關(guān)于樂高機(jī)器人

吳昊 胡博

摘要：智能機(jī)器人教育對未來高科技社會的作用和影響將會非常巨大。如果現(xiàn)在的在校學(xué)生具備了這方面的素質(zhì)，將來可以更容易適應(yīng)各種技術(shù)革新，在未來信息時(shí)代獲得成功。樂高機(jī)器人是目前國內(nèi)比較熱門的機(jī)器人。本文介紹它的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：樂高；機(jī)器人

自20世紀(jì)中期工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)開始，機(jī)器人逐漸走進(jìn)人們的生活，代替從事各類機(jī)械化工作。如今，機(jī)器人技術(shù)廣泛應(yīng)用與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、建筑、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。研究計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷程，機(jī)器人技術(shù)未來實(shí)現(xiàn)全面普及。截止到目前，機(jī)器人技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用范圍還十分局限，所謂的教育機(jī)器人多是用來作為數(shù)字化的益智玩具，或是用于基礎(chǔ)教育課程的實(shí)驗(yàn)載體。

機(jī)器人技術(shù)綜合運(yùn)用了仿生、機(jī)械、電子、造型、計(jì)算機(jī)硬件和軟件、傳感器等眾多前沿科技。盡管機(jī)器人無法完全替代教師，但是卻能作為輔助教師教學(xué)工作的重要手段。機(jī)器人能夠協(xié)助教師完成課堂輔助性或重復(fù)性工作的教育機(jī)器人，降低教師的工作壓力和勞動(dòng)強(qiáng)度，比如可以收發(fā)考卷、朗讀課文等重復(fù)性、固定性高的工作任務(wù)。

機(jī)器人輔助教育簡稱 RAE（Robot Assisted Education），大多僅限于對機(jī)器人相關(guān)的基礎(chǔ)知識進(jìn)行教育，一般結(jié)合用于演示或是實(shí)驗(yàn)的教學(xué)機(jī)器人來開展機(jī)器人課程教學(xué)。而機(jī)器人輔助教育可以理解為將機(jī)器人應(yīng)用于教學(xué)過程，輔助教師完成教學(xué)任務(wù)，與學(xué)習(xí)者交流互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)的目的。機(jī)器人本身具有實(shí)際操作能力，多種教學(xué)信息可通過各種傳感器來輸入和輸出，完全有能力在課堂上開展現(xiàn)場教學(xué)，包括演示、師生互動(dòng)、教學(xué)評價(jià)等。

機(jī)器人還可以在危險(xiǎn)的環(huán)境下完成教學(xué)任務(wù)，如：具有危險(xiǎn)性的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、火災(zāi)救生教學(xué)等工作任務(wù)。在機(jī)器人輔助教學(xué)過程中，機(jī)器人可以擔(dān)任教師，完成教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)；也可以擔(dān)任教師助手，針對每個(gè)學(xué)生的自身情況來制定學(xué)習(xí)計(jì)劃；還可以作為學(xué)習(xí)伙伴，配合并引導(dǎo)學(xué)生完成規(guī)定的教學(xué)任務(wù)。

機(jī)器人技術(shù)與人工智能技術(shù)正在顛覆性地改變著許多行業(yè)和領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、家庭機(jī)器人、水下機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人等各種用途的特種機(jī)器人紛紛面世，并以飛快的速度向?qū)嵱没~進(jìn)。

表1是教育機(jī)器人在不同學(xué)習(xí)階段的定位不同。在小學(xué)、中學(xué)和大學(xué)的不同階段，機(jī)器人的角色定位是不同的，小學(xué)階段是工具，比如樂高機(jī)器人作為學(xué)生學(xué)習(xí)的輔助工具，初中是學(xué)生的合作伙伴，初中的學(xué)生有自己的思維方式了，需要的是學(xué)習(xí)中的伙伴，這時(shí)常用 的是人形機(jī)器人，在大學(xué)階段，機(jī)器人可以作為導(dǎo)師出現(xiàn)在學(xué)生中，這時(shí)也可以用動(dòng)物型機(jī)器人來作為學(xué)習(xí)工具。

在歐洲，丹麥樂高公司是全世界最大的玩具公司之一，充分看到了教學(xué)機(jī)器人這個(gè)巨大市場，率先開發(fā)了智力風(fēng)暴系列教學(xué)機(jī)器人。

智力風(fēng)暴系列機(jī)器人有硬件和軟件兩部分，硬件包括各種齒輪、電動(dòng)機(jī)和傳感器等，軟件則提供代碼，可編程控制機(jī)器人的行為，以及對顏色、光等產(chǎn)生反應(yīng)。系列機(jī)器人的象積木一樣按照自己的想法搭建不同的機(jī)器人，可以快速方便地構(gòu)造出自己想要的機(jī)器人。

樂高機(jī)器人最初是為孩子設(shè)計(jì)的一個(gè)高級玩具，然而出乎設(shè)計(jì)者預(yù)料的是它已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于大學(xué)和成人之中，如控制機(jī)器人彈奏鋼琴，搭建了一個(gè)魔方終結(jié)者，制作了一個(gè)自平衡樂高機(jī)器人，只用兩個(gè)輪子就可以保持機(jī)器人的動(dòng)態(tài)平衡，和設(shè)計(jì)了一個(gè)基于視覺導(dǎo)航的樂高機(jī)器人。

拼裝方面樂高機(jī)器人提供了最大的靈活性，設(shè)計(jì)者可以像搭積木一樣按照自己的意愿搭建出任意的外形和結(jié)構(gòu)，機(jī)器人外形基本是不可改變的，但是在擴(kuò)展傳感器和比賽用配件方面提供了一定的靈活性通用依耐特機(jī)器人的拼裝靈活性最差，幾乎是不可改變的。

程序下載方面樂高機(jī)器人要方便一些，程序下載使用紅外接口，使用時(shí)需要一個(gè)接在電腦上的紅外適配器而后兩者使用電腦串口來下載程序，需要一根通信電纜連接線。

程序編寫方面樂高機(jī)器人使用圖形模塊連線的方式，簡單直觀，易于中小學(xué)生學(xué)習(xí)和使用，可以采用圖形編程方式也可以直接采用語言編程方式，提供了很多底層庫函數(shù)，編程也較容易通用依耐特機(jī)器人使用的是語言編程，可供使用的庫函數(shù)很少，編程相對較煩瑣。

由此可見，樂高機(jī)器人是相對不錯(cuò)的教育用機(jī)器人，從有利于中小學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)、電子技術(shù)的觀點(diǎn)來看，樂高機(jī)器人的全模塊化、積木式連接方式比較有利于學(xué)生想象力和創(chuàng)造力的培養(yǎng)，但并不利于學(xué)生深入學(xué)習(xí)掌握機(jī)械電子技術(shù)和信息技術(shù)通用依耐特機(jī)器人的傳感器和控制器直接暴露在機(jī)器人外表，給學(xué)生一個(gè)直觀的印象，較有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和掌握，機(jī)器人由于其完全公開的電路原理圖和指導(dǎo)手冊，能讓學(xué)生更加深入地學(xué)習(xí)掌握模擬和數(shù)字電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、編程技術(shù)等。