的学生数大约有600人,获得了全国一等奖多项,引起社会、其它学校的关注。

作为师范院校,开展智能机器人教育的主要目的是为突出专业特色,增强社会竞争力。虽然我们开展的时间并不是很长,但无论是自己举办活动还是参加大规模的比赛,我们的师生都认真努力,收获颇多。在教学实践和理论方面都有了很大的提高,积累了一定的经验。

从笔者的走访来看,无论是参与到其中的教师还是学生,都得到了一定的锻炼。一些同学甚至还受到了一些中小学的邀请,去担任他们的兴趣小组指导教练,参加省级比赛,也取得了不错的成绩。智能机器人教育开阔了学生的视野,培养了学生的能力,同时打造了学校品牌,为学生就业提供了多一条的途径。

但同时在教育对象、课程设置、实验室管理等方面也都还存在着一定的问题。比如智能机器人是融合了多种技术的综合性课程,开设培训课程以前,需要学生有一定理论基础。所以需要开设一定的前序课程。由于受到实验室、师资等问题的限制,目前我们学院开设的项目还比较少,学生参与面还不够宽等等。

2.要明确培养目标,更好地开展机器人教育,形成师范模式

就师范类院校开展智能机器人教育而言,笔者认为我们要按师范专业的特点开展一系列智能机器人教育课程、活动,形成一种师范模式,更好地普及机器人教育,为基础教育培养优秀人才。

(1)在师范专业开设一些信息技术课,培养学生信息素养

当今时代,对学生的信息技术素养要求越来越高。根据我院实际经验,学生在参与到机器人活动中时需要一定的信息技术基础,比如C语言编程,而我们师范生缺少的就是这方面的知识。如果师范院校在这方面能开设一些系列课程,使学生的理论知识水平有所积累,对于我们开展机器人教育必将有极大的帮助。我们在从小学教育专业、教育技术专业本科生中开展智能机器人教育,就十分重视学生信息技术课程知识的补充,因此师范生在智能机器人教育的一系列活动、选修课程中理解能力、动手能力就迅速提升。

(2)建立配套完备的机器人教育实验室

智能机器人是技术的前沿之一,集成了数学、物理、化学、生物、机械、电子、材料、能源、计算机硬件、软件等众多领域的科学和技术知识,没有一种技术平台比智能机器人更综合。所以为了使现在的师范生能够更适应未来信息时代的要求,在教学实验环节中及时地增加教学实验内容是非常有必要和可行的。况且,机器人教学需要有实际的场地设备等要求,机器人教育实验室的创办非常需要。加强机器人教育实验室建设,重点在对学生进行机器人教育指导能力的训练,同时要注意实验室的专业完备程度,规范管理等,并提高机器人实验室的软件建设、社会服务能力。

(3)成立大学生机器人教育协会,组织机器人学科竞赛

机器人比赛是一项很好的科技创新活动,不仅易于激发兴趣,而且还可以培养学生的多种能力。学生们在研讨争论中,逐渐提高了语言表达能力;在策略方案分析中,锻炼了思考、分析问题和解决的能力;在具体设计和安装调试中,综合运用各门课程知识,提高了工程设计和工程实施的安装能力。我们目前建立大学生机器人教育协会,吸引学生参加这方面的活动,学习机器人原理,掌握机器人制作、编程、操作技能,活动形式主要是开展机器人学科竞赛。这样既可以检验我们学生学到的实际的知识以及获得的能力,也能赢得更多的荣誉,得到学校领导的重视,扩大师范院校在机器人竞赛的影响,更重要的是从亲身实践中学会和发展智能机器人教育活动的组织能力。