線上線下混合式智能機(jī)器人科普教育探索與實(shí)踐

張 培，劉啟翔，朱龍濤，呂 陽(yáng)

(天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 天津 300350)

0 引 言

2016年5月30日，習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)、兩院院士大會(huì)、中國(guó)科協(xié)第九次全國(guó)代表大會(huì)上指出[1-2]：“科技創(chuàng)新、科學(xué)普及是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的兩翼，要把科學(xué)普及放在與科技創(chuàng)新同等重要的位置”。天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院于2020年獲批天津市科普教育基地，踐行智能機(jī)器人領(lǐng)域科普教育，通過(guò)自制形式多樣的科普教育資源開(kāi)展豐富多彩的科普教育活動(dòng)，并提出了線上線下混合式科普教育理念，形成了新形勢(shì)下適用于智能機(jī)器人領(lǐng)域科普教育新模式，促進(jìn)了科普教育創(chuàng)新發(fā)展。

1 智能機(jī)器人科普教育資源形式

1.1 Arduino智能機(jī)器人科普套件

天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院科普基地目前擁有實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室48間，共計(jì)8473m2，設(shè)備總值9600萬(wàn)元，其中智能機(jī)器人科普教育相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室共計(jì)320m2，擁有5箱、200余件自制便攜式Arduino智能機(jī)器人科普套件、10臺(tái)桌面級(jí)小型3D打印機(jī)和10臺(tái)手持式3D掃描儀等，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室內(nèi)相關(guān)儀器設(shè)備極其適合到邊遠(yuǎn)地區(qū)、社區(qū)和各類院校開(kāi)展科普活動(dòng)。

擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Arduino智能機(jī)器人科普套件包含Arduino Uno、Arduino Mega 2560、Arduino Nano控制器，溫度、濕度、指紋、語(yǔ)音識(shí)別等傳感器，舵機(jī)、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等執(zhí)行器，并搭配便于攜帶的桌面級(jí)小型3D打印機(jī)，體驗(yàn)者可以按照套件提供的方案或按照個(gè)性需求自主設(shè)計(jì)、組裝形成一系列智能機(jī)器人科普教育成品，包括移動(dòng)機(jī)器人、四足機(jī)器人、人形機(jī)器人等。通過(guò)類似于樂(lè)高產(chǎn)品的動(dòng)手教育[3]使得體驗(yàn)者主動(dòng)接受智能機(jī)器人結(jié)構(gòu)、原理、控制、信息采集等相關(guān)知識(shí)和體驗(yàn)智能機(jī)器人學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，與此同時(shí)，滿足個(gè)性化科普教育的需求，形成具有自由、合作、開(kāi)放、包容的科普教育氛圍。

1.2 AR智能機(jī)器人科普交互

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，AR)技術(shù)的研究與應(yīng)用是一個(gè)典型的交叉學(xué)科高技術(shù)領(lǐng)域，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、并行處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、傳感器和人工智能等多種技術(shù)。隨著人工智能逐漸興起，搭載人工智能技術(shù)的智能終端增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)裝備開(kāi)始普及，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)與移動(dòng)設(shè)備相結(jié)合及更多面向消費(fèi)者應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用也逐漸拓展至教育、娛樂(lè)、科普等多個(gè)領(lǐng)域。

天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院科普基地通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)自主制作智能機(jī)器人AR科普資源向體驗(yàn)者全方位、多角度地展示了智能機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式、組成形式和實(shí)現(xiàn)范式，并提供了交互式、沉浸式、探究式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)[4]，使得智能機(jī)器人相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)更加生動(dòng)、立體，且不再受到時(shí)間和空間的限制，與此同時(shí)，促進(jìn)了體驗(yàn)者的學(xué)習(xí)興趣和交流 互動(dòng)。

1.3 智能機(jī)器人科普教育微信小程序

微信小程序與網(wǎng)站、手機(jī)APP、微信公眾號(hào)等線上科普教育平臺(tái)具有靈活性強(qiáng)、推廣速度快、使用便捷等特點(diǎn)，體驗(yàn)者無(wú)需安裝并注冊(cè)APP或關(guān)注微信公眾賬號(hào)，用完即走，使用起來(lái)更加輕便靈活。對(duì)于開(kāi)發(fā)者而言，微信小程序入門(mén)門(mén)檻較低，制作、維護(hù)成本亦較小，因此，是線上科普教育平臺(tái)新的發(fā)展 趨勢(shì)。

天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院科普基地通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的“藍(lán)天科普智能教育平臺(tái)”微信小程序提供集文字、圖片、視頻、動(dòng)畫(huà)于一體的智能機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)教育?！八{(lán)天科普智能教育平臺(tái)”微信小程序包括科普基地介紹、科普活動(dòng)預(yù)約、智能機(jī)器人科普知識(shí)等板塊，體驗(yàn)者可以通過(guò)移動(dòng)設(shè)備隨時(shí)隨地進(jìn)行自己感興趣的智能機(jī)器人相關(guān)知識(shí)的訪問(wèn)、學(xué)習(xí)，并利用碎片化的時(shí)間吸取知識(shí)[5]?；凇八{(lán)天科普智能教育平臺(tái)”微信小程序的基礎(chǔ)知識(shí)教育是開(kāi)展智能機(jī)器人科普教育的有效手段之一。

2 智能機(jī)器人科普教育活動(dòng)模式

2.1 線下交流，助力科技育人

體驗(yàn)者可以通過(guò)電話、微信小程序進(jìn)行線下科普活動(dòng)的預(yù)約。天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院科普基地的展演者包括傳感與測(cè)控技術(shù)專業(yè)社團(tuán)的學(xué)生，他們利用課余時(shí)間開(kāi)放智能機(jī)器人相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室和接待校內(nèi)外人員預(yù)約前來(lái)參觀體驗(yàn)，學(xué)生通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)解說(shuō)、實(shí)物展演、趣味互動(dòng)等形式進(jìn)行智能機(jī)器人科普宣傳。一方面，可以為在校大學(xué)生提供第二課堂教學(xué)，將科學(xué)技術(shù)與科普教育相結(jié)合，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，助力應(yīng)用型創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[6]；另一方面，可以為社會(huì)人士普及科學(xué)知識(shí)，激發(fā)科學(xué)精神，營(yíng)造社會(huì)化科普新氛圍。

與此同時(shí)，憑借科普基地智能機(jī)器人科普設(shè)備便于搬運(yùn)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合 AR 智能機(jī)器人科普資源和“藍(lán)天科普智能教育平臺(tái)”微信小程序，組織專業(yè)社團(tuán)學(xué)生到周邊的社區(qū)、學(xué)校開(kāi)展智能機(jī)器人科普體驗(yàn)活動(dòng)和主題報(bào)告活動(dòng)，將智能機(jī)器人領(lǐng)域科普教育推廣至全市，特別是面向中小學(xué)生的科普教育活動(dòng)，有效助力“雙減”政策落地、落實(shí)。

專業(yè)社團(tuán)學(xué)生通過(guò)播放微視頻、動(dòng)畫(huà)等聲情并茂的主題講座使體驗(yàn)者了解智能機(jī)器人的定義、分類、結(jié)構(gòu)、組成等科普知識(shí)，并通過(guò)實(shí)物展示的方式向體驗(yàn)者展示常見(jiàn)的人形機(jī)器人、爬行機(jī)器人、物流機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式和實(shí)現(xiàn)功能。隨后，體驗(yàn)者根據(jù)個(gè)人的興趣愛(ài)好選擇自己感興趣的智能機(jī)器人進(jìn)行互動(dòng)體驗(yàn)活動(dòng)。體驗(yàn)者可以通過(guò)智能機(jī)器人AR科普資源交互式、沉浸式、探究式的學(xué)習(xí)活動(dòng)掌握實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人的組裝和控制方式，并通過(guò)Arduino智能機(jī)器人科普套件完成智能機(jī)器人的安裝及調(diào)試制作屬于自己的智能機(jī)器人。

2.2 線上引領(lǐng)，突破時(shí)間和空間的壁壘

突如其來(lái)的新冠肺炎疫情改變了人們的學(xué)習(xí)方式和思維范式，也對(duì)科普教育產(chǎn)生了一定范圍的影響。近年來(lái)，疫情在政府的有效防控和全國(guó)人民的共同努力下得到了一定的緩解，并逐步進(jìn)入到“后疫情時(shí)代”。后疫情時(shí)代促進(jìn)了“無(wú)接觸經(jīng)濟(jì)”的蓬勃發(fā)展，基于人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的相關(guān)服務(wù)也得到了迅速的發(fā)展，并逐漸深入人們的日常生活和學(xué)習(xí)工作中，也給科普教育帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院科普基地利用微信小程序線上踐行智能機(jī)器人科普教育，將“互聯(lián)網(wǎng)+科普教育”落地[7]。通過(guò)“藍(lán)天科普智能教育平臺(tái)”微信小程序智能機(jī)器人科普知識(shí)板塊的科普百科、科普微視頻、AR 互動(dòng)體驗(yàn)等欄目滿足體驗(yàn)者不同的科普需求，以促進(jìn)智能機(jī)器人科普教育資源的共建共享。

值得一提的是，學(xué)生制作并在微信小程序上線的科普微視頻榮獲了首屆天津市“大學(xué)-中學(xué)”科普創(chuàng)新大賽科普微視頻賽道一等獎(jiǎng)。

體驗(yàn)者通過(guò)訪問(wèn)“藍(lán)天科普智能教育平臺(tái)”微信小程序即可根據(jù)個(gè)性化需求進(jìn)行線上智能機(jī)器人科普教育活動(dòng)。體驗(yàn)者可以瀏覽天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院科普基地的介紹，并在線預(yù)約線下體驗(yàn)活動(dòng)。與此同時(shí)，選擇關(guān)注的智能機(jī)器人觀看其文字、圖片和科普微視頻的介紹，并通過(guò)智能機(jī)器人 AR 科普資源更加生動(dòng)、立體、交互地體驗(yàn)智能機(jī)器人的拼裝、連接及其可實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)控制和功能。

3 智能機(jī)器人科普教育實(shí)踐成效

3.1 舉辦科技周、開(kāi)放日，推進(jìn)科普教育發(fā)展

天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院科普基地自獲批天津市科普基地以來(lái)，智能機(jī)器人相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室定期開(kāi)放，先后接待了“一帶一路”瀾湄留學(xué)生、安徽國(guó)培班教師、甘肅國(guó)培班教師、天津國(guó)培班教師、兵器集團(tuán)員工等體驗(yàn)者前來(lái)參觀學(xué)習(xí)。如2021年 10月接待天津國(guó)培班中職院校的教師34人，2021年11月接待新疆國(guó)培班中職院校的教師35人，2021年12月接待天津國(guó)培班高職院校的教師27人，都親身參與了科普教育活動(dòng)的體驗(yàn)。與此同時(shí)，天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院科普基地在2020年第34屆科技周活動(dòng)中面向天津海河教育園區(qū)周邊學(xué)校的本科生、高職生和中小學(xué)生開(kāi)展了科普教育體驗(yàn)活動(dòng)。

天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院科普基地成功結(jié)合科技周、開(kāi)放日等舉辦智能機(jī)器人科普教育活動(dòng)，向廣大公眾普及了科技文化知識(shí)，提升公眾科學(xué)文化素質(zhì)的同時(shí)向同類院校師生營(yíng)造了熱愛(ài)科學(xué)的文化氛圍，帶動(dòng)了全國(guó)各省市院?？茖W(xué)普及教育的積極性，推進(jìn)了科普教育事業(yè)的發(fā)展。

3.2 深入社區(qū)、學(xué)校，提升社會(huì)服務(wù)能力

天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院科普基地響應(yīng)“全域科普”的號(hào)召，積極走出去開(kāi)展科普活動(dòng)。自獲批天津市科普基地以來(lái)，先后到津南區(qū)社區(qū)、濱海新區(qū)社區(qū)、辛莊中學(xué)、辛莊小學(xué)、海河教育園區(qū)南開(kāi)學(xué)校、雙水道中學(xué)、銀河廣場(chǎng)等多地開(kāi)展智能機(jī)器人科普教育活動(dòng)20余場(chǎng)。如科普基地向天津市辛莊中學(xué)提供免費(fèi)課后服務(wù)活動(dòng)，于2021年9月進(jìn)行了2場(chǎng)、2021年10月進(jìn)行了3場(chǎng)、2021年11月進(jìn)行了4場(chǎng)、2021年12月進(jìn)行了1場(chǎng)智能機(jī)器人科普教育相關(guān)的主題報(bào)告及互動(dòng)體驗(yàn)活動(dòng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院科普基地以智能機(jī)器人相關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室為基礎(chǔ)，以智能機(jī)器人科普套件為依托，以AR智能機(jī)器人科普資源為拓展，以微信小程序?yàn)檠由?，以探索線下線上混合式科普教育為路徑，融合講座展演、互動(dòng)體驗(yàn)等多種科普模式，不斷深入挖掘智能機(jī)器人科普教育的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，深入社區(qū)和各大中小學(xué)校開(kāi)展智能機(jī)器人科普教育活動(dòng)，受到了廣泛的歡迎和認(rèn)可，在提升廣大公眾科學(xué)素質(zhì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高校服務(wù)社會(huì)的目的，提升了天津中德應(yīng)用技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院科普基地的社會(huì)服務(wù)能力，促進(jìn)了科普教育事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，為后疫情時(shí)代其他科普基地的建設(shè)和發(fā)展提供了經(jīng)驗(yàn)。■