中學生用可編程機器人對比分析

周博成

摘 要：可編程機器人是一種優秀的科技教育產品，它將模型搭建與計算機編程有效地結合在一起，越來越多的學校將教育機器人引進校園，成為培養學生科技創新能力的一個重要平臺。對于不同階段的學生而言，考慮選擇可編程機器人的出發點不同。本文總結了對于不同階段的學生考慮選擇可編程機器人的出發點及市場上常見的幾種可編程機器人，對比分析了不同機器人的特點及應用。

關鍵詞：中學生 機器人 對比 分析

中圖分類號：G633 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（b）-0004-02

隨著人工智能時代的到來，美國等先進國家提出了STEM（科學Science、技術Technology、工程Engineering、數學Mathematics）教育模式，其中編程技術是先進國家中學教育的一個重要環節，奧巴馬總統甚至提出了編程從小學開始的口號。可編程機器人是一種優秀的科技教育產品，它將模型搭建與計算機編程有效地結合在一起，越來越多的學校將教育機器人引進校園，成為培養學生科技創新能力的一個重要平臺。近年來，我們國家為了在先進科技領域占據領導優勢，也逐步開始推行中小學編程計劃，一時間市場上出現了多達幾十種可編程的機器人，這些機器人有的像玩具，有的看起來高大上，為了更好地幫助學生選擇和使用，對如何選擇可編程機器人進行分析如下。

1 對比分析的原則

對于不同階段的學生而言，考慮選擇可編程機器人的出發點是：年齡、學習目標、機器人的技術特點以及教學資料是否齊全、購買方便等因素。

1.1 年齡因素

在學生看來，可編程機器人是市場上最先進的玩具之一。這些電子玩具提供不同的功能，既可作為寵物，還可以作為教育媒介提高同學們的科學知識水平。可編程機器人能教同學們一些基本的程序和代碼，因此，為低齡同學開發的機器人應該有寓教于樂的特征，如與手機應用程序匹配，直觀的（光筆）指令，聲控和中級的機電一體化等[3]。這些特征可以讓低齡同學在娛樂的同時學習編程知識，同樣，這些機器人也應該被制造的更結實耐用，開箱就可以玩，或者只需要簡單的裝配就可以玩。

初高中學生喜歡自己去拼裝玩具，大多數的機器人包需要工具進行組裝。有些同學在自己學會定義機器人行為并且在隨后進行創新的時候，感到特別興奮，對編程知識的理解更加深刻。

1.2 學習目標

從學習目標出發，對于初學者，可編程機器人經常應用在小學的科學興趣課程中。突然接觸奇妙的機器人領域能給初學者帶來很多收獲，可以培養他們的想象力和創造力，學習新技術的工作原理，并且教小學生怎樣進行團隊工作[4]。在家里，教育機器人能啟發小同學的智力發育，能培養他們在不同的生活環境下的技能并激發他們的熱情，這種熱情可以作為一種學習的動力，也是促使他們對機器人科學和技術產生興趣的催化劑。

對于中、高級同學，所使用可編程機器人在玩具和實際機器人硬件之間的界限是模糊的，這些機器人的軟硬件較為專業，是愛好者和學生之間的一個銜接過渡階段，這些機器人往往使部分同學對機器人產生真正的熱愛，而不是初學者階段的好玩、有趣，這部分同學未來可能會有希望成為科學家群體中的一員。

1.3 機器人的技術特點

首先考慮的是動力源，現在大多數的可編程機器人需要某種動力才能實現它們的功能。有些采用電，它們的燈光、移動都是由內置的或者可拆卸的電池供電。這種結構的優點是它們的緊湊性，而且對學生來說是比較安全的。這些動力源（通常是鋰聚合物）可以通過嵌入式太陽能板充電，也可以通過標準電源或者USB線充電。

其次考慮的是移動性，一個可編程的機器人必須有一定的移動能力，無論是采用肢體能動形式還是整體的移動，目前輪式機器人最為常見。還有一些機器人可以跳躍和飛行，使用翅膀的遙控飛機、四軸飛行器和無人機就是這類機器人的例子。

再次考慮的是能否遙控，機器人玩具最主要的特征之一是可以遙控。遙控機器人通常包括遙控器操縱的機器人，還有一些新的利用智能手機下載遙控的應用程序，利用該程序控制的機器人。遙控器一般通過頻率為2.4GHz的信號通信進行控制，而智能手機一般通過藍牙或無線網絡與機器人通信。

最后考慮的因素是交互性，這個因素將可編程機器人分成了幾個不同的等級，以適應不同的人群與之互動。對于初學者，可編程機器人最基本的功能是教育，比如如何通過編程改變LED燈等。中級的可編程機器人可以通過編程使其識別一些簡單的單詞、短語和命令等，高級機器人玩具不僅可以識別預設命令，還可以自己學習，適應不同的場景。

2 常見的幾種機器人對比分析

2.1 樂高頭腦風暴

樂高頭腦風暴機器人是一個積木化、可靈活組態的微機控制系統。目前較好的機器人是樂高頭腦風暴EV3，樂高頭腦風暴讓學生自己去組裝機器人，并且可以控制它去做各種其能力范圍內的動作，一切過程都是直觀的。從精妙的拖放式編程界面、各式的控件到眾多可用的模塊，使樂高頭腦風暴成為非常厲害的制作可編程機器人的工具。這些機器人帶有預先設定的命令，讓學生可以看到這些有趣的機器人可以走多遠；還可以讓機器人穿梭于所設的障礙物中，或者向紅外目標處發射小球！每種套件都有傳感器、各種組件、電機和900多塊積木，一旦開始玩EV3是非常容易上癮的。

2.2 Mbot

Mbot可能是最容易上手的程序機器人。一部分人僅僅在玩了幾分鐘后就能精通這款機器人。設計這個產品的公司最初的計劃是把MBot做成最易編程的機器人，通過擺弄這個最初的教育工具來學習編程、機器人和Arduino作為一個整體的基本相關原理。其中Arduino是一個可選擇的編程平臺，新手不需要學習Mblock軟件的復雜代碼，這些全被一些可以拖動的圖標代替，這個產品由于對各方面考慮的周全而贏得了一個最具價值獎。

2.3 機器人WowWee MiP

Wowee Mip看起來像一個小小的人，只是輪子代替了腿。Mip可以讓用戶在智能手機上下載一個應用軟件來控制它，在公司的不斷更新下，它的功能越來越好玩。它也裝有一些智能傳感器，可以通過這些傳感器用你的手的移動和一些物體遙控Mip。揮一揮你的手，你可以讓Mip運動到指定的位置。采取輪式的結構也使Wowee Mip可以用一個簡單的運動就能向前或向后運動。它可以突然轉向并且能原地轉向而不倒；它甚至可以搬起周圍的小物件而不翻倒，它眼睛里的LED三原色傳感器可以讓它準確地追蹤物體，并為它導航以通過它路徑上的障礙物。如果你已經厭倦了控制Mip平衡表演，還有一些可以通過編程設定的模式，讓它跳舞或執行我們自己設定的程序，在這些玩法中，自己編程實現動作的樂趣是最大的。

3 結語

最好的可編程機器人不只是玩具，他們將創新、工程和技術融合在一起，前面介紹了3種常見的機器人，樂高的價格是最高的，Mip便宜好學，Mbot學習起來有點難度，但是如果要和全世界的學生一起娛樂和學習，筆者還是建議選擇樂高EV3。樂高機器人簡單易懂，上手快，在中學生中開展機器人活動，有利于拓展中學生的知識面，更為重要的是能夠培養學生的綜合創新能力，以適應現代社會發展的需要。

參考文獻

[1] 王世宗.國內教育機器人升溫市場前景看好[J].玩具世界，2016（7）：15-16.

[2] 陳染.教育機器人與機器人教育：未來教育的工具和方法[J].中國科技教育，2017（8）：56-57.

[3] 十大最受關注教育機器人品牌[EB/OL].http：//robot.ofweek.com/2017-08/ART-8321200-8500-30163731.html.

[4] 黃榮懷，劉德建，徐晶晶，等.教育機器人的發展現狀與趨勢[J].現代教育技術，2017，27（1）：13-20.

[5] 毛澄潔.審視青少年機器人創客教育[J].機器人產業，2016（3）：59-66.