教学大纲
基本信息
- 课程名称：走近机器人
- 课程对象：学森挑战计划高中生，主要面向高一学生
- 授课方式：线下授课 + 腾讯会议（详见课程微信群、Canvas 公告）
- 授课地点：上海交通大学徐汇校区
- 课程时间：2026 年春季学期，星期六第七至第九节
- 详细安排：见“内容安排”页面
- 教学平台：SJTU Canvas
具体课程入口详见课程微信群或 Canvas 公告 - 参考教材：张涛主编《智能机器人与具身智能》
为什么开这门课
今天的 AI 已经可以写文章、回答问题、生成图片，但机器人要进入真实世界，还会遇到另一类困难。它要感知周围环境，判断自己在哪里，规划下一步动作，控制身体完成任务，还要在噪声、遮挡、碰撞、延迟和不确定性中保持安全。
这门课希望帮助同学把“机器人很智能”进一步拆开，看见支撑机器人行动的系统。一个机器人能不能真的有用，往往不只取决于模型是否聪明，也取决于身体结构、传感器、定位、地图、规划、控制、学习方法、安全边界和使用场景。
学完之后，同学们看到一个机器人产品或演示时，能够自然地追问：它要完成什么任务？它需要感知什么？它如何移动和操作？它可能在哪里失败？它的成本、可靠性和安全边界在哪里？
课程怎么学
这是一门面向高中生的低压力导论课。课堂以讲授、案例拆解和讨论为主，会从扫地机器人、无人机、机械臂、自动驾驶、仓储机器人、农业机器人、服务机器人和人形机器人等熟悉场景进入，再逐步连接到机器人和具身智能的核心概念。
课后思考以短文本为主，每次围绕一个具体问题写一段回答。重点不是写得长，而是能把“看到的现象”和“背后的系统原因”连起来。
课程模块
课程分为五个模块。模块顺序围绕“机器人如何完成一个真实任务”展开，同时保留高中生容易理解的系统主线。
模块一：机器人是什么，为什么需要身体
从整体上认识机器人系统：身体结构、自由度、传感器、执行器、控制器和计算系统如何共同决定一个机器人能做什么。
对应主题：
- 机器人系统全景：从会聊天的 AI 到会行动的机器
- 机器人的身体：轮子、关节、手和脚
模块二：机器人如何感知和理解世界
理解机器人如何通过相机、雷达、IMU、触觉和力觉传感器获得信息；再进一步理解定位、地图和不确定性为什么重要。
对应主题：
- 机器人如何“看见”：相机、雷达与触觉
- 机器人如何“知道自己在哪”：位置、地图与不确定性
模块三：机器人如何行动
理解机器人如何把一个目标拆成可执行步骤，如何规划路径、避开障碍，如何用反馈控制让动作更稳定、更安全。
对应主题：
- 从目标到动作：路径规划、任务规划与避障
- 让机器人稳稳地动：反馈控制与安全边界
模块四：机器人如何学习和理解人
理解模仿学习、强化学习、仿真训练和大模型进入机器人后的新趋势。重点不是推导算法，而是看清机器人为什么需要从数据、示范、试错和人类指令中学习。
对应主题：
- 机器人如何学习技能：示范、试错与仿真
- 大模型进入机器人：从语言、视觉到动作
模块五：机器人如何进入真实世界
从工厂、家庭、校园、农业、医疗、仓储和公共空间中的真实应用出发，讨论机器人系统的成本、可靠性、安全、责任边界和未来发展。
对应主题：
- 机器人走进现实：工厂、家庭、校园、农业与医疗
- 课程总结：我们离通用机器人还有多远？
- 课程大作业交流与开放讨论
你会学到什么
完成课程后，同学们应能做到：
- 用自己的话解释机器人系统的基本组成，包括身体结构、传感器、执行器、计算单元、控制器和软件系统。
- 看到一个机器人应用时，能大致判断它要感知什么、如何行动、可能依赖哪些计算和控制过程。
- 理解机器人在真实世界中为什么困难：环境会变化，传感器会出错，动作会有偏差，任务可能被打断。
- 能解释定位、地图、规划、控制、学习和安全边界在机器人系统中的作用。
- 能拆解一个熟悉的机器人场景，指出它可能在哪里失败、变贵、变慢，或者带来安全和责任问题。
- 对大学阶段的机器人学、具身智能、机器人学习和人机协作课程形成初步印象，为以后进一步学习留下入口。
作业与考核
课程考核保持简单，主要看同学是否认真完成课后思考，能否把课堂中的机器人系统直觉用自己的例子说清楚。
- 课后思考：45%
- 共 9 次，每次 5%。
- 每次围绕一个开放问题，建议 100-200 字。
- 在 Canvas 直接用文本提交即可。
- 课程大作业：55%
- 3 人一组，选择一个熟悉的机器人应用场景，拆解它背后的机器人系统。
- 提交一页提纲、一张图或一页 PPT 均可。
- 课堂会选取若干有代表性的作业进行讨论，也可能安排开放问答或 Panel。