參加第5屆國際青少年教育機器人奧賽側(cè)記與反思

王偉銘+李金良

● 參賽側(cè)記

2016年7月底，“第11屆全國青少年教育機器人奧林匹克競賽”在大連理工大學舉行，我校代表隊在機器人創(chuàng)意賽中獲得高中組冠軍，并入選中國代表隊赴美國參加國際競賽。

當?shù)貢r間12月6日，“第5屆國際青少年教育機器人奧林匹克競賽”在美國斯坦福大學舉行。我校的參賽作品為“便捷智能車”，它是一款能自動進出車庫的智能小車。只要車主給智能車發(fā)送指令，它即可自動打開車庫大門并到達指定位置接車主外出；當車主到家下車后，智能車又能夠自動回到車庫中。在途中智能車能夠自動識別紅綠燈，探測前方是否有行人或障礙物，另外，智能車上還配備了指紋識別、無線攝像頭等傳感器。該作品最終憑借優(yōu)秀的創(chuàng)意、完善的功能、參賽隊員在演示和答辯中良好的表現(xiàn)，獲得各國評委一致好評，榮獲冠軍。

● 參賽觀感

1.中外機器人課程教育理念的差異

通過參加本次比賽，筆者對世界各國參賽水平與先進國家開展機器人項目的理念、學生水平、硬件水平等有了新的認識。歸根結(jié)底，這與各國學生課外活動在教育中的地位有直接關系。除了參加機器人項目比賽外，本屆競賽組委會還安排了交流訪問斯坦福大學的活動，其間斯坦福大學教授介紹了美國的中小學教育與美國大學的錄取標準，尤其像斯坦福大學等名校的申請都會非常重視學生是否有良好的課外活動和實習經(jīng)驗。而在我們國家，家長和教師往往擔心課外活動影響學業(yè)，對此持不積極或反對態(tài)度。這種理念上的差異，是造成中西方青少年機器人教育水平有較大差距的根本原因。雖然在本次比賽中中國派出的參賽隊大多取得了可喜的成績，但我們也深刻意識到了自己的不足，我們不僅要學習國外先進的技術(shù)，更要有開闊的視野和深遠的育人理念。

2.中外青少年機器人課程對比

比賽當日，在簡短的開幕式后，各組選手們便進入了緊張的組裝和調(diào)試中。對中國的不少參賽隊來說，這個時候最忙的不是參賽學生，而是教練員，他們表情嚴肅，腳步忙碌，不是在幫助學生調(diào)試設備，就是在對學生的演示與答辯做最后的指導。而反觀國外參賽隊，很少能見到教練員的身影，很多參賽隊根本沒有教練員在現(xiàn)場。

在硬件方面，我國的青少年機器人競賽采用的機器人大多是一些機器人裝備公司提供的半成品器材二次加工而成，結(jié)構(gòu)和功能受到了很大限制。

而國外機器人的框架大多是由學生利用車床等設備親自切割、加工、制作而成，作品更大型，更注重實際應用，甚至直接可應用于生產(chǎn)生活中。下頁圖1為美國選手設計的“月球車”，可直接行駛在崎嶇不平的路面，實用性很強。相比而言，我們的機器人比賽作品大多體積較小，只是對一些功能的模擬，更像是一種“玩具”，下頁如圖2所示。

● 賽后反思

對于如何培養(yǎng)學生提升機器人項目水平的問題，筆者作了以下幾點思考。

1.課堂普及，廣泛培養(yǎng)

目前，國內(nèi)大多數(shù)地區(qū)和學校開展的機器人課程僅停留在科技社團和興趣小組上，普及程度不高，經(jīng)濟、教育發(fā)展相對落后的地區(qū)更是沒開設過機器人課程。以筆者所在的城市為例，在中小學中，總共約有十所學校設有機器人社團，且主要集中在市區(qū)幾所重點中小學。而且，從筆者近幾年輔導學生參賽的情況來看，參賽隊伍名單中時常能看到熟悉的名字，這說明學校的機器人課程也重點集中于那些少數(shù)學生，而美國等發(fā)達國家的機器人課程普及程度要高得多。機器人課程要像文化課和藝體課一樣走進課堂，開展活動的基礎人口要多，參與面要廣，要形成一個個創(chuàng)作團隊，相互討論、相互幫助，這樣才能更好更廣泛地普及推廣青少年科技創(chuàng)新活動，從而提高學生的整體科學素養(yǎng)。

2.團結(jié)協(xié)作，系統(tǒng)培養(yǎng)

機器人課程是一項系統(tǒng)工程，可大致分為硬件組裝和軟件編程兩部分。機器人設計制作涉及的方方面面的知識與技能很難由個人尤其是中小學生來完成。這就需要教師在平時的課外活動中按照學生的興趣特點分類培養(yǎng)，所謂“術(shù)業(yè)有專攻”，每組學生都精于自己的研究領域，團結(jié)協(xié)作，才能制作出精良的機器人作品。

3.校企聯(lián)合，走進生活

我們的課堂教學常常與實際生活脫節(jié)，機器人課程更是如此。現(xiàn)如今，人工智能、工業(yè)機器人、醫(yī)療機器人、服務機器人等領域的機器人技術(shù)已日趨成熟，日益普及，但處于校園中的師生們對此了解甚少，更不要談前沿科學了。這就需要加強校企聯(lián)合，多組織一些進廠參觀與實習的機會，讓學生們走進生活，走向科學。另外，機器人教練員要與專業(yè)技術(shù)人員合作，將教學與技術(shù)有機整合，進而探索出一條適合中小學機器人課程的教學之路。

4.硬件支持，靈活搭建

從制作機器人的原材料來看，各類傳感器和控制板（如單片機、樂高控制器等）比較容易獲得，比較難求的是搭建機器人結(jié)構(gòu)所需要的零件，如車體（包括懸掛、減震、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等）、機器人身體（如機械臂、機械腿等）。目前，大多數(shù)學校主要是利用購買到的一些半成品進行二次加工，無論是功能、結(jié)構(gòu)還是大小等都受到了較大限制，這就需要借助3D打印機、車床等設備來加工零部件，制作出更加完善的機器人作品。

5.善于觀察，創(chuàng)意靈感

更為重要的是，很多時候我們不是缺材料、技術(shù)，而是缺少創(chuàng)作的靈感。學生將大部分時間用在做題、考試上，參與的課外活動比較少，生活經(jīng)歷少，缺乏科學創(chuàng)意也就不足為奇了。筆者從近幾年的教練員經(jīng)歷中看出，很多時候?qū)W生提出的創(chuàng)意是不切實際的，甚至是幼稚的。科學的創(chuàng)意靈感常常是為了方便人們生產(chǎn)生活、解決生活中的一些困難而產(chǎn)生的，只有在生活中善于觀察、勤于思考，才會萌發(fā)創(chuàng)意靈感。另外，除了創(chuàng)意靈感外，學生還需要通過課外實踐活動了解現(xiàn)階段的科學技術(shù)水平和機器人項目發(fā)展水平，否則創(chuàng)意靈感也只是停留在“創(chuàng)意”層面，成為一紙空談。