在創(chuàng)客教育中引入智能工程機器人

莊超

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，教育理念也在不斷更新。創(chuàng)客教育模式正在中小學(xué)開展，機器人的普及與實施促進(jìn)了創(chuàng)客教育的蓬勃發(fā)展。本文結(jié)合學(xué)校的幾臺工程機器人，介紹以機器人為學(xué)習(xí)工具，提高學(xué)生動腦動手的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的意識。

一、了解概念

（一）創(chuàng)客教育的引入

創(chuàng)客教育融合了多個領(lǐng)域的知識，意在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)意等方面所需要的能力，是學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)、實踐中培養(yǎng)思維的一種教育方式。小學(xué)生由于年齡的特點，想象力、創(chuàng)造力更加豐富，他們迫切需要一種可以發(fā)揮想象力、可以通過動手研究實現(xiàn)自我的渠道。創(chuàng)客教育的引入剛好可以滿足學(xué)生這種需要，因此在小學(xué)中逐步受到認(rèn)可。機器人屬于創(chuàng)客教育的重要器材，近年來也開展得相對集中，由于不受年齡限制，可以以課程化開展。

（二）智能工程機器人參加競賽

通過智能工程機器人為載體模擬實際建筑工地搬運貨物的過程，讓機器人自主完成搬運、吊運貨物的任務(wù)。通過兩項任務(wù)的結(jié)合，模擬搬運、吊車運動中機械的真實運行過程，體驗編程過程中的樂趣。其中搬運車和塔吊都需要學(xué)生用螺絲刀一個一個去安裝，繞線環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)直接影響速度和結(jié)果，這極大鍛煉了學(xué)生的團隊合作能力，也考驗了學(xué)生的意志，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)性。

（三）智能工程機器人的規(guī)則設(shè)置

比賽模擬一個情境：一輛自主移動搬運的機器人，要將固定的建筑材料從一個材料倉庫轉(zhuǎn)移到固定的位置上，另一輛塔吊機器人將建筑材料吊到建筑臺上的某位置，供建筑工人使用。比賽場地是一個大型建筑工地，包含幾個材料倉庫、一些黑色的柏油道路、三個送貨點及一個作業(yè)區(qū)。

當(dāng)比賽裁判發(fā)出“開始”的指令后，智能工程機器開始比賽。完成的比賽進(jìn)程有：工程搬運機器人從開始位置出發(fā)，循線行駛到指定的倉庫取出指定的材料，并準(zhǔn)確地將其放入1—3號送貨點;另一輛塔吊機器人將建筑材料放到作業(yè)區(qū)，供建筑工人使用。裁判會觀察評估取放貨物的數(shù)量和精確度，并記錄從出發(fā)到結(jié)束，機器人的運行狀態(tài)，以及兩臺機器人的銜接情況;評估完成動作能力等。

二、智能工程機器人的任務(wù)解析

（一）機器人要求

參賽機器人的主體部分能夠放入一個350mm×380mm的區(qū)域內(nèi)即可（高度不超過800mm，懸空部分不超過700mm×700mm）。

（二）比賽時間規(guī)定

正式比賽開始前，由裁判現(xiàn)場抽取機器人收取貨物的位置，抽取完取貨點后，參賽選手有75分鐘的硬件調(diào)試、程序編寫及場地測試時間，過時視為自動放棄。調(diào)試時間結(jié)束后，按照抽簽順序開始正式比賽，到時不能參加比賽的隊伍視為自動放棄比賽機會。（具體調(diào)試時間與比賽時間會根據(jù)實際的比賽安排略微調(diào)整。）每隊有2次比賽機會，選取成績好的一次作為最終比賽成績。場地比賽完后到答辯區(qū)域答辯，完成本次賽事。

（三）比賽要求

在參加比賽之前，需要將機器人的電源電量、傳感器和驅(qū)動等調(diào)試到位（比賽中一些器材禁止使用，比如，電烙鐵、電鉆等工具）。進(jìn)場后前10分鐘為選手準(zhǔn)備時間，比賽開始，裁判會發(fā)出比賽正式開始通知，選手在各個對應(yīng)位置開始進(jìn)行硬件調(diào)試、程序編寫及場地測試后，完成比賽規(guī)定的任務(wù)動作。比賽過程中不允許外出。進(jìn)場前務(wù)必核實零部件完好齊全。

三、搭建與編程

智能工程機器人的比賽，主要完成機器人的搭建與編程。在每一個環(huán)節(jié)中，都有學(xué)生需要動手動腦的地方，尤其在編程中，不同的思考方式、不同的方案就是一種創(chuàng)新。筆者根據(jù)機器人的特點和小學(xué)生的認(rèn)知能力，在教學(xué)中將任務(wù)分成兩大塊。

第一塊的內(nèi)容：機器人主要由搬運車和塔吊兩部分組成。因此，在實際教學(xué)中，可以將其歸為硬件類。硬件類需要學(xué)生通過基本的螺絲刀等工具去動手組裝。根據(jù)學(xué)情，我將搬運車的任務(wù)分成四個課時共49步驟。塔吊任務(wù)分成五個課時共87步驟。

第二塊的內(nèi)容：這部分主要是軟件的學(xué)習(xí)。這套機器人采用開源的電子板，在編程方面主要是C語言的編譯?？紤]到小學(xué)生在編程方面的薄弱學(xué)情，結(jié)合任務(wù)的賽圖，將程序以樸實的語言解釋給學(xué)生聽，讓學(xué)生看著任務(wù)圖就能知道具體需要編程的步驟。這樣，在潛移默化中學(xué)生就能掌握基本的編程步驟，了解編程的思想。

四、創(chuàng)客教育的創(chuàng)新探索

智能工程機器人綜合了信息技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)等多個領(lǐng)域。如何將智能工程機器人完整地搭建好，這對學(xué)生來說具有一定的難度。學(xué)生通過自主探究、小組合作，在搭建的過程中去解決各種困難。這樣可以在實踐的過程中，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，提高解決問題的能力。智能工程機器人課程的實施，為學(xué)生提供了全面接觸、學(xué)習(xí)信息科技的機會，有利于中小學(xué)生信息素養(yǎng)、想象力、創(chuàng)造力的全面提高。

智能工程機器人實際上是多種器材的搭建，學(xué)生在設(shè)計創(chuàng)新上有想象的空間。但是，每種機器人都有自己的特點，我們可以適當(dāng)拓寬一些機器人知識，來幫助學(xué)生提高解決問題的能力，積累更豐富的經(jīng)驗。

目前，機器人在學(xué)校的教育裝備中占有一定的比重。而在日常的教學(xué)當(dāng)中，更多的是機械性地完成任務(wù)，重復(fù)地完成一些組裝，沒有上升到更高的理論層次。通過創(chuàng)客教育的深入學(xué)習(xí)，在課程的設(shè)置上，在課程模式的探究下，學(xué)生知道問題是什么，如何去解決問題。在這樣的思維訓(xùn)練下，學(xué)生可以自主探究解決問題的辦法。長此以往，學(xué)生可以更多地了解最新的創(chuàng)客教育動向，幫助學(xué)生掌握解決問題的方法。通過這些方法，幫助他們解決生活中的實際問題。