青少无人驾驶智能车制作竞赛活动方案

青少年无人驾驶智能车制作竞赛活动----------青少年科学教育方案一、方案背景：无人驾驶智能车也可称之为轮式移动机器人，其主要依靠车内的以机器人系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。无人驾驶汽车集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物。无人驾驶智能车是通过摄像头、激光雷达、超声传感器等感知路况、识别交通标志并让电脑控制节流阀、刹车、驾驶、转向等，完全是按照人的驾驶习惯按规矩自动驾驶。无人驾驶车辆主要有三大系统支撑：环境感知系统，定位导航系统，控制系统。环境感知系统先用车上安装的感应器去感觉周围环境，紧接着，感知系统将信息传回“大脑”，用定位导航系统作出相应判断，是否要拐弯、刹车、加速、移动方向盘，随即对控制系统发出指令，车辆则自行完成上述“动作”。目前，无人驾驶智能车被广泛应用于科研、救灾、军事等领域。我国的无人驾驶汽车仍处于初步研究阶段，整体研究工作和水平不高，与美国欧洲相比偏低，其重要原因是缺少大批的科技创新型高级人才。如何在中小学开展相关科技创新竞赛活动，提高学生兴趣，发现、培养未来科技人才至关重要。青少年无人驾驶智能车主要由控制器、马达、指南针、超声波测距、红外线检测、灰度测距等电子模块及机械零部件组成。无人驾驶智能车能按照事先编写好的程序在特定的场地行驶，具有避障、标志识别、区域识别、定位等功能。控制器、马达、传感器等电子部件均为模块化结构，易于中小学生制作，并具有较大的自主设计、创新空间；无人驾驶智能车可适用于机器人教学、竞赛、科普等活动。无人驾驶智能车竞赛活动旨在激发青少年从事科学研究与探索的兴趣和潜能，倡导青少年理论联系实际、求真务实的学风和团队协作的精神，为青少年创新性实验计划项目优秀成果展示提供一个良好的平台。是以迅猛发展的机器人技术为背景，涵盖了控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多个学科交叉的科技创意性比赛。引导和激励学生实事求是、刻苦钻研、勇于创新、多出成果、提高素质，发现和培养一批在学术科技上有作为、有潜力的优秀人才。二、方案目标：1、通过本活动的开展，探索青少年从事科学研究与探索教育教学模式、具体途径、方式方法和有效措施。2、如何利用青少年无人驾驶智能车竞赛的学习，给学生的创新教育搭建一个平台，培养学生的创新意识和创新能力，提高学生的科技素养，发展学生的科技特长，培养合格加特长的富有创造性的人才。3、通过本活动的开展，探索青少年机器人教育与学校科技特色发展的关系，寻求学校科技特色发展的有效途径，推进学校的特色发展。4、探索如何更加正确地理解和实施创新教育，探索培养创新素质的新理论、新方法和新途径，对创造力的理论进行深化、完善和发展，为创新教育决策提供依据。三、方案所涉及的对象、人数本方案所涉及的对象主要为我校教师与学生及邀请外校青少年机器人爱好者，并邀请科协、教育的相关领导、专家进行指导，共计1000人左右。四、方案的主体部分（1）活动内容：1、进一步推进青少年机器人教育。无人驾驶智能车也可称之为轮式移动机器人，本课将针对青少年机器人教育活动的形式、模式、内容、（包括校本教材）、基地、组织等进行研究，完善我校机器人活动场所建设，让机器人活动更健康、有效的发挥素质教育功能，总结青少年机器人教育的机制。2、举办首届5Z（1111）无人驾驶智能车挑战赛。“5Z（1111）无人驾驶智能车挑战赛”要求在规定的机器人模型车（中鸣）平台上，通过模型车的搭建、编写相应软件，制作一部能够自主识别道路的模型汽车，按照规定路线行进，以完成时间最短者为优胜。本次竞赛还采用笔试、智能车方案设计、面试与答辩相结合的方式进行。1）笔试。笔试采用闭卷形式，内容侧重考察机器人基本知识、基本概念、基本原理和基本程序设计技能。2）智能车方案设计。要求参赛学生以设计报告形式，提出智能车设计方案，要求从设计思路、机械结构、传感器设计、控制程序等几个方面进行阐述，对其中的关键技术应加以详细的分析说明。3）面试与答辩。要求参赛学生详细阐述自己的车模设计方案，并针对该设计方案、专业基础知识、实践动手能力、相关实践经验等方面的问题进行答辩。3、研究机器人教育如何切实有效发挥创新的教育功能。计划就课堂教学与课外活动两个相互独立又密切相关的教育形式，研究如何将现行教育的训导模式向自主动手做、做青少年模式转化，整合课堂内外的教育资源，将校本资源与“新课程”相得益彰的结合，适应创新教育要求的课程模式与机制。4、进行创新教育个案的研究，为素质教育的深入开展提供素材。包括青少年机器人课堂教学、机器人课外活动两个方面，编制一套富含校本特色的机器人教育材料。（2）难点、重点、创新点1、重点内容：如何以无人驾驶智能车竞赛活动为载体，以青少年机器人教育课堂教学为突破口，培养学生的创新意识，锻炼学生的创新能力。2、难点内容：探索通过无人驾驶智能车竞赛活动培养创新素质的理论、方法和途径，对青少年机器人教育、科技创造教育的理论进行深化、完善和发展，为创新教育决策提供依据。3、创新点：探索“科教合作”对实施青少年机器人教育课程资源开发和利用的途径与措施的研究。（3）项目活动阶段安排给合我校实际情况，无人驾驶智能车竞赛的活动时间安排为每周三下午第三节课外活动课，机器人教学过程将分为三个阶段。(一)准备阶段：2011年2月学校成立了“青少年无人驾驶智能车竞赛活动”领导小组，确定课题组成员、研究教师；制定研究方案和实施计划，确定研究对象，培训教师；同时，研究教师结合自己的工作实际制定实施计划，并参照实施方案步骤具体操作。（二）实施阶段：2011年3月至2011年12月，全面实施课题研究。（1）严格按照项目计划安排表开展工作；（2）每周各写一次总结，召开一次研究交流会，研究教师撰写出研究报告；（3）完善实施方案，探索出科学评价体系，推出科研成果。（三）总结验收阶段：2012年1月至2012年2月，课题研究、制作完成，全面总结科研经验，推出高水平的科研，形成科研报告，汇编展示精品科研成果，形成科技创新办校。（四）预期成果：按步骤完成每一阶段的总结报告，撰写出科研论文、编辑出版学生科技创新活动形式读本；推出校本课程，展示科技创新成果及科技活动资料（图片、声像、文献），编辑学生科技创新文集。为积极营造科技创新教育这一特色校园环境，为了顺利推进“青少年无人驾驶智能车竞赛”，我们将科学设计、合理布局、精心布置，使无人驾驶智能车竞赛在学校科技教育的舆论导向、氛围烘托和寓教于景方面发挥作用，积极创设机器人活动体验、机器人展览活动。学校建立机器人科技活动室；校园网站开辟青少年科技创新栏目，科技画廊、科普园地也是学生学习科学的新天地，为满足学生的学习机器人兴趣，开阔眼界，促使学生的全面和谐发展。我们因地制宜引进校外机器人教育资源，与“启蒙机器人工作室”实行科教紧密合作。这样优化了学校科技教育资源、整合社区科技教育资源、激活校园机器人教育资源三方面加强实践完善。（4）项目活动进度安排：计划进度时间内容准备阶段2012年2月1、成立活动小组和确定项目计划；2、项目制订和项目申报；实施阶段2012年3月收集信息、确定研究项目方案2011年4月1、确定无人驾驶智能车方案；2、确定项目实施方案；2012年5-6月1、智能机器人制作活动；2、《智能机器人制作》校本教材编写；3、撰写《无人驾驶智能车》研究报告；2012年9-11月1、无人驾驶智能车制作活动；2、撰写《无人驾驶智能车》研究报告；3、撰写无人驾驶智能车挑战赛规则；2012年12月1、举办首届5Z（1111）无人驾驶智能车挑战赛；2、项目公开展览、展示；总结验收2013年1-3月1、收集整理活动、竞赛、成果资料；2、编辑科技创新竞赛研究项目文集；3、项目验收；（5）利用的各类科技教育资源（场所、资料、器材等）①深化青少年机器人教育管理体糸实行“统一领导，条块结合，形成合力”的原则。由校长挂帅，分管领导负责牵头，各处室互相支持、协调，成立机器人教育领导小组，构建机器人教育管理体糸，制定校园机器人教育建设规划，保障机器人教育项目、岗位、阵地、教师和物资的落实，保证机器人教育活动的扎实开展。②充实青少年机器人教育骨干队伍加强教师的科技知识和技能培训，聘请学有特长、热爱科技的老师，担任学校的科技教育辅导员，以点带面，提高教师科技教育的整体素质；并聘请校外科技界的专家担任学校科技顾问和辅导员。③增加青少年机器人教学硬件配置要执行无人驾驶智能车竞赛活动方案，机器人教学配置方案是一个很重要的问题。如果没有足够的这方面的基础，任何教学设计方案都是纸上谈兵，无米之炊。首先机器人的软、硬件建设是取得教学成绩的前提和保障。现有1间教室作为机器人小组活动室，内有“中鸣”机器人三套，电脑一台；还有2间“科教合作”的启蒙机器人工作室，里面有8套教育机器人，8台电脑，这些配置为开展机器人教学提供了较好的实验条件。当然还要配置的机器人设备和机器人竞赛场地及电脑等配备还不足，出外参加无人驾驶智能车竞赛，笔记本电脑也是必需的。其次是合理安排机器人活动时间和经费。机器人活动的开展，机器人兴趣小组的竞赛训练，参加无人驾驶智能车竞赛是需要时间的保障及经费来支持。（5）可能出现的问题及解决预案主观上的初中生的机器人专业知识不足和整个社会普遍对科技创新观念落后和客观上学校机器人教育条件限制是本活动开展过程中主要会出现的问题。解决的策略是不断加强自身的专业学习，提高驾驭青少年科技创新活动的能力，并多学生家长联系，多与学校领导沟通，提供好的意见建议，把开展无人驾驶智能车竞赛的活动，提高科技创新能力作为学校教育工作的一个重点，予以大力支持。（6）预期效果与呈现方式1、学生优秀设计成果、活动实验报告，无人驾驶智能车设计方案专辑；2、学生无人驾驶智能车作品展示及参加各类科技竞赛成绩，形成科技小论文、小发明、小创造成果、参赛心得体会集；3、充实完善青少年机器人教育综合实践活动校本课程和学科渗透科技教育实施理论。（7）效果评价标准与方式（1）过程性评价：教师评价与生生评价相结合。每次活动结束前，教师评价学生们的表现，鼓励为主，指出问题，表扬最突出者。每个小组学生自行选出一个最优者并说明理由。（2）对无人驾驶智能车设计竞赛成绩的评价：由师生共同组成的评价小组来打分。无人驾驶智能车是通过竞赛的方式来评价，评价标准除了有“用时短者为胜”，还从“参赛者之间的团结配合程度、重在参与的态度、外形设计的创意和机械传动方式的创意”等方面来评价。（8）对青少年“益智、养德”等方面的作用本活动方案立足本校实际，客观分析环境资源优势的基础上，积极创建富有个性的机器人创新活动氛围，激发我校青少年动手动脑进行实践活动的兴趣，维持他们热爱科学的热情，为具有科学潜质的青少年提供了展示才华的机会，为他们建立了与其他同龄人交流创新经验的平台，为国家科学领域的人才资源进行积累。另外，青少年在这种集科学、技术、艺术、竞赛、娱乐为一体的探索活动过程中，不断提升其科学素质，对国家人才培养的连续性来说也是极其有益的。实施本活动方案，可为科技教育的基础工作尽一份绵薄之力。