《基于机器人的实践方法》结构与大纲
课程结构：
本课程主要包含四部分内容：计算机基础、Github与Gitbook、Pencil Code实践、机器人与传感器。
①计算机基础：本部分包括计算机的内部结构以及工作原理，是作为大学生应当掌握的计算机知识，是计算机导论中的必备知识。
②Github与Gitbook：Github是计算机专业学生查找代码，借鉴代码，互相交流的开源代码库，在上面能学到很多东西，本课程引入github一方面可以增加学生查找代码的专业能力，提高学生合作交流完成任务的水平，同时也实现了班级内部统一网络化管理的管理模式。此外，我们还会学习Gitbook，完成合作式编撰任务，让学生理解协同合作的意义。
Pencil Code实践：我们知道，对于非计算机专业的同学来说，接受C语言这样的编程是十分有难度的，而且应用领域也较窄，很多同学反应学完几乎用不到。针对此情况，本课程引入的Pencil Code和计算思维，一方面，Pencil Code编程是基于javascript，很多功能是封装好的，语法更贴近python（python语言对于非计算机专业学生应用范围还是比较广的），另一方面，Pencil Code是可视化编程平台，生动形象，使得编程更有乐趣，这无疑在训练学生编程思想的同时也增加了课程的趣味性。
④机器人与传感器本部分内容是课程的重点，涉及上一章所提到的Pencil Code编程思想以及计算机硬件技术，把软件和硬件很好的结合起来，适合授课，有趣的同时也让学生对计算机软硬件之间联系有了更好的理解。
课程大纲
课程名称：基于机器人的实践方法 学分学时：3学分，54学时 课程性质：选修 课程类型：面向全校通识类思维教育课程 考试形式：考核
一．课程的性质
基于机器人的实践方法是面向全校的通识类思维教育课程，集合了计算机的基础知识，模块儿化编程以及计算机硬件内容，横跨多学科，通过思考和动手实践，让学生对计算机的基础和框架有一个更加深刻的理解和认识。
二．课程的目标
基于机器人的实践方法的教学目标有两个：一是让计算机零基础的学生掌握计算机软件和硬件的基础知识，通过实验课程来更好的理解计算机产物的工作过程和原理；二是训练学生的计算思维，帮助学生进一步实现思维方式的数学化，培养学生的问题抽象能力、严密的逻辑推理能力、利用计算思维解决问题的能力。
三．课程的教学内容及学时分配
本课程由四部分组成：计算机基础知识、Github与Gitbook、Pencil Code、机器人与传感器。各部分的具体内容如下：
（一）计算机基础知识（12学时）
1．为什么学习计算机
（1）计算机历史、演变过程
（2）计算的本质，计算工具的演变
（3）计算思维以及计算思维的相关概念
（4）图灵机的工作原理
（5）从三次数学危机到图灵机，图灵机、图灵测试、学科之间的联系
2．计算思维的本质--抽象
（1）抽象的基本概念
（2）七桥问题的解决：图论
（3）计算机的工作原理，硬件组成
（4）计算机中的应用问题，从数据存储、压缩等案例探讨其中用到的计算机基本理论
3．现代计算机
（1）冯.诺依曼工作原理，基本组成，以及运算器、控制器、存储器、输入/输出设备各部分的作用
（2）摩尔定理。计算机发展过程，各代计算机的发展
（3）计算机按照目的、性能和规模进行的分类
4．数制-计算机中的数制及转换
（1）计算机中二进制，二进制的规则
（2）二进制与其它进制之间的转换过程
（3）位与字节之间的关系，计算机存储单位以及它们之间的关系：b、B、MB、GB、TB等
5．计算机如何实现计算
（1）基本逻辑运算：与、或、非，掌握复合逻辑运算：同或、异或、与非、或非、与或非
（2）理解半加器电路图机器工作原理，理解全加器的基本原理
6．原码反码和补码
（1）计算机中数的分类：带符号数和无符号数以及它们的表示
（2）正数和负数的原码反码补码的区别
（3）模和溢出的概念
（二）Github与Gitbook（12学时）
（1）Git的基本概念、安装、基本命令以及从远程仓库抓取文件和上传文件的操作和步骤
（2）Github的注册，Github客户端的使用，fork和pull request等基本操作
（3）Gitbook的注册，书籍的创建、修改以及基本的markdown语法
（4）Git负责版本控制，Github是代码和框架的托管平台，Gitbook用来编撰书籍
（三）Pencil Code（15学时）
（1）Pencil Code基础
（2）Pencil Code点和线
（3）Pencil Code输入输出
（4）Pencil Code循环
（5）Pencil Code函数
（6）Pencil Code条件语句
（7）Pencil Code & javascript
（8）Pencil Code数组
（9）Pencil Code数组与循环
（四）机器人与传感器（15学时）
（1）常用的传感器以及它们的用途
（2）事件驱动编程的基本概念，步骤，以及和传感器的协助过程
（3）机器人中传感器的使用
（4）机器人Freduino Viple编程
（5）机器人整体架构，安装结构
四．课程的基本要求
关于这门课程的教学，应将计算机基础、思维培养、实践过程作为教学的重点，而不是将各种定义概念等列为教学的重点。其各部分的具体要求如下：
（一）计算机基础知识
1．教学的基本要求
（1）理解计算的本质，了解计算工具演变和变革的过程，理解计算思维的相关概念，了解从三次数学危机到图灵机的过程以及图灵机、图灵测试、学科之间的联系。
（2）理解抽象的基本概念，通过图论的思维解决七桥问题。理解计算机的工作原理，硬件组成，并会从数据存储、压缩等案例探讨其中用到的计算机基本理论。
（3）理解冯.诺依曼工作原理，基本组成，以及运算器、控制器、存储器、输入/输出设备各部分的作用。了解计算机发展过程，以及各代计算机的发展。了解计算机按照目的、性能和规模进行的分类。
（4）掌握计算机中二进制，二进制的规则，会二进制与其它进制之间的转换，理解位与字节之间的关系，掌握存储单位以及它们之间的关系：b、B、MB、GB、TB等。
（5）掌握基本逻辑运算：与、或、非，掌握复合逻辑运算：同或、异或、与非、或非、与或非。
理解半加器电路图机器工作原理，理解全加器的基本原理。
（6）掌握计算机中数的分类：带符号数和无符号数以及它们的表示。掌握正数和负数的原码反码补码的区别，掌握模和溢出的概念。
2．教学重点：理解计算机演变中的规律，掌握以计算思维为思维方式解决问题的能力。
3．教学难点：逻辑思维和计算思维相结合的推理过程。
（二）Github和Gitbook
1．教学的基本要求
（1）理解Git的基本概念，掌握Git的安装、基本命令以及从远程仓库抓取文件和上传文件的操作和步骤。
（2）掌握Github的注册，会使用Github客户端，会fork和pull request等基本操作。
（3）掌握Gitbook的注册，书籍的创建、修改以及基本的markdown语法。
（4）理解Git、Github、Gitbook 三者之间的关系。Git负责版本控制，Github是代码和框架的托管平台，Gitbook用来编撰书籍。
2．教学重点：掌握利用Github和Gitbook创建教程的整个流程和步骤，版本控制。
3．教学难点：Git的操作、Github的使用。
（三）Pencil Code
1．教学的基本要求
（1）掌握编程语言的基础知识，理解编程思想。
（2）能够熟练操作Pencil Code平台，会使用Pencil Code平台编写程序，理解程序运行的过程和逻辑。
2．教学重点：Pencil Code模块儿化编程。
3．教学难点：模块化编程逻辑。
（四）机器人与传感器
1．教学的基本要求
（1）熟悉常用的传感器并说明它们的用途。
（2）理解事件驱动编程的基本概念，步骤，以及和传感器的协助过程。
（3）理解小车的结构，整体框架，硬件及软件
（4）学会拼装机器人，掌握无线控制机器人进行各种动作，完成小车走迷宫比赛。
2．教学重点：小车的拼装和迷宫编程设计。
3．教学难点：迷宫编程的调试过程。
五．考核方式
本课程由于以实践为主，考试方式主要是考察，最后的考核是分组设计智能小车，完成算法设计，项目报告，然后进行项目陈述和答辩。
六．使用教材及参考材料
教材：计算机导论，兰州大学
参考材料：
1．大学计算机基础 刁树民 著，郭吉平 著，李华 著 清华大学出版社 2014
2．大学计算机基础 龚沛曾，杨志强主编 高等教育出版社 2009
3．C程序设计语言 Brian W.Kernighan,Dennis M.Ritchie 著 机械工业出版社
5．Pencil Code官方文档
联系方式：周庆国,
[email protected]