淺析Micromouse課程在職業(yè)教育領(lǐng)域人工智能方向應(yīng)用

張家荃

摘 要：電腦鼠是使用嵌入式微控制器、傳感器和機電運動部件構(gòu)成的一種微型機器人，可以在迷宮中自動記憶和選擇路徑，快速地達到所設(shè)定的目的地。它是一個集多項工程學(xué)科知識于一體的小型系統(tǒng)，結(jié)合了機械工程、電子工程、自動控制、傳感與測試技術(shù)、程序設(shè)計和人工智能算法等多專業(yè)知識。本文以電腦鼠走迷宮項目為例，介紹了在中等職業(yè)院校的人工智能教育領(lǐng)域開展人工智能基礎(chǔ)教育教學(xué)的方式及成效。

關(guān)鍵詞：電腦鼠;人工智能;職業(yè)教育

為把握世界人工智能發(fā)展趨勢，近年來中國持續(xù)致力發(fā)展人工智能教育。為此，我校積極探索在中等職業(yè)院校中開展人工智能基礎(chǔ)教育教學(xué)的方式方法，開設(shè)了《智能創(chuàng)意機器人》專業(yè)基礎(chǔ)課程，該課程選取Micromouse電腦鼠為教學(xué)項目載體，采用EPIP工程實踐創(chuàng)新教學(xué)模式，在學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力、邏輯思維能力以及創(chuàng)新創(chuàng)意能力。

一、人工智能教育在中職學(xué)校開展的關(guān)鍵點

（1）多學(xué)科綜合運用能力：人工智能系統(tǒng)是一個集機械、電子、計算機等多學(xué)科交叉高度一體化的復(fù)雜系統(tǒng)，因而具備多學(xué)科的知識結(jié)構(gòu)、多學(xué)科的學(xué)習(xí)整合能力、多領(lǐng)域的理解力尤為重要。（2）計算機編程能力：人工智能研究的目標(biāo)是通過編寫程序來模仿和檢驗的關(guān)人類智能的理論。人工智能離不開“計算思維”“編程能力”，所謂計算思維是指以計算機編程程序為載體，以計算機程序運行邏輯思維，進行對應(yīng)的思維邏輯。

可見，人工智能離不開計算機編程，C語言、JAVA等語言編程課程對于中職學(xué)生來說難度較大，學(xué)生容易產(chǎn)生畏難情緒放棄學(xué)習(xí)。為此，亟需開設(shè)相應(yīng)課程，選擇合適的載體降低學(xué)習(xí)難度，使學(xué)生能夠掌握編程技能。

二、我校開展人工智能基礎(chǔ)教育的方法及成果

自2017年起，我校依托提升辦學(xué)能力國際先進水平重點建設(shè)項目，全方位打造機電技術(shù)應(yīng)用（工業(yè)機器人方向）專業(yè)，主要形式有Reference to Figure 2：（1）在學(xué)校專業(yè)教學(xué)中開設(shè)了《智能創(chuàng)意機器人》這門專業(yè)基礎(chǔ)課，作為我校的人工智能科普課程。該課程包含創(chuàng)意機器人項目、Micromouse電腦鼠項目兩大部分內(nèi)容。（2）在校內(nèi)成立“雙創(chuàng)空間”社團，打造EPIP工程實踐創(chuàng)新體驗中心，建立面向青少年和社會公眾的人工智能科普公共服務(wù)平臺，開展多種形式的普職交流，2018年學(xué)校獲得全國青少年人工智能活動特色單位稱號;2018年學(xué)校獲批為全國青少年機器人技術(shù)等級考試鑒定中心，面向社會開放，承接培訓(xùn)鑒定服務(wù)，獲2018年青少年科普工作優(yōu)秀單位稱號。以2017級機電技術(shù)應(yīng)用專業(yè)班級為試點開設(shè)了該課程，該班8名同學(xué)分別參加了雙創(chuàng)空間社團和工業(yè)機器人集訓(xùn)隊，2017年以來多次參加各級別機器人競賽，收獲可喜成績。榮獲第十七屆、十八屆天津市青少年機器人競賽高中組別工程創(chuàng)新賽項比賽一等獎2組、二等獎3組;全國青少年機器人挑戰(zhàn)賽總決賽中獲得二等獎;2018年世界教育機器人錦標(biāo)賽中獲二等獎;在首屆EPIP魯班工坊國際邀請賽中，獲得電腦鼠走迷宮項目最快速度獎;工業(yè)機器人市級比賽獲一等獎1項、國家級比賽獲二等獎1項;2018年在全國職業(yè)學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)效創(chuàng)業(yè)大賽獲三等獎1項。

三、Micromouse電腦鼠項目教學(xué)應(yīng)用實例

（1）項目名稱：Micromouse電腦鼠循跡走直線。

（2）需掌握的知識技能點：姿勢修正子程序，即根據(jù)左右兩側(cè)紅外傳感器接收的反饋信號來判斷電腦鼠偏離迷宮巷道中軸線的程度，通過調(diào)整步進電機工作脈沖使某一邊電機減速來修正電腦鼠的行駛方向，使其基本行走在中軸線附近。

（3）前期學(xué)習(xí)基礎(chǔ)：通過基礎(chǔ)項目的學(xué)習(xí)，學(xué)生在本課前已掌握Arduino開發(fā)軟件、控制器、電機、藍牙模塊以及紅外傳感器測距等相關(guān)知識，并且能夠運用軟件完成電機控制下的直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)的程序編寫。

（4）教法、學(xué)法：EPIP（工程實踐創(chuàng)新項目）教學(xué)方法、小組學(xué)習(xí)法教學(xué)安排：課上發(fā)布項目任務(wù)，要求實現(xiàn)利用電腦鼠前端左右兩側(cè)紅外傳感器測距，通過編程實現(xiàn)電腦鼠自動走直線——編寫姿勢修正子程序。

首先，完成無校正走直線程序，之前在做電腦鼠驅(qū)動項目時，電腦鼠不可避免的會向一側(cè)偏移，這是由于電機的工業(yè)誤差、導(dǎo)線長度、焊接工藝以及輪胎摩擦等原因造成的。因此，首先安排學(xué)生以小組單位進行電腦鼠左右兩只電機的速度，讓電腦鼠可以在無校正時近似的走直線，這需要使用PWM調(diào)速的方法，通過多次試驗，選出合適的模擬量，至少這個數(shù)值下電腦鼠可以行走三個單元格而沒有明顯的偏移。結(jié)合電腦鼠電路圖可知引腳連接情況為左電機，右電機，左前傳感器L，右前傳感器R。接下來，需要加入傳感器模塊的數(shù)值條件了，用到的是左前傳感器L以及右前傳感器R，引導(dǎo)學(xué)生思考通過測量的數(shù)值判斷電腦鼠是否發(fā)生偏移以及相應(yīng)的解決方式。以小組為單位用流程圖的方式一一進行展示說明，最終由教師確定電腦鼠循跡走直線的流程圖。然后，讓學(xué)生分組進行程序設(shè)計，按照流程圖所示的四種情況對電腦鼠完成圖形化編程，使其能夠循跡走直線。學(xué)生可以下載自己編譯好的程序，將電腦鼠放在測試場進行測試，反復(fù)進行調(diào)試。最后，以組間競賽的形式開展一場電腦鼠循跡走直線比賽，增加學(xué)習(xí)的趣味性。

依托電腦鼠項目能夠更好地在中等職業(yè)教育領(lǐng)域開展人工智能基礎(chǔ)技能教學(xué)工作，我校將進一步開發(fā)Micromouse電腦鼠項目在教育教學(xué)中的應(yīng)用形式，借助EPIP工程實踐創(chuàng)新體驗中心開展多種多樣的體驗活動。

參考文獻：

[1]宋麗紅.電腦鼠走迷宮的培訓(xùn)指導(dǎo).天津市啟成偉業(yè)高科技有限公司，2015（3）.

[2]方金亮，譚穎子.基于ARM的IEEE標(biāo)準(zhǔn)的電腦鼠研究與實現(xiàn)[J].機械制造與自動化，2008，37（5）：99-111.