智能家居方向在高校計算機未來發(fā)展中的地位和前景及智能機器人教學實驗的設(shè)計與實施

智能家居方向在高校計算機未來發(fā)展中的地位和前景摘要：智能家居是以住宅為平臺安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境。智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通訊，它把燈光，電器，電動窗簾，安防報警，視頻監(jiān)控和遠程控制，綜合布線等融合在一個平臺上進行統(tǒng)一的，智能化的管理，實現(xiàn)數(shù)字生活，智能化生活。本文從智能家居的發(fā)展歷史、智能家居的技術(shù)特點、高校中計算機物聯(lián)網(wǎng)智能家居方向的發(fā)展現(xiàn)狀、當前社會所需智能家居方面的人才等幾個方面來闡述智能家居在人們的未來生活中的重要性，并且智能家居產(chǎn)業(yè)化后，為學生提供了新的工作平臺，為計算機專業(yè)的發(fā)展提供了新的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居

一、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)中智能家居的發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)的革命性發(fā)展。智能家居是基于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中的一個子板塊，在物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的同時，智能電網(wǎng)、智能建筑、智慧城市、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智能安防、智能工業(yè)、智慧醫(yī)療、智能物流、智能交通等各板塊都在快速的切入及發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是為人類居住及出行等提供更舒適的環(huán)境。隨著智能家居的發(fā)展，可以通過布線系統(tǒng)或無線網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)“一鍵”解決，讓家居中的背景音樂可以隨時隨地聽到，主臥室、次臥室、小孩房、書房、客廳、陽臺、廚房、衛(wèi)生間等各個地方想聽就聽；設(shè)置時間，音樂可以變成鬧鐘；設(shè)置內(nèi)容，可變成小孩英語家庭教師，可以讓你在下班到家開門的瞬間就可以聽到舒適的音樂；窗簾開啟不再需要手動拉啟、關(guān)閉，通過遙控器或控制面板可以實現(xiàn)開、閉闔；陽臺晾衣不再用手搖，通過遙控器或控制面板同樣可以實現(xiàn)升、降功能，避免了衣服、棉被沉重導致老人、小孩操作不便的煩惱；監(jiān)控設(shè)備的圖像傳輸可以通過家里電視顯示出來；門外來了客人可以通過電視中的圖像顯示，通過控制面板實現(xiàn)人不動，門開啟。智能家居在我國經(jīng)歷了近10年的起步階段，前期主要集中在一些分散的智能家庭控制子系統(tǒng)的研究上：如三表抄送系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、可視對講系統(tǒng)等。隨著環(huán)保、健康、安全、舒適的智能家居逐步普及，家居智能化的比例會大幅增加。二、高等院校中物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)剛起步不久，其主體嚴重缺乏從事物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)、制造業(yè)和服務(wù)業(yè)等方面專業(yè)技術(shù)人員。全國的高等院校目前開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)只有幾十所院校，還沒有畢業(yè)生，因此急需物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)。三、智能家居的技術(shù)特點1由模擬向數(shù)字化逐步轉(zhuǎn)變◆電路設(shè)計上，采用越來越多的數(shù)字集成電路，其集成度和可靠性有很大提高；◆顯示技術(shù)上，采用數(shù)字化技術(shù)大大提高顯示效果；◆通信傳輸方式上，采用數(shù)字化技術(shù)使得可靠性得到很大的加強。2組網(wǎng)技術(shù)從有線向無線發(fā)展智能家居系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)主要是解決各種信息家電之間的數(shù)據(jù)傳輸。無線組網(wǎng)技術(shù)在智能家居的應(yīng)用上更具有無需布線、安裝周期短、后期維護容易、網(wǎng)絡(luò)用戶容易遷移和增加等優(yōu)勢。3對硬件平臺性能的要求日益提高4功能模塊化和系統(tǒng)平臺綜合化隨著行業(yè)間技術(shù)的整合，智能家居系統(tǒng)已發(fā)展成集信息、安防門禁、照明控制、電器控制、遠程控制等為一體的系統(tǒng)綜合平臺。5遠程控制實現(xiàn)多樣化以往實現(xiàn)遠程控制的方式較單一，一般采用電話控制，現(xiàn)隨著無線移動網(wǎng)絡(luò)以及互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，實現(xiàn)遠程控制的方式得到不斷的豐富，短信控制、個人電腦遠程控制、手機控制等方式日益成熟。家庭網(wǎng)關(guān)越來越受到關(guān)注家庭網(wǎng)關(guān)是整個智能家居乃至數(shù)字家庭系統(tǒng)中的核心部分，一方面它將所有功能集成在一個統(tǒng)一的平臺之上，主要完成家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的傳輸、交換、共享等功能；另一方面它又負責對指令是否合法進行識別，由此可見家庭網(wǎng)關(guān)對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部信息起交通樞紐和保護作用，故在今后的設(shè)計中廠商對網(wǎng)關(guān)的重視度也不斷提高人機交互技術(shù)的發(fā)展引領(lǐng)嶄新的用戶體驗隨著新一代交互技術(shù)的發(fā)展，包括三維立體顯示技術(shù)、空間遙控技術(shù)、多點觸控交互等多種革新性技術(shù)在內(nèi)的交互設(shè)備的出現(xiàn)。四、智能家居行業(yè)發(fā)展的人才需求智能家居在各居家中廣泛利用新的信息技術(shù)來建設(shè)智慧的家居生活，由此可見智能家居發(fā)展勢不可擋。目前已達到20%左右;按照智能家居每年500多萬套的速度發(fā)展，智能家居市場對智能產(chǎn)品的需求量將大幅度的增長。但同時我們也看到，智能家居技術(shù)人才的大量短缺已經(jīng)成為制約智能家居發(fā)展的主要“瓶頸”之一。從目前我國現(xiàn)有的情況來看，有較大智能家居人才需求的主要有以下幾個方面：一是智能家居制造業(yè)為智能家居業(yè)務(wù)提供基本的設(shè)備和系統(tǒng)，目前以M2M設(shè)備、RFID設(shè)備和傳感網(wǎng)設(shè)備為主，另外還包括測試儀表設(shè)備、融合性網(wǎng)關(guān)設(shè)備、短距離通信設(shè)備等其他設(shè)備。智能家居制造業(yè)需要大量相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計和維護的人才。二是智能家居服務(wù)業(yè)包括軟件服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、管理咨詢服務(wù)、測試認證服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)，其中應(yīng)用服務(wù)是直接面向客戶，基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)包括網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)、云存儲服務(wù)等，軟件服務(wù)包括應(yīng)用軟件、平臺軟件、終端軟件等。智能家居服務(wù)業(yè)也需要大量人才來建設(shè)和發(fā)展。三是智能家居基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)為智能家居設(shè)備提供基礎(chǔ)性的支撐，其中嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和半導體集成電路技術(shù)是智能家居相關(guān)芯片的基礎(chǔ)，新材料技術(shù)、微機電技術(shù)是微型傳感器和執(zhí)行器的基礎(chǔ)，新能源技術(shù)為傳感器和M2M模塊提供能量供應(yīng)。智能家居基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)也急需大量相關(guān)的人才。所以，智能家居以它的實用性、便利性、可靠性、標準性、方便性等特點，將會在未來給人們的生活帶來相當大的改變。并且形成智能家居的產(chǎn)業(yè)化，為社會提供更多的就業(yè)崗位，為學生提供更多、更大的發(fā)展空間，并且也為高等院校計算機專業(yè)的發(fā)展提供了新的方向。智能機器人教學實驗的設(shè)計與實施內(nèi)容摘要論述高中智能機器人教學實驗活動在新課程教學中的重要意義，介紹創(chuàng)建智能機器人教學實驗基地的方案設(shè)計與實施過程，研討采用信息技術(shù)整合課程方式進行教學的方法，分析機器人教學活動對培養(yǎng)學生的實踐技能和創(chuàng)新思維的作用，揭示機器人的教學給信息技術(shù)教育帶來新活力，促使智能機器人成為學生能力與素質(zhì)培養(yǎng)的智能平臺，對實驗活動中如何提高學生的科學素質(zhì)進行探討，為進一步開展教學研究奠定基礎(chǔ)，并前瞻高中智能機器人教學的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：智能機器人教學實驗設(shè)計與實施

在21世紀高新科技飛速的發(fā)展的今天，教育大力提倡開展創(chuàng)新意識，創(chuàng)新精神和創(chuàng)新活動，中學智能機器人項目競賽方興未艾。作為省示范高中和全國百強中學的東風一中，正開展著智能機器人教學實驗，和人工智能進入中學信息技術(shù)課堂等教學實驗。創(chuàng)建了智能機器人教學實驗基地，并在教學活動的幾年的時間里，組織參加多項省智能機器人全國選拔賽等，獲得機器人滅火機器人足球賽等的佳績，編制校本教程講義集開展教學實驗，承擔相應(yīng)省級課題項目取得良好進展。高中智能機器人技術(shù)融合了造型技術(shù)、機械、電子、傳感器、計算機軟件、硬件和人工智能等眾多先進技術(shù)，充分地體現(xiàn)了當代信息技術(shù)多個領(lǐng)域的先進技術(shù)，是信息技術(shù)的重要內(nèi)容，更是智能技術(shù)的結(jié)晶。智能機器人的教學內(nèi)容給信息技術(shù)基礎(chǔ)教育帶來新的活力，使智能機器人成為中小學生能力、素質(zhì)培養(yǎng)的智能平臺。一．智能機器人學科教學的意義智能機器人教學的作用主要體現(xiàn)在以下方面。1．使學生了解智能機器人這個信息技術(shù)前沿領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用狀況，了解智能機器人的概念和工作方式，破除學生對智能機器人的神秘感，為進一步學習智能機器人技術(shù)的有關(guān)知識打下基礎(chǔ)。

2．使學生掌握為一種智能機器人下載程序的方法，了解智能機器人的傳感器和驅(qū)動裝置的作用。理解體會程序是智能機器人的靈魂，了解體會智能機器人是怎樣在人的指揮下工作的。學習為一種智能機器人編寫程序，通過為機器人編寫程序?qū)W到科學而高效的思維方式，提高規(guī)劃能力，提高學生的分析問題和解決問題的能力。3．通過完成項目任務(wù)和比賽項目，使學生在為智能機器人擴充功能的過程中學習有關(guān)數(shù)字電路方面的知識，在組裝擴展機器人的過程中培養(yǎng)學生的動手能力、協(xié)作能力和創(chuàng)造能力。

4．實現(xiàn)與國際接軌的需要。日美國等發(fā)達國家高度重視機器人學科教育對高科技社會的作用和影響，已在信息技術(shù)課與課外科技活動開設(shè)了有關(guān)機器人的課程內(nèi)容。要趕超世界教育先進水平，必須大力加強機器人教育。5．迎接智能機器人時代的需要。機器人的廣泛應(yīng)用將極大促進信息教育改革。開展智能機器人教育，有助于使我們在智能機器人時代走向世界前列。教育智能機器人是目前歐美國家流行的用于培養(yǎng)學生動手能力，計算機應(yīng)用能力，和創(chuàng)新思維的學習工具。人工智能體現(xiàn)著未來高科技發(fā)展方向。建立以計算機技術(shù)為核心的智能機器人教學實驗課題，是作為省示范高中的我校勢在必行的教學研究項目。智能機器人教學，對培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)造能力有積極的作用，研討如何引導他們學會觀察、學會表達、學會思考、學會創(chuàng)新，適應(yīng)新課程改革的需要，符合新課程標準素質(zhì)教育的要求。二、智能機器人教學活動我們學校已經(jīng)在近兩年開展智能機器人教育中得到了充分的體現(xiàn)。東風一中開展智能機器人教學實驗，是現(xiàn)代教學高科技尖端技術(shù)在高中的教學實踐，“十一五”規(guī)劃中“電教信息化”的創(chuàng)新之路，是《技術(shù)課程標準》實施培養(yǎng)高科技人才啟蒙的學科整合。機器人教學理念是現(xiàn)代教育發(fā)展的趨勢，該課程以專門課程和學科滲透整合的方式，使學生掌握機器人基本知識與基本技能，增強動手能力，培養(yǎng)團隊協(xié)作精神、鍛煉意志品質(zhì)，激發(fā)創(chuàng)新精神，培養(yǎng)科學興趣。機器人學科教學，是東風一中普及機器人知識的重要課程。它是破除學生對機器人的神秘感，促進高中生領(lǐng)略機器人在社會領(lǐng)域發(fā)展趨勢，培養(yǎng)青少年智能機器人專門人才的探索。機器人應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊，解決問題并非有定式可尋，解決這類問題需要開放式思維、經(jīng)驗的積累、歸納推理并形成新的經(jīng)驗。校內(nèi)機器人教學包括簡易機器人組裝、編程控制、電子電路焊接、調(diào)試、人機交互等，在掌握機器人原理、結(jié)構(gòu)、功能、程序控制、使用方法后，提高機器人創(chuàng)新應(yīng)用的研制能力，為省內(nèi)普通高中開設(shè)智能機器人教學探索新路。(1)．以校內(nèi)外科技活動為動力，以科技活動班方式教學校內(nèi)高一和高二年級自愿報名，從中選拔四十余名同學，以科技活動班的方式教學。在我校自籌自建的機器人教學實驗基地，每周專職教師進行固定課時的教學，系統(tǒng)規(guī)劃教學目標、教學內(nèi)容進度、教學實驗材料準備、教學日志記錄等，教學內(nèi)容包括機器人的基本原理與工作過程、常用傳動機械、電子控制系統(tǒng)、單片機控制電路、機器人環(huán)境適應(yīng)與辨識等等，將先進的多媒體教學設(shè)備配置到實驗基地：大屏幕和液晶投影儀、無線擴音麥克風、功率放大器、DELL便攜筆記本、激光電子教鞭、PentiumIV兼容學生工作站、“未來之星”、“能力風暴”、“納英特NL200”等教學機器人組裝套件，運用于教學實驗中。購置教學資源服務(wù)器server03，并配置信息技術(shù)與美術(shù)教學資源專用服務(wù)器server03，在教學網(wǎng)建立專用共享教學文件夾，將機器人圖文資料、程序軟件等提供在線教學服務(wù)，機器人教學基地專用教室作為環(huán)境保證。(2)．在信息技術(shù)教學中開展智能機器人教學活動新課標高中人工智能教學作為高科技新領(lǐng)域的尖端教學嘗試，我們制訂了普及型教學計劃，在高一年級理科實驗班教學了“邏輯代數(shù)初步”、“結(jié)構(gòu)化程序NS流程圖”、“音頻收發(fā)器實驗”、“人工智能機器視覺”、“機器學習”、“規(guī)劃問題求解”等，組織同學們現(xiàn)場觀摩機器人滅火比賽，機器人足球比賽等，側(cè)重在提高學習興趣、激發(fā)創(chuàng)新靈感、鼓勵動手實踐三方面，使教學活動收到良好效果。(3)．開展電子電路實驗增強活動效果開展實驗電子電路實驗，在校內(nèi)機器人教學實驗基地進行。從認識半導體器件如二極管三極管工作原理入手，指導學生們學習機器人電子系統(tǒng)中的放大電路、單片機、組合邏輯電路、時序電路等。如我們輔導學生組裝“雙電機六腳蟲機器人”和“單電機避障車”、“足球攻守機器人”等。在組裝“雙電機六腳蟲機器人”實驗時，輔導學生動手制作一個由單片機和繼電器等組成的簡單自動控制系統(tǒng)，將預(yù)編的程序下載后寫入編程器中，使簡易機器人在同學們手中真的動起來了。理論輔導理論輔導制作練習創(chuàng)新改造完成任務(wù)環(huán)境適應(yīng)理論輔導制作練習理論輔導制作練習創(chuàng)新改造完成任務(wù)環(huán)境適應(yīng)(4).教學輔導機械傳動模型制作實驗建立實驗室。在?？萍紭俏鍢情_辟一間專用教室，搭建簡易機器人教學實驗環(huán)境講練教室。輔導同學們成功組裝、自行裝配了幾十套簡易機器人的齒輪傳動、蝸桿傳動機構(gòu)、曲柄搖桿裝置，并將機械手安裝組合成簡易機器人。(5).以信息技術(shù)課內(nèi)容之一的方式開展C語言教學程序設(shè)計是中小學校信息技術(shù)學科教育的重要內(nèi)容之一，但C語言和匯編語言用于教學機器人，對我們還是首次嘗試，盡管學校自八十年代開展信息技術(shù)教育之初就是以程序設(shè)計為主要教學內(nèi)容的。配合教學實驗，我們配置SCSI大硬盤3塊，用于配置陣列存儲，擴展存儲空間。為解決調(diào)試C的接口轉(zhuǎn)換、競賽機器人的選型和調(diào)試。接口技術(shù)創(chuàng)新研究實驗。引進機器人教學視頻、圖文、軟件等資源，購進正版教學輔導教材等相關(guān)資料。針對學生中具有PASCAL程序設(shè)計能力的同學，首先進行C語言程序培優(yōu)教學試驗，不但指導學生結(jié)合機器人機型研究圖形化編程界面、程序設(shè)計偽代碼、還組織教師自編C語言校本教程，按章節(jié)編寫印發(fā)講義，分程序的三種基本結(jié)構(gòu)教學、數(shù)組與函數(shù)、結(jié)構(gòu)體和共用體等，并剖析保障高中生機器人編程和C語言教學的效果，并研究在其它學科的學習中產(chǎn)生正負遷移現(xiàn)象。在教學實驗過程中，我們體會到程序設(shè)計課程在培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力和培養(yǎng)學生創(chuàng)造性思維上起著非常重要的作用，程序設(shè)計這一現(xiàn)代工具為基礎(chǔ)教育帶來的一種培養(yǎng)綜合能力的新方法和新手段，適合高中信息技術(shù)教學?？吹匠绦蛟O(shè)計應(yīng)用的效果，體驗成功的樂趣。程序是智能機器人的靈魂，讓中學生通過為機器人編程序來學習程序設(shè)計的知識是程序設(shè)計教學入門的最好方法。在學習為機器人編寫程序的過程中學生會獲得成功的喜悅、會建立成功的信心，從而取得程序設(shè)計學習的興趣。將智能機器人作為程序設(shè)計學習的載體，會從根本上解決目前程序設(shè)計教學中存在的問題。智能機器人對學生引發(fā)的程序設(shè)計的興趣還會對算法的學習打下良好的基礎(chǔ)，使學生通過程序設(shè)計更好的學習有關(guān)的算法知識。二、構(gòu)筑智能機器人教學綜合平臺，培養(yǎng)學生動手能力學習為智能機器人編寫程序是以智能機器人為平臺的學習內(nèi)容之一，在編程序的過程中學生要了解智能機器人的功能、結(jié)構(gòu)和工作原理，并根據(jù)要機器人完成的任務(wù)來編寫程序。學習者要了解機器人的各種傳感器，并通過編程序來控制傳感器，使機器人感知外界的環(huán)境信息，并對感知的信息做出決策和響應(yīng)，以使機器人完成規(guī)定的任務(wù)。學習為機器人編寫程序的過程可以用擬人的方法循序漸進的進行。如將機器人的硬件看作一個孩子，C51單片機是其大腦，而學習為機器人編程序的過程是學生賦予機器人行走、避障、避碰、說話、聽話、觀察等人類行為功能的過程。學生在學習的過程中始終感受著失敗和成功，喜悅之情必然轉(zhuǎn)化成學習的動力和興趣。智能機器人作為培養(yǎng)學生綜合能力的平臺，除了要具有中學程序設(shè)計教學的程序設(shè)計語言系統(tǒng)和編輯系統(tǒng)。還要有適當?shù)挠布δ?。語言系統(tǒng)應(yīng)該是具有結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的語言系統(tǒng)，學生在學習編程的過程中要能夠?qū)W到程序設(shè)計的三種基本結(jié)構(gòu)即順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)的功能。硬件要具有很好的可擴充性和可塑性，適合學習有關(guān)的硬件知識，便于培養(yǎng)學生的動手能力。三、改編實驗教程講義，填補機器人課程缺項普通高中技術(shù)實驗教科書通用技術(shù)選修教材《簡易機器人制作》，內(nèi)容包括計算機、傳感器、機械等技術(shù)，程序設(shè)計采取全圖形界面的流程圖編制方法。但該教材對程序設(shè)計及編程語言、接口等未予深入研討。我們根據(jù)所選機型和C語言編程環(huán)境改編了實驗教程，形成了有特色的講義集。智能機器人教學是培養(yǎng)學生動手能力的舞臺。學生除了要具有學生程序設(shè)計語言系統(tǒng)和編輯系統(tǒng)。還要有適當?shù)挠布δ?。例如輔導學生自己認識電子元件，集成電路，光電傳感器，及機械傳動器件。并能進行安裝，調(diào)試。通過智能機器人的學習掌握許多科學知識。智能機器人作為信息技術(shù)教學，會給信息技術(shù)教育帶來新的內(nèi)容、新的思考和新的活力。借助智能機器人學生可以進行多項目的研究性學習。智能機器人體現(xiàn)的知識的綜合性，使他不僅會成為信息技術(shù)教育的載體，也會成為中小學課程整合的新載體。我們初步對高中兩個班教學效果對比實驗列表：分組每組學生完成簡易組裝掌握C語言環(huán)境適應(yīng)組勝任環(huán)境適應(yīng)性編程理科學期成績第一期1248411穩(wěn)80%第二期202171118小結(jié)2期優(yōu)近似近似雖然智能機器人課外教學活動在高中教學時間中受到一定限制，學習任務(wù)緊，學習壓力大。但是高中學生思想活躍，知識面廣，動手能力強，接受新事物快，只要合理利用好時間，一定能夠開展好智能機器人教學。東風一中開展智能機器人教學課題，通過創(chuàng)建智能機器人教學實驗基地、硬件原理教學、安裝實驗、C語言教學、電子電路焊接組裝實驗等課外活動，在高一年級開設(shè)每50人組成一教學班，在實踐中研討總結(jié)，建立高中人工智能課題教學研究資料庫，形成寶貴的校本資源，并為同類學校開展機器人教學活動提供導航參考。四．讓人工智能教學成為高中信息技術(shù)教學的先導東風一中探索機器人學科課程、教材、教法、實驗的策略，是將智能機器人活動與信息技術(shù)教學整合，重點針對單片機擴展板功能探究，教學實驗的方法和教材編寫探路。機器人活動主題不僅有趣，更提供開放性的問題解決方案，鼓勵學生充分發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)學生的開發(fā)性思維。讓人工智能教學成為高中信息技術(shù)教學的先導，具有重要教學實驗意義。探索智能機器人教學，為人工智能機器人課程的全面開設(shè)創(chuàng)設(shè)良好的環(huán)境。探索機器人學科課