面向問(wèn)題 創(chuàng)意設(shè)計(jì) 交流文化 迎接挑戰(zhàn)

機(jī)器人，承載了人類(lèi)長(zhǎng)久以來(lái)的偉大夢(mèng)想。而今，自動(dòng)控制、智能處理、智慧決策的機(jī)器人產(chǎn)品已經(jīng)越來(lái)越多地出現(xiàn)在我們的身邊，機(jī)器人吸塵器、機(jī)器人保安、機(jī)器人醫(yī)生……機(jī)器人在創(chuàng)造人類(lèi)的幸福生活中日漸扮演重要的角色。機(jī)器人不僅應(yīng)用于生產(chǎn)和社會(huì)之中，它的教育價(jià)值也被人們廣為認(rèn)識(shí)，在面向?qū)嶋H問(wèn)題解決的過(guò)程中，學(xué)生分析問(wèn)題，設(shè)計(jì)、搭建機(jī)器人，編寫(xiě)、調(diào)試程序，綜合性地學(xué)習(xí)并應(yīng)用機(jī)械、電子、信息、通信、能源等多學(xué)科知識(shí)，手腦并用，全面發(fā)展。

世界機(jī)器人奧林匹克（WRO）搭建了這樣的平臺(tái)，讓世界各國(guó)的中小學(xué)生展示他們?cè)跈C(jī)器人方面的杰出才華與豐富的想象力及創(chuàng)造力，從而激發(fā)他們對(duì)科技和機(jī)器人世界的不懈探索。2012年11月，第九屆WRO在環(huán)境優(yōu)美、物產(chǎn)豐富的馬來(lái)西亞舉行，來(lái)自37個(gè)國(guó)家和地區(qū)的近450支隊(duì)伍參與了此次盛會(huì)。在此，筆者愿與大家一起分享個(gè)人參會(huì)的見(jiàn)聞和一些感受。

創(chuàng)意——展開(kāi)想象的翅膀

機(jī)器人本是一個(gè)十分專(zhuān)業(yè)的詞語(yǔ)，但對(duì)學(xué)生而言，它很多時(shí)候意味著智能的玩具。孩子們走近機(jī)器人，展開(kāi)了想象的翅膀，大多都樂(lè)于創(chuàng)意表達(dá)，用機(jī)器人做一些游戲裝置，學(xué)以致用，快樂(lè)自己。此次WRO游戲類(lèi)的創(chuàng)意很多，機(jī)器人拳擊手就是一例。

這套類(lèi)人型的機(jī)器人拳擊手以履帶傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)向各個(gè)方向的移動(dòng)，連桿裝置作為拳擊手臂，不斷揮動(dòng)拳頭（小輪子）與對(duì)手英勇搏擊。其中，左邊的拳擊手通過(guò)視頻傳感器獲取信息自主控制，而右邊的則由人來(lái)操控。它的創(chuàng)意就在于后者控制。學(xué)生（右邊）選擇了手機(jī)作為控制的手柄，通過(guò)藍(lán)牙通信技術(shù)，在手機(jī)前傾、后仰、左翻、右翻之中，右邊的拳擊手前后左右自如地移動(dòng)。操控者兩個(gè)拇指在觸屏上上下滑動(dòng)，機(jī)器人拳擊手隨即揮拳擺臂，動(dòng)作十分流暢。許多觀摩者忍不住上前體驗(yàn)一場(chǎng)酣暢淋漓的拳擊比賽，在快樂(lè)中，我們由衷地為學(xué)生們豐富的想象和精妙的創(chuàng)意所折服。

挑戰(zhàn)——面對(duì)真實(shí)的問(wèn)題

古代傳說(shuō)中魯班所制的木鳥(niǎo)“成而飛之，三日不下”，制作能自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器幫助人們解決實(shí)際問(wèn)題是人類(lèi)很久以來(lái)的夢(mèng)想。近現(xiàn)代出現(xiàn)了眾多的自動(dòng)控制系統(tǒng)，大大提升了生產(chǎn)效率，推動(dòng)了社會(huì)發(fā)展。當(dāng)代智能化的機(jī)器人更是解放了人類(lèi)，在社會(huì)服務(wù)乃至于人類(lèi)所不能及的太空探測(cè)、深?？辈斓阮I(lǐng)域擔(dān)當(dāng)重任。正是在面對(duì)真實(shí)問(wèn)題并將之解決的過(guò)程中，人類(lèi)獲得了不斷前行的動(dòng)力，機(jī)器人技術(shù)可以說(shuō)是展示人類(lèi)文明和智慧的一個(gè)重要窗口。

當(dāng)今社會(huì)老齡化是各國(guó)發(fā)展中面臨的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，越來(lái)越多的老人孤獨(dú)地守在家里，由于年老體弱，很多老人需要吃藥控制疾病。如何定時(shí)、準(zhǔn)確、定量地為老人取藥，以避免忘記或錯(cuò)誤服藥，成為一個(gè)現(xiàn)實(shí)難題。機(jī)器人可以協(xié)助管理老人日常用藥。給機(jī)器人設(shè)定好時(shí)間、藥品和藥量，機(jī)器人就能定時(shí)提醒老人，并正確地取出所需的藥物，然后由機(jī)器人小車(chē)送到老人面前，從而解決了老人日常用藥中容易出差錯(cuò)的實(shí)際問(wèn)題。

殘障人士也是社會(huì)的一分子，他們擁有與健全人平等的權(quán)利和自己的夢(mèng)想，但常常因身體的限制而受到影響。用機(jī)器人技術(shù)幫助他們，將有助于構(gòu)建一個(gè)和諧的社會(huì)。本屆WRO展示了一臺(tái)用小小的Lego積木塊搭建的手控小車(chē)，它能幫助那些行動(dòng)不便的人士自由“走動(dòng)”。搖動(dòng)左邊扶手上的手柄，小車(chē)載著各種膚色、體重不一的體驗(yàn)者緩緩移動(dòng)。人們?cè)谫潎@創(chuàng)作者技術(shù)精湛的同時(shí)，更感受到他們敢于迎接挑戰(zhàn)的精神，體悟到了機(jī)器人技術(shù)所飽含的人文情懷。

設(shè)計(jì)——舞動(dòng)思維的芭蕾

用機(jī)器人解決問(wèn)題的核心在于問(wèn)題分析及機(jī)器人硬件結(jié)構(gòu)和程序算法的設(shè)計(jì)。對(duì)于同一個(gè)問(wèn)題，常有多種應(yīng)對(duì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案和程序算法，這就是機(jī)器人技術(shù)設(shè)計(jì)的魅力所在。設(shè)計(jì)，沒(méi)有最好，只有更好！只有讓思維的芭蕾起舞，才能設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的機(jī)器人作品。

多角色連珠游戲機(jī)器人是由來(lái)自丹麥的兩名高中生設(shè)計(jì)的，透過(guò)作品我們看到了設(shè)計(jì)者思維的舞動(dòng)之美。多角色連珠機(jī)器人面部表情豐富，眼睛可以轉(zhuǎn)動(dòng)，嘴巴會(huì)表示出喜悅和悲哀，頭上還用燈條作為輸出。它用雙手分別抓取來(lái)自左、右軌道的紅球和藍(lán)球，然后放在面前的棋盤(pán)里，如果沒(méi)有取到，它會(huì)“難過(guò)”，但不氣餒，直至取到為止。當(dāng)紅球或籃球在棋格上形成三點(diǎn)一線時(shí)勝出。一旦勝出，你就會(huì)看它露出高興的神態(tài)。 它可以自己左、右手對(duì)戰(zhàn)，也可以由人操控它的左手。操控者通過(guò)正前方的9個(gè)小方塊（按鍵）即可操控左手取球并放在對(duì)應(yīng)的棋格里。也就是說(shuō)，這是一個(gè)多角色扮演的連珠機(jī)器人。

該作品的設(shè)計(jì)頗具匠心。具有三個(gè)自由度的機(jī)械手臂負(fù)責(zé)取球、放球，由于放球的位置隨著游戲的進(jìn)行而不斷變化，因而要求機(jī)械手臂必須足夠靈活以便完成復(fù)雜的取、放動(dòng)作。當(dāng)然，還有很多的問(wèn)題需要解決，比如，記錄放球的位置、選擇擺放的位置、判斷輸贏等等。你或許會(huì)說(shuō)，在9個(gè)棋格下面分別放置光感或顏色傳感器就可以標(biāo)記放球的位置，但這樣會(huì)增加機(jī)器人的機(jī)械和電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，帶來(lái)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的潛在問(wèn)題，同時(shí)也不夠經(jīng)濟(jì)。丹麥的小伙子將棋格轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的地圖，讓機(jī)器人記錄每一個(gè)棋格的位置信息，通過(guò)存儲(chǔ)和計(jì)算完成機(jī)器人選擇擺放位置、判斷雙方輸贏的任務(wù)。

讓我們與藍(lán)方展開(kāi)一場(chǎng)比賽吧。機(jī)器人先查詢(xún)棋格的位置信息，同時(shí)接收操控指令，按照指令取紅球并在距離和角度的精準(zhǔn)控制下伸展手臂，將球準(zhǔn)確地?cái)[放在目標(biāo)格里，標(biāo)記并存儲(chǔ)該棋格已放球的信息。然后，另一方取藍(lán)球，查閱已經(jīng)擺放的棋格信息，并計(jì)算對(duì)方紅球的連珠狀態(tài)，以便決定是破壞對(duì)方取勝還是爭(zhēng)取自己三個(gè)球連成一線。在雙方各擺到第三個(gè)球后，機(jī)器人在每一次放球之后都會(huì)計(jì)算是否出現(xiàn)勝負(fù)。如果操控者勝出，機(jī)器人自然會(huì)“喜悅之情”溢于言表，而失敗了則會(huì)“垂頭喪氣”。

看著多角色連珠機(jī)器人那簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)、精準(zhǔn)的動(dòng)作和智能化的水平，我們似乎看到了“深藍(lán)”的影子。我們感到機(jī)器人給學(xué)生所開(kāi)辟的思維舞臺(tái)是那么廣闊，當(dāng)學(xué)生將絢麗的思維芭蕾舞動(dòng)起來(lái)時(shí)，我們欣賞的不僅僅是技術(shù)之美，更是被學(xué)生強(qiáng)大的設(shè)計(jì)和創(chuàng)造能力所震撼。

調(diào)試——磨練堅(jiān)韌的意志

調(diào)試是創(chuàng)作機(jī)器人作品不可或缺的階段，也是一段痛苦難熬的時(shí)間。但調(diào)試磨練了學(xué)生堅(jiān)韌的意志，調(diào)試讓學(xué)生在對(duì)機(jī)器人作品測(cè)試、優(yōu)化中不斷地反思和提升自己。

自助奶茶機(jī)可以由顧客自助選擇奶茶種類(lèi)，機(jī)器人自動(dòng)添加料粉、沖水、遞送，完成任務(wù)。它的工作過(guò)程中涉及取杯、加料、沖水、遞送等一系列的動(dòng)作，為了有效地控制，學(xué)生相應(yīng)地設(shè)計(jì)了多個(gè)子系統(tǒng)，獨(dú)立負(fù)責(zé)各自動(dòng)作的同時(shí)又進(jìn)行相互協(xié)調(diào)，確保整個(gè)任務(wù)完成。但多個(gè)子系統(tǒng)相互配合并非易事，比如，機(jī)器人從左側(cè)的杯架上取杯后，需要按照顧客所點(diǎn)的奶茶將杯子送到右側(cè)對(duì)應(yīng)的加料口，距離稍有差錯(cuò)，加料動(dòng)作將會(huì)失敗。兩位學(xué)生反復(fù)地調(diào)試著自己的作品，測(cè)試裝置的準(zhǔn)確性、聯(lián)動(dòng)性和穩(wěn)定性?？粗鴮W(xué)生沉著冷靜、聚精會(huì)神地投入到調(diào)試工作中，我們不難想象他們所經(jīng)歷的失敗和挫折，也堅(jiān)信他們已經(jīng)在機(jī)器人技術(shù)學(xué)習(xí)和應(yīng)用中練就的毅力。

調(diào)試機(jī)器人不僅是一個(gè)環(huán)節(jié)，它還展開(kāi)了人的逆向和正向交織的綜合性思考。在看似枯燥的調(diào)試中，學(xué)生的技術(shù)學(xué)習(xí)在堅(jiān)韌毅力的保證下，從單純的知識(shí)累加、技能應(yīng)用到知識(shí)交融、技巧生成，調(diào)試中嘗試的多種結(jié)構(gòu)、不同算法，還能進(jìn)一步生成知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生形成優(yōu)化的方法和思維習(xí)慣。

展示——交流多元的文化

機(jī)器人技術(shù)代表了當(dāng)今技術(shù)的前沿發(fā)展，它同樣也呈現(xiàn)了一種智能化、信息化的生活和文化樣式。本屆WRO展示的作品，大多傳遞著濃厚的文化氣息，讓我們品嘗了一次多元文化的大餐。中國(guó)臺(tái)灣的端午節(jié)龍舟賽、俄羅斯的單詞接龍、馬來(lái)西亞的猴子摘椰子、中國(guó)內(nèi)地的茶藝等一批以文化為背景的機(jī)器人作品，不僅展示了先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，更傳播了不同地域、民族的多元文化。

以本次參展的中國(guó)內(nèi)地的茶藝機(jī)器人作品為例。中國(guó)的茶藝有著悠久的傳統(tǒng)，在選茗、擇水、烹茶、品茶等過(guò)程中，體現(xiàn)中華民族傳統(tǒng)的審美情趣和精神寄托。應(yīng)當(dāng)說(shuō)，用機(jī)器人表現(xiàn)茶藝，其機(jī)械部分還是相當(dāng)復(fù)雜的，控制要十分精準(zhǔn)，才能在放茶葉、洗杯子、泡茶、倒茶時(shí)不出差錯(cuò)。中國(guó)的兩位女選手身穿旗袍，團(tuán)結(jié)協(xié)作，用流利的英語(yǔ)與來(lái)自世界各地的觀展者交流，介紹中國(guó)茶藝的歷史、典故、種類(lèi)、特點(diǎn)等，機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)同步演示，悠揚(yáng)的《高山流水》回蕩在耳邊，既表現(xiàn)了中國(guó)參賽選手較高的機(jī)器人技術(shù)水平，又傳揚(yáng)了中國(guó)傳統(tǒng)的人與自然合一的文化觀念，將機(jī)器人技術(shù)與文化交流融合得天衣無(wú)縫。

由此我們體會(huì)到，技術(shù)的知識(shí)、原理雖是相同的，但技術(shù)應(yīng)用于不同地域、民族和情境中所產(chǎn)生的文化卻是多樣的。技術(shù)的形式、風(fēng)格和樣式的差異充分體現(xiàn)了人類(lèi)文明的多元，相互交流中，我們將開(kāi)闊眼界，擺脫狹隘，彼此認(rèn)同；我們將共享精彩，告別單一。

觀摩歸來(lái)，筆者收獲很多，感觸很深。 WRO活動(dòng)給當(dāng)下的信息技術(shù)教育帶來(lái)許多重要的啟示。馬來(lái)西亞教育部副部長(zhǎng)拿督魏家祥在閉幕式上說(shuō)：“WRO大賽能鍛煉學(xué)生的思考、規(guī)劃和學(xué)習(xí)技術(shù)的能力、意志，而這正是未來(lái)社會(huì)所必需的。各國(guó)青少年展示了自己在科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)和藝術(shù)等方面的才華。”信息技術(shù)教育應(yīng)當(dāng)引領(lǐng)年青一代面向社會(huì)發(fā)展的問(wèn)題和需要，勇于迎接挑戰(zhàn)，釋放想象力和創(chuàng)造力，應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)意，設(shè)計(jì)出更多關(guān)愛(ài)人、服務(wù)人、發(fā)展人的技術(shù)作品，促進(jìn)多元文化的交流、認(rèn)同，共同走向一個(gè)智能、人文、和諧的時(shí)代。

（作者單位：南京師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院）