海洋科技研學課程案例：走進北京理工大學珠海校區，探究水中仿生機器人運行奧秘

一城一風情，一地一文化。北京理工大學珠海校區仿生水下機器人營，讓孩子在有限的時間內，結交志同道合的朋友、暢想未來海洋面貌、接觸前沿技術。

項目亮點

1.走進北京理工大學珠海校區，提前體驗大學生活，參訪自動化學院機器人實驗室，了解先進的科學技術帶給我們生活的改變；

2.參與教育部白名單比賽，完成一次自我挑戰；

3.傾聽清北名校教授關于人工智能應用與創新的講解與分享，學習仿生水中機器人相關知識；

4.探索神秘的海洋，使用仿生水下機器人完成水中任務的挑戰，學習水中開源硬件，設計屬于自己的仿生水中機器人。

課程特色：

參與教育部白名單賽項——NOC

全國中小學信息技術創新與實踐大賽（Novelty Originality Creativity），簡稱NOC大賽，由城鄉統籌發展研究中心、中國人工智能學會主辦，是一項運用信息技術培養廣大師生的創新精神和實踐能力，面向青少年開展人工智能科學普及、引領科技創新的素質教育實踐平臺。NOC大賽是目前國內規模和影響力最大的中小學信息技術普及活動之一。大賽旨在倡導“重在參與”精神，普及性和提高性并存。

教育部公布的2020-2021學年中小學生的全國性競賽活動名單，NOC大賽榜上有名，并連續2年成為教育部認可的全國性中小學生競賽活動之一。大賽特設“恩歐希教育信息化發明創新獎”，是中國設立的第一個面向中小學師生以促進自主創新為目的的大獎，也是NOC活動的最高獎項。每年NOC最高獎項獲得者將有機會作為NOC參賽代表，受邀來到人民大會堂，參加國家科技獎勵大會，和全國頂尖科學家齊聚一堂，共享盛宴。

大賽自2002年在北京啟動以來，至今已成功舉辦了近20屆，累計吸引了全國6萬多所學校、6500萬名師生參與其中。

創客課程：

1.人工智能與水中機器人

課程目標：

認識不同水中機器人的不同用途，產生進一步了解和研究機器人的興趣和基本的技術素養。學習使用多種水中機器人，一起制作并完成各種水中任務挑戰！

使用設備：

（1）單關節水中機器人：曾參與2012年北極科考

（2）水中魔方：水中可自由拼裝的開源機器人

（3）多關節水中機器人：1比1仿生中華錦鯉，中國首款自主知識產權仿生機器魚

（4）ROV機器人：水中作業專業級機器人

2.水中機器人防水的奧秘

課程目標：認識防水的意義、防水的基本方式以及如何進行取舍。

課程說明：動密封技術是水下機器人的關鍵技術之一。作為水下機器人的機械臂關節，包括電機驅動組件與旋轉關節輸出組件，在其驅動過程中需要軸與機殼間的動配合，由于軸與機殼之間存在間隙，導致泄漏，且伴隨著壓力越高，泄漏量就越大。因此，需要設計一種防水的密封結構，以滿足水下機器人的使用要求。

3.水中機器人仿生結構與運動探究

課程目標：認識水中物體運動的復雜性，了解動力、阻力、流體力學、湍流；從自然界的生物中尋找更完美的運動方式。

課程說明：從自然界的生物中尋找更完美的運動方式。運用仿生方法可創制新的機械，發明現代化識辨儀器，改進通信系統，設計新穎的工藝和研制人工臟器等。如現代的飛機、極地越野汽車、雷達系統的電子蛙眼、航海的聲納系統、航空建造工程的蜂窩結構、人工腎及人工心臟等，都是仿生的結晶。

4 .水中機器人編程

課程目標：水中機器人的控制理論及編程學習。

課程說明：水中機器人的控制理論及編程學習，不斷激發學生編程興趣，努力培養學生勇于探索的創新精神和解決實際問題的實踐能力，編程教學在原有Scratch編程教學中加入了場景功能模塊，使學生能夠更直觀地用程序設計的思維去分析，解決生活中的實際問題。

5.機械動力基礎

課程目標：水中機器人結構設計，學習控制基礎。

課程說明：一般而言，機器的組成通常包括：動力部分、傳動部分、執行部分和控制部分。各部分的作用如下：動力部分——把其他形式的能量轉化成機械能，以驅動機器各部件運動等；傳動部分——將原動機的運動和動力傳遞給執行部分的中間環節；執行部分——直接完成機器工作任務的部分，處于整個傳動裝置的終端，其結構形式取決于機器的用途；控制部分——包括自動檢測部分和自動控制部分，其作用是顯示和反映機器的運行位置和狀態，控制機器的正常運行和工作。

6.運動控制基礎

課程目標：學習各項實驗方法，對水中機器人進行防水性測試、浮力調節測試、速度調節測試。

課程說明：水下機器人具有如下特點：動力學模型存在高度非線、強耦合、時變和參數不確定等特征，工作時受浪流等環境因素干擾大，水下作業對空間姿態和路徑等常有特殊要求等。水下自治機器人的上述特點對控制系統提出了較高的要求，既要有較強的魯棒性（系統的健壯性），自適應性，還必須具有足夠的運動控制精度。

7 .水中任務挑戰賽

課程目標：培養競賽能力，鍛煉團隊配合能力，臨場調試和解決問題的能力；為培養、選拔、推薦優秀人工智能與機器人專業人才創造基礎條件，促進國家人工智能與機器人教學實踐和培養學生實踐能力。

成長收獲：

國際機器人創客聯盟頒發的海洋創新人才證書