智能機器人教學大綱(軟件部分).doc

智能機器人教學大綱（軟件部分） 課程類型：選修課先修課程：英語，計算機基礎(chǔ)授課對象：中小學生（小學生只講授第一部分）教學安排：上學期學習，每周上兩節(jié)課 (小學生每周上一節(jié)課，剩下的課時留給學生根據(jù)所學的知識對機器人應(yīng)用)程序的開發(fā)環(huán)境：VJC 1.0教學目的：讓學生掌握一種編程語言，學會程序設(shè)計的基本思想，提高編程能力，培養(yǎng)學生的抽象思維及創(chuàng)新精神，為學習其他計算機高級語言打下基礎(chǔ)。通過本學期的學習，提高學生的動手能力、實驗?zāi)芰?，學生能夠了解如何使用智能機器人，如何使機器人實現(xiàn)自己的目的，學生能夠設(shè)計出新穎的功能完整的程序，使機器人的行為更加真實可靠。教學要求： 教師課上不僅要講解程序設(shè)計的理論知識，還要讓學生自己動手設(shè)計，最好在有實驗場地的機房上課。這樣可以講一些程序的功能，當時就給學生演示這段程序在機器人上的實現(xiàn)，學生理解起來更加透徹。學生自己也可以隨時下載程序，在場地里調(diào)試。課上也要穿插運用小組討論和個別化教學的方式，課下要根據(jù)本課程的內(nèi)容留一些作業(yè)，為了使學生鞏固知識。這些作業(yè)最好是貼近機器人滅火和足球項目的，這為了使學生下學期能更好投入到滅火和足球的項目設(shè)計中來。教學內(nèi)容：第一部分 流程圖程序 第1章 流程圖環(huán)境的總體認識（一）課程內(nèi)容： 1.1 開發(fā)環(huán)境VJC 1.0 的安裝、進入和退出 1.2 流程圖界面的認識（二）學習目的與要求： 本章的學習在于對 VJC 1.0 的流程圖界面有一個總體的認識，使得以后的學習操作更加熟練。 本章總的要求是：了解VJC 1.0 的安裝、進入和退出的步驟，了解流程圖界面的工具欄、菜單欄的使用。 本章重點：菜單欄、工具欄的使用；各種模塊的位置。 (三) 考核的知識點與考核要求： 1. 開發(fā)環(huán)境VJC 1.0 的安裝、進入和退出，要求達到“識記”層次。 2. 流程圖界面的認識，要求達到“識記”層次。 2.1 工具欄的使用 2.2 菜單欄的使用 2.3 工作區(qū)域模塊庫的認識 第2章 流程圖編程方法（一）課程內(nèi)容： 2.1 程序的模塊 2.1.1 流程圖的定義及其與模塊的關(guān)系 2.1.2 模塊的基本操作 2.2 流程圖模塊的定義及用法2.2.1 執(zhí)行器模塊2.2.2 傳感器模塊2.2.3 控制模塊2.2.4 程序模塊2.3 變量2.3.1 變量百寶箱的介紹2.3.2 變量百寶箱的應(yīng)用（二）學習目的與要求： 本章是流程圖編程的基礎(chǔ)，模塊是構(gòu)成程序基本點，因此，對模塊的熟練操作是為以后能更好的編程。 本章總的要求是：理解流程圖與模塊的關(guān)系，能夠熟練的對模塊操作。掌握各模塊的功能及參數(shù)設(shè)置。了解執(zhí)行器模塊所對應(yīng)的機器人硬件設(shè)備、傳感器模塊所對應(yīng)的傳感器。會用子程序和任務(wù)編程。了解變量百寶箱的配置以及各種變量的取值、應(yīng)用。 本章重點：由模塊組成流程圖的方法；模塊的操作；變量的使用。(三) 考核的知識點與考核要求：1. 程序的模塊，要求達到“領(lǐng)會”層次。1.1 使用模塊的連接構(gòu)成程序，模塊的斷開并將其拖到垃圾箱中可刪除模塊1.2 右鍵單擊模塊，對模塊設(shè)置的方法。2. 執(zhí)行器模塊和傳感器模塊，要求達到“簡單應(yīng)用”層次。2.1 執(zhí)行器各模塊的使用，每個模塊控制機器人硬件的方法2.2 傳感器各模塊的使用，每個模塊判斷傳感器接收檢測值的方法3. 控制模塊和程序模塊，要求達到“綜合應(yīng)用”層次。3.1 各種循環(huán)和條件判斷的使用，加入執(zhí)行器和傳感器模塊構(gòu)成一段程序3.2 能建立子程序和任務(wù)，并用這兩種方法編程4. 變量，要求達到“簡單應(yīng)用”層次。4.1 各種變量的名稱和取值范圍4.2 變量在模塊中的使用4.3 變量在程序中的控制及變化第3章 程序設(shè)計（一）課程內(nèi)容： 3.1 流程圖的設(shè)計思想及方法 3.2 程序的誕生 3.2.1 由流程圖生成程序 3.2.2 設(shè)置模塊中的變量 3.3 綜合應(yīng)用所學的模塊設(shè)計出一個有意義的功能全面的程序。 （二）學習目的與要求： 本章是流程圖編程的拓展和一些編程技巧，不論模塊如何搭建，都要編出能夠?qū)崿F(xiàn)最終目的的程序，因此，本章設(shè)計程序上突出了“由淺入深、由粗至細”的編程原則。將要實現(xiàn)的功能用模塊逐漸細化，每個模塊分別調(diào)試，最終 編出一個完整的程序。 本章總的要求是：能夠畫出流程圖來表示實際問題，會由流程圖轉(zhuǎn)換為用各種模塊搭建的程序圖，通過調(diào)整各模塊中的變量實現(xiàn)全部功能。 本章重點：流程圖表示實際問題的方法；流程圖轉(zhuǎn)為程序圖的方法。 難點：流程圖表示實際問題；調(diào)整模塊中的變量。(三) 考核的知識點與考核要求：1. 流程圖，要求達到“綜合應(yīng)用”層次。1.1 列出將要實現(xiàn)的功能1.2 將各個功能按照順序和調(diào)用關(guān)系畫出流程圖2. 生成程序，要求達到“綜合應(yīng)用”層次。2.1 將流程圖中的各項功能用模塊表示2.2 將各模塊搭建起來，構(gòu)成一個完整的程序圖3. 調(diào)整變量，要求達到“簡單應(yīng)用”層次。3.1 通過不斷的下載調(diào)試來調(diào)節(jié)變量取值，直到實現(xiàn)全部功能為止。第二部分 JC代碼程序 第4章 JC代碼環(huán)境的總體認識（一）課程內(nèi)容： 4.1 JC程序的進入和退出4.2 JC程序的編輯界面4.2.1 菜單欄4.2.2 工具欄4.2.3 JC程序的編輯窗口4.2.4 交互信息窗口 4.3 JC程序與流程圖兩個界面之間的切換（二）學習目的與要求： 通過本章的學習來了解JC代碼的編程環(huán)境，比較一下和流程圖界面有什么不同，使得以后的學習操作更加熟練。 本章的總體要求是：了解編輯界面，熟練的使用菜單蘭和工具欄，弄清交互信息窗口所顯示的內(nèi)容，能夠了解狀態(tài)欄的信息。熟練的進行JC程序與流程圖兩個界面之間的切換。 本章重點：工具欄、菜單欄的使用；交互信息窗口的查看；JC程序與流程圖兩個界面之間的切換。(三) 考核的知識點與考核要求：1. JC代碼環(huán)境的認識，要求達到“識記”層次。1.1 工具欄的使用1.2 菜單欄的使用1.3 交互信息窗口的查看2. 兩個界面的聯(lián)系，要求達到“識記”層次。2.1 JC 程序與流程圖兩個界面的相同點與不同點2.2 JC 程序與流程圖兩個界面之間的切換 第5章 JC語言的基礎(chǔ)知識（一）課程內(nèi)容： 5.1 數(shù)據(jù)對象 5.1.1 變量5.1.2 常量5.1.3 數(shù)據(jù)類型5.2 語句與表達式5.2.1 運算符及運算方法5.2.2 語句的表示方法5.2.3 表達式的使用5.3 運算優(yōu)先級和次序（二）學習目的與要求： 本章可以看作設(shè)計 JC 語言程序前的準備，每一段程序都是由若干條語句組成的，而每一條語句又是由變量、常量、表達式、語句定義符等若干個語言點組成。本章就是學習這些零散的語言點，為以后能夠編出更完美的程序。 本章的總體要求是：了解變量、常量、表達式的概念，會用變量、常量構(gòu)成各種表達式。對不同的數(shù)據(jù)類型能做出及時的判斷。會使用各種運算符并熟練的計算各種表達式。 本章重點：變量、常量的概念；語句的寫法；表達式的使用；數(shù)據(jù)類型的掌握；運算優(yōu)先級和次序。 難點：語句的寫法；表達式的使用。(三) 考核的知識點與考核要求：1. 數(shù)據(jù)對象，要求達到“領(lǐng)會”層次。1.1 變量的定義和初始化1.2 變量和常量的使用1.3 定義不同的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)類型的轉(zhuǎn)換2. 語句與表達式，要求達到“簡單應(yīng)用”層次。2.1 單目運算符、雙目運算符和三目運算符的使用，易混淆運算符的區(qū)別。2.2 語句的寫法2.3 表達式的計算3. 運算優(yōu)先級和次序，要求達到“識記”層次。3.1 不同運算符的計算次序3.2 同一運算符兩邊的計算次序第6章 程序設(shè)計初步（一）課程內(nèi)容： 6.1 順序結(jié)構(gòu) 6.1.1 順序結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計思想 6.1.2 順序結(jié)構(gòu)中常見的語句 6.2 選擇結(jié)構(gòu) 6.2.1選擇結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計思想 6.2.2 if-else 語句的使用 6.2.3 選擇結(jié)構(gòu)的程序舉例6.3 循環(huán)結(jié)構(gòu)6.3.1 循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計思想6.3.2 while和for 語句的使用6.3.3 循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序舉例6.4 綜合應(yīng)用三種基本程序結(jié)構(gòu)進行編程（二）學習目的與要求： 本章學習程序設(shè)計的三種基本結(jié)構(gòu)，任何一個完整的程序都是由這三種基本結(jié)構(gòu)組成的。因此，能夠熟練的掌握這三種基本結(jié)構(gòu)，對今后的高級程序設(shè)計和完成軟件工程項目是有好處的。 本章的總體要求是：理解三種結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想。會熟練的使用其代表語句編出程序。在同一程序中使用三種基本結(jié)構(gòu)搭配。 本章重點：選擇結(jié)構(gòu)的設(shè)計；環(huán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。 難點：三種結(jié)構(gòu)配合使用(三) 考核的知識點與考核要求：1. 順序結(jié)構(gòu)，要求達到“簡單應(yīng)用”層次。1.1 順序結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想 1.2 用前面學的各種語句搭建順序結(jié)構(gòu)2. 選擇結(jié)構(gòu)，要求達到“綜合應(yīng)用”層次。2.1 選擇結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想2.2 if-else 語句的使用并將順序結(jié)構(gòu)嵌入3. 循環(huán)結(jié)構(gòu)，要求達到“綜合應(yīng)用”層次。3.1 循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序設(shè)計思想3.2 while和for 語句的使用并將順序結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)嵌入4. 綜合設(shè)計，要求達到“綜合應(yīng)用”層次。4.1 三種結(jié)構(gòu)一起使用、相互嵌套，設(shè)計出一個有意義的功能全面的程序，并在機器人上運行。 第7章 函數(shù) （一） 課程內(nèi)容： 7.1 執(zhí)行器控制函數(shù) 7.1.1 執(zhí)行器控制函數(shù)功能和用法 7.1.2 執(zhí)行器控制函數(shù)與流程圖程序中對應(yīng)的模塊 7.1.3 執(zhí)行器控制函數(shù)與機器人硬件對應(yīng)的部位 7.2 傳感器輸入函數(shù) 7.2.1傳感器輸入函數(shù)功能和用法 7.2.1傳感器輸入函數(shù)與流程圖程序中對應(yīng)的模塊 7.2.2用傳感器輸入函數(shù)接收機器人上傳感器檢測的值 7.3 浮點運算函數(shù) 7.3.1 浮點運算函數(shù)的用法 7.3.2 浮點運算函數(shù)的數(shù)學表達式 7.4 內(nèi)存讀寫函數(shù)的用法 7.5 自定義函數(shù) 7.5.1 自定義函數(shù)的設(shè)計思想及使用方法 7.5.2 自定義函數(shù)的調(diào)用、參數(shù)傳遞和返回值 7.6 其他函數(shù)的意義和用法（二） 學習目的與要求： 本章的目的是為了使程序的功能更加全面，更好的控制機器人，使機器人的運行更加符合實際，更加美觀。自定義函數(shù)可以使程序?qū)哟吻逦?、有條理，從而便于維護。 本章的總體要求是：會使用執(zhí)行器控制函數(shù)和傳感器輸入函數(shù)，了解它們對應(yīng)的硬件和流程圖程序中的模塊。會使用浮點運算函數(shù)，知道其數(shù)學意義。 了解自定義函數(shù)的設(shè)計思想，能夠用自定義函數(shù)編程，準確的實現(xiàn)函數(shù)調(diào)用、參數(shù)傳遞和返回值類型一致。 本章重點：執(zhí)行器控制函數(shù)和傳感器輸入函數(shù)的使用；浮點運算函數(shù)的計算；自定義函數(shù)的編程。 難點：使用自定義函數(shù)編程。(三) 考核的知識點與考核要求：1. 執(zhí)行器控制函數(shù)，要求達到“識記”層次。1.1 執(zhí)行器控制函數(shù)功能和用法1.2 辨認執(zhí)行器控制函數(shù)與機器人硬件對應(yīng)的部位2. 傳感器輸入函數(shù)，要求達到“識記”層次。2.1 傳感器輸入函數(shù)功能和用法2.2 辨認傳感器輸入函數(shù)所使用機器人上的傳感器3. 浮點運算函數(shù)，要求達到“簡單應(yīng)用”層次。3.1 浮點運算函數(shù)的用法3.2 浮點運算函數(shù)的數(shù)學表達式4. 自定義函數(shù)，要求達到“綜合應(yīng)用”層次。 4.1 用自定義函數(shù)編程5. 其他函數(shù)，要求達到“識記”層次。5.1 其他函數(shù)的意義和用法第8章 高級程序設(shè)計(一) 課程內(nèi)容：8.1 多任務(wù)8.1.1 多任務(wù)的概述及設(shè)計思想8.1.2 創(chuàng)建新任務(wù)8.1.3 撤銷任務(wù)8.2 數(shù)組8.2.1 數(shù)組的定義和初始化8.2.2 數(shù)組的用法8.2.3 數(shù)組作為函數(shù)參數(shù)傳遞8.3 指針8.3.1 指針的定義及在內(nèi)存中的地址引用8.3.2 指針的用法8.3.3 指針作為函數(shù)參數(shù)傳遞 8.4 綜合應(yīng)用本學期所學的全部知識設(shè)計出完整、新穎的程序 （二）學習目的與要求： 本章將學習一些比較難的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但這些都是高級軟件項目中不可分離的。因此，學好本章要有前面扎實的基礎(chǔ)，多任務(wù)是實現(xiàn)多功能程序不可缺少的設(shè)計方法。數(shù)組是處理大量數(shù)據(jù)的一種方法。指針是在內(nèi)存中引用多個變量的方法。 本章的總體要求是：理解多任務(wù)原理，會用多任務(wù)設(shè)計多功能程序。理解數(shù)組使用方法，能夠處理大量數(shù)據(jù)，理解數(shù)組作為參數(shù)傳遞。了解指針工作原理，會用指針引用地址、取值和設(shè)值，理解指針作為參數(shù)傳遞。結(jié)合本學期的全部知識設(shè)計程序。 本章重點：多任務(wù)程序設(shè)計；數(shù)組的應(yīng)用；指針的應(yīng)用。 難點：數(shù)組的應(yīng)用；指針的應(yīng)用。(三) 考核的知識點與考核要求：1. 多任務(wù)，要求達到“綜合應(yīng)用”層次。 1.1 時間片工作原理 1.2 多任務(wù)編程 1.3 撤銷多任務(wù)的方法 2. 數(shù)組，要求達到“綜合應(yīng)用”層次。 2.1 數(shù)組的定義和初始化 2.2 數(shù)組的用法 2.3 數(shù)組作為函數(shù)參數(shù)傳遞 3. 指針，要求達到“綜合應(yīng)用”層次。3.1 指針的定義及在內(nèi)存中的地址引用 3.2 指針的用法 3.3 指針作為函數(shù)參數(shù)傳遞 4. 綜合設(shè)計，要求達到“綜合應(yīng)用”層次。 4.1 結(jié)合本學期的全部知識和實用價值設(shè)計完整的程序，并在機器人上運行。 第9章 常見問題處理(一) 課程內(nèi)容： 9.1 自檢 9.1.1 自檢的情況 9.1.2 自檢的方法 9.2 更新操作系統(tǒng) 9.2.1 更新操作系統(tǒng)的情況 9.2.2 更新操作系統(tǒng)的方法 9.3 錯誤處理 9.3.1 編譯錯誤處理 9.3.2 運行錯誤處理 （二）學習目的與要求： 本章就是結(jié)合前面所學的情況介紹一些常見的錯誤和異常，教給學生一些改錯的辦法，從而提高編程效率。 本章的總體要求是：能夠進行自檢操作、更新操作系統(tǒng)，能夠及時判斷常見錯誤并改正。 本章重點：自檢操作；更新操作系統(tǒng)；錯誤的判斷與處理。 難點：錯誤的判斷與處理。(三) 考核的知識點與考核要求：1. 自檢，要求達到“識記”層次。 1.1 自檢的操作 2. 更新操作系統(tǒng)，要求達到“識記”層次。 2.1 更新操作系統(tǒng)的方法 3 錯誤處理，要求達到“領(lǐng)會”層次。 3.1 錯誤的判斷 3.2 錯誤的處理方法關(guān)于“考核知識點與考核要求”中有關(guān)提法的說明： 在本大綱的“考核要求”中，將各個知識點區(qū)分為“識記”、“領(lǐng)會”、“簡單應(yīng)用和“綜合應(yīng)用”四個能力層次。其含義是：“識記”：要求學生能了解和記住根據(jù)本課程中規(guī)定的有關(guān)概念并能夠根據(jù)考核的不同要求，做出正確的判斷并能運用這些知識加深對后繼內(nèi)容的理解。“領(lǐng)會”：要求學生能夠理解和運用本課程中規(guī)定的內(nèi)容，并能夠根據(jù)考核的不同要求做出相關(guān)問題的聯(lián)系和分析?！昂唵螒?yīng)用”：要求考生能根據(jù)相關(guān)知識點的內(nèi)容進行基本的運算及推理應(yīng)用?！熬C合應(yīng)用”：要求考生能夠應(yīng)用本課程中規(guī)定的多個知識點，分析和解決較復雜的應(yīng)用。 軟件部分實例控制滅火機器人的程序 課程類型：選修課 先修課程：智能機器人 授課對象：中學生 教學安排：下學期學習，每周兩節(jié)課 教學目的：學生通過動手實踐，對機器人的認識上升到一個較高的層次，加強學生的動手能力、編程能力及團結(jié)協(xié)作能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。讓學生具有對機器人的開發(fā)意識。 教學要求： 這是綜合運用所學的知識，設(shè)計出一個非常實用的機器人。教師應(yīng)盡可能的開發(fā)學生的想象力，因此，教師在教學時，應(yīng)起指導作用，而不是純粹的講授，根據(jù)不同的設(shè)計方法進行分別指導。在制作中，應(yīng)培養(yǎng)學生采用軟、硬件同步進行的方法，按部就班的制作。在編程時，要及時用程序?qū)λ刂频挠布M行檢測，待合適之后，再進行下面的制作，避免上一步的錯誤影響到下一步。教學環(huán)境必須在工具齊備的有滅火場地的機房，這樣便于學生調(diào)試程序。程序的算法描述： 機器人聽聲音起步，按照左手規(guī)則（見附錄）遍歷房間，在遍歷的同時尋找火源，當找到火源時，就駛向火源，走到火源前的白線時，停下來啟動電機滅火，滅完火停止電機運行。程序的流程圖： 開始聽聲音起步越過起點白線 左方有障礙 是 否向右行進 左前方或前方有障礙 是 否原地右轉(zhuǎn)向左行進是否回到起點 是 否有火源 是 否后退，離開起點白線在火源前面的白線處停下原地旋轉(zhuǎn)180度啟動電機滅火滅完火停止電機結(jié)束滅火機器人的JC代碼程序（僅供參考）：int a; /*記錄紅外檢測數(shù)值*/int b; /*判斷是否檢測到白線*/int c=0; /*記錄白線次數(shù)*/int l,r; /*存放火焰?zhèn)鞲衅髦?/ int m; /*存放麥克風檢測到的值*/float s;void main() while(1) /*聽聲音起步*/ m=microphone(); if (m120) break; drive(100,0); /*越過起點的白色圓*/wait(0.3); while(1) l=photo(1); /*l、r時刻檢測是否有火焰*/ r=photo(2); a=ir_detector(); b=analogport(5); /*左手規(guī)則*/ if (a=1) drive(100,70); if (a=2)|(a=4) drive(0,60); if (a=0) motor(1,12); motor(2,120); /*/ printf(l=%d r=%dn,l,r); b=analogport(5); if (b185) /*檢測遇到白線的次數(shù)*/ c=c+1; /*記錄*/ if(c=4) /*對第4號房間滅火*/ PutOut_4(); /*調(diào)用第4號房間滅火程序*/ break; if(l250|r250) /*是否發(fā)現(xiàn)火焰*/ drive(60,0); wait(0.2); break; /*在無火焰的情況下，退出房間*/ drive(-100,0); wait(0.4); drive(0,78); wait(0.25); drive(100,0); wait(0.3);/*/ printf(c=%dn,c); b=analogport(5); while(1) /*機器人行使到火焰面前*/ l=photo(1); r=photo(2); if(lr&(l245|rr&(l245|r245) /*右邊有火源，向右走*/ motor(1,95); motor(2,10); b=analogport(5); if (b180) /*遇到火焰前面的白線就停止*/ stop(); break; resettime(); while(1) /*滅火程序，采用左右擺動滅火的方法*/ l=photo(1); r=photo(2); s=seconds(); if(lr&(