计算机科学导论：基于机器人的实践方法

　　陈以农主编的《计算机科学导论(基于机器人的实践方法)》与一般讲解原理的课程不太一样，基于机器人的计算机科学导论课程分为原理和实验两部分。这样学生在学完一个原理之后，就要动手实践这个原理。该课程的实验部分主要基于微软的机器人开发环境MRDS、VPL可视化编程语言以及乐高机器人。学生通过团队合作完成实验内容。该课程还有一个配套的课程设计项目，学生要和参与实际工程项目一样。通过自己组织团队、开会、撰写PPT、对问题进行定义和研究，然后再通过设计、模拟、实验、测试完成整个课程设计。课程设计*终通过机器人比赛的方式进行验收，大大提高了学生参与的积极性。目前这门课程已经成为多所国际著名大学的学术互认课程，并获得了教育部与Intel的认可和支持，被列入了教育部新课程大纲。

　　陈以农(YinongChen)，1993年获德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)博士。之后就职于法国科学院和南非金山大学。2001加入美国亚利桑那州立大学，现任高级讲师。在服务计算、云计算、物联网和机器人等领域发表了上百篇学术论文。领导开发了多款教育机器人并首先实现了在云计算环境中的机器人即服务(Robotas aService)和教育创新机器人eRobotic。陈以农博士更致力于计算机教育学和教学方法论的研究，开发多门新课并出版了多本中英文教材，包括《面向服务的计算和Web数据管理》，《浅谈深析面向服务的软件工程》、《Service-OrientedComputing and Web Software Integration》。

序
作者简介
前言
教学建议
第1章 团队建设和职业发展机会
1.1 团队建设活动
1.1.1 合作模式
1.1.2 团队组建练习
1.2 计算机科学和工程的职业发展机会
1.2.1 相关的计算机课程体系
1.2.2 国内IT行业就业形势分析
1.2.3 国外计算机相关行业职位及就业形势分析
1.3 职业机会练习
1.3.1 工程方向的职业机会
1.3.2 软件工程方向的职业机会
1.3.3 计算机和数学领域的职业机会
1.3.4 美国最好的职业
第2章 机器人开发环境和VPL入门
2.1 预备知识
2.2 实验前测验
2.3 实验任务
2.3.1 显示“Hello World”
2.3.2 最喜爱的电影
2.3.3 字符串长度
2.3.4 使用Switch块求字符串长度的程序
2.3.5 创建一个While循环块
2.3.6 创建活动模块
2.3.7 Drive-By-Wire仿真
2.3.8 改进驾驶体验
第3章 计算机组成与逻辑设计
3.1 预备知识
3.2 实验前测验
3.3 实验任务
第4章 计算机系统和设计
4.1 预备知识
4.1.1 计算机系统分类
4.1.2 计算机的基本组成形式
4.1.3 计算机工作的基本原理
4.1.4 Intel通用计算机架构
4.1.5 多样的并行处理技术
4.1.6 Tick-Tock
4.1.7 CPU微架构
4.2 实验前测验
4.3 实验任务
4.3.1 构建2-1多路选择器
4.3.2 构建4-1多路选择器
4.3.3 构建一位ALU
4.3.4 测试一位ALU
4.3.5 使用Counter Service产生自动测试用例（选作题）
第5章 遥控机器人的设计和触摸传感器
5.1 预备知识
5.1.1 传感器和执行器
5.1.2 NXT智能块
5.1.3 蓝牙连接
5.1.4 VPL程序与机器人之间的对应关系
5.2 实验前测验
5.3 实验任务
5.3.1 组装机器人
5.3.2 建立机器人与计算机之间的通信
5.3.3 用Drive-By-Wire控制机器人
5.3.4 触摸传感器
5.3.5 协调触摸传感器和马达
第6章 机器人执行器的设计与构造
6.1 机器人设计项目的目标与任务
6.1.1 问题描述和需求
6.1.2 文档
6.1.3 任务
6.1.4 评测和打分
6.2 实验前测验
6.3 实验任务
6.3.1 从正式的会议规范开始
6.3.2 头脑风暴得出解决方案
6.3.3 决定行动方案
6.3.4 实现解决方案
6.3.5 对机器人的手臂编程
6.3.6 含执行器控制的Drive-By-Wire
6.3.7 测试和评价：用测试数据完成KTDA表
6.3.8 提交会议纪要
第7章 事件驱动编程与传感器的编程
7.1 预备知识
7.1.1 引言
7.1.2 事件驱动编程
7.1.3 传感器
7.1.4 相扑机器人的算法
7.1.5 穿越迷宫的算法
7.1.6 VPL代码分析和个案研究
7.2 实验前测验
7.3 实验任务：传感器的编程与相扑机器人
7.3.1 正式会议和会议纪要
7.3.2 使用触摸传感器来检测和躲避障碍物
7.3.3 使用光传感器来检测和躲避障碍物
7.3.4 使用光传感器实现基本相扑算法
7.3.5 使用光传感器和触摸传感器实现相扑算法
7.3.6 使用光传感器、触摸传感器和超声波传感器实现相扑算法
7.3.7 模拟的传感器和迷宫算法1：看侧前方的算法
7.3.8 模拟的传感器和迷宫算法2：使用模块化设计
7.3.9 在程序里增加触摸传感器（选做练习）
第8章 用有限状态机解决迷宫问题
8.1 预备知识
8.1.1 有限状态机
8.1.2 Right-Then-Left算法的实现
8.2 实验前测验
8.3 实验任务
8.3.1 在VPL中实现基本的自动售货机
8.3.2 在仿真的迷宫中实现一个仿真机器人
8.3.3 使用超声波传感器来检测和避开障碍物
8.3.4 从虚拟现实到物理环境
8.3.5 改进算法性能
8.3.6 作业提交的要求
第9章 优化自治迷宫算法
9.1 迷宫算法的评估
9.2 实验前测验
9.3 实验任务
9.3.1 讨论和会议纪要
9.3.2 使用2个距离值的自治编程
9.3.3 改进算法性能
9.3.4 使用距离传感器和触摸传感器实现沿墙走的算法
9.3.5 使用超声波传感器的相扑机器人
第10章 机器人现场测试和机器人比赛准备
10.1 准备工作
10.2 实验任务
10.2.1 讨论和会议纪要
10.2.2 寻宝比赛
10.2.3 迷宫导航比赛的实践
10.2.4 相扑机器人比赛的实践
10.2.5 完成会议纪要
10.2.6 使用游戏操作杆远程控制寻宝比赛
第11章 机器人比赛
11.1 寻宝
11.2 自治迷宫遍历
11.3 相扑机器人
11.4 其他类型的比赛和应用
第12章 Android手机App的开发
12.1 预备知识
12.2 实验前测验
12.3 Android手机编程与实验
12.3.1 Hello World
12.3.2 Magic 8 Ball
12.3.3 Paint Pic
12.3.4 摩尔泥游戏
12.3.5 股票报价
12.3.6 股票走势
12.3.7 记忆游戏
12.3.8 定义你的新App
第13章 Web应用的开发
13.1 预备知识
13.1.1 编程的基本概念
13.1.2 面向服务的架构的基本概念
13.1.3 编程环境Visual Studio
13.2 实验内容
13.2.1 开始使用Visual Studio开发环境和C#
13.2.2 创建你自己的Web浏览器
13.2.3 创建一个Web应用程序
13.2.4 创建一个在线自动售货机
13.2.5 使用加密解密服务建立一个安全应用程序
第14章 移动计算
14.1 预备知识
14.2 Windows手机编程与实验
14.2.1 练习：创建一个Windows Phone Application项目
14.2.2 设计用户界面
14.2.3 单步调试执行
14.2.4 手机旋转
14.2.5 手机动画程序
14.2.6 MainPage.xaml的代码
14.2.7 Windows Phone猜数游戏
14.2.8 面向服务的计算和Windows Phone应用
第15章 演讲文稿设计
15.1 实验前的准备
15.1.1 组织演讲稿的技术内容
15.1.2 演示幻灯片设计
15.1.3 用Excel求解模型和创建图表
15.1.4 演示幻灯片的评价和评分标准
15.2 实验前测验
15.3 实验任务
15.3.1 截屏和图片的编辑
15.3.2 插入视频
15.3.3 使用Excel求解模型和创建图表
15.3.4 复制和特殊粘贴
15.3.5 正式会议中会议纪要和幻灯片设计
15.3.6 创建PPT幻灯片
15.3.7 幻灯片制作的分工
第16章 演讲和演讲评分
附录 机器人课程设计项目和比赛规则
参考文献