《创意设计与控制基础》实践教学大纲.doc

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《创意设计与控制基础》实践教学大纲

课程性质

通选课

课程名称

创意设计与控制实践

课程编号

适用专业

全校工科类学生

开课学期

1、2

总学时

32（/48）

理论

16（/24）

学分数

2（/3）

实践

16（/24）

一、课程性质与目标

本课程是一门多学科交叉、综合性和实践性很强的课程。通过本课程的学习，学生应在知识、能力与素质方面达到如下目标：

知识目标：机器人的基本概念、特点、用途以及设计制作的相关基础知识；模块化机器人基本结构和重要组成，基于ArduinoUNO开源创客实验平台的机器人控制系统设计基础（编程语言、I/O端口、外部中断、显示、驱动等）；创意机器人的设计、制作与控制技术。

能力目标：通过课程学习能掌握创意设计的基本方法和较强的动手实践能力；能使用探索者组件进行简单机器人的构思、设计和制作；能在ArduinoIDE编程环境下编程调试机器人控制系统；能使用ArduinoUNOR3系列开源硬件进行电子创意设计与制作；能自主创意设计制作一款具有三个以上自由度的个性化机器人。

素质目标：具有活跃思维、求知热情和探索精神；具有严谨求实的科学态度、工程技术规范和刻苦钻研的工作作风；具有工程素养和创新意识。

二、课程教学基本要求

本课程的先修课程：建议具有一定的电学基础、机械设计基础、C语言/C++等程序设计基础。面向无课程背景基础的教学对象，建议课时不低于48学时。

要求学生对课程具有浓厚学习兴趣，喜欢动手实践；上课能够认真听讲、学习积极主动、善于思考，积极互动、踊跃回答老师的问题，认真独立完成课内课外作业。

三、教学内容与学时分配

课程实践教学内容与学时分配

序号

教学模块

主要教学内容

学时

0

课程概论

介绍课程教学大纲、教学模式、学习要求

2

介绍课程在创新思维和创业能力培养中的作用

机器人的概念、特点、用途、分类、发展趋势

1

初识机器人组件

探索者机器人零件特点、连接方式与设计装配方法

2

控制装置的功能、IDE编程环境安装与配置

设计之体验：Ｂｌｉｎｋ

2

编程控制基础

常量、变量、运算符与表达式

6

基本数据类型与复合数据类型

流程控制的基本结构

函数库函数及其调用规则

基础库函数、自定义库函数及其调用规则

3

机器人控制系统的构建基础

机器人控制系统的基本组成及各部分作用

8

I/O端口的基本应用（数字I/O与模拟I/O）

中断的概念，定时中断、外部中断函数及其应用

I/O端口的进阶应用（4×4键盘、数码管、OLED等）

常用的执行机构及其驱动控制方法（舵机、直流电机为例）

4

机器人的机构设计基础

机构的基本构成

2

常用的几种平面机构

个性化的机构设计基础

5

简单机构的设计搭建

几种简单机构的设计与实践

6

多驱动简单机构的设计与实践

6

初始复杂系统

构建多自由度的复杂机构的方式

8

防夹自动感应门的设计与实践

三自由度机械臂的设计与实践

智能搬运小车的设计与实践

7

自主创意设计

自主构思设计一款不少于三自由度的个性化机器人

12

8

结课

课程作品展示与结课答辩

2

合计

48

备注：(1)教学大纲和课时仅供参考，教学内容和教学进度应根据实际课时和课堂情况进行适当调整。(2)在自主创意环节，学生根据设计需要自学相应知识，不安排集中授课。

四、教学方法与手段

教学方法：

课程授课形式以实践为主，理论讲授为辅，以学生为中心，以小组为单位，通过课堂讲授、网络辅助、案例教学、项目教学、分层递进等方式使学生在学中做，做中学。

1.课堂教学：16/24学时，结合指定教材的内容，利用多媒体教学手段，摒弃传统教学思路、以知识够用为原则，采取讲做融合，将理论知识点教学贯穿实践全过程的形式进行讲解。

2.案例教学：通过经典案例导入工程技术知识和工程设计理念，增加对机器人设计感性认识和理解，通过作品演示和案例剖析，引导学生从跟学→摹仿的过程，初步理解机器人的架构和基本构建方法，激发学生学习兴趣和潜能。

3.项目教学：通过系列有关联、有梯度、贴近生活和工程实际的综合项目，引导学生运用已学知识或待学知识在将奇妙的构思变成作品的过程中，学习灵活运用知识解决工程实际问题的能力和方法。

4.分层递进：对综合性较强的设计任务采用分层递进教学方法，通过目标分层递进降低学习难度，培养学生自信心、提高课时利用率和教学效果，从而解决教学对象多元化问题。分组讨论：

5.分组讨论：对部分应用案例的设计实现方法采取小组讨论、分享等方法。

6.网络辅助：利用canvas网络课程平台和学校云盘，对拓展知识点进行在线自主学习与进阶测试，以评估学生的掌握程度，进而把握教学进度和重点与难点。

教学手段：

主要采用多媒体投影仪、动手实践操作、网络教学平台、分层递进等教学手段。

五、考核方式及成绩评定细