VEX機(jī)器人世界錦標(biāo)賽訓(xùn)練實(shí)踐

【摘要】本文闡述VEX機(jī)器人世界錦標(biāo)賽的背景，論述教師指導(dǎo)學(xué)生參與該比賽的策略，提出教師應(yīng)精心選拔隊(duì)員、讓新隊(duì)員從模仿開始逐漸學(xué)會(huì)搭建機(jī)器人、讓隊(duì)員配合訓(xùn)練、指導(dǎo)學(xué)生準(zhǔn)備比賽器材并教會(huì)他們裝箱等訓(xùn)練途徑，以讓隊(duì)員掌握比賽策略，在比賽過程中提高心理素質(zhì)。

【關(guān)鍵詞】綜合實(shí)踐活動(dòng)課 青少年機(jī)器人教育 VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2019）02A-0133-02

VEX機(jī)器人世界錦標(biāo)賽（又稱VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽）由一些長期支持科技教育的大學(xué)、機(jī)構(gòu)和組織發(fā)起，由美國Robotics Education & Competition Foundation（REC）主辦，旨在通過推廣教育型機(jī)器人，激發(fā)中小學(xué)學(xué)生和大學(xué)生對科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的興趣，提高并促進(jìn)青少年的團(tuán)隊(duì)合作精神、領(lǐng)導(dǎo)才能和解決問題的能力。這項(xiàng)極具影響力的世界級(jí)機(jī)器人大賽得到亞洲機(jī)器人聯(lián)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(xué)（CMU）等單位的支持，于2007年在美國創(chuàng)辦，每年都吸引著全球30多個(gè)國家、上百萬青少年參與選拔、角逐參加總決賽的榮譽(yù)席位。筆者認(rèn)為VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽是目前教育機(jī)器人競賽項(xiàng)目最講究搭建、配合分工、比賽策略、隨機(jī)應(yīng)變能力、互相交流的賽事，能有效鍛煉學(xué)生的綜合能力，非常值得推薦。筆者在此分享多年從事VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽訓(xùn)練的經(jīng)驗(yàn)。

一、VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽訓(xùn)練隊(duì)員選拔

關(guān)于隊(duì)員選拔，筆者的做法是從新生年級(jí)挑選，這樣可以多一些時(shí)間進(jìn)行培訓(xùn)。挑選過程為：首先由老隊(duì)員表演VEX對抗賽，出海報(bào)，學(xué)生報(bào)名，集中所有報(bào)名學(xué)生觀看VEX比賽視頻;然后教師講解VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽的由來，VEX機(jī)器人搭建、訓(xùn)練、競賽與相關(guān)學(xué)科的關(guān)聯(lián)，VEX訓(xùn)練要求、紀(jì)律、安全等，因?yàn)閂EX訓(xùn)練比賽的過程需要花費(fèi)一些課外時(shí)間，學(xué)生要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)、大量地訓(xùn)練，強(qiáng)調(diào)學(xué)生要自愿參加，盡量不要缺課;之后就是發(fā)書面通知給家長，由學(xué)生拿回家給家長簽字同意孩子參加VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽訓(xùn)練，因?yàn)閰⒓覸EX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽訓(xùn)練需要考慮學(xué)習(xí)時(shí)間分配、家庭經(jīng)濟(jì)承受能力、學(xué)生個(gè)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(jīng)常缺課、經(jīng)常違反紀(jì)律要求或被家長逼迫進(jìn)行訓(xùn)練的學(xué)生，我們會(huì)動(dòng)員他主動(dòng)退出訓(xùn)練。實(shí)踐證明，只要對VEX感興趣的學(xué)生，經(jīng)過一系列的賽事，不但不會(huì)影響學(xué)習(xí)，還會(huì)促進(jìn)他們改進(jìn)學(xué)習(xí)方法，不斷提高學(xué)習(xí)效率，改變挖掘問題、思考問題、解決問題的方法，心理素質(zhì)也有很大的提高。

二、VEX機(jī)器人搭建

VEX機(jī)器人的搭建是最重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容之一，這是對學(xué)生動(dòng)手能力的最好檢驗(yàn)，同時(shí)也鍛煉學(xué)生的專注能力，因?yàn)閷W(xué)生一但進(jìn)入狀態(tài)，便可能在實(shí)驗(yàn)室待上一整天。通過搭建，學(xué)生認(rèn)識(shí)機(jī)器人的搭建器材名稱、功能以及相關(guān)工具的使用，同時(shí)結(jié)合數(shù)學(xué)、物理、英語等相關(guān)知識(shí)去講解手動(dòng)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(jī)器人。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，VEX機(jī)器人一般可分為底盤、車輪、主控和線路、馬達(dá)、機(jī)械臂。學(xué)生按照教師搭的模型，一步一步地仿制，在學(xué)生仿制的過程中，教師教他們每個(gè)器材搭建的方法，告訴他們?yōu)槭裁匆眠@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(dá)、主控、電線、遙控器等的功能和特點(diǎn)，教師演示，學(xué)生模仿。例如，教師向?qū)W生講解馬達(dá)的使用，馬達(dá)分為低速馬達(dá)、中速馬達(dá)、高速馬達(dá)，什么時(shí)候用什么樣的馬達(dá)、什么地方用什么樣的馬達(dá)涉及工程力學(xué)知識(shí)——低速馬達(dá)轉(zhuǎn)速低，但是力量大，高速馬達(dá)轉(zhuǎn)速高，但力量小，教師除了口頭上這樣告訴學(xué)生，還搭建簡易的裝置當(dāng)場演示，隨后讓學(xué)生動(dòng)手。這樣，學(xué)生就會(huì)有比較深刻的體會(huì)。

編程也是VEX機(jī)器人很重要的搭建任務(wù)之一。編程的過程要結(jié)合具體的線路情況及要實(shí)現(xiàn)的功能，跟主控連接，然后編程實(shí)現(xiàn)所要的功能?？刂栖浖侨⑽模髮W(xué)生有比較好的英文功底。后續(xù)的自動(dòng)控制也需要用到軟件編程，控制機(jī)器人的動(dòng)作去完成任務(wù)并得分。

VEX機(jī)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(xué)生注意安全，防止刺傷，電池接線、充電、馬達(dá)接線要預(yù)防短路，防止火災(zāi)、爆炸的發(fā)生……教師在培訓(xùn)過程中一定要培養(yǎng)學(xué)生的安全意識(shí)，否則一旦發(fā)生事故，就會(huì)造成不可挽回的后果。

三、VEX機(jī)器人配合訓(xùn)練

根據(jù)VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽的比賽要求，一般是3名隊(duì)員為一隊(duì)，分別負(fù)責(zé)底盤操作、抬升及機(jī)械臂操作、填裝及后勤服務(wù)。筆者的做法是先分組，第一選底盤操手，讓每名隊(duì)員遙控機(jī)器人走“8”字。輪流操作直到“人機(jī)合一”，然后所有隊(duì)員比賽，看誰走的時(shí)間最短，拿到前幾名的隊(duì)員就是當(dāng)仁不讓的底盤操作手。第二選抬升及機(jī)械臂操作手，第三選填裝后勤服務(wù)手，分好組后每組隊(duì)員各司其責(zé)，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(duì)員都要熟悉底盤操作、抬升機(jī)械臂操作、填裝后勤等。

訓(xùn)練過程中，對發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)維修或調(diào)整，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，因?yàn)楸荣愡^程中教師是不能進(jìn)入比賽現(xiàn)場的，只能靠隊(duì)員自己。比如，底盤前行不正常，雖然遙控直線行走，但機(jī)器人卻拐彎，那可以判斷有一邊的輪子驅(qū)動(dòng)有問題了，要維修，有經(jīng)驗(yàn)的教師一看這個(gè)現(xiàn)象不外乎三種情況，第一馬達(dá)接線有問題，第二車輪軸有問題，第三馬達(dá)自身有問題。這時(shí)首先應(yīng)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(dá)自身。又如，發(fā)現(xiàn)抬升無力，估計(jì)是電池電量不夠，抬升馬達(dá)不能正常工作，這時(shí)就要及時(shí)更換電池，填裝后勤隊(duì)員要及時(shí)給電池充電以備用。再如，訓(xùn)練過程發(fā)現(xiàn)更改機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)可以更好地提高工作效率，這時(shí)，三名隊(duì)員可一起更改機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，既獲得成就感，又培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神。

四、VEX機(jī)器人比賽準(zhǔn)備的器材

因?yàn)閂EX比賽時(shí)用到的器材比較多，級(jí)別越高的比賽用到的器材越多。因?yàn)楸荣惙浅＜ち遥鞑臅?huì)有損耗，如螺釘、螺母可能會(huì)松動(dòng)掉落，馬達(dá)可能會(huì)爆，車輪軸可能會(huì)打滑，連接線可能會(huì)被碰斷，搭建的鋁條可能會(huì)彎曲，履帶可能會(huì)斷裂，遙控器可能會(huì)壞，電池電量會(huì)用得比較多……越到最后，比賽越激烈;越到最后，越看平常準(zhǔn)備得是否充分。對機(jī)器人進(jìn)行及時(shí)維護(hù)，才能保證正常上場比賽，最終勝利的機(jī)會(huì)才越大。因此，比賽要準(zhǔn)備電池、馬達(dá)，準(zhǔn)備遙控器充電器、大電池充電器，準(zhǔn)備備用馬達(dá)（包括高、中、低速）、備用主控、備用遙控器，準(zhǔn)備各種型號(hào)的螺母、螺釘、扳手、螺絲批、電線，準(zhǔn)備遙控器用的電池，準(zhǔn)備萬向輪、麥克納姆輪等輪子，準(zhǔn)備更改結(jié)構(gòu)用到的鋁條，準(zhǔn)備自動(dòng)控制用的自動(dòng)控制按鈕，準(zhǔn)備主控電池，準(zhǔn)備橡膠圈、扎帶，準(zhǔn)備手提電腦、平常訓(xùn)練用到的軟件控制器控制軟件、數(shù)據(jù)線，準(zhǔn)備比賽用到的訓(xùn)練器材。這些前期準(zhǔn)備工作教師都要手把手教學(xué)生準(zhǔn)備，歸類裝箱。

關(guān)于機(jī)器人裝箱，由于VEX機(jī)器人體積及重量較大，而且受到飛機(jī)托運(yùn)尺寸規(guī)定影響，需要拆掉部分機(jī)械臂。為了防止運(yùn)輸過程對機(jī)器人的碰撞，要在箱子里放入泡沫防碰壞，要松動(dòng)底盤馬達(dá)軸，防止車輪滾動(dòng)弄爆馬達(dá)。

五、VEX機(jī)器人比賽策略

每一年VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)的比賽規(guī)則都有變化，主題、場地、得分點(diǎn)都不一樣，但器材、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)數(shù)量、機(jī)器人的最大的尺寸、比賽時(shí)間一樣。四臺(tái)機(jī)器人，兩兩分組對抗，在120秒內(nèi)結(jié)束戰(zhàn)斗。因此，每年的比賽規(guī)則頒布后，所有隊(duì)員要認(rèn)真學(xué)習(xí)并掌握規(guī)則。一臺(tái)機(jī)器人由兩名隊(duì)員控制，所以比賽的時(shí)候，隊(duì)友要默契配合講究策略，隨機(jī)應(yīng)變。平時(shí)訓(xùn)練的時(shí)候教師要嚴(yán)格要求學(xué)生，按照實(shí)戰(zhàn)的要求，注意觀察對方機(jī)器人的特點(diǎn)、對方選手的特點(diǎn)，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(yīng)處理，是進(jìn)攻、防守，還是要協(xié)助隊(duì)友進(jìn)攻或協(xié)防等。

六、VEX機(jī)器人比賽心理調(diào)整

參加VEX機(jī)器人競賽的隊(duì)員，從平常訓(xùn)練到完成比賽是一個(gè)不斷認(rèn)識(shí)、不斷學(xué)習(xí)的過程。教師要能夠分析隊(duì)員的性格特點(diǎn)，從而抓住他們的性格特點(diǎn)來指導(dǎo)他們訓(xùn)練。因?yàn)楝F(xiàn)在的學(xué)生大多是獨(dú)生子女，能聚在一塊，一起學(xué)習(xí)、一起玩、一起戰(zhàn)斗，是一種不一樣的體驗(yàn)。比賽的時(shí)候場面火爆，要求上場參加比賽的隊(duì)員有較好的心理素質(zhì)，從容面對。一開始，很多學(xué)生上場比賽時(shí)全身僵硬，手出汗，腿發(fā)抖。經(jīng)過多次比賽與教師不斷的鼓勵(lì)，他們的心理素質(zhì)逐漸提高。因此，要想?yún)⒓覸EX機(jī)器人競賽，需要有強(qiáng)大的心理素質(zhì);反過來，參加VEX機(jī)器人競賽，也能夠提高隊(duì)員的心理素質(zhì)。

七、VEX機(jī)器人比賽交流

VEX機(jī)器人比賽是現(xiàn)場抽簽決定隊(duì)友和對手，是隊(duì)友的兩隊(duì)的所有隊(duì)員聚在一塊交流，介紹自己，介紹自己的機(jī)器人的特點(diǎn)，再派兵“偵查”對方兩臺(tái)機(jī)器人的特點(diǎn)，然后共同討論分工，一起制訂作戰(zhàn)方案。有時(shí)候隊(duì)友是外國選手，這時(shí)就必須用英文交流，鍛煉英語口語的機(jī)會(huì)來了。一場比賽下來，隊(duì)員會(huì)因?yàn)榕c他人并肩戰(zhàn)斗而交到不少朋友。

賽后，我們及時(shí)總結(jié)，把平時(shí)訓(xùn)練、比賽過程中發(fā)生的情況與家長溝通，及時(shí)改正不足，發(fā)揮特長。目前，我國每年都會(huì)有越來越多的學(xué)生參加到VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽中，在VEX機(jī)器人競賽過程中，隊(duì)員們能設(shè)計(jì)出高效率的VEX機(jī)器人，提高心理素質(zhì)，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(xué)信息技術(shù)教師，學(xué)生機(jī)器人教練員，中小學(xué)二級(jí)教師，指導(dǎo)學(xué)生參加各級(jí)各類機(jī)器人競賽多次獲獎(jiǎng)，在2012年亞洲機(jī)器人錦標(biāo)賽中國區(qū)選拔賽中指導(dǎo)的兩個(gè)機(jī)器人代表隊(duì)雙雙獲得金獎(jiǎng)，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(jī)器人錦標(biāo)賽榮獲金獎(jiǎng)。

（責(zé)編 劉小瑗）