時(shí)間：2023-05-30 08:55:37
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機(jī)器人競(jìng)賽，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵字：機(jī)器人競(jìng)賽;創(chuàng)新能力;實(shí)踐教學(xué)體系
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）21-0123-02
隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)越來(lái)越多地融入到我們的日常生活中。機(jī)器人技術(shù)作為一項(xiàng)涉及了人工智能、機(jī)械工程、自動(dòng)控制、傳感技術(shù)等多領(lǐng)域的綜合性學(xué)科，受到各行各業(yè)的關(guān)注。機(jī)器人競(jìng)賽由于其自身的綜合性和競(jìng)爭(zhēng)性已在國(guó)內(nèi)外十分盛行，它給現(xiàn)代教育改革注入了新的能量[1]。我校工程訓(xùn)練中心創(chuàng)新班自2010年第一屆“中科歐鵬杯”中國(guó)教育機(jī)器人大賽以來(lái)，連續(xù)4年參賽，并取得一等獎(jiǎng)近20項(xiàng)、二等獎(jiǎng)10余項(xiàng)的好成績(jī)。本文分析了機(jī)器人競(jìng)賽對(duì)于教學(xué)改革的積極意義，提出以機(jī)器人競(jìng)賽為目的的實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系，并得到良好的教學(xué)效果。
一、國(guó)內(nèi)外賽事
目前，國(guó)際上的各類機(jī)器人競(jìng)賽大多自上世紀(jì)末興起，歷經(jīng)近二十年的發(fā)展，已成為了綜合性教育改革的新力量。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的機(jī)器人競(jìng)賽也在迅速開(kāi)展，旨在推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，并取得了良好的效果。國(guó)內(nèi)、國(guó)際上一些影響較大的機(jī)器人競(jìng)賽包括以下幾項(xiàng)。
1.機(jī)器人足球竟賽。機(jī)器人足球競(jìng)賽需要由若干機(jī)器人組成隊(duì)伍，通過(guò)機(jī)器人之間的互相通信、配合，協(xié)同進(jìn)行比賽。目前，國(guó)際上最具影響力的兩個(gè)機(jī)器人足球賽事組織為：FIRA國(guó)際機(jī)器人足球聯(lián)合會(huì)和ROBOTCUP國(guó)際機(jī)器人足球世界杯賽。
2.機(jī)器人滅火競(jìng)賽。機(jī)器人滅火競(jìng)賽最早是由Jack Mendelssohn教授在1994年提出，該競(jìng)賽模擬機(jī)器人在一套四室一廳的房間內(nèi)進(jìn)行滅火，要求參賽的機(jī)器人在盡可能短的時(shí)間內(nèi)熄滅房間中隨機(jī)放置的蠟燭。目前，機(jī)器人滅火競(jìng)賽已成為全球最普及的智能機(jī)器人競(jìng)賽之一。
3.亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽。“亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽”始于2002年，由“亞洲太平洋地區(qū)廣播電視聯(lián)盟”（ABU）發(fā)起，每年舉辦一次，已成功舉辦13屆。大賽主要面向包括中國(guó)、日本、韓國(guó)、新加坡、泰國(guó)和印度尼西亞等國(guó)家和地區(qū)的在校大學(xué)生，著力培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。
4.“飛思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽?！帮w思卡爾”杯全國(guó)大學(xué)生智能汽車(chē)競(jìng)賽是教育部為提高我國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，委托高等學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)主辦的機(jī)器人競(jìng)賽。大賽2006年首度舉辦，分為競(jìng)速賽與創(chuàng)意賽兩類。
另外，國(guó)內(nèi)還舉辦有中國(guó)機(jī)器人大賽、全國(guó)機(jī)器人大賽、“廣茂達(dá)”杯中國(guó)智能機(jī)器人大賽等賽事，旨在為RoboCup公開(kāi)賽、FIRA世界杯機(jī)器人大賽以及國(guó)際機(jī)器人滅火競(jìng)賽的中國(guó)賽區(qū)選拔優(yōu)秀的隊(duì)伍。
二、機(jī)器人競(jìng)賽促進(jìn)學(xué)生能力培養(yǎng)
機(jī)器人技術(shù)是一項(xiàng)涉及人工智能、機(jī)械工程、自動(dòng)控制、傳感技術(shù)等多領(lǐng)域的綜合性學(xué)科。智能技術(shù)的迅速發(fā)展，也為機(jī)器人競(jìng)賽提供了越來(lái)越完善的平臺(tái)。學(xué)生通過(guò)參加機(jī)器人競(jìng)賽，能夠提高學(xué)科綜合能力，培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。
1.機(jī)器人競(jìng)賽與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的關(guān)鍵，本科教育則是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要階段[2]。教育部《關(guān)于實(shí)施高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的意見(jiàn)》中強(qiáng)調(diào)：要大力加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)改革，推進(jìn)高校實(shí)踐教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新，促進(jìn)學(xué)生自主創(chuàng)新興趣和能力的培養(yǎng)，激發(fā)大學(xué)生的興趣和潛能，培養(yǎng)大學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和創(chuàng)新精神。在我國(guó)傳統(tǒng)本科教學(xué)體系中，通過(guò)教師授課是學(xué)生獲取知識(shí)最普遍的渠道，與此同時(shí)，考試成績(jī)也成為教師檢驗(yàn)學(xué)生知識(shí)掌握情況的唯一方法。目前，隨著社會(huì)對(duì)于人才要求的不斷提高，實(shí)踐能力受到了越來(lái)越多的重視，各高校廣泛開(kāi)設(shè)工程訓(xùn)練相關(guān)課程以提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。然而，筆者在輔導(dǎo)我校工程訓(xùn)練中心“電工電子基礎(chǔ)”課程時(shí)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在傳統(tǒng)教學(xué)體系中缺少的并不僅僅是實(shí)踐動(dòng)手能力，更重要的是創(chuàng)新能力。
創(chuàng)新能力是指運(yùn)用已掌握的知識(shí)和理論，在科學(xué)、技術(shù)及各類實(shí)踐活動(dòng)中，不斷提出具有社會(huì)價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值的新思想、新方法和新發(fā)明的能力[3]。機(jī)器人競(jìng)賽為大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)：①首先，在機(jī)器人競(jìng)賽中，一般僅給定比賽目標(biāo)和規(guī)則，學(xué)生需要從底層算法、硬件設(shè)備、機(jī)器人外觀等逐個(gè)設(shè)計(jì)和調(diào)試。在這個(gè)從無(wú)到有的過(guò)程中，每一階段都要求學(xué)生提出自己的解決方案，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力;②機(jī)器人競(jìng)賽內(nèi)容極具趣味性和可觀賞性，大大增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性。相對(duì)于傳統(tǒng)的以教師為主的教學(xué)模式而言，以競(jìng)賽促進(jìn)教學(xué)的模式更加以學(xué)生為主導(dǎo)，也更容易培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維;③采用競(jìng)賽形式，具有一定競(jìng)技性，一般要求各參賽隊(duì)從策略、技巧和時(shí)間三個(gè)方面進(jìn)行比賽，這就要求學(xué)生在備賽過(guò)程中不拘于傳統(tǒng)思維的束縛，勇于創(chuàng)新。
2.機(jī)器人競(jìng)賽與綜合能力的培養(yǎng)。機(jī)器人競(jìng)賽一般由學(xué)生自由組隊(duì)參加，并根據(jù)自身興趣愛(ài)好、專業(yè)方向等選擇參賽題目，每個(gè)參賽題目往往涉及多個(gè)學(xué)科，需要學(xué)生能夠靈活應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，并與其他專業(yè)同學(xué)協(xié)作、溝通共同完成。在此過(guò)程中，不僅大大提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，同時(shí)提高了其他綜合能力[4-6]：①學(xué)生在確定題目后首先需要通過(guò)書(shū)籍、文獻(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)等多種方式收集相關(guān)資料，并結(jié)合所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析，形成初步方案。這個(gè)階段提升了學(xué)生對(duì)于信息的獲取能力以及綜合分析能力;②在機(jī)器人制作過(guò)程中，學(xué)生需要親自動(dòng)手操作，將自己的想法付諸實(shí)踐，并在實(shí)際操作中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題。在這個(gè)階段中提升了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力;③機(jī)器人的制作大多涉及多個(gè)學(xué)科，需要學(xué)生通過(guò)團(tuán)隊(duì)的溝通、合作，最終達(dá)到目標(biāo)，這大大增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)溝通、協(xié)作能力;④在機(jī)器人競(jìng)賽中，除了制作機(jī)器人對(duì)于學(xué)生的考驗(yàn)，還會(huì)遇到一些其他問(wèn)題。如在正式比賽時(shí)參賽機(jī)器人常會(huì)由于場(chǎng)地、燈光等問(wèn)題出現(xiàn)誤差，這就需要學(xué)生根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速的調(diào)試，這鍛煉了學(xué)生的邏輯思維及臨場(chǎng)應(yīng)變能力;另外，有的比賽項(xiàng)目需要向評(píng)審老師講解參賽機(jī)器人的原理、創(chuàng)新點(diǎn)等，這也鍛煉了學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力。
三、機(jī)器人技術(shù)實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系
機(jī)器人實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系是以機(jī)器人競(jìng)賽為目標(biāo)而開(kāi)展的一系列教學(xué)活動(dòng)，主要分為三個(gè)部分，如圖1所示。
第一階段主要進(jìn)行基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)。我校工程訓(xùn)練中心自2011年起開(kāi)設(shè)機(jī)器人技術(shù)選修課程，課程面向全校學(xué)生，共16課時(shí)，主要包括機(jī)器人演示實(shí)驗(yàn)、機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)。通過(guò)機(jī)器人技術(shù)選修課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解到機(jī)器人技術(shù)的基本概念，并掌握一些基礎(chǔ)知識(shí)，達(dá)到機(jī)器人技術(shù)的入門(mén)水平。最后，通過(guò)學(xué)生自身意愿和教師的篩選，進(jìn)入第二階段的學(xué)習(xí)。
第二階段主要在我校工程訓(xùn)練中心下設(shè)的創(chuàng)新班進(jìn)行學(xué)習(xí)。西安科技大學(xué)創(chuàng)新班成立于2004年，為開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室，采用模擬公司制度進(jìn)行自主化管理，師徒培訓(xùn)制進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過(guò)學(xué)生之間的“師徒”式學(xué)習(xí)，讓每個(gè)學(xué)生以自己可以理解的方式傳授給“徒弟”，在互相溝通、交流中不斷提高。通過(guò)這一階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠基本掌握機(jī)器人技術(shù)，并且可以獨(dú)立承擔(dān)機(jī)器人制作中的特定環(huán)節(jié)。
第三階段為實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練。在學(xué)生基本掌握機(jī)器人技術(shù)后，通過(guò)一些競(jìng)賽形式的項(xiàng)目讓學(xué)生熟悉整個(gè)比賽流程，提前了解比賽中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)自身相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)并加強(qiáng)學(xué)習(xí)。
通過(guò)以上實(shí)踐教學(xué)體系的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)能夠很好地掌握機(jī)器人技術(shù)，并熟悉機(jī)器人競(jìng)賽流程。最后，由教師挑選的優(yōu)秀隊(duì)伍參加正式的機(jī)器人競(jìng)賽。我校自2010年第一屆“中科歐鵬杯”中國(guó)機(jī)器人大賽以來(lái)，連續(xù)4年參賽，并取得一等獎(jiǎng)近20項(xiàng)、二等獎(jiǎng)10余項(xiàng)的好成績(jī)。實(shí)踐教學(xué)證明，機(jī)器人技術(shù)實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系有著良好的教學(xué)效果。
隨著現(xiàn)代化教學(xué)理念的不斷更新，各類學(xué)科競(jìng)賽不斷開(kāi)展，機(jī)器人競(jìng)賽已經(jīng)成為教學(xué)改革的新力量。本文首先列舉了國(guó)內(nèi)外規(guī)模較大的機(jī)器人競(jìng)賽，分析了機(jī)器人競(jìng)賽對(duì)于現(xiàn)代教學(xué)改革的推進(jìn)作用。隨著機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)的開(kāi)展，激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及其他綜合能力。最后，本文提出了以機(jī)器人競(jìng)賽為目的的實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)體系，該教學(xué)體系收到了良好的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：水中機(jī)器人比賽；電源模塊；升壓電路；USB口充電
中圖分類號(hào)：O442 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）31-0149-02
中國(guó)水中機(jī)器人大賽是由中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)機(jī)器人競(jìng)賽工作委員會(huì)和科技部高技術(shù)發(fā)展研究中心主辦，由北京大學(xué)智能控制實(shí)驗(yàn)室牽頭的一項(xiàng)面對(duì)全國(guó)高校的智能機(jī)器人競(jìng)賽。比賽以仿生機(jī)器魚(yú)在水池之中進(jìn)行水中頂球、競(jìng)速追逐等對(duì)抗形式展開(kāi)。水球比賽除了涉及到機(jī)器人足球所涉及到的各種技術(shù)之外，還涉及到水動(dòng)力分析、水中通訊、圖像處理、抗干擾技術(shù)等多方面的內(nèi)容，是一個(gè)綜合性的項(xiàng)目。
目前競(jìng)賽用仿生機(jī)器魚(yú)大多采用電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，依靠電池作為動(dòng)力源，因此電源管理方案的改良對(duì)仿生機(jī)器魚(yú)的發(fā)展有著重要的意義。目前競(jìng)賽用仿生機(jī)器魚(yú)采用3節(jié)鎳氫電池串聯(lián)供電，體積大且儲(chǔ)能效率低。本文就競(jìng)賽用仿生機(jī)器魚(yú)現(xiàn)有的電源模塊進(jìn)行改良，提出了一種基于鋰電池供電的升壓電源模塊，同時(shí)采用USB2.0接口進(jìn)行充電，并有成型的產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)，取得了明顯的改進(jìn)效果。
一、電池的選擇
目前民用多采用的可重復(fù)使用的電池性能比較如表1所示。
表1 常見(jiàn)可重復(fù)使用電池性能表
從表1可以看出，常見(jiàn)的四種電池的能量密度中，鋰電池密度最大，使用壽命也較長(zhǎng)，且沒(méi)有記憶效應(yīng)，是一種綜合性能較優(yōu)的選擇對(duì)象。鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池，鋰電池大致可以分為鋰金屬電池和鋰電子電池。市面上常見(jiàn)的可以反復(fù)充電使用的為鋰離子電池，其電池正極多采用鋰鐵磷酸鹽，負(fù)極多采用石墨。在放電時(shí)，鋰離子從負(fù)極脫插，嵌入正極，充電時(shí)從正極脫嵌，插入負(fù)極。常見(jiàn)的正極材料如表2所示。
表2 常見(jiàn)正極材料
負(fù)極材料大致可以分為三大類，第一類為碳負(fù)極材料，如人工石墨等，目前已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用的鋰離子電池的負(fù)極材料多為碳負(fù)極材料。第二類為納米級(jí)負(fù)極材料，如納米氧化物材料，目前該類產(chǎn)品多處于試用階段，采用該技術(shù)可以大幅度提高鋰電池的充放電電量和次數(shù)。第三類為實(shí)驗(yàn)性材料，例如錫基負(fù)極材料、合金類負(fù)極材料和含鋰過(guò)渡金屬氮化物負(fù)極材料等，該類材料都沒(méi)有商業(yè)化產(chǎn)品。由于電池需要驅(qū)動(dòng)3~4臺(tái)舵機(jī)工作，同時(shí)還要給控制芯片和通信模塊供電，一般要求仿生機(jī)器魚(yú)續(xù)航能力在2~3小時(shí)，故考慮電池的容量不少于2000mAh。在實(shí)際工程當(dāng)中，常見(jiàn)的18650鋰電池是可以基本滿足上述要求的，該類型鋰電池是直徑為18mm，長(zhǎng)度為65mm的圓柱形鋰電池，其容量一般在1200mAh~2600mAh之間，充滿電電壓4.2V，平臺(tái)電壓3.7V，最大放電電流一般可以達(dá)到2A。
二、升壓電路模塊設(shè)計(jì)
鋰電池的輸出電壓為3.7~4.2V，可以滿足控制芯片和通信模塊（CC2430）工作電壓要求，而舵機(jī)的工作電壓為5V，因此要設(shè)計(jì)一個(gè)升壓模塊來(lái)提升鋰電池的輸出電壓，滿足舵機(jī)的供電要求。為了提高升壓模塊的工作可靠性，本文采用了基于MP1542升壓模塊的升壓電路。MP1542是一款電流模式升壓轉(zhuǎn)換模塊，其內(nèi)部有一個(gè)2A、0.18Ω內(nèi)置轉(zhuǎn)換器可以提供高效快速的響應(yīng)。MP1542可以工作在1.3MHz或者700KHz兩個(gè)頻率下，可以在簡(jiǎn)單濾波和低噪音的環(huán)境下工作，軟啟動(dòng)可以是低電流浪涌。通過(guò)外部支持電路編程實(shí)現(xiàn)2.5V輸入，5V-12V，500mA輸出。MP1542支持欠壓鎖定、限流和熱過(guò)載保護(hù)等功能，可以有效地在負(fù)載輸出過(guò)大時(shí)對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。MP1542常見(jiàn)的支持電路（3V升8V）如圖1所示。
圖1 MP1542常見(jiàn)支持電路
輸出電壓值可以通過(guò)R1和R2的比值來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中R2的阻值固定為10kΩ具體的公式如式1所示： Vout=■VFB（式1）
其中VFB=1.2V
根據(jù)MP1542工作原理，如果我們需要5V的輸出電壓，則R1的阻值約為30kΩ。
三、充電電路設(shè)計(jì)
根據(jù)鋰電池性質(zhì)，其允許的充電電流是0.1~1.5備電池容量之間，常規(guī)的充電電流是0.5倍電池容量，充滿電大約2~3個(gè)小時(shí)。最高充電終止電壓為4.2V，不能過(guò)沖，通常是恒流充電至4.2V后轉(zhuǎn)入恒壓充電，當(dāng)恒壓充電電流降至100mA以內(nèi)后停止充電。我們選取的電池容量為2600mAh，根據(jù)鋰電子的工作特性，將充電額定電流定為不超過(guò)2A，充電電壓為5V。考慮到充電電源適配器的問(wèn)題，目前市面上比較成熟的電源適配器多采用USB口，例如給各類平板電腦充電的充電器，為節(jié)省設(shè)計(jì)成本，充電電池采用了USB2.0接口的充電接口，同時(shí)該接口也可以預(yù)留作為讀寫(xiě)數(shù)據(jù)接口。為保障電池的工作安全性，本文采用了目前市面上常用的設(shè)計(jì)方案，采用CN3068的500毫安USB 接口兼容的鋰電池充電集成電路作為充電模塊。CN3068是專門(mén)為一節(jié)鋰電池而設(shè)計(jì)的線性充電器電路，利用芯片內(nèi)部的功率晶體管對(duì)電池進(jìn)行恒流和恒壓充電。充電電流可以用外部電阻編程設(shè)定，最大持續(xù)充電電流可達(dá)500mA，不需要另加阻流二極管和電流檢測(cè)電阻。CN3068包含兩個(gè)漏極開(kāi)路輸出的狀態(tài)指示輸出端，充電結(jié)束指示輸出端STAT1和充電狀態(tài)指示端STAT2。芯片內(nèi)部的功率管理電路在芯片的結(jié)溫超過(guò)115℃時(shí)自動(dòng)降低充電電流，這個(gè)功能可以使用戶最大限度地利用芯片的功率處理能力，不用擔(dān)心芯片過(guò)熱而損壞芯片或者外部元器件。這樣，用戶在設(shè)計(jì)充電電流時(shí)，可以不用考慮最壞情況，而只是根據(jù)典型情況進(jìn)行設(shè)計(jì)就可以了，因?yàn)樵谧顗那闆r下，CN3068會(huì)自動(dòng)減小充電電流。CN3068的典型應(yīng)用電路如圖2所示。
圖2 CN3068典型應(yīng)用電路
CN3068的工作原理如下：當(dāng)輸入電壓大于電源低電壓檢測(cè)閾值和電池端電壓時(shí)，CN3068開(kāi)始對(duì)電池充電，STAT2管腳輸出低電平，表示充電正在進(jìn)行。如果電池電壓Kelvin檢測(cè)輸入端（FB）的電壓低于3V，充電器用小電流對(duì)電池進(jìn)行預(yù)充電。當(dāng)電池電壓Kelvin檢測(cè)輸入端（FB）的電壓超過(guò)3V時(shí)，充電器采用恒流模式對(duì)電池充電，充電電流由IR管腳和GND之間的電阻RIR.確定。當(dāng)電池電壓Kelvin檢測(cè)輸入端（FB）的電壓接近電池端調(diào)制電壓時(shí)，充電電流逐漸減小，CN3068進(jìn)入恒壓充電模式。當(dāng)充電電流減小到充電結(jié)束閾值時(shí)，充電周期結(jié)束，STAT2端輸出高阻態(tài)，STAT1端輸出低電平，表示充電周期結(jié)束，充電結(jié)束閾值是恒流充電電流的10%。如果要開(kāi)始新的充電周期，只要將輸入電壓斷電，然后再上電就可以了。當(dāng)電池電壓Kelvin檢測(cè)輸入端（FB）的電壓降到再充電閾值以下時(shí)，自動(dòng)開(kāi)始新的充電周期。芯片內(nèi)部的高精度的電壓基準(zhǔn)源、誤差放大器和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)確保電池端調(diào)制電壓的誤差在±1%以內(nèi)，滿足了電池的要求。當(dāng)輸入電壓掉電或者輸入電壓低于電池電壓時(shí)，充電器進(jìn)入低功耗的睡眠模式，電池端消耗的電流小于3uA，從而增加了待機(jī)時(shí)間。CN3068充電過(guò)程示意圖如圖3所示。
圖3 CN3068充電過(guò)程示意圖
本文采用了基于一節(jié)3.6V鋰電池供電、USB2.0充電接口和3V升5V的電源管理模塊，同時(shí)競(jìng)賽用仿生機(jī)器魚(yú)采用CC2430作為通信和控制模塊，對(duì)原有的競(jìng)賽用仿生機(jī)器魚(yú)在電路上提出了改進(jìn)。整體電路板尺寸為22mm×30mm，滿足魚(yú)體的尺寸設(shè)計(jì)要求，實(shí)物如圖4所示。
圖4 魚(yú)體主板電路成品圖
在實(shí)際下水中，可以持續(xù)游動(dòng)1小時(shí)左右，較理論估算值低。充電分別用了輸出DC5V 500mA和DC5V 1000mA和DC5V 2A三個(gè)型號(hào)的電源適配器進(jìn)行充電，充電過(guò)程中，無(wú)異常情況發(fā)生，說(shuō)明充電模塊有較好的工程實(shí)用性。不足之處是在USB2.0充電接口的密封問(wèn)題，本文采用硅膠USB帽進(jìn)行密封，但由于機(jī)器魚(yú)在游動(dòng)過(guò)程中，特別是在對(duì)抗過(guò)程中可能會(huì)使得硅膠帽浸水，從而可能造成充電口的短路。下一步打算在接口密封和利用USB口實(shí)現(xiàn)對(duì)通信控制模塊的讀寫(xiě)功能設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)：
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2014 年7 月26~28 日，“金山杯” 第9 屆全國(guó)青少年教育機(jī)器人奧林匹克競(jìng)賽暨第26 屆ROBO-ONE 國(guó)際機(jī)器人競(jìng)賽和第3 屆國(guó)際青少年教育機(jī)器人奧林匹克競(jìng)賽全國(guó)選拔賽，在華東師范大學(xué)附屬楓涇中學(xué)舉行。國(guó)家教育部教育裝備工作領(lǐng)導(dǎo)小組副組長(zhǎng)韓呼生， 國(guó)際機(jī)器人ROBO-ONE 中國(guó)委員會(huì)主任馬巍等參加活動(dòng)。
競(jìng)賽中，來(lái)自全國(guó)25 個(gè)省市（港澳地區(qū)）共1800 余名機(jī)器人競(jìng)賽運(yùn)動(dòng)員，分小學(xué)組、初中組、高中組三個(gè)組別，分別參加了雙足機(jī)器人技能賽、機(jī)器人軌跡賽、雙足機(jī)器人舞蹈賽、機(jī)器人球類比賽等11 個(gè)項(xiàng)目的競(jìng)賽。本屆競(jìng)賽獲獎(jiǎng)選手將入選中國(guó)代表隊(duì)參加國(guó)際機(jī)器人競(jìng)賽。
本次競(jìng)賽是上海市首次舉辦的全國(guó)性大規(guī)模的國(guó)際青少年教育機(jī)器人奧林匹克競(jìng)賽全國(guó)選拔賽。相比往屆競(jìng)賽， 本次競(jìng)賽活動(dòng)規(guī)模最大、賽事規(guī)格最高、參賽人數(shù)最多、競(jìng)賽項(xiàng)目最齊全， 競(jìng)賽人數(shù)從去年的800 人猛增至今年的1800 人。
歷時(shí)兩天的比賽為我國(guó)青少年機(jī)器人教育提供了展示的舞臺(tái)， 有利于普及機(jī)器人教育，拓展青少年的科技視野。
（董少校陳少國(guó)）
關(guān)鍵詞：教育機(jī)器人；創(chuàng)新能力提升
中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2017）02-0109-02
教育機(jī)器人是專門(mén)用以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的機(jī)器人成品、套裝或散件。近年來(lái)，機(jī)器人之所以像計(jì)算機(jī)一樣走入校園，在眾多中小學(xué)學(xué)校得以推廣和普及，不僅是因?yàn)樗m應(yīng)中小學(xué)教育領(lǐng)域新課程的需求，深受青少年的喜愛(ài)，更重要的是它對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和提高起到了積極的作用。下面，筆者以參加第十四屆全國(guó)中小學(xué)信息技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐活動(dòng)（簡(jiǎn)稱NOC活動(dòng)）中的“網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人野外生存”賽項(xiàng)為切入點(diǎn)和大家分享創(chuàng)新學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)。
學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)
1.創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣
亞里士多德曾說(shuō)：“思維是從驚訝和問(wèn)題開(kāi)始的?！睂W(xué)生的創(chuàng)新想法往往來(lái)自對(duì)某個(gè)問(wèn)題的好奇心，而這一切又來(lái)自問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)。例如，在第十四屆NOC活動(dòng)的“網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人野外生存”賽項(xiàng)的比賽中，機(jī)器人被賦予的任務(wù)為：野外科考隊(duì)在古絲路腹地發(fā)現(xiàn)了一處保存完好的遠(yuǎn)古文明遺跡，而遙感衛(wèi)星云圖顯示將有暴雨來(lái)臨，為了能對(duì)絲路古文明生態(tài)展開(kāi)進(jìn)一步研究，科考機(jī)器人須在最短時(shí)間內(nèi)協(xié)同完成遺跡內(nèi)蓄排水設(shè)施水閘開(kāi)啟、疏通河道、凈化水源中的1～2項(xiàng)工作，并進(jìn)行搶救性標(biāo)本采集?；谶@樣有趣而神秘的虛擬野外生存網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，筆者要通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)并完成各項(xiàng)挑戰(zhàn)任務(wù)。換個(gè)角度來(lái)看，這是在考核對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和編程語(yǔ)言知識(shí)的掌握與應(yīng)用能力，旨在培養(yǎng)我們應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境所具備的快速判斷能力和理性的冒險(xiǎn)精神，提高其野外生存技巧與綜合應(yīng)對(duì)能力。
2.分析目標(biāo)導(dǎo)向，引發(fā)創(chuàng)新思維
面對(duì)機(jī)器人的野外生存挑戰(zhàn)任務(wù)，P者需要首先對(duì)目標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行分析，如搭建什么樣的機(jī)器人能夠完成開(kāi)啟水閘、清理河道、投放凈化劑等任務(wù)；其次需對(duì)一些具體環(huán)節(jié)進(jìn)行梳理，如機(jī)器人起始基地確定在哪個(gè)位置，水閘開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)盤(pán)的默認(rèn)角度是否會(huì)發(fā)生變化，河道內(nèi)堵塞物的位置是否也會(huì)發(fā)生變化，如何能實(shí)現(xiàn)攜帶最多數(shù)量的凈化劑等。
（1）搭建機(jī)器人
為了完成凈化水源的任務(wù)，需要給機(jī)器人安裝一個(gè)車(chē)廂以便裝載凈化劑，車(chē)廂和控制器之間須通過(guò)可斷開(kāi)模塊連接，在到達(dá)目的地后方可斷開(kāi)車(chē)廂和控制器之間的連接，把凈化劑投入到水源之中。在調(diào)試的過(guò)程中，為了解決機(jī)器人走在高低不平的路上時(shí)車(chē)廂里的凈化劑可能會(huì)掉落這一問(wèn)題，有的選手把車(chē)廂側(cè)板加高，有的選手給車(chē)廂加上了蓋板，還有的加上了柵欄等，大家通過(guò)各種嘗試最終找到了合適的解決方法。
要完成河道清理，則需要在機(jī)器人的前部用三個(gè)伺服電機(jī)和安裝塊組裝一個(gè)可折疊的結(jié)構(gòu)。這樣機(jī)器人到達(dá)需要清理的河道時(shí)，就可以利用這個(gè)類似于推土機(jī)前部的結(jié)構(gòu)把河道中的堵塞物推走。
為了能開(kāi)啟水閘，還要利用四個(gè)伺服電機(jī)和安裝塊組裝一個(gè)可折疊的鉗形結(jié)構(gòu)。這樣機(jī)器人在水閘前就可以利用這個(gè)結(jié)構(gòu)通過(guò)旋轉(zhuǎn)的方式，把水閘打開(kāi)。
（2）調(diào)試機(jī)器人
建立在理論上的設(shè)計(jì)程序，還需要實(shí)踐檢驗(yàn)。在調(diào)試中，筆者發(fā)現(xiàn)機(jī)器人在運(yùn)行中會(huì)不斷地抖動(dòng)，這又是為什么呢？在對(duì)算法進(jìn)行反思和探索后，最終得出結(jié)論“左距離-右距離=0”這種情況出現(xiàn)得很少，因此機(jī)器人需要不斷地調(diào)整方向，就出現(xiàn)了抖動(dòng)的現(xiàn)象。那么，如何進(jìn)一步優(yōu)化算法，消除抖動(dòng)呢？在此基礎(chǔ)上，筆者積極拓展思維，完成新的求解方法，并歸納總結(jié)。
同時(shí)，一些選手在完成任務(wù)時(shí)往往也會(huì)有很多想法，如靠中線右邊走怎樣設(shè)計(jì)，靠中線左邊走怎樣設(shè)計(jì)，一個(gè)個(gè)新問(wèn)題的出現(xiàn)，大家通過(guò)不斷否定自己的方法，深化對(duì)需求的理解，最終跳出慣性思維，養(yǎng)成了對(duì)算法做不斷優(yōu)化的思維方法，促進(jìn)了自身創(chuàng)新思維的形成。另外，在線仿真平臺(tái)能夠把抽象的內(nèi)容以機(jī)器人載體展現(xiàn)出來(lái)，學(xué)習(xí)的效果顯而易見(jiàn)，并得到及時(shí)的反饋，從而讓更多的選手在這個(gè)載體上充分體現(xiàn)自己的創(chuàng)造技能。
3.探究具體環(huán)節(jié)，提升創(chuàng)新能力
愛(ài)因斯坦曾經(jīng)說(shuō)：“提出一個(gè)問(wèn)題比解決一個(gè)問(wèn)題更重要?！笔澜缟显S多發(fā)明創(chuàng)造都從疑問(wèn)開(kāi)始，質(zhì)疑是開(kāi)啟創(chuàng)新之門(mén)的鑰匙。例如，在利用指南針傳感器指示方向時(shí)，因?yàn)?度角和360度角是重合的，在這一點(diǎn)上機(jī)器人容易出現(xiàn)意外情況，有時(shí)會(huì)左右搖擺，有時(shí)會(huì)原地打轉(zhuǎn)。那為什么會(huì)這樣呢？這就需要不斷的嘗試。筆者利用自己學(xué)過(guò)的數(shù)學(xué)知識(shí)改進(jìn)程序的算法，利用伺服電機(jī)把指南針旋轉(zhuǎn)180度或安裝兩個(gè)指南針來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以用其他方案來(lái)解決。選手們?cè)O(shè)計(jì)出的解決方案也是千奇百怪，盡管有的失敗了，但他們交流著，爭(zhēng)論著，大膽質(zhì)疑，積極探索，碰撞出了思維的火花，創(chuàng)新了思維模式，大大地提升了創(chuàng)新能力。
心得與啟發(fā)
第一，“一分耕耘，一分收獲”，要培養(yǎng)自己持之以恒的毅力和堅(jiān)持不懈的精神。遇到困難不要退縮，要有越挫越勇的襟懷和良好的意志品質(zhì)。
第二，正所謂“學(xué)然后知不足”。教育機(jī)器人內(nèi)容涉及面廣、問(wèn)題情境設(shè)置生動(dòng)有趣，這能有效地拓展視野，豐富知識(shí)，也可進(jìn)一步激發(fā)你主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情和強(qiáng)烈的求知欲望。
鐘柏昌
編者按：對(duì)我們大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，“機(jī)器人教育”這個(gè)詞并不陌生。十多年前國(guó)內(nèi)就開(kāi)始了將機(jī)器人引入教育的探索與實(shí)踐。但機(jī)器人教育發(fā)展到現(xiàn)在，已變成了學(xué)校里僅有少數(shù)學(xué)生參與的競(jìng)賽性活動(dòng)，“人”之間的競(jìng)賽也逐漸演變?yōu)椤皺C(jī)器”間的競(jìng)賽，這背離了利用機(jī)器人培養(yǎng)所有學(xué)生動(dòng)手能力與創(chuàng)新精神的初衷。如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人教育的價(jià)值回歸？近年來(lái)，隨著人們認(rèn)識(shí)的深化以及機(jī)器人本身的發(fā)展，普及機(jī)器人教育的呼聲漸高，而普及路上可能遇到的種種問(wèn)題，也讓人擔(dān)憂。為此，我們特地約了一組文章，從不同的視角分析機(jī)器人教育普及之路是否行得通。
關(guān)于這一話題我刊會(huì)持續(xù)關(guān)注，也期望您投稿參與討論。
首先應(yīng)該看到，義務(wù)教育階段的機(jī)器人教育已經(jīng)在不少地方開(kāi)始進(jìn)入課堂，以班級(jí)為單位開(kāi)課（即普及教育導(dǎo)向，不同于競(jìng)賽導(dǎo)向），且是在信息技術(shù)課程的框架內(nèi)由信息技術(shù)教師負(fù)責(zé)實(shí)施，取得了不錯(cuò)的成績(jī)。2013年上半年在北京景山學(xué)校舉辦的全國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)展示活動(dòng)受到大家歡迎也是例證之一。
有教師認(rèn)為，機(jī)器人教育會(huì)增加成本，無(wú)法發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性（如模塊封裝后的“傻瓜化”操作）等，這確實(shí)是一個(gè)問(wèn)題。但是，這種結(jié)論是從機(jī)器人競(jìng)賽中所觀察得到的，很多人都看到了變了味兒的機(jī)器人競(jìng)賽，已經(jīng)在某種意義上演變成經(jīng)費(fèi)的比拼，“機(jī)器性能決定成績(jī)”，昂貴的、高性能的、傻瓜化的機(jī)器人得到了“有錢(qián)人”的青睞。而事實(shí)上，目前大部分面向全體學(xué)生開(kāi)課的機(jī)器人設(shè)備與面向小部分學(xué)生競(jìng)賽的機(jī)器人設(shè)備有很大差別，無(wú)論是成本還是設(shè)計(jì)功能都不可相提并論。目前市面上有多個(gè)品牌的低成本機(jī)器人產(chǎn)品，也有很多一線教師自主開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)易機(jī)器人方案。這些產(chǎn)品、設(shè)備和方案，才是使機(jī)器人教育從變味兒的競(jìng)賽走向本真的教育的重要保障。換言之，開(kāi)展機(jī)器人普及教育也是修正機(jī)器人競(jìng)賽誤區(qū)的重要舉措。
更重要的是，是否開(kāi)展機(jī)器人普及教育，不是首先看條件是否完全成熟，而是看其對(duì)學(xué)生和社會(huì)的發(fā)展是否有價(jià)值。無(wú)論研究者還是實(shí)踐者，很多人都認(rèn)同機(jī)器人教育是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的重要途徑，進(jìn)而將其視作信息技術(shù)教育的重要生長(zhǎng)點(diǎn)之一。這才是問(wèn)題的關(guān)鍵。何況現(xiàn)在不少學(xué)校已經(jīng)具備開(kāi)展機(jī)器人教育的基本條件。改革才有發(fā)展，所謂發(fā)展必須經(jīng)歷不成熟到成熟的漸進(jìn)過(guò)程。初生之物，其形必丑，因丑而棄，非明智之舉。課改之初，將信息技術(shù)列入綜合實(shí)踐活動(dòng)，即是如此，置課程價(jià)值于不顧，而糾結(jié)于所謂的“成熟條件”。
還有教師認(rèn)為，開(kāi)展機(jī)器人教育會(huì)引起更大的地區(qū)和學(xué)校差異。確實(shí)，如果采用選修課的方式，必然有條件的地方開(kāi)課，沒(méi)有條件的地方就開(kāi)不了，但是，這種差異已經(jīng)客觀存在，將來(lái)也將依舊存在。任何一件事情的開(kāi)始都不可能全盤(pán)推進(jìn)，否則就是吃大鍋飯，沒(méi)有示范何來(lái)效仿？難道我們現(xiàn)在還要去追究那些先行者的“政治責(zé)任”嗎？改革開(kāi)放三十多年，我們信息技術(shù)教育者是否也要解放思想？
當(dāng)然，在中小學(xué)普及機(jī)器人教育，現(xiàn)階段可能無(wú)法用必修課的形式開(kāi)展（如果用超前一點(diǎn)的眼光來(lái)看，必修也將成為一種選擇），但是一定要鼓勵(lì)有條件的地方積極嘗試，新的規(guī)劃文件（標(biāo)準(zhǔn)或綱要）應(yīng)該為各地學(xué)校開(kāi)展機(jī)器人普及教育提供政策空間。
（作者單位：南京師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院）
【關(guān)鍵詞】高中課程基地;機(jī)器人課程體系;實(shí)驗(yàn)室;人才培養(yǎng)
【中圖分類號(hào)】G637 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1005-6009（2015）22-0062-02
【作者簡(jiǎn)介】王泰山，江蘇省句容高級(jí)中學(xué)（江蘇句容，212400）校長(zhǎng)，江蘇省特級(jí)教師。
機(jī)器人是20世紀(jì)人類最偉大的成就之一。隨著機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，國(guó)內(nèi)很多人對(duì)它產(chǎn)生了興趣，特別是很多青少年也積極投身到各類機(jī)器人的實(shí)踐活動(dòng)中，2000年以來(lái)各類機(jī)器人競(jìng)賽在大中小學(xué)如火如荼地開(kāi)展、機(jī)器人教學(xué)在普通高中和中小學(xué)逐步普及。教育部2003年頒布的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，把“人工智能初步”和“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”設(shè)為技術(shù)領(lǐng)域的選修模塊。我們發(fā)現(xiàn)隨著教學(xué)機(jī)器人的迅猛發(fā)展和其性價(jià)比的大幅度提高，將智能機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)和技能訓(xùn)練引入普通高中課程的必要性和可行性已漸趨明朗。
我校于2012年成功申報(bào)了“江蘇省機(jī)器人創(chuàng)新教育課程基地”建設(shè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目是以全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)和實(shí)踐能力為目標(biāo)，以轉(zhuǎn)變課程內(nèi)容的實(shí)施方式為重點(diǎn)。在建設(shè)過(guò)程中，提煉出“多元、合作、益智、創(chuàng)新”的核心理念，完成了系列實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與配置，創(chuàng)設(shè)了融合多學(xué)科知識(shí)的機(jī)器人課程體系，開(kāi)發(fā)豐富而有特色的課程資源，創(chuàng)新人才培養(yǎng)的模式初步形成。
一、打造多層次系列化的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室
機(jī)器人包括硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)，基于機(jī)器人的教學(xué)也就包括這兩部分的內(nèi)容。機(jī)器人硬件造型是軀殼，涉及機(jī)械、電子、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制理論、傳感檢測(cè)等，在高中階段，與物理學(xué)科關(guān)系緊密。機(jī)器人軟件部分，與信息技術(shù)學(xué)科中的“算法與程序設(shè)計(jì)”關(guān)系緊密，程序是機(jī)器人的靈魂。同時(shí)算法中的建模用到相當(dāng)多的數(shù)學(xué)知識(shí)，因此教學(xué)內(nèi)容又向數(shù)學(xué)學(xué)科延伸，“算法與程序設(shè)計(jì)”還是高中信息奧林匹克競(jìng)賽的基本內(nèi)容，機(jī)器人是程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的最好載體。系列實(shí)驗(yàn)室以“技術(shù)課標(biāo)實(shí)驗(yàn)室”為基礎(chǔ)，以機(jī)電實(shí)驗(yàn)室為硬件支持，以虛擬機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室為補(bǔ)充，以競(jìng)賽探究實(shí)驗(yàn)室為深入，以研究性實(shí)驗(yàn)室為拓展。
二、創(chuàng)設(shè)融合多學(xué)科知識(shí)的機(jī)器人課程體系
基地著眼于學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以通用技術(shù)與信息技術(shù)學(xué)科課程為基礎(chǔ)，融合物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科相關(guān)內(nèi)容，依托多層次、多樣化的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，構(gòu)建了3個(gè)課程模塊，常規(guī)教學(xué)、研究性學(xué)習(xí)、競(jìng)賽，結(jié)合信息技術(shù)學(xué)科選修《算法與程序設(shè)計(jì)》，面向全體高一學(xué)生開(kāi)設(shè)虛擬機(jī)器人課程，以信息學(xué)奧賽等興趣小組為提升，以研究性學(xué)習(xí)為補(bǔ)充。依托通用技術(shù)選修《簡(jiǎn)易機(jī)器人制作》，融合物理學(xué)科的相關(guān)內(nèi)容，面向高二年級(jí)開(kāi)設(shè)開(kāi)源機(jī)器人課程，以VEX、滅火等機(jī)器人項(xiàng)目競(jìng)賽以及科技創(chuàng)新大賽相關(guān)的其他競(jìng)賽為提升。高三年級(jí)，以研究性學(xué)習(xí)等形式，依托研究性學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)設(shè)課程，讓有興趣的學(xué)生了解機(jī)器人最新發(fā)展以及大學(xué)的相關(guān)專業(yè)情況，同時(shí)與高校聯(lián)系，開(kāi)通與高校的綠色通道，為學(xué)生未來(lái)的專業(yè)選擇做前期鋪墊。（見(jiàn)文末表格）
三、營(yíng)造濃厚的文化氛圍，通過(guò)多種活動(dòng)的開(kāi)展來(lái)培養(yǎng)創(chuàng)新人才
1.營(yíng)造機(jī)器人基地文化氛圍。
目前主要通過(guò)電子小報(bào)活動(dòng)、班級(jí)黑板報(bào)、櫥窗等多種形式營(yíng)造濃厚的機(jī)器人科技教育文化氛圍。隨著基地建設(shè)的深入，學(xué)校藝華樓3、4層開(kāi)辟成機(jī)器人教學(xué)、活動(dòng)、展示場(chǎng)所，利用展廳展出本校學(xué)生、高校學(xué)生作品以及目前比較尖端的機(jī)器人展品，播放本校機(jī)器人教學(xué)與各種活動(dòng)以及最新的機(jī)器人發(fā)展動(dòng)態(tài)音像，讓來(lái)訪者能身臨其境地體驗(yàn)機(jī)器人的魅力。
2.開(kāi)展各種科技社團(tuán)活動(dòng)。
成立科技創(chuàng)新社團(tuán)，開(kāi)展豐富的社團(tuán)活動(dòng)，著力培養(yǎng)一批對(duì)科技創(chuàng)新有興趣的人。目前，我們正把當(dāng)前興起的創(chuàng)客文化中的相關(guān)元素融入到社團(tuán)活動(dòng)中，準(zhǔn)備打造我校的“創(chuàng)客”，形成本地區(qū)以我校為中心的“創(chuàng)客社區(qū)”，進(jìn)而在更大范圍推動(dòng)我市的科技教育發(fā)展。
3.積極參加、舉辦各級(jí)各類機(jī)器人活動(dòng)與競(jìng)賽。
以每年一度的?！翱萍嘉幕囆g(shù)節(jié)”為契機(jī)，開(kāi)展校內(nèi)機(jī)器人競(jìng)賽，以展示學(xué)生、教師的作品為主要目的，競(jìng)賽中進(jìn)行評(píng)比，設(shè)置相應(yīng)獎(jiǎng)項(xiàng)，更好地激發(fā)師生對(duì)科技的興趣，遠(yuǎn)離低級(jí)趣味的誘惑，營(yíng)造以追求科學(xué)技術(shù)為時(shí)尚的校園氛圍。
競(jìng)賽是機(jī)器人教育的一個(gè)重要組成部分，是機(jī)器人教育成果的一種展示形式、實(shí)現(xiàn)手段和教育的延續(xù)。智能機(jī)器人競(jìng)賽參賽過(guò)程對(duì)學(xué)生有著廣泛深遠(yuǎn)影響，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的合作精神、進(jìn)行挫折教育等方面的作用尤為突出。
4.多管齊下，增強(qiáng)輻射效應(yīng)。
（1）開(kāi)設(shè)各級(jí)別的公開(kāi)課、觀摩課。通過(guò)開(kāi)設(shè)公開(kāi)課、觀摩課來(lái)展示機(jī)器人教學(xué)探索的成果，介紹相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，引領(lǐng)地區(qū)的機(jī)器人教育。
（2）以項(xiàng)目、課題研究帶動(dòng)區(qū)域發(fā)展。目前我校的國(guó)家級(jí)課題“普通高中機(jī)器人教育校本課程開(kāi)發(fā)與實(shí)踐研究”已經(jīng)立項(xiàng)，成員涵蓋了多個(gè)學(xué)校，可以帶領(lǐng)區(qū)域骨干一起進(jìn)行機(jī)器人教學(xué)的探索，為區(qū)域機(jī)器人教學(xué)提供示范與支持。
（3）充分利用課程網(wǎng)站共享資源。利用網(wǎng)絡(luò)同步介紹基地建設(shè)、課程開(kāi)設(shè)情況以及教學(xué)過(guò)程與經(jīng)驗(yàn)，擴(kuò)大基地對(duì)周邊的影響，推廣機(jī)器人課程的開(kāi)設(shè)，為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供新的思路。
目前機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)已深入到全國(guó)的中小學(xué)，而競(jìng)賽活動(dòng)能夠真正參與到其中的學(xué)生所占比例較少，因此越來(lái)越多的科學(xué)教師在思考，如何把機(jī)器人教學(xué)帶入課堂，讓更多的學(xué)生感受機(jī)器人的魅力。
機(jī)器人教學(xué)走進(jìn)課堂的問(wèn)題
目前機(jī)器人活動(dòng)走入課堂存在的主要問(wèn)題有：
（一）持續(xù)性保障
開(kāi)設(shè)機(jī)器人課程要有一定數(shù)量的機(jī)器人和計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的場(chǎng)地，因此需要一定的啟動(dòng)性投入。啟動(dòng)之后涉及到的持續(xù)性的保障有兩點(diǎn)：一是后續(xù)機(jī)器人的管理與維護(hù)難度高、損耗大，維持機(jī)器人活動(dòng)需要后續(xù)的配件和場(chǎng)地的更新、補(bǔ)充等資金投入；二是對(duì)輔導(dǎo)教師要求高，現(xiàn)有輔導(dǎo)教師人數(shù)嚴(yán)重不足。
（二）缺乏相應(yīng)的課程體系與教材
雖然國(guó)內(nèi)有些省份在信息技術(shù)課程中含有部分關(guān)于機(jī)器人的內(nèi)容，但都是基于某個(gè)廠家的機(jī)器人產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，不適合本地的特色與現(xiàn)有設(shè)備。另外，對(duì)于機(jī)器人教學(xué)所應(yīng)包括的基本知識(shí)架構(gòu)和教學(xué)方法也非常匱乏。機(jī)器人教學(xué)要持續(xù)性發(fā)展，就要在知識(shí)體系和評(píng)估訓(xùn)練方面形成體系。
（三）教學(xué)與競(jìng)賽尺度把握錯(cuò)位
目前中小學(xué)開(kāi)展機(jī)器人活動(dòng)，基本上是以競(jìng)賽作為檢驗(yàn)教學(xué)效果的標(biāo)尺。如想機(jī)器人教育能長(zhǎng)期有效地發(fā)展，就不能把比賽作為唯一的課程目標(biāo)，否則會(huì)使機(jī)器人教學(xué)走入“為競(jìng)賽而教學(xué)”的誤區(qū)，勢(shì)必導(dǎo)致該項(xiàng)活動(dòng)缺乏生命力。
（四）教師和學(xué)生家長(zhǎng)的不理解、不支持
在“分?jǐn)?shù)才是硬道理”的思想下，很多教師和家長(zhǎng)對(duì)于學(xué)生參加機(jī)器人活動(dòng)選擇了反對(duì)，理由都是影響學(xué)習(xí)，對(duì)升學(xué)沒(méi)有幫助。這使得科技教師要面對(duì)很多尷尬與不理解。
機(jī)器人教學(xué)走進(jìn)課堂的幾項(xiàng)措施
要解決以上機(jī)器人活動(dòng)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題，使機(jī)器人教學(xué)進(jìn)入課堂，我認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行思考：
（一）結(jié)合實(shí)際編寫(xiě)校本教程
將機(jī)器人活動(dòng)納入校本課程管理，為機(jī)器人正式進(jìn)入課堂積累經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)幾年的積累與沉淀，我校目前編寫(xiě)有教材《程序設(shè)計(jì)與智能機(jī)器人》，該教材以LEGO NXT機(jī)器人為硬件平臺(tái)，以ROBOTC為軟件平臺(tái)；宗旨是利用機(jī)器人平臺(tái)讓學(xué)生體會(huì)程序結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，初嘗人工智能的樂(lè)趣。該課程共17個(gè)課時(shí)。
自主編寫(xiě)教材的目的在于：一是符合本地學(xué)生（至少是本校學(xué)生）的認(rèn)知水平和能力等實(shí)際情況；二是可基于現(xiàn)有器材設(shè)計(jì)，具有可操作性；三是能不斷地進(jìn)行實(shí)踐和修改，并在此基礎(chǔ)上形成知識(shí)體系和架構(gòu)，具有一定的推廣性。
（二）精選機(jī)器人平臺(tái)，輔以仿真軟件
選用的機(jī)器人平臺(tái)要符合教學(xué)使用，要有良好的擴(kuò)展性，要具備耐用、易維護(hù)和啟發(fā)性思維好的特點(diǎn)，盡量保障一次性投資長(zhǎng)期反復(fù)使用。在資金與設(shè)備不足的情況下，輔以仿真軟件。仿真軟件的好處在于投資成本相對(duì)低廉，維護(hù)簡(jiǎn)單，可用于大規(guī)模的課堂教學(xué)。我校的機(jī)器人工作室除配備10多套LEGO機(jī)器人用于教學(xué)外，同時(shí)采用LEGO輔助設(shè)計(jì)軟件Ldraw和MLAD用于課堂教學(xué)，解決器材不足的問(wèn)題。
（三）機(jī)器人技術(shù)與學(xué)科的整合
機(jī)器人作為現(xiàn)代教育技術(shù)的前沿產(chǎn)品，其教學(xué)內(nèi)容涵蓋了很多學(xué)科的知識(shí)，因此有效地將機(jī)器人與相關(guān)學(xué)科進(jìn)行整合，能讓學(xué)生在所熟知的學(xué)科中感受科技的進(jìn)步帶來(lái)的不同體驗(yàn)。例如：
·程序設(shè)計(jì)——讓機(jī)器人走方形，能很好地讓學(xué)生深刻理解循環(huán)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)與特點(diǎn)；
·物理實(shí)驗(yàn)課——讓學(xué)生用機(jī)器人設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的單擺實(shí)驗(yàn)裝置并收集數(shù)據(jù)；
·數(shù)學(xué)課——追及和相遇知識(shí)一直是學(xué)生比較難以理解的抽象問(wèn)題，教師可以用機(jī)器人進(jìn)行演示，讓學(xué)生對(duì)該類問(wèn)題有形象的認(rèn)識(shí)；
·音樂(lè)課——可設(shè)計(jì)一個(gè)舞蹈機(jī)器人，讓它跟著音樂(lè)的節(jié)奏舞動(dòng)。
以上只是一些在我校科學(xué)實(shí)踐中的例子，大家還可以找出更多的結(jié)合點(diǎn)。這些整合不僅可以活躍課堂，也讓機(jī)器人技術(shù)的學(xué)習(xí)和展示過(guò)程更形象具體。
（四）機(jī)器人活動(dòng)多元化，實(shí)現(xiàn)多贏局面
我校每年開(kāi)展3項(xiàng)活動(dòng)：研究性學(xué)習(xí)、電腦作品制作活動(dòng)以及青少年科技創(chuàng)新大賽。從活動(dòng)主題來(lái)看，三者的核心都是探究、體驗(yàn)、創(chuàng)新，都注重科學(xué)及研究?jī)r(jià)值。因此機(jī)器人活動(dòng)完全可以整合3項(xiàng)活動(dòng)作為同一件事統(tǒng)籌開(kāi)展。
整合思想通過(guò)研究性學(xué)習(xí)把機(jī)器人活動(dòng)向縱深發(fā)展，形成課題研究成果，可在不影響正常教學(xué)的前提下，不需對(duì)學(xué)校日常的教育教學(xué)活動(dòng)作大的改變，結(jié)合日常培訓(xùn)活動(dòng)中進(jìn)行。通過(guò)青少年科技創(chuàng)新大賽，將機(jī)器人活動(dòng)引導(dǎo)向科技創(chuàng)新方向發(fā)展，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。以上述活動(dòng)為基礎(chǔ)，面向機(jī)器人競(jìng)賽，將競(jìng)賽作為機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)的成果展現(xiàn)平臺(tái)，在學(xué)習(xí)和創(chuàng)作中有效應(yīng)用和整合。
（五）輔導(dǎo)教師隊(duì)伍的整合，多元化的教學(xué)方式
機(jī)器人教學(xué)是多學(xué)科的結(jié)合，因此輔導(dǎo)教師隊(duì)伍應(yīng)當(dāng)是由相關(guān)專業(yè)的老師組成，既可解決輔導(dǎo)教師知識(shí)面單一問(wèn)題，又可豐富機(jī)器人活動(dòng)的項(xiàng)目。我校的輔導(dǎo)教師由2名信息技術(shù)教師和1名物理教師組成，這種組合解決了機(jī)器人教學(xué)中涉及的程序設(shè)計(jì)與機(jī)械及電子電路等學(xué)科問(wèn)題。
面對(duì)層次和知識(shí)面不同的學(xué)生，在機(jī)器人活動(dòng)中應(yīng)采取多元化的教學(xué)方式。以任務(wù)驅(qū)動(dòng)及小組合作學(xué)習(xí)方式進(jìn)行教學(xué)，由組長(zhǎng)帶領(lǐng)本組的同學(xué)進(jìn)行項(xiàng)目研究；輔導(dǎo)教師定期組織組員進(jìn)行討論解疑。這樣以點(diǎn)帶面的方式，也可以激勵(lì)更多的學(xué)生來(lái)?yè)?dān)任輔導(dǎo)員的角色。
（六）開(kāi)放科學(xué)工作室，共享資源
柳州市的青少年科學(xué)工作室已有50多個(gè)，這些工作室中有的在學(xué)校，有的在社區(qū)。因此，可以充分發(fā)揮科學(xué)工作室的作用，空余時(shí)間向社會(huì)開(kāi)放，讓更多青少年能夠接觸和了解機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)到面的輻射作用。將機(jī)器人教育和活動(dòng)推向社會(huì)，擴(kuò)大影響。
在學(xué)校開(kāi)展機(jī)器人活動(dòng)所形成的教材和教學(xué)方法可以在社區(qū)工作室開(kāi)放中推而廣之，而社區(qū)開(kāi)展活動(dòng)的時(shí)間可以很好地彌補(bǔ)學(xué)校寒暑假期的空檔，讓真正愛(ài)好機(jī)器人的學(xué)生在全年的每個(gè)時(shí)段都有機(jī)會(huì)參加機(jī)器人活動(dòng)。
關(guān)鍵詞 機(jī)器人教育 機(jī)器人 師范生 合理建議
中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Some Ideas on Robot Education
——Ideas of Normal Students in School to Robot Education
XUE Mengru， LI Yao， FU Qiaoling， RUAN Ying
（Wenzhou University， Wenzhou， Zhejiang 325035）
Abstract In this era of innovation， robotics education has been a high degree of attention. But by technology， financing， teacher influence， so that the robot education struggling. Robotics education is not equivalent Robotics Competition， which aims to develop students' creative thinking and practical ability. This article talks about the status of robot education and puts forward reasonable suggestions from the perspective of normal students in the school.
Key words robot education； robot； normal students； reasonable suggestions
信息時(shí)代，大家都非常講究“創(chuàng)新”這個(gè)詞，教育也不例外，所以作為創(chuàng)新教育新途徑的機(jī)器人教育，引起了大家高度的關(guān)注。在《基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》2012版中，指出在小學(xué)階段有“機(jī)器人入門(mén)”這一拓展模塊，在初中則是更深一層次的“機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作”模塊。而且全國(guó)各地的中小學(xué)機(jī)器人競(jìng)賽也正如火如荼地進(jìn)行。但是大家發(fā)現(xiàn)機(jī)器人教育的師資情況令人擔(dān)憂，主要指導(dǎo)工作還都是由信息技術(shù)老師來(lái)承擔(dān)。本文主要是談?wù)劰P者目前接觸到的機(jī)器人、見(jiàn)習(xí)、實(shí)習(xí)期間所見(jiàn)的中小學(xué)機(jī)器人教育現(xiàn)狀以及對(duì)機(jī)器人教育的一些看法。
1 我所接觸的機(jī)器人
在校期間，我接觸了一類由公司出售的機(jī)器人套裝。在接觸這類機(jī)器人期間，發(fā)現(xiàn)了以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）價(jià)格昂貴。一個(gè)套機(jī)沒(méi)有一萬(wàn)也要幾千。而且零部件損壞后也只能找該廠家購(gòu)買(mǎi)，價(jià)格也不便宜。（2）功能單一，開(kāi)放程度低?？v觀中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)目前中國(guó)機(jī)器人的品牌十分復(fù)雜，沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范性，這樣就會(huì)導(dǎo)致不同公司制造的機(jī)器人或者說(shuō)機(jī)器人零件互相不能夠兼容，開(kāi)放程度低。（3）多數(shù)產(chǎn)品只能適用于比賽，學(xué)習(xí)及生活方面的功能少。目前中國(guó)機(jī)器人的一些競(jìng)賽還都是由機(jī)器人商家和部分高?；蛘邫C(jī)構(gòu)聯(lián)合舉辦的，這就導(dǎo)致了“你必須買(mǎi)我家產(chǎn)品，才能夠參加比賽”的不好現(xiàn)象。
除此之外，值得欣喜的是我還有機(jī)會(huì)接觸到了Arduino機(jī)器人，它是一款便捷靈活、方便上手的開(kāi)源電子原型平臺(tái)，最重要的是它是一種開(kāi)源的硬件。開(kāi)源就意味著任何人都可以獲取相關(guān)的所有技術(shù)資料。通過(guò)資料查詢以及自己淺顯的理解，Arduino機(jī)器人有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
（1）物美價(jià)廉。在中國(guó)機(jī)器人教育之所以沒(méi)有普及，除了師資力量之外，資金也是其中一個(gè)原因。像上面提到的公司出售的非開(kāi)源的套機(jī)，如果中小學(xué)要購(gòu)買(mǎi)這類機(jī)器人滿足于教學(xué)，沒(méi)有幾十萬(wàn)是不現(xiàn)實(shí)的。但是Arduino機(jī)器人價(jià)格低廉，而且出售Arduino廠家非常多，我們?cè)谔詫毶隙伎梢再I(mǎi)得到，非常方便，而且用戶也可以自己動(dòng)手制作硬件。
（2）資源豐富，容易學(xué)習(xí)。由于是開(kāi)源的，我們可以獲取任何Arduino的技術(shù)細(xì)節(jié)，而且在網(wǎng)絡(luò)上會(huì)有很多學(xué)習(xí)的資料。最重要的是Arduino很容易上手，他開(kāi)發(fā)的目的是針對(duì)于非單片機(jī)專業(yè)的用戶，軟件環(huán)境可以是圖形化的，所以連小學(xué)生都可以玩Arduino。這樣的話，比起之前的非開(kāi)源機(jī)器人更加適合學(xué)生去學(xué)習(xí)，尤其是中小學(xué)。此外，教師的壓力也會(huì)減小。
（3）生動(dòng)有趣。對(duì)于中小學(xué)來(lái)說(shuō)，教學(xué)的趣味性非常重要。而Arduino通過(guò)零部件的變化、代碼的變化，就能夠做出不一樣的效果，而不是只能學(xué)習(xí)廠家提供的幾種功能模塊。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，是能夠隨著自己的思維和想法去創(chuàng)造的。
以上主要是硬件和軟件相互結(jié)合的實(shí)體機(jī)器人。我還接觸了虛擬機(jī)器人（主要接觸了3D蘿卜圈這個(gè)軟件），主要有四個(gè)功能：①建立虛擬仿真場(chǎng)景；②組裝虛擬機(jī)器人；③編寫(xiě)機(jī)器人程序；④在仿真環(huán)境下調(diào)試運(yùn)行機(jī)器人。這個(gè)軟件趣味性非常高，首先界面非常美觀，適合中小學(xué)生，而且仿真度很高，不僅能夠組裝機(jī)器人實(shí)現(xiàn)其功能，而且學(xué)生可以自己搭建場(chǎng)景，這無(wú)疑增加了趣味性也培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力以及創(chuàng)造力。
2 我所看到的機(jī)器人教育
在校期間，我們每一個(gè)學(xué)期都會(huì)去中小學(xué)見(jiàn)習(xí)。在此期間我也注意到了中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)的一些現(xiàn)象，加上很多專家學(xué)者的調(diào)查，總結(jié)出以下幾點(diǎn)：（1）發(fā)展不均衡。從整體來(lái)看，中國(guó)機(jī)器人教育發(fā)展相當(dāng)不均衡，只有少部分的學(xué)校擁有機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，以及可以給學(xué)生提供機(jī)器人進(jìn)行試驗(yàn)。（2）關(guān)注機(jī)器人競(jìng)賽多于關(guān)注機(jī)器人教育。其實(shí)很多人還沒(méi)有意識(shí)到機(jī)器人教育是能夠使學(xué)生全面發(fā)展、創(chuàng)新發(fā)展，推進(jìn)素質(zhì)教育的。因而不夠重視平時(shí)的教育，關(guān)注更多的是機(jī)器人競(jìng)賽。很多人把機(jī)器人比賽看成了機(jī)器人教育，這樣問(wèn)題就大了。有一部分家長(zhǎng)讓自己孩子來(lái)參加機(jī)器人活動(dòng)就是為了考試能加分，一旦沒(méi)有加分政策，家長(zhǎng)也就失去了參加活動(dòng)的動(dòng)力。而且很多學(xué)校為了獲得優(yōu)異成績(jī)，弄虛作假，由教師擔(dān)任主要的設(shè)計(jì)和制作工作，教師完成模型開(kāi)發(fā)制作以后再將使用方法教給學(xué)生，學(xué)生拿到比賽現(xiàn)場(chǎng)去操作。這其實(shí)就失去了機(jī)器人教育的意義。（3）師資力量不足。機(jī)器人是一個(gè)覆蓋面非常廣的領(lǐng)域，涉及很多學(xué)科的專業(yè)知識(shí)。然而要能夠從事機(jī)器人教育的教師必須有較高的計(jì)算機(jī)、人工智能、物理等方面的基礎(chǔ)，有著較強(qiáng)的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。
3 我的想法和建議
（1）技術(shù)方面：如果是真正想讓學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人，培養(yǎng)他們創(chuàng)新思維以及動(dòng)手能力。那我們就必須從技術(shù)來(lái)說(shuō)起，開(kāi)源的技術(shù)才是我們今后的方向。所以不妨嘗試Arduino機(jī)器人，中小學(xué)可以和高校進(jìn)行對(duì)接，在很多大學(xué)也會(huì)研究這一塊，而且技術(shù)上會(huì)更加成熟。這可以解決中小學(xué)機(jī)器人教育上技術(shù)的不足，也可以使高校研究的機(jī)器人應(yīng)用到教育中。
（2）教育方面：首先最現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題就是資金，所以可以用Arduino機(jī)器人進(jìn)行教育，這樣就能夠節(jié)省一大筆資金。而且虛擬機(jī)器人也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，兩者可以相互結(jié)合起來(lái)學(xué)習(xí)。這兩種方式相對(duì)于公司的套機(jī)來(lái)說(shuō)，它更加開(kāi)放、有拓展性，而且教師的學(xué)習(xí)空間也會(huì)比較大。
（3）師資方面：這是亟待解決的問(wèn)題，讓師范生在校學(xué)習(xí)比讓其到了工作崗位再去學(xué)習(xí)更加重要。作為即將成為信息技術(shù)教師的我，作為可能成為機(jī)器人指導(dǎo)師的我，我更希望我的大學(xué)能夠提供一些相關(guān)的支持。①開(kāi)設(shè)相關(guān)的課程。我們專業(yè)有開(kāi)設(shè)關(guān)于機(jī)器人教育的選修課程。但是這還不夠，應(yīng)該把這門(mén)課設(shè)為必修，而且增加課時(shí)數(shù)，讓我們師范生能夠從理論到實(shí)踐全方位地去學(xué)習(xí)機(jī)器人教育，這樣才有可能將這些知識(shí)與技術(shù)傳授給以后的學(xué)生。②組織大學(xué)生進(jìn)行競(jìng)賽?，F(xiàn)在很多競(jìng)賽是都基于廠家的競(jìng)賽，所以很難達(dá)到真正技術(shù)上的交流和切磋。所以，高校內(nèi)部自己可以組織競(jìng)賽，或者幾個(gè)高校聯(lián)合舉辦比賽。這樣能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)，而且能夠相互交流。③走進(jìn)中小學(xué)。作為師范生，我們所學(xué)習(xí)的技術(shù)是要應(yīng)用到教學(xué)去的，所以我們必須要走進(jìn)中小學(xué)，去思考中小學(xué)機(jī)器人教育的需要。這樣就會(huì)有一個(gè)良性的循環(huán)，做到不讓技術(shù)和教育脫軌，而且這也讓我們有了機(jī)器人教育的實(shí)地體驗(yàn)。
這是從一位在校師范生的需求角度來(lái)講的。那如何對(duì)在職的教師進(jìn)行培訓(xùn)呢，也有三點(diǎn)：①設(shè)置學(xué)時(shí)數(shù)。目前很多在職教師并不是非常了解機(jī)器人教育，所以應(yīng)該設(shè)置相應(yīng)的學(xué)時(shí)數(shù)，讓教師可以進(jìn)行學(xué)習(xí)。②成立學(xué)習(xí)小組。在職教師本身工作便很繁忙，如果只是一個(gè)人學(xué)習(xí)，可能進(jìn)步不是很大。但是如果可以成立學(xué)習(xí)小組的話，不僅能夠一起學(xué)習(xí)，還能夠相互探討、交流技術(shù)上的、教育上的問(wèn)題，而且也能夠相互督促。③和高校對(duì)接。大學(xué)是一個(gè)資源極其豐富的地方，接收的信息、資源、技術(shù)都是前沿的。所以中小學(xué)不妨和高校對(duì)接，這樣能夠?qū)W習(xí)到更多的知識(shí)與技術(shù)。
參考文獻(xiàn)
[1] 張建平.機(jī)器人教育：現(xiàn)狀、問(wèn)題與推進(jìn)策略.2006.
[2] 曾祥潘.基于開(kāi)源硬件Arduino的小學(xué)機(jī)器人微型課程內(nèi)容設(shè)計(jì).2012.
【關(guān)鍵詞】IDC ROBOCON 2010；機(jī)器人教育；創(chuàng)新教育；課堂教育；機(jī)器人比賽
【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009―8097（2011）03―0140―05
一 引言
隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來(lái)機(jī)器人將全面融入人類生活。剛剛落幕的上海世博會(huì)，突出的科技亮點(diǎn)之一便是機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用，從工業(yè)到農(nóng)業(yè)、從家庭服務(wù)業(yè)到教育娛樂(lè)業(yè)，涵蓋人類生活的各個(gè)領(lǐng)域，充分展現(xiàn)了機(jī)器人技術(shù)將深入人類日常生活。
高等教育是培養(yǎng)創(chuàng)新人才，提高全社會(huì)素質(zhì)的需要，更是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要途徑。隨著我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)的快速、健康和可持續(xù)發(fā)展，對(duì)高等教育提出了更高的要求；對(duì)于素質(zhì)教育，其中一個(gè)重要任務(wù)就是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，而機(jī)器人教育是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑[1][2]。我國(guó)機(jī)器人教育的普及還很落后，機(jī)器人教育目前大多集中在機(jī)器人專業(yè)等領(lǐng)域，系統(tǒng)地將機(jī)器人教育與學(xué)生的素質(zhì)教育有機(jī)地結(jié)合起來(lái)的教學(xué)活動(dòng)遠(yuǎn)未形成體系，對(duì)它們之間整合的研究和實(shí)踐還十分欠缺[3][4]。
實(shí)踐是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，沒(méi)有實(shí)踐就不可能創(chuàng)新，作為最好的實(shí)踐平臺(tái)――機(jī)器人比賽是機(jī)器人教育的重要手段，是對(duì)傳統(tǒng)教育缺陷的彌補(bǔ)，可以鍛煉學(xué)生多方面能力，激勵(lì)學(xué)生科研興趣，同時(shí)機(jī)器人競(jìng)賽也是創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的重要平臺(tái)；機(jī)器人競(jìng)賽為大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供基礎(chǔ)條件，并將帶來(lái)競(jìng)爭(zhēng)性學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)教育缺陷，鍛煉學(xué)生多方面能力[5]。機(jī)器人競(jìng)賽給科技素質(zhì)教育帶來(lái)了新的活力，將成為青少年創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的重要平臺(tái)[6][7][8]。
本文通過(guò)IDC ROBOCON比賽（以下簡(jiǎn)稱IDC比賽）的介紹，強(qiáng)調(diào)了機(jī)器人比賽在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力中的作用，提出了機(jī)器人教育的有效途徑，即通過(guò)課堂教育與機(jī)器人比賽相結(jié)合的方式進(jìn)行系統(tǒng)化教育。
二 IDC ROBOCON比賽介紹
1 IDC ROBOCON比賽的發(fā)展背景
為了推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，在全世界范圍內(nèi)相繼出現(xiàn)了一系列的機(jī)器人競(jìng)賽。國(guó)際機(jī)器人比賽主要有：機(jī)器人足球競(jìng)賽，包括RoboCup和FIRA，機(jī)器人滅火競(jìng)賽，機(jī)器人綜合競(jìng)賽，包括國(guó)際機(jī)器人奧林匹克競(jìng)賽和FLL世錦賽（FIRST LEGO LEAGUE）[9]。IDC比賽就是其中比較具有特色且歷史悠久的一項(xiàng)國(guó)際大賽，它又稱大學(xué)生機(jī)器人設(shè)計(jì)國(guó)際交流賽，是日本NHK Robocon的三大賽事之一，英文縮寫(xiě)為International Design Contest，最早是由日本東京工業(yè)大學(xué)和美國(guó)麻省理工大學(xué)發(fā)起的創(chuàng)意設(shè)計(jì)課程交流賽。從1990年至今，已在日本、美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、韓國(guó)、泰國(guó)、巴西等7個(gè)國(guó)家成功舉辦過(guò)20屆。IDC比賽每年舉辦一屆，每屆都設(shè)立不同的主題和規(guī)則，且主題貼近生活，從人們的日常生活中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，以比賽的形式激發(fā)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。
2 IDC ROBOCON比賽的特色
IDC比賽的特色在于，它的比賽小組不是以國(guó)家或大學(xué)為單位，而是以混血隊(duì)的形式比賽。所謂混血隊(duì)，是指由各國(guó)參賽選手抽簽后，臨時(shí)混搭組成小組，確保每個(gè)比賽小組成員都是來(lái)自不同學(xué)校和國(guó)家的選手。在比賽過(guò)程中，參賽選手在排除語(yǔ)言和異國(guó)文化障礙的同時(shí)又必須注重團(tuán)隊(duì)間的合作與交流，充分發(fā)揮想象力及團(tuán)隊(duì)力量設(shè)計(jì)并制作出符合比賽主題的機(jī)器人。從而激發(fā)了學(xué)生科技的潛能同時(shí)提高了學(xué)生國(guó)際交流和解決問(wèn)題的能力，充分給參賽選手提供了一個(gè)提高技術(shù)以及展現(xiàn)自己才能的平臺(tái)。
3 IDC ROBOCON 2010在世博園
在海外經(jīng)歷了20年的歷程，此次借上海世博會(huì)的契機(jī)，IDC比賽首次在中國(guó)登陸，并由上海交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心舉辦第21屆IDC ROBOCON機(jī)器人大賽，決賽在世博園公共參與館舉行。參加的選手由來(lái)自日本（工業(yè)大學(xué)、電機(jī)大學(xué)）、美國(guó)（麻省理工大學(xué)）、韓國(guó)（首爾大學(xué)）、巴西（圣保羅大學(xué)）、法國(guó)、新加坡、泰國(guó)及中國(guó)（上海交通大學(xué)、清華大學(xué)）8個(gè)國(guó)家，89名參賽選手和各國(guó)帶隊(duì)老師組成。圖1為參賽選手合影。此次比賽了受到了上海交通大學(xué)，中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)機(jī)器人競(jìng)賽工作委員會(huì)等組織的高度重視，上海外語(yǔ)頻道ICS做了實(shí)時(shí)報(bào)道。
整個(gè)比賽為期兩周時(shí)間，8月5日-8月15日為機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程，16，17日參賽選手游覽世博園中機(jī)器人相關(guān)場(chǎng)館。18日在世博園內(nèi)進(jìn)行最后對(duì)決賽，全程對(duì)外開(kāi)放，吸引了廣大地學(xué)生朋友們及社會(huì)人士的關(guān)注。
正式比賽開(kāi)始，選手們通過(guò)半天的時(shí)間交流進(jìn)行“頭腦風(fēng)暴”。所謂“頭腦風(fēng)暴”，就是根據(jù)比賽主題、利用有限的材料，通過(guò)不斷地交流達(dá)成共識(shí)，共同設(shè)計(jì)出完成比賽任務(wù)的機(jī)器人方案。在此過(guò)程中，不僅考驗(yàn)了選手們專業(yè)知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力，更考驗(yàn)了異國(guó)文化間的交流及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。每屆的比賽都設(shè)有新的主題和比賽任務(wù)，本次大賽是以“Better city，clean river”為主題，迎合世博和諧城市的主旋律。
比賽場(chǎng)地是模擬浦江兩岸的世博園（如圖2所示），左右兩邊的綠色區(qū)域，代表浦江兩岸的浦東浦西，中間凹陷10公分的藍(lán)色區(qū)域代表黃浦江，連結(jié)浦東和浦西的橋梁代表盧浦大橋。藍(lán)色區(qū)域內(nèi)散放著一些乒乓球和高爾夫球是模擬“黃浦江”上可能出現(xiàn)的生活垃圾。
比賽分成淘汰賽和總決賽，淘汰賽在上海交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心舉行，13個(gè)比賽隊(duì)伍由抽簽分為4組進(jìn)行循環(huán)賽，排名靠前比賽隊(duì)伍進(jìn)入8強(qiáng)進(jìn)行淘汰賽，最終選出4支隊(duì)伍赴上海世博園公眾館進(jìn)行最后的決賽（如圖3所示），每參賽隊(duì)規(guī)定設(shè)計(jì)出兩個(gè)機(jī)器人并肩作戰(zhàn)，分別占據(jù)浦東和浦西各一塊，從規(guī)定的兩個(gè)區(qū)域出發(fā)（一塊在陸地上，另一塊在大橋上）?？梢砸早P、撈等各種方式撿起黃浦江中的乒乓球和高爾夫球，最后以已撿到的球的種類和數(shù)量來(lái)決定勝負(fù)。
三 IDC ROBOCON比賽的意義
機(jī)器人比賽涉及多學(xué)科多領(lǐng)域的前沿技術(shù)，參加機(jī)器人比賽等實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練是溝通傳統(tǒng)教學(xué)方法和培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的橋梁，通過(guò)機(jī)器人比賽促進(jìn)學(xué)生對(duì)機(jī)器人技術(shù)的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性。
實(shí)踐表明，機(jī)器人比賽是素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育與前沿研究相結(jié)合的一條可行途徑。與傳統(tǒng)知識(shí)傳授和技能培養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)方式不同，機(jī)器人比賽具有較強(qiáng)的實(shí)踐性、探索性和綜合性的特點(diǎn)[10]。通過(guò)開(kāi)展機(jī)器人比賽，有利于促進(jìn)教學(xué)與科研的結(jié)合，有利于及時(shí)了解當(dāng)前機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，有利于接觸前沿技術(shù)，促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，促進(jìn)創(chuàng)新能力與專業(yè)素質(zhì)的提高。
學(xué)生們?cè)谘杏憼?zhēng)論中，逐漸提高了語(yǔ)言表達(dá)能力，在策略方案分析中，鍛煉了思考、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；在具體設(shè)計(jì)和安裝調(diào)試中，綜合運(yùn)用各門(mén)課程知識(shí)，提高了工程設(shè)計(jì)和工程實(shí)施的安裝能力[1]。
通過(guò)對(duì)IDC ROBOCON 2010比賽的總結(jié)，我們可以發(fā)現(xiàn)，本次比賽具有如下意義：
1 激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度
在比賽過(guò)程中，從機(jī)器人構(gòu)想到設(shè)計(jì)，學(xué)生們可以利用主辦方所提供的有限材料進(jìn)行自由大膽的構(gòu)想，運(yùn)用新技術(shù)和新思維為設(shè)計(jì)的機(jī)器人注入新的血液。充分激發(fā)科技創(chuàng)新能力，與此同時(shí)，也必須具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，尊重自然規(guī)律及科學(xué)定律。使設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)器人不僅外觀上獨(dú)特新穎，更能在功能上解決實(shí)際問(wèn)題。
2 培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和綜合運(yùn)用能力
從精心的構(gòu)思到制作出一臺(tái)機(jī)器人需要各種專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通。IDC比賽特別注重的是要激發(fā)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的相關(guān)性解決問(wèn)題的能力，提升學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的潛力。
3 加強(qiáng)了國(guó)際交流與團(tuán)體協(xié)作
IDC比賽的側(cè)重點(diǎn)不是個(gè)人能力的發(fā)揮，而是要通過(guò)協(xié)作與溝通發(fā)揮集體的力量。通過(guò)比賽，給學(xué)生們提供了一個(gè)展示與較量的大平臺(tái)；一個(gè)交流與協(xié)作的大平臺(tái)；一個(gè)提高創(chuàng)新思維和實(shí)踐運(yùn)用能力的大平臺(tái)。
同時(shí)通過(guò)舉辦IDC大賽，與各國(guó)學(xué)生和老師的交流，我們深刻的感受到，中國(guó)式教育下的學(xué)生存在著一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：
（1）在面對(duì)不同國(guó)籍膚色的合作伙伴，在溝通交流上缺乏主動(dòng)性和積極性
由于各小組成員是由不同學(xué)校和國(guó)家的學(xué)生組成，并且在為期兩周的時(shí)間內(nèi)，學(xué)生們吃住行都安排在一起，朝夕相處，所以語(yǔ)言上的溝通交流是成功完成此次比賽任務(wù)的第一步。在比賽過(guò)程中所反映的問(wèn)題是，雖然中國(guó)學(xué)生具備較強(qiáng)的語(yǔ)言能力和專業(yè)知識(shí)，但是在這個(gè)國(guó)際小團(tuán)體中，與其他國(guó)家的學(xué)生相比，進(jìn)入狀態(tài)所需時(shí)間較長(zhǎng)。如何使學(xué)生們?cè)诔浞值卣故咀晕业耐瑫r(shí)又懂得積極地去學(xué)習(xí)和了解對(duì)方的文化、思維習(xí)慣正是IDC大賽舉辦的目的之一。注重語(yǔ)言教育的同時(shí)，多給學(xué)生們創(chuàng)造跨國(guó)文化的交流機(jī)會(huì)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)異國(guó)文化知識(shí)的運(yùn)用和體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生跨文化交際的能力，是非常有必要的。
（2）學(xué)生的理論知識(shí)與實(shí)際運(yùn)用能力存在距離
IDC ROBOCON是一項(xiàng)實(shí)踐性較強(qiáng)的比賽，它讓學(xué)生們利用有限的材料，如電機(jī)、氣閥、遙控器等材料，經(jīng)過(guò)搓洗、車(chē)削、磨工等加工程序，結(jié)合比賽主題，設(shè)計(jì)并制作出能夠完成大賽指定任務(wù)的機(jī)器人。在比賽中表現(xiàn)出的問(wèn)題是：學(xué)生們?cè)跈C(jī)器人設(shè)計(jì)方案上奇思妙想，新穎獨(dú)特，但缺少實(shí)際的制作及解決問(wèn)題的可行性分析。導(dǎo)致多組選手在原先設(shè)計(jì)好的圖紙上反復(fù)的返工，浪費(fèi)了寶貴的比賽時(shí)間。由此可見(jiàn)，現(xiàn)在的教學(xué)方式主要還是以分科分類，授業(yè)講課的形式來(lái)教書(shū)育人，缺少讓學(xué)生們聯(lián)系所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)造性的綜合運(yùn)用能力。
四 機(jī)器人教育的重要性
機(jī)器人教育是指以機(jī)器人為主要教學(xué)內(nèi)容或教學(xué)工具而開(kāi)展的教與學(xué)活動(dòng), 這些活動(dòng)是在具體實(shí)踐的過(guò)程中逐步完成的[11]。機(jī)器人教育是滿足創(chuàng)新教育任務(wù)和目標(biāo)的好教材，好課題，好方法；是創(chuàng)新教育和教育改革的切入點(diǎn)[12]。
創(chuàng)新教育是以培養(yǎng)人的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力為基本價(jià)值取向的教育，也是現(xiàn)在高校素質(zhì)教育的核心，而通過(guò)機(jī)器人教育這種形式可使我們的創(chuàng)新教育找到一個(gè)好的切入點(diǎn)，開(kāi)展機(jī)器人教育是高校培養(yǎng)滿足社會(huì)發(fā)展的實(shí)用性人才的迫切需要。機(jī)器人教育進(jìn)入工科高校是必要的，也是可行的，作為嶄新的教學(xué)載體，符合建構(gòu)主義提倡的教育理念，能夠使學(xué)生在探索中學(xué)習(xí)，在活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)，在問(wèn)題中創(chuàng)造地構(gòu)建知識(shí)；能夠培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性、培養(yǎng)其動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力，可以促進(jìn)工程思維方式的培養(yǎng)。
機(jī)器人教育主要通過(guò)課程教育與機(jī)器人比賽等方式，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，達(dá)到素質(zhì)教育的要求，滿足經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展下的創(chuàng)新人才的需求，從而推進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步快速增長(zhǎng)。而經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展又對(duì)人才需求提出了更高的要求，人才需求則要求教育進(jìn)一步改革，從而必須進(jìn)行創(chuàng)新教育與機(jī)器人教育。
五 機(jī)器人教育方法探討
作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑，尋找到合適的機(jī)器人教育方法是非常重要的。本節(jié)主要提出從課堂教育以及機(jī)器人競(jìng)賽兩方面進(jìn)行機(jī)器人教育的實(shí)施，其中課堂教育包括理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，具體關(guān)系如圖4所示。
1 機(jī)器人課堂教育
由于機(jī)器人技術(shù)集成了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、人工智能、通信技術(shù)等多種學(xué)科，知識(shí)涵蓋面廣，所以必須進(jìn)行系統(tǒng)的教學(xué)，使學(xué)生具備一定的理論基礎(chǔ)及實(shí)踐能力，才能真正理解與掌握機(jī)器人技術(shù)。
學(xué)校最基本的教育方式是課堂教學(xué)，同時(shí)課堂教學(xué)也是素質(zhì)教育的主陣地，因此合理的課堂教學(xué)是機(jī)器人教育的基礎(chǔ)。但傳統(tǒng)課堂教學(xué)存在一些不足，例如忽視了學(xué)生是課堂主體，教學(xué)方法單一，枯燥，容易使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，不利于學(xué)生對(duì)教學(xué)難點(diǎn)的掌握；同時(shí)傳統(tǒng)課堂教學(xué)也存在著一定的局限性：主要是不能充分地適應(yīng)學(xué)生的個(gè)別差異，照顧每個(gè)學(xué)生的興趣、愛(ài)好和特長(zhǎng)；同時(shí)又難以充分照顧優(yōu)、差生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。
為了更好的在課堂教學(xué)中進(jìn)行機(jī)器人教育，根據(jù)機(jī)器人技術(shù)的特點(diǎn)，必須改進(jìn)以往的教學(xué)方式，在原有基礎(chǔ)理論課程教學(xué)的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性的開(kāi)設(shè)不同專業(yè)領(lǐng)域的課程，供學(xué)生自由選取，使得學(xué)生能夠根據(jù)自己的興趣愛(ài)好對(duì)機(jī)器人技術(shù)的相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行進(jìn)一步的深入探討。在一個(gè)龐大的機(jī)器人開(kāi)發(fā)工程中，需要整個(gè)團(tuán)隊(duì)通力合作才能完成機(jī)器人的設(shè)計(jì)，很難憑個(gè)人能力完成，主要因?yàn)闄C(jī)器人技術(shù)知識(shí)點(diǎn)分散，個(gè)人很難有足夠的精力掌握全部的機(jī)器人知識(shí)，因此在學(xué)生了解了機(jī)器人技術(shù)的概貌后，應(yīng)該有針對(duì)性地讓學(xué)生掌握機(jī)器人某一領(lǐng)域的技術(shù)。
同時(shí)課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)可以有效的提升及鞏固學(xué)生的能力，因此必須重視該環(huán)節(jié)的教學(xué)。在課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)創(chuàng)新教育的任務(wù)和要求，結(jié)合機(jī)器人教育自身的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，以學(xué)生為主體，在教師的引導(dǎo)下按照學(xué)生自身的特點(diǎn)，進(jìn)行個(gè)性化教育，突出培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)意識(shí)。在設(shè)計(jì)課題的方案制定到方案實(shí)施，整個(gè)過(guò)程由學(xué)生獨(dú)立完成，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，使學(xué)生的學(xué)習(xí)從被動(dòng)向主動(dòng)轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和選擇知識(shí)的能力，同時(shí)理論聯(lián)系實(shí)踐，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的深度和廣度，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神、實(shí)踐能力以及獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
課堂教育包括理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需要對(duì)機(jī)器人實(shí)體進(jìn)行教學(xué)，因此機(jī)器人教具的開(kāi)發(fā)成為進(jìn)行機(jī)器人實(shí)驗(yàn)教育的基礎(chǔ)。沒(méi)有機(jī)器人相關(guān)實(shí)體，將很難培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，很多知識(shí)只能停留在課堂教學(xué)的理論水平，無(wú)法達(dá)到機(jī)器人教育的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。上海交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心在機(jī)器人實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面主要是通過(guò)金工實(shí)習(xí)、本科生研究計(jì)劃項(xiàng)目（PRP項(xiàng)目）、探究拓展課程的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸到實(shí)際的實(shí)踐項(xiàng)目，同時(shí)工程訓(xùn)練中心還建設(shè)了創(chuàng)新工坊，供學(xué)生實(shí)踐操作。
另外機(jī)器人生產(chǎn)商是機(jī)器人教育的一個(gè)隱性推動(dòng)者，部分機(jī)器人課程的順利實(shí)施也得益于機(jī)器人生產(chǎn)商。在教具開(kāi)發(fā)中，也可以采取與機(jī)器人開(kāi)發(fā)商合作，通過(guò)加強(qiáng)校企合作，構(gòu)建機(jī)器人產(chǎn)學(xué)研平臺(tái)也是進(jìn)行機(jī)器人教育的重要途徑。
2 機(jī)器人比賽
舉辦機(jī)器人比賽，是最好的實(shí)踐平臺(tái)，讓學(xué)生在學(xué)好基礎(chǔ)理論知識(shí)和基本技能的基礎(chǔ)上，盡快地參與科學(xué)研究、創(chuàng)新活動(dòng)和社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)獲得實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)解決實(shí)踐問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的自信心和適應(yīng)各種環(huán)境的能力。
日本的機(jī)器人教育水平和機(jī)器人文化普及水平是世界上最高的國(guó)家之一，之所以在機(jī)器人教育方面取得了如此大的成功，得益于每所大學(xué)都有高水平的機(jī)器人研究會(huì)，并且每年定期舉行機(jī)器人大賽；并且大賽得到日本政府、企業(yè)界和教育主管部門(mén)的重視和支持。通過(guò)舉辦大賽，加速日本機(jī)器人文化的普及，調(diào)動(dòng)了社會(huì)各方面的力量，開(kāi)發(fā)了大量的機(jī)器人產(chǎn)品，增強(qiáng)了社會(huì)應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的積極性。同時(shí)為日本的創(chuàng)新教育提供了好教材，好課題，并培養(yǎng)了大批創(chuàng)新人才和機(jī)器人研究和應(yīng)用人才。
學(xué)生對(duì)機(jī)器人比賽興趣高漲，參與意識(shí)強(qiáng)烈，學(xué)生通過(guò)參與機(jī)器人方案的選擇，機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制作，完成了從理論到實(shí)踐的過(guò)渡，使得學(xué)生的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等落到實(shí)處。機(jī)器人比賽與教學(xué)性課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)最大不同之處在于，它不僅具有工程背景而且需要實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)，來(lái)不得半點(diǎn)含糊；在運(yùn)行調(diào)試中，項(xiàng)目?jī)?nèi)容不斷地通過(guò)修改完善，潛移默化地培養(yǎng)了追求完美，凡事講究的工作作風(fēng)；整個(gè)過(guò)程還教會(huì)了學(xué)生如何團(tuán)結(jié)協(xié)作、善于聽(tīng)取意見(jiàn)和處理人際關(guān)系。因此，通過(guò)機(jī)器人比賽可以全方位地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力，同時(shí)可以使學(xué)生的身心教育向著更加健康的方向發(fā)展。當(dāng)然機(jī)器人比賽絕對(duì)不能只局限于競(jìng)賽，應(yīng)該和當(dāng)前的基礎(chǔ)教育課程相結(jié)合，這樣才能使機(jī)器人教育得以持續(xù)地開(kāi)展和普及。當(dāng)前機(jī)器人比賽也存在很多問(wèn)題，比如很多由于商業(yè)因素對(duì)比賽的干擾，使得競(jìng)賽活動(dòng)的教育目的不夠突出，競(jìng)賽內(nèi)容固定缺乏創(chuàng)造性、科技含量不高，學(xué)生的創(chuàng)新能力得不到發(fā)揮；由于水平參差不齊，有些參賽者急功近利，靠廠家提供的技術(shù)人員直接幫助進(jìn)行比賽。其主要原因是，由于制作開(kāi)發(fā)機(jī)器人需要大量經(jīng)費(fèi)，有些經(jīng)濟(jì)條件較差的學(xué)校為了順利開(kāi)展機(jī)器人教育，從而太過(guò)注重競(jìng)賽結(jié)果，導(dǎo)致偏離了機(jī)器人競(jìng)賽的初衷。
因此在實(shí)施過(guò)程中，學(xué)校應(yīng)該盡可能地讓學(xué)生參與高水平的機(jī)器人比賽活動(dòng)，如國(guó)際級(jí)及全國(guó)級(jí)的機(jī)器人比賽，同時(shí)為了讓更多的學(xué)生能夠參與機(jī)器人比賽，學(xué)校也可以自己組織相關(guān)競(jìng)賽活動(dòng)。上海交通大學(xué)工程訓(xùn)練中心在完成日常教學(xué)任務(wù)的前提下，經(jīng)常組織機(jī)器人相關(guān)的比賽，供學(xué)生參與，如前面介紹的IDC比賽，還有與其他社會(huì)企事業(yè)單位合作舉辦的比賽，如“Pro-face杯”人機(jī)界面―PLC控制系統(tǒng)編程競(jìng)賽等，獲得了學(xué)生的好評(píng)，取得了很好的教學(xué)效果。
六 總結(jié)
上海交通大學(xué)通過(guò)申辦IDC比賽，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)機(jī)器人技術(shù)的興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生對(duì)實(shí)踐活動(dòng)的積極主動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、動(dòng)手實(shí)踐能力和綜合運(yùn)用能力，提高了國(guó)際交流與團(tuán)體協(xié)作能力。隨著素質(zhì)教育的不斷深入，作為創(chuàng)新教育與教育改革的切入點(diǎn)，機(jī)器人教育已大步走上教育舞臺(tái)。本文在介紹IDC ROBOCON 2010的基礎(chǔ)上，闡述了機(jī)器人教育在當(dāng)今素質(zhì)教育中的重要性，并探討了課堂教學(xué)與機(jī)器人比賽相結(jié)合的方式是進(jìn)行機(jī)器人教育的有效途徑。
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IDC ROBOCON and Discussion for Robot-based Education
FANG Bo CAO Qi-xin
(Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)
關(guān)鍵詞：虛擬機(jī)器人；校本課程
中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2017）13/14-0161-03
機(jī)器人是信息技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，是一門(mén)具有高度綜合滲透性、前瞻未來(lái)性、創(chuàng)新實(shí)踐性的學(xué)科，蘊(yùn)涵著極其豐富的教育資源。隨著虛擬技術(shù)的不斷完善，虛擬機(jī)器人技術(shù)逐漸出現(xiàn)在教育教學(xué)中，特別是在校本課程的開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)與魅力。下面，筆者就談?wù)勌摂M機(jī)器人技術(shù)的校本課程開(kāi)發(fā)。
初識(shí)虛擬機(jī)器人
目前，按價(jià)格從高到底能找到的機(jī)器人有高端實(shí)體機(jī)器人、低成本實(shí)體機(jī)器人和虛擬機(jī)器人三種。高端實(shí)體機(jī)器人的價(jià)格相對(duì)偏高，低成本實(shí)體機(jī)器人目前還處于發(fā)展初期，各種硬件和軟件都不太成熟。因此，為了更好地普及機(jī)器人教育，同時(shí)減少學(xué)校的支出，我們最終選擇了具有實(shí)用價(jià)值的機(jī)器人教育載體――虛擬機(jī)器人。虛擬機(jī)器人教學(xué)不需要機(jī)器人硬件，只是在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)、搭建、制作機(jī)器人編程，所以它降低了學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的成本，使其能有更多機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)機(jī)器人，受益于機(jī)器人教育。
虛擬機(jī)器人教育走進(jìn)基礎(chǔ)教育的形式
目前，虛擬機(jī)器人教育進(jìn)入中小學(xué)的主要形式是競(jìng)賽活動(dòng)。學(xué)生能通過(guò)競(jìng)賽培養(yǎng)綜合能力?？v觀各地中小學(xué)機(jī)器人教育的方式，大致可以分為如下幾種：
一是通過(guò)學(xué)校、少年宮、少科站等單位吸收機(jī)器人愛(ài)好者，組成虛擬機(jī)器人小組，代表地區(qū)參加各類競(jìng)賽活動(dòng)。這種形式是虛擬機(jī)器人進(jìn)入中小學(xué)教育視野最多也最有效的方法。
二是把虛擬機(jī)器人技術(shù)學(xué)習(xí)放入綜合實(shí)踐活動(dòng)課中普及。
三是把虛擬機(jī)器人作為信息技術(shù)課的內(nèi)容之一寫(xiě)入中小學(xué)信息技術(shù)教育課程，這種形式正在形成期，教材的編寫(xiě)、課程的常規(guī)性開(kāi)設(shè)正在起步。
四是虛擬機(jī)器人教育作為研究性課程的形式進(jìn)入中小學(xué)，這種形式的推廣會(huì)更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
扎實(shí)有效地開(kāi)展學(xué)習(xí)虛擬機(jī)器人校本課程
虛擬機(jī)器人教學(xué)是一門(mén)新興的課程，它的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)器人的興趣，使他們了解和掌握機(jī)器人的基本知識(shí)和技能，了解技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用對(duì)人類生活和科學(xué)的深刻影響。虛擬機(jī)器人課程屬于綜合實(shí)踐活動(dòng)課范疇，如何組織和開(kāi)展好課堂教學(xué)，需要把握以下幾點(diǎn)。
1.培養(yǎng)學(xué)生的主體性
在編程調(diào)試的過(guò)程中，讓每位學(xué)生都參與編程和調(diào)試活動(dòng)，重視學(xué)生的主體參與、自我探究、自我發(fā)現(xiàn)，注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的培養(yǎng)，注重學(xué)生體驗(yàn)、感悟和實(shí)踐的過(guò)程，注重學(xué)生個(gè)性的健康發(fā)展，以及創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力、探索能力、研究性學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。
2.發(fā)揮教師的主導(dǎo)性
在機(jī)器人課堂教學(xué)活動(dòng)中，由于課程本身的難度大、靈活性高，所以教師的主導(dǎo)作用是非常重要的。如何把復(fù)雜的問(wèn)題講得通俗易懂，把理論指導(dǎo)變成程序設(shè)計(jì)，最后引導(dǎo)學(xué)生把自己的所得通過(guò)實(shí)踐展示出來(lái)，這需要教師做充分的課前準(zhǔn)備和大量的實(shí)踐嘗試。
3.培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神，注重小組合作
在機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生的動(dòng)手能力、編程能力等個(gè)體差異比較大，所以在教學(xué)中既要兼顧學(xué)習(xí)好的學(xué)生，讓其能更深入地開(kāi)展學(xué)習(xí)，又要帶動(dòng)學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生。一般可以將學(xué)生分成若干個(gè)小組，組建相對(duì)固定的學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)來(lái)開(kāi)展學(xué)習(xí)和研究。
4.使用靈活多樣的教學(xué)方法
在課堂教學(xué)中應(yīng)根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容和需要，靈活選用講授、項(xiàng)目引導(dǎo)、直觀演示、小組討論等多種方法，避免讓學(xué)生在某種固定模式下產(chǎn)生學(xué)習(xí)疲勞。
5.完善課堂評(píng)價(jià)方式，讓學(xué)生體驗(yàn)成功的樂(lè)趣
在課堂教學(xué)過(guò)程中，要多方位、多角度地看待每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)，少注重結(jié)果，多注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探究的過(guò)程。教師對(duì)學(xué)生的每一點(diǎn)進(jìn)步、每一點(diǎn)成功都及時(shí)給予表?yè)P(yáng)和鼓勵(lì)，隨時(shí)讓他們?cè)趯W(xué)習(xí)的過(guò)程中感受著成功的喜悅。這種愉悅的心情也會(huì)更加促使他們自主、自愿地投入到學(xué)習(xí)、探究中。
6.借力IRobotQ3D，打造校本課程
自從接觸了IRobotQ3D軟件以后，校本課程開(kāi)發(fā)之夢(mèng)逐漸成為現(xiàn)實(shí)。IRobotQ3D軟件不僅能提供非常豐富、逼真的場(chǎng)景，還能提供更多的機(jī)器人組件，更能基于網(wǎng)絡(luò)的互動(dòng)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。作為教師，不僅可以通過(guò)IRobotQ3D軟件讓學(xué)生感受各種機(jī)器人組件，使其有更豐富的體驗(yàn)，還可以自己設(shè)置場(chǎng)景，讓學(xué)生以個(gè)人或小組為單位完成個(gè)性化的練習(xí)、比賽任務(wù)，這樣，學(xué)生就有了更大的發(fā)揮、創(chuàng)造空間和平臺(tái)。同時(shí)，虛擬機(jī)器人的校本課程開(kāi)發(fā)還可以延伸到學(xué)生的家庭及假期生活，無(wú)論學(xué)生在哪個(gè)地方，只要能上網(wǎng)，他就能登錄服務(wù)器，參與到活動(dòng)中來(lái)。
虛擬機(jī)器人技術(shù)在中小學(xué)教育中產(chǎn)生的影響
虛擬機(jī)器人是進(jìn)行信息技術(shù)教育的有效載體，機(jī)器人教育旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合實(shí)踐能力。隨著我國(guó)基礎(chǔ)教育信息化的發(fā)展，機(jī)器人教育正越來(lái)越被人們所關(guān)注。近幾年，許多中小學(xué)都開(kāi)始利用機(jī)器人教育來(lái)促進(jìn)信息技術(shù)教育，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。機(jī)器人逐漸成為青少年能力、素質(zhì)培養(yǎng)的智能平臺(tái)。
1.促進(jìn)教育方式的變革
在機(jī)器人教育中，課堂以學(xué)生為中心，教師作為指導(dǎo)者提供學(xué)習(xí)材料和建議。學(xué)生必須自己去學(xué)習(xí)知識(shí)，構(gòu)建知識(shí)體系，提出解決方案，從而有效培養(yǎng)了動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維能力。
2.有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、動(dòng)機(jī)
“寓教于樂(lè)”是我們教育追求的目標(biāo)，也是教育游戲成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)的一個(gè)原因，所以學(xué)習(xí)興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)成功的重要因素。機(jī)器人教育可以通過(guò)比賽的形式，來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的興趣，使其得到周?chē)h(huán)境的認(rèn)可和贊賞，進(jìn)而激發(fā)他們的斗志和拼博精神。
3.擴(kuò)大知識(shí)面，轉(zhuǎn)換思維方式，培養(yǎng)空間思維能力與大局意識(shí)
在對(duì)機(jī)器人的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)對(duì)搭建機(jī)器人過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題的解決，可以學(xué)到模擬電路、力學(xué)等方面知識(shí)，這不但促進(jìn)了物理學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科等教學(xué)，還擴(kuò)大、加深了學(xué)生的科學(xué)知識(shí)；通過(guò)為機(jī)器人編寫(xiě)程序，學(xué)生不但學(xué)到了計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言、算法等顯性知識(shí)，還學(xué)到了科學(xué)而高效的思維方式，邏輯判斷思維、系統(tǒng)思維等隱性知識(shí)。借助虛擬機(jī)器人完成夢(mèng)想的過(guò)程，必將經(jīng)歷提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程，而這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生會(huì)不斷地反思自己的工作，一次次提升自己觀察、思考問(wèn)題的角度和高度。機(jī)器人的搭建不僅是對(duì)學(xué)生空間思維能力的訓(xùn)練，更是對(duì)學(xué)生的大局觀和綜合分析問(wèn)題能力的訓(xùn)練。
4.培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力
機(jī)器人教育大多以小組形式開(kāi)始，機(jī)器人的學(xué)習(xí)、競(jìng)賽實(shí)際上是一個(gè)團(tuán)體學(xué)習(xí)的過(guò)程。它需要學(xué)習(xí)者團(tuán)結(jié)協(xié)作，包容小組其他成員的缺點(diǎn)和不足，能夠與他人進(jìn)行有效的溝通與交流。學(xué)習(xí)者在實(shí)踐鍛煉中提高自己的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，這種方式比普通的教育方式、方法更加有效。
5.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力
創(chuàng)新已經(jīng)成為社會(huì)進(jìn)步的原動(dòng)力，而虛擬機(jī)器人技術(shù)具有科技含量高、創(chuàng)新性強(qiáng)的特點(diǎn)。在虛擬機(jī)器人校本課程開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，學(xué)生可以根據(jù)自己的想法，隨意動(dòng)手完成機(jī)器人的拼裝工作。在學(xué)生將自己心中的機(jī)器人變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的過(guò)程中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生勇于探索，應(yīng)使用與眾不同的方法、思路，全力支持W生有創(chuàng)意的想法或做法，這樣能鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)和激發(fā)他們的創(chuàng)新精神，提高他們的綜合素質(zhì)。
6.培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)變能力
由于虛擬機(jī)器人的運(yùn)行會(huì)受場(chǎng)景、時(shí)間等因素的影響，所以制作機(jī)器人時(shí)要考慮很多因素。例如，在虛擬機(jī)器人（足球、滅火燈）的制作環(huán)節(jié)，競(jìng)賽要求選手根據(jù)實(shí)際情況，不斷搭建、編程、調(diào)試，完成規(guī)定的競(jìng)賽項(xiàng)目，具備應(yīng)變能力和處理突發(fā)事件的能力，這就要求教師在平時(shí)訓(xùn)練中要注重培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)變能力。
7.培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)習(xí)慣與邏輯思維能力
從機(jī)器人的搭建，到讓機(jī)器人完成既定任務(wù)，是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。要讓設(shè)計(jì)的機(jī)器人完成任務(wù)，程序必不可少，而設(shè)計(jì)者的想法與策略是否合理，機(jī)器人的行動(dòng)就是最好的檢驗(yàn)。在程序的編寫(xiě)過(guò)程中，即使是最微小的語(yǔ)法錯(cuò)誤，也會(huì)影響到機(jī)器人的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以完成程序的編寫(xiě)及調(diào)試的過(guò)程，是對(duì)學(xué)生邏輯思維能力及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)習(xí)慣進(jìn)行訓(xùn)練的最佳機(jī)會(huì)。經(jīng)過(guò)編程洗禮的學(xué)生，在學(xué)習(xí)及日后的工作、生活中必將擁有更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)思維習(xí)慣。
虛擬機(jī)器人教育發(fā)展未來(lái)展望
【關(guān)鍵詞】機(jī)器人；循線；算法；傳感器
中圖分類號(hào)：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-0278（2013）02-101-02
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和傳感器技術(shù)的日益進(jìn)步，車(chē)輛通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航駕駛已經(jīng)不是夢(mèng)想。目前，部分車(chē)輛已經(jīng)具有了自動(dòng)跟隨前車(chē)行駛和自動(dòng)泊車(chē)的功能?！皺C(jī)器人游中國(guó)”競(jìng)賽旨在將車(chē)輛自動(dòng)控制技術(shù)以比賽的形式推向的大學(xué)生群體。目的是引導(dǎo)大學(xué)生研究、設(shè)計(jì)并制作具有優(yōu)秀硬件與軟件系統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)器人，逐步提高機(jī)器人的能力與智能。競(jìng)賽項(xiàng)目要求機(jī)器人在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，游歷盡量多的景點(diǎn)，獲得盡量多的得分，并在假期結(jié)束前回到出發(fā)地，整個(gè)過(guò)程正如一個(gè)機(jī)器人在中國(guó)旅游，故名機(jī)器人游中國(guó)。
一、對(duì)游中國(guó)比賽規(guī)則的解讀
（一）競(jìng)賽級(jí)別類型
“機(jī)器人游中國(guó)”比賽中以機(jī)器人重量級(jí)別分為輕量級(jí)和重量器兩種，以機(jī)器人的外觀類型又分為Ⅰ型機(jī)器人、Ⅱ型機(jī)器人和Ⅲ型機(jī)器人，因此，該類比賽一共有6個(gè)小項(xiàng)如表所示
（二）機(jī)器人類型
Ⅰ型機(jī)器人：外觀與尺寸無(wú)具體限制，能適應(yīng)旅游場(chǎng)地即可。通常為四輪式。
Ⅱ型機(jī)器人：外觀像一個(gè)人站在汽車(chē)上檢閱巡游，肩膀轉(zhuǎn)動(dòng)軸心到地面的高度為機(jī)器人前后最大軸距的2倍；有可以分別獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的左右手臂；有可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的頭。
Ⅲ型機(jī)器人：外觀，像一個(gè)人穿著旱冰鞋，鞋上的輪子數(shù)量不限，雙腿（除腿根）雙足之間不得連接，腿根高大于肩高的2/3；有可以分別獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的左右手臂，有可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的頭。
（三）場(chǎng)地、路線和環(huán)境
比賽場(chǎng)地為一塊7mXlom的地毯，小車(chē)可沿24mm寬的白色引導(dǎo)線到達(dá)各個(gè)景點(diǎn)，在途中會(huì)設(shè)有各種路障、減速帶、橋梁以及高山來(lái)模擬真實(shí)的路況。這就更要求機(jī)器人有適應(yīng)各種路況場(chǎng)地的能力和相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。
二、應(yīng)對(duì)策略
比賽要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，機(jī)器人盡可能多地完成旅游線路上規(guī)定的景點(diǎn)，完成后返回出發(fā)點(diǎn)。這是對(duì)移動(dòng)機(jī)器人個(gè)體性能的完美考驗(yàn)，不僅要求有良好的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，還要求具備一定的系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化能力。有的機(jī)器人可能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完不成全部的旅游任務(wù)，那么，它就要盡可能多地到達(dá)一些景點(diǎn)，并衡量線路規(guī)劃的得失。因?yàn)榈竭_(dá)遠(yuǎn)的景點(diǎn)得分高，近的景點(diǎn)得分低，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)返回出發(fā)點(diǎn)又會(huì)加分。所以，整個(gè)線路的設(shè)計(jì)考驗(yàn)參賽者的智慧。
1.系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化能力：在預(yù)定的假期時(shí)間內(nèi)游歷盡量多的景點(diǎn)，完成計(jì)劃中的旅游活動(dòng)，并回到出發(fā)地點(diǎn)。是一種最優(yōu)規(guī)劃活動(dòng)；有一定的系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化能力。
2.應(yīng)變能力：有些可移動(dòng)景點(diǎn)與路障的擺放數(shù)量與位置，在機(jī)器人放進(jìn)出發(fā)區(qū)后，隨機(jī)確定。這在一定程度上可控制競(jìng)賽的難度，并使旅游路線有一定的不確定性。未來(lái)，路線圖也可以在賽前臨時(shí)公布。
3.視力：考驗(yàn)機(jī)器人辨別形狀和色彩的能力，引導(dǎo)機(jī)器人視覺(jué)能力的提高。
4.爬坡能力：對(duì)于Ⅱ型和Ⅲ型機(jī)器人難度更大。
5.跨越門(mén)檻的能力：這對(duì)三類機(jī)器人都是重大考驗(yàn)。
6.快速性與穩(wěn)定性。機(jī)器人在的整個(gè)旅游過(guò)程中，始終要在快速性與穩(wěn)定性中間求得平衡，否則，難以取得好的成績(jī)。
三、游中國(guó)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
“機(jī)器人游中國(guó)”項(xiàng)目關(guān)鍵在于機(jī)器人的循線行駛能力。要想提高循線質(zhì)量，很大程度上取決于傳感器視覺(jué)效果的好壞，這就要求傳感器具備過(guò)濾自然光、環(huán)境溫度等外界干擾的能力。機(jī)器人采用8個(gè)激光一字排開(kāi)作為視覺(jué)傳感器，通過(guò)激光傳感器反饋的數(shù)據(jù)，判斷小車(chē)中線偏移引導(dǎo)線的程度，控制電機(jī)差速運(yùn)行，保持小車(chē)穩(wěn)定循線。前瞻安裝于機(jī)器人正前方和正后方都，以便機(jī)器人可以雙向行進(jìn)，這樣的設(shè)計(jì)免去了180度的轉(zhuǎn)彎，大大的減少了時(shí)間。由于機(jī)器人行進(jìn)過(guò)程中速度相當(dāng)快，而景點(diǎn)只有碰撞才能得分，為了讓機(jī)器人碰撞景點(diǎn)前，提前減速，可以很大程度上減小機(jī)器人的損壞。機(jī)器人利用光電開(kāi)關(guān)，讓機(jī)器人在景點(diǎn)前20cm時(shí)減速，保證了長(zhǎng)直線的速度，也保護(hù)了機(jī)器人硬件。為了讓機(jī)器人能夠精確轉(zhuǎn)彎，利用電子羅盤(pán)精確轉(zhuǎn)向，尤其在個(gè)別多岔道路口時(shí)的道路選擇上，可以提高轉(zhuǎn)向的精確度。在軟件上，利用數(shù)字PID算法實(shí)現(xiàn)智能循跡，能夠較好地解決小車(chē)行進(jìn)過(guò)程中抖動(dòng)、加速慢、轉(zhuǎn)彎不穩(wěn)定問(wèn)題。同時(shí)配合編碼器測(cè)速，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速擺脫電源電壓限制，保證小幅度電壓變化不影響小車(chē)速度，增強(qiáng)了程序穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：機(jī)器人教學(xué)；探究；情感和態(tài)度
中圖分類號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-7503（2014）01/03-0125-02
機(jī)器人的教育普及化使得機(jī)器人教學(xué)進(jìn)課堂已經(jīng)成為一種可能，如果說(shuō)以參加競(jìng)賽為目的的培養(yǎng)模式是為了給機(jī)器人技術(shù)輸送后繼人才，那么，普及型的課堂教學(xué)是素質(zhì)教育發(fā)展的必然，也是學(xué)校實(shí)現(xiàn)教育公平和提高全體中學(xué)生信息素養(yǎng)的必由之路。實(shí)踐中，筆者注重了學(xué)生心理變化的觀察和調(diào)節(jié)，較好地發(fā)揮了他們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)自信心。
一、在教師指導(dǎo)下組建學(xué)習(xí)小組，體驗(yàn)自主感與協(xié)作性
機(jī)器人教學(xué)的設(shè)備比較昂貴，難以實(shí)現(xiàn)一人一臺(tái)，通過(guò)組成三到五人的學(xué)習(xí)小組，就能解決設(shè)備不夠的困難，也能有利于成員間的合作探究。小組的組建要體現(xiàn)成員間的互補(bǔ)原則，同一小組中盡量有不同智力水平和特點(diǎn)的學(xué)生存在，可以相互提醒和幫助。一般來(lái)說(shuō)，每組必須有一個(gè)操作電腦的高手，有一個(gè)能負(fù)責(zé)機(jī)器人編程的高手，還需要有能組織小組活動(dòng)、協(xié)調(diào)能力比較強(qiáng)的小組長(zhǎng)。小組之間的水平要大體相當(dāng)，有利集體競(jìng)賽的公平開(kāi)展。小組確立后，學(xué)生從教師那兒領(lǐng)取機(jī)器人，開(kāi)始編程、下載和調(diào)試。
二、聯(lián)系生活和生產(chǎn)需要，感知機(jī)器人的神奇性
筆者通過(guò)多媒體播放機(jī)器人工作的相關(guān)片段，包括海底探險(xiǎn)、空間探秘、交通管理、娛樂(lè)服務(wù)、工業(yè)制造等方方面面的畫(huà)面，讓學(xué)生了解機(jī)器人的神奇本領(lǐng)，由此引出課題，并討論什么是機(jī)器人，使學(xué)生了解機(jī)器人的本質(zhì)，激發(fā)學(xué)習(xí)的熱情。通過(guò)圖片播放，讓學(xué)生觀察機(jī)器人大腦的基本構(gòu)造及機(jī)器人工作環(huán)節(jié)的基本結(jié)構(gòu)，并讓學(xué)生了解馬達(dá)的基本知識(shí)。
三、根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)調(diào)適難度，經(jīng)歷挑戰(zhàn)后的欣喜
機(jī)器人這三個(gè)字，對(duì)一般中學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們開(kāi)始的感覺(jué)就是一個(gè)字——“神”，神奇加神秘，還有深不可測(cè)。在讓學(xué)生感知機(jī)器人的神秘的同時(shí)，要化解他們對(duì)課程的畏難情緒，從一開(kāi)始就給學(xué)生一個(gè)良好的心理體驗(yàn)，從而愛(ài)上這門(mén)科。
教學(xué)中，筆者放棄了繁瑣的程序講解，而是通過(guò)圖片化編程語(yǔ)言進(jìn)行教學(xué)，給學(xué)生一個(gè)直觀的圖示，有效提高程序設(shè)計(jì)的效率。一般而言，開(kāi)始時(shí)學(xué)生還不會(huì)探究，這時(shí)教師要以提問(wèn)和講解為主，由教師的示范來(lái)帶給學(xué)生一種神奇感。但幾個(gè)回合后，教師就要適當(dāng)放手了，把設(shè)計(jì)的自還給學(xué)生，這樣他們才能真正鍛煉能力而獲得成就感。
四、注重探究能力的培養(yǎng)，合作中達(dá)到成員精神共贏
在進(jìn)行“機(jī)器人前進(jìn)”這塊內(nèi)容教學(xué)時(shí)，筆者重點(diǎn)突出了對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。因?yàn)閷W(xué)生在操作時(shí)發(fā)現(xiàn)，雖然每個(gè)組編的程序和設(shè)置的速度一樣，方向是前進(jìn)，但有的機(jī)器人在前行中會(huì)左右不斷變換方向。這就引起了他們的探究興趣。于是筆者讓他們?nèi)z查組與組之間所提供的設(shè)計(jì)是否有區(qū)別？組內(nèi)的兩個(gè)馬達(dá)是否有區(qū)別？當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)是馬達(dá)的問(wèn)題時(shí)，又繼續(xù)引導(dǎo)道：怎樣讓兩個(gè)馬達(dá)的速度一致呢？”讓學(xué)生進(jìn)行小組討論。之后有學(xué)生認(rèn)為：把機(jī)器人中快的馬達(dá)的速度調(diào)試得慢一些。有的則認(rèn)為，應(yīng)該是慢的調(diào)快，因?yàn)?00已經(jīng)是馬達(dá)速度的最大值了。最后，有的小組把馬達(dá)速度設(shè)成100和70，有的小組則調(diào)成80和55，經(jīng)過(guò)嘗試，都達(dá)到了按教師要求前行的目的。實(shí)踐證明，學(xué)生在這樣的課上不僅培養(yǎng)了能力、豐富了知識(shí)，還學(xué)會(huì)了合作，享受到了實(shí)踐的樂(lè)趣。學(xué)生在課堂上不僅獲得了知識(shí)與技能，還通過(guò)親身體驗(yàn)培養(yǎng)了與他人合作的意識(shí)，有效地提高了學(xué)生的邏輯思維和判斷能力，形象直觀地體味了編程的樂(lè)趣。
五、進(jìn)行組間競(jìng)賽，激發(fā)集體榮譽(yù)感和好勝心
與以往學(xué)習(xí)中學(xué)生以個(gè)人為單位被教師評(píng)價(jià)和檢測(cè)不同，機(jī)器人競(jìng)賽的優(yōu)勢(shì)是以小組為單位，讓學(xué)生在合作中分享集體智慧創(chuàng)造的樂(lè)趣，所以，更有利于學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)的培養(yǎng)。引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，正符合中學(xué)生好動(dòng)、愛(ài)動(dòng)，富于挑戰(zhàn)精神的特點(diǎn)。例如：讓學(xué)生比賽“讓機(jī)器人發(fā)光”這一程序的設(shè)計(jì)，到比賽時(shí)，教室內(nèi)氛圍異常緊張，大家屏住呼吸，生怕影響了機(jī)器人的前行。成績(jī)出來(lái)后，獲前幾名的小組互相擊掌祝賀，暫時(shí)落后的小組則互相繼續(xù)探討，表示下次一定要改進(jìn)方案，直到勝出為止。
綜上所述，機(jī)器人教學(xué)進(jìn)入中學(xué)課堂，應(yīng)該變換原來(lái)機(jī)器人區(qū)縣競(jìng)賽輔導(dǎo)那種高、難、深的輔導(dǎo)模式，以生動(dòng)、簡(jiǎn)易和一定的探究性引領(lǐng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。從整個(gè)完成的教學(xué)效果看，這一教學(xué)嘗試改變了平時(shí)課堂的一貫?zāi)Ｊ?，充分體現(xiàn)了學(xué)生的主體性和創(chuàng)新精神，鼓勵(lì)學(xué)生自己去探究、去嘗試。筆者以為，從新課程三維目標(biāo)的角度看，機(jī)器人教學(xué)在中學(xué)階段應(yīng)該適度淡化知識(shí)與能力、過(guò)程與方法兩塊目標(biāo)，而著重借這兩塊目標(biāo)的達(dá)成實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)情感、態(tài)度與價(jià)值觀的升華，全面提升他們的學(xué)習(xí)興趣。后者作為機(jī)器人課堂教學(xué)的隱性目標(biāo)，需要我們通過(guò)顯性化的教學(xué)設(shè)計(jì)與觀察，通過(guò)教師敏銳的感官去捕捉，通過(guò)機(jī)智的話語(yǔ)和眼神去引導(dǎo)，通
過(guò)積極的肯定和真誠(chéng)的賞識(shí)去強(qiáng)化。
參考文獻(xiàn)：
