淺談中小學(xué)機(jī)器人技術(shù)教育的硬件普及

梁遠(yuǎn)海

摘 要：先提出中小學(xué)機(jī)器人技術(shù)教育因?yàn)槠占安粔?，整體提高也困難，然后分析了有利于普及的三類(lèi)智能硬件產(chǎn)品，最后認(rèn)為機(jī)器人技術(shù)教育只在最基本的搭建和編程上需要學(xué)校來(lái)普及。

關(guān)鍵詞：中小學(xué);機(jī)器人技術(shù)教育;硬件普及

一、緒論

中小學(xué)機(jī)器人技術(shù)教育發(fā)展至今，在一些發(fā)達(dá)地區(qū)很紅火，而眾多偏遠(yuǎn)地區(qū)還偏冷清，這種冰火兩重天的現(xiàn)狀需要改變，因?yàn)榻逃紫纫占埃缓蟛攀翘岣?。而要普及機(jī)器人技術(shù)教育，可以考慮先從源頭上做一番梳理。

二、中小學(xué)機(jī)器人技術(shù)教育需要什么樣的硬件

要在中小學(xué)普及機(jī)器人技術(shù)教育，首先是硬件成本不能太貴。以前由于機(jī)器人配套組件的價(jià)格比較昂貴，單機(jī)價(jià)格都在數(shù)萬(wàn)元以上，另外傳感器、主機(jī)模塊等一些配件價(jià)格也非常昂貴，許多學(xué)校因?yàn)橘Y金問(wèn)題，機(jī)器人不夠，很多學(xué)生共用一個(gè)機(jī)器人，這樣的學(xué)習(xí)效果非常差。其次是教學(xué)門(mén)檻不能太高。最好是既整合了機(jī)械、電子方面的東西，又可以很快地上手進(jìn)行軟件的編程。為什么需要這樣一個(gè)機(jī)器人呢？因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的機(jī)械電子行業(yè)，你往往需要做大量的工作來(lái)進(jìn)行基礎(chǔ)的搭建，如元件的選型、搭配，電路板的成型、焊接等等。雖然這些事都不太難，但也不太容易。大量的工作集合在一起，就造成了一個(gè)結(jié)果，除非你有比較成熟的專(zhuān)業(yè)技術(shù)背景，否則會(huì)比較難以入手。但是，大部分中小學(xué)生的初衷只是想做個(gè)自己的機(jī)器人，最美好的愿望就是發(fā)出一條指令，它就動(dòng)一動(dòng)。誰(shuí)會(huì)希望這背后還有其他不相關(guān)的一百零一件麻煩事等著你去做？

2005年起，從有著電子積木之稱(chēng)的Arduino系列主板開(kāi)始，眾多易學(xué)易用的機(jī)器人硬件出現(xiàn)了，替你解決掉了這一百零一件麻煩事，讓你可以很快地進(jìn)入發(fā)揮想象力的空間：不再需要為電路板、機(jī)械方面的麻煩事耗費(fèi)大量的精力。模塊化的元件、統(tǒng)一易用的接口、高強(qiáng)度的機(jī)械部件，都讓你能夠很好地發(fā)揮自己的想象力，很快地組裝成屬于自己的機(jī)器人并為它編寫(xiě)程序。

三、適用于中小學(xué)機(jī)器人技術(shù)教育的三類(lèi)硬件產(chǎn)品分析

如果不考慮一些只出售整體的機(jī)器人套件而不單獨(dú)出售基礎(chǔ)單片機(jī)板的品牌類(lèi)型（因?yàn)槌杀酒卟焕谄占埃?，目前用于?guó)內(nèi)中小學(xué)機(jī)器人技術(shù)教育的基礎(chǔ)單片機(jī)板，從自帶功能（即自身性能及集成功能）來(lái)說(shuō)大體上可分為三類(lèi)產(chǎn)品：

第一類(lèi)，Arduino系列主板;

第二類(lèi)，Micro：bit/掌控板/光環(huán)板;

第三類(lèi)，樹(shù)莓派/虛谷號(hào)。

其中Arduino系列主板的自帶功能最弱，Micro：bit/掌控板/光環(huán)板則次之，樹(shù)莓派/虛谷號(hào)最強(qiáng)。

但這三類(lèi)產(chǎn)品都能滿(mǎn)足中小學(xué)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)教育對(duì)執(zhí)行功能和課程設(shè)計(jì)的需求。

1.從硬件成本的角度分析

滿(mǎn)足同樣執(zhí)行功能需求下硬件成本低的產(chǎn)品更有利于普及。

其中Arduino系列主板成本最低、Micro：bit/掌控板/光環(huán)板則次之，樹(shù)莓派/虛谷號(hào)最高。

以做一個(gè)基礎(chǔ)的智能機(jī)器人小車(chē)為例：

（1）Arduino+零配件，硬件100元左右（主板選國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商兼容版本可以實(shí)現(xiàn)，如果主板選國(guó)外原版則會(huì)貴一些），但在此成本限制下只能用低成本的紅外線(xiàn)遙控方式。

（2）Micro：bit/掌控板/光環(huán)板+零配件，硬件200元左右，并且主板本身可以支持藍(lán)牙或WiFi等遙控方式。

（3）樹(shù)莓派/虛谷號(hào)+零配件，硬件500元左右，功能最強(qiáng)，當(dāng)然性?xún)r(jià)比也最低。

再以做用于實(shí)際環(huán)境的感應(yīng)開(kāi)關(guān)、溫度監(jiān)測(cè)之類(lèi)的傳感器應(yīng)用為例：

用Arduino的硬件成本只要幾十元就可以了，而用Micro：bit/掌控板/光環(huán)板或者樹(shù)莓派/虛谷號(hào)則成本偏高，自帶功能過(guò)剩。

2.從教學(xué)門(mén)檻的角度分析

滿(mǎn)足同樣課程設(shè)計(jì)需求下教學(xué)門(mén)檻低的產(chǎn)品更有利于普及。

其中Micro：bit/掌控板/光環(huán)板教學(xué)門(mén)檻最低，Arduino系列主板則次之，樹(shù)莓派/虛谷號(hào)最高。

（1）Arduino系列主板中，原始版本需要先了解電子電路知識(shí)，并且使用杜邦線(xiàn)連接，插線(xiàn)比較麻煩。如Makeblock、DFRobot等國(guó)內(nèi)品牌做的一些改造版本，集成度更高，更易入門(mén)，當(dāng)然成本也稍高一些。

（2）Micro：bit/掌控板/光環(huán)板，集成度高，裸板+電腦就可以開(kāi)課一個(gè)學(xué)期以上，加上零配件又可以再開(kāi)一學(xué)期以上，價(jià)格也適合，并且妙在可以作為小學(xué)編程入門(mén)。（類(lèi)似Scratch的圖形化編程），也可以作為中學(xué)編程入門(mén)（Python代碼編程）

（3）樹(shù)莓派/虛谷號(hào)，自帶操作系統(tǒng)，更像一臺(tái)微型電腦而不是單片機(jī)，更適合機(jī)器人技術(shù)愛(ài)好者們用于深入研究。

四、結(jié)論

通過(guò)上面的分析比較，我認(rèn)為適用于中小學(xué)機(jī)器人技術(shù)教育的硬件產(chǎn)品，入門(mén)首選Micro：bit/掌控板/光環(huán)板或Audino的國(guó)內(nèi)品牌改造版本。入門(mén)之后，教師要教學(xué)生可實(shí)際應(yīng)用的小作品設(shè)計(jì)，首選Arduino的國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商兼容版本，因?yàn)殪`活，應(yīng)用成本也較低。

我認(rèn)為，機(jī)器人技術(shù)教育只在最基本的搭建和編程上是需要學(xué)校來(lái)普及的。

首先用低成本的機(jī)器人套件，如Micro：bit/掌控板/光環(huán)板等產(chǎn)品，在中小學(xué)最大范圍普及最基本的機(jī)器人技術(shù)教育。（這其實(shí)也是BBC在英國(guó)中小學(xué)推廣micro：bit的用意）

普及之后則需根據(jù)每個(gè)孩子的天賦和興趣依托學(xué)校、少年宮、家庭、社會(huì)機(jī)構(gòu)等廣泛途徑朝不同方面去選修和提高。

參考文獻(xiàn)：

楊晉，傅胤榮，李夢(mèng)軍，等.2019中小學(xué)機(jī)器人教育調(diào)研報(bào)告[R].北京：中國(guó)電子學(xué)會(huì)普及工作委員會(huì)，2019（12）.