VEX機器人世界錦標賽訓練實踐

【摘要】本文闡述VEX機器人世界錦標賽的背景，論述教師指導學生參與該比賽的策略，提出教師應精心選拔隊員、讓新隊員從模仿開始逐漸學會搭建機器人、讓隊員配合訓練、指導學生準備比賽器材并教會他們裝箱等訓練途徑，以讓隊員掌握比賽策略，在比賽過程中提高心理素質。

【關鍵詞】綜合實踐活動課 青少年機器人教育 VEX機器人工程挑戰賽

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）02A-0133-02

VEX機器人世界錦標賽（又稱VEX機器人工程挑戰賽）由一些長期支持科技教育的大學、機構和組織發起，由美國Robotics Education & Competition Foundation（REC）主辦，旨在通過推廣教育型機器人，激發中小學學生和大學生對科學、技術、工程和數學領域的興趣，提高并促進青少年的團隊合作精神、領導才能和解決問題的能力。這項極具影響力的世界級機器人大賽得到亞洲機器人聯盟、美國Autodesk公司、美國太空總署（NASA）、美國易安信公司（EMC）、卡耐基梅隆大學（CMU）等單位的支持，于2007年在美國創辦，每年都吸引著全球30多個國家、上百萬青少年參與選拔、角逐參加總決賽的榮譽席位。筆者認為VEX機器人工程挑戰賽是目前教育機器人競賽項目最講究搭建、配合分工、比賽策略、隨機應變能力、互相交流的賽事，能有效鍛煉學生的綜合能力，非常值得推薦。筆者在此分享多年從事VEX機器人工程挑戰賽訓練的經驗。

一、VEX機器人工程挑戰賽訓練隊員選拔

關于隊員選拔，筆者的做法是從新生年級挑選，這樣可以多一些時間進行培訓。挑選過程為：首先由老隊員表演VEX對抗賽，出海報，學生報名，集中所有報名學生觀看VEX比賽視頻;然后教師講解VEX機器人工程挑戰賽的由來，VEX機器人搭建、訓練、競賽與相關學科的關聯，VEX訓練要求、紀律、安全等，因為VEX訓練比賽的過程需要花費一些課外時間，學生要系統地學習、大量地訓練，強調學生要自愿參加，盡量不要缺課;之后就是發書面通知給家長，由學生拿回家給家長簽字同意孩子參加VEX機器人工程挑戰賽訓練，因為參加VEX機器人工程挑戰賽訓練需要考慮學習時間分配、家庭經濟承受能力、學生個人興趣等，所以必須讓孩子和家長充分地溝通決定是否參加。對于經常缺課、經常違反紀律要求或被家長逼迫進行訓練的學生，我們會動員他主動退出訓練。實踐證明，只要對VEX感興趣的學生，經過一系列的賽事，不但不會影響學習，還會促進他們改進學習方法，不斷提高學習效率，改變挖掘問題、思考問題、解決問題的方法，心理素質也有很大的提高。

二、VEX機器人搭建

VEX機器人的搭建是最重要的學習內容之一，這是對學生動手能力的最好檢驗，同時也鍛煉學生的專注能力，因為學生一但進入狀態，便可能在實驗室待上一整天。通過搭建，學生認識機器人的搭建器材名稱、功能以及相關工具的使用，同時結合數學、物理、英語等相關知識去講解手動演示。

筆者的做法是讓新生觀察老生分類整理元器件、工具、拆裝機器人。根據結構特點，VEX機器人一般可分為底盤、車輪、主控和線路、馬達、機械臂。學生按照教師搭的模型，一步一步地仿制，在學生仿制的過程中，教師教他們每個器材搭建的方法，告訴他們為什么要用這些器材，如底盤搭建器材的選用、鋁條杠桿原理等，還有工具的使用，如扳手、螺絲批、鋸子、鉗子、錘子、充電器等的使用方法，以及講解重要的器材如萬向輪、麥克納姆輪、鏈條、馬達、主控、電線、遙控器等的功能和特點，教師演示，學生模仿。例如，教師向學生講解馬達的使用，馬達分為低速馬達、中速馬達、高速馬達，什么時候用什么樣的馬達、什么地方用什么樣的馬達涉及工程力學知識——低速馬達轉速低，但是力量大，高速馬達轉速高，但力量小，教師除了口頭上這樣告訴學生，還搭建簡易的裝置當場演示，隨后讓學生動手。這樣，學生就會有比較深刻的體會。

編程也是VEX機器人很重要的搭建任務之一。編程的過程要結合具體的線路情況及要實現的功能，跟主控連接，然后編程實現所要的功能。控制軟件是全英文，要求學生有比較好的英文功底。后續的自動控制也需要用到軟件編程，控制機器人的動作去完成任務并得分。

VEX機器人搭建使用的器材如鋁條、鐵條、螺絲批等都比較長或鋒利，教師要提醒學生注意安全，防止刺傷，電池接線、充電、馬達接線要預防短路，防止火災、爆炸的發生……教師在培訓過程中一定要培養學生的安全意識，否則一旦發生事故，就會造成不可挽回的后果。

三、VEX機器人配合訓練

根據VEX機器人工程挑戰賽的比賽要求，一般是3名隊員為一隊，分別負責底盤操作、抬升及機械臂操作、填裝及后勤服務。筆者的做法是先分組，第一選底盤操手，讓每名隊員遙控機器人走“8”字。輪流操作直到“人機合一”，然后所有隊員比賽，看誰走的時間最短，拿到前幾名的隊員就是當仁不讓的底盤操作手。第二選抬升及機械臂操作手，第三選填裝后勤服務手，分好組后每組隊員各司其責，但是也要做到“分工不分家”，要是有人做不好或者有人請假，要能夠換位，因此每名隊員都要熟悉底盤操作、抬升機械臂操作、填裝后勤等。

訓練過程中，對發現的問題及時維修或調整，培養學生發現問題和解決問題的能力，因為比賽過程中教師是不能進入比賽現場的，只能靠隊員自己。比如，底盤前行不正常，雖然遙控直線行走，但機器人卻拐彎，那可以判斷有一邊的輪子驅動有問題了，要維修，有經驗的教師一看這個現象不外乎三種情況，第一馬達接線有問題，第二車輪軸有問題，第三馬達自身有問題。這時首先應檢查接線是否正常，再看輪子的軸孔是否打滑，最后檢查馬達自身。又如，發現抬升無力，估計是電池電量不夠，抬升馬達不能正常工作，這時就要及時更換電池，填裝后勤隊員要及時給電池充電以備用。再如，訓練過程發現更改機械臂的結構可以更好地提高工作效率，這時，三名隊員可一起更改機械臂結構，既獲得成就感，又培養團隊精神。

四、VEX機器人比賽準備的器材

因為VEX比賽時用到的器材比較多，級別越高的比賽用到的器材越多。因為比賽非常激烈，器材會有損耗，如螺釘、螺母可能會松動掉落，馬達可能會爆，車輪軸可能會打滑，連接線可能會被碰斷，搭建的鋁條可能會彎曲，履帶可能會斷裂，遙控器可能會壞，電池電量會用得比較多……越到最后，比賽越激烈;越到最后，越看平常準備得是否充分。對機器人進行及時維護，才能保證正常上場比賽，最終勝利的機會才越大。因此，比賽要準備電池、馬達，準備遙控器充電器、大電池充電器，準備備用馬達（包括高、中、低速）、備用主控、備用遙控器，準備各種型號的螺母、螺釘、扳手、螺絲批、電線，準備遙控器用的電池，準備萬向輪、麥克納姆輪等輪子，準備更改結構用到的鋁條，準備自動控制用的自動控制按鈕，準備主控電池，準備橡膠圈、扎帶，準備手提電腦、平常訓練用到的軟件控制器控制軟件、數據線，準備比賽用到的訓練器材。這些前期準備工作教師都要手把手教學生準備，歸類裝箱。

關于機器人裝箱，由于VEX機器人體積及重量較大，而且受到飛機托運尺寸規定影響，需要拆掉部分機械臂。為了防止運輸過程對機器人的碰撞，要在箱子里放入泡沫防碰壞，要松動底盤馬達軸，防止車輪滾動弄爆馬達。

五、VEX機器人比賽策略

每一年VEX機器人工程挑戰的比賽規則都有變化，主題、場地、得分點都不一樣，但器材、驅動馬達數量、機器人的最大的尺寸、比賽時間一樣。四臺機器人，兩兩分組對抗，在120秒內結束戰斗。因此，每年的比賽規則頒布后，所有隊員要認真學習并掌握規則。一臺機器人由兩名隊員控制，所以比賽的時候，隊友要默契配合講究策略，隨機應變。平時訓練的時候教師要嚴格要求學生，按照實戰的要求，注意觀察對方機器人的特點、對方選手的特點，盡可能做到知己知彼。比賽過程中要判斷對方的意圖并采取相應處理，是進攻、防守，還是要協助隊友進攻或協防等。

六、VEX機器人比賽心理調整

參加VEX機器人競賽的隊員，從平常訓練到完成比賽是一個不斷認識、不斷學習的過程。教師要能夠分析隊員的性格特點，從而抓住他們的性格特點來指導他們訓練。因為現在的學生大多是獨生子女，能聚在一塊，一起學習、一起玩、一起戰斗，是一種不一樣的體驗。比賽的時候場面火爆，要求上場參加比賽的隊員有較好的心理素質，從容面對。一開始，很多學生上場比賽時全身僵硬，手出汗，腿發抖。經過多次比賽與教師不斷的鼓勵，他們的心理素質逐漸提高。因此，要想參加VEX機器人競賽，需要有強大的心理素質;反過來，參加VEX機器人競賽，也能夠提高隊員的心理素質。

七、VEX機器人比賽交流

VEX機器人比賽是現場抽簽決定隊友和對手，是隊友的兩隊的所有隊員聚在一塊交流，介紹自己，介紹自己的機器人的特點，再派兵“偵查”對方兩臺機器人的特點，然后共同討論分工，一起制訂作戰方案。有時候隊友是外國選手，這時就必須用英文交流，鍛煉英語口語的機會來了。一場比賽下來，隊員會因為與他人并肩戰斗而交到不少朋友。

賽后，我們及時總結，把平時訓練、比賽過程中發生的情況與家長溝通，及時改正不足，發揮特長。目前，我國每年都會有越來越多的學生參加到VEX機器人工程挑戰賽中，在VEX機器人競賽過程中，隊員們能設計出高效率的VEX機器人，提高心理素質，收獲滿滿。

作者簡介：寧樂盛（1978— ），男，壯族，廣西南寧人，南寧沛鴻民族中學信息技術教師，學生機器人教練員，中小學二級教師，指導學生參加各級各類機器人競賽多次獲獎，在2012年亞洲機器人錦標賽中國區選拔賽中指導的兩個機器人代表隊雙雙獲得金獎，并代表中國參加2012年12月在新西蘭奧克蘭市舉辦的第六屆亞洲機器人錦標賽榮獲金獎。

（責編 劉小瑗）