時間：2023-05-30 08:55:37
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機器人競賽，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）21-0123-02
隨著現代化科學技術的不斷發展，機器人已經越來越多地融入到我們的日常生活中。機器人技術作為一項涉及了人工智能、機械工程、自動控制、傳感技術等多領域的綜合性學科，受到各行各業的關注。機器人競賽由于其自身的綜合性和競爭性已在國內外十分盛行，它給現代教育改革注入了新的能量[1]。我校工程訓練中心創新班自2010年第一屆“中科歐鵬杯”中國教育機器人大賽以來，連續4年參賽，并取得一等獎近20項、二等獎10余項的好成績。本文分析了機器人競賽對于教學改革的積極意義，提出以機器人競賽為目的的實踐創新教學體系，并得到良好的教學效果。
一、國內外賽事
目前，國際上的各類機器人競賽大多自上世紀末興起，歷經近二十年的發展，已成為了綜合性教育改革的新力量。近年來，國內的機器人競賽也在迅速開展，旨在推動機器人技術發展，培養學生的綜合創新能力，并取得了良好的效果。國內、國際上一些影響較大的機器人競賽包括以下幾項。
1.機器人足球竟賽。機器人足球競賽需要由若干機器人組成隊伍，通過機器人之間的互相通信、配合，協同進行比賽。目前，國際上最具影響力的兩個機器人足球賽事組織為：FIRA國際機器人足球聯合會和ROBOTCUP國際機器人足球世界杯賽。
2.機器人滅火競賽。機器人滅火競賽最早是由Jack Mendelssohn教授在1994年提出，該競賽模擬機器人在一套四室一廳的房間內進行滅火，要求參賽的機器人在盡可能短的時間內熄滅房間中隨機放置的蠟燭。目前，機器人滅火競賽已成為全球最普及的智能機器人競賽之一。
3.亞太大學生機器人大賽。“亞太大學生機器人大賽”始于2002年，由“亞洲太平洋地區廣播電視聯盟”（ABU）發起，每年舉辦一次，已成功舉辦13屆。大賽主要面向包括中國、日本、韓國、新加坡、泰國和印度尼西亞等國家和地區的在校大學生，著力培養學生的科技創新能力。
4.“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽。“飛思卡爾”杯全國大學生智能汽車競賽是教育部為提高我國大學生創新實踐能力、團隊協作精神，委托高等學校自動化專業教學指導委員會主辦的機器人競賽。大賽2006年首度舉辦，分為競速賽與創意賽兩類。
另外，國內還舉辦有中國機器人大賽、全國機器人大賽、“廣茂達”杯中國智能機器人大賽等賽事，旨在為RoboCup公開賽、FIRA世界杯機器人大賽以及國際機器人滅火競賽的中國賽區選拔優秀的隊伍。
二、機器人競賽促進學生能力培養
機器人技術是一項涉及人工智能、機械工程、自動控制、傳感技術等多領域的綜合性學科。智能技術的迅速發展，也為機器人競賽提供了越來越完善的平臺。學生通過參加機器人競賽，能夠提高學科綜合能力，培養實踐創新能力以及團隊協作能力。
1.機器人競賽與創新能力的培養。創新人才的培養是建設創新型國家的關鍵，本科教育則是培養創新型人才的重要階段[2]。教育部《關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的意見》中強調：要大力加強實踐教學改革，推進高校實踐教學模式的改革與創新，促進學生自主創新興趣和能力的培養，激發大學生的興趣和潛能，培養大學生的團隊協作意識和創新精神。在我國傳統本科教學體系中，通過教師授課是學生獲取知識最普遍的渠道，與此同時，考試成績也成為教師檢驗學生知識掌握情況的唯一方法。目前，隨著社會對于人才要求的不斷提高，實踐能力受到了越來越多的重視，各高校廣泛開設工程訓練相關課程以提高學生的實踐動手能力。然而，筆者在輔導我校工程訓練中心“電工電子基礎”課程時發現，學生在傳統教學體系中缺少的并不僅僅是實踐動手能力，更重要的是創新能力。
創新能力是指運用已掌握的知識和理論，在科學、技術及各類實踐活動中，不斷提出具有社會價值、經濟價值的新思想、新方法和新發明的能力[3]。機器人競賽為大學生創新能力的培養提供了一個很好的平臺：①首先，在機器人競賽中，一般僅給定比賽目標和規則，學生需要從底層算法、硬件設備、機器人外觀等逐個設計和調試。在這個從無到有的過程中，每一階段都要求學生提出自己的解決方案，很好地培養了學生的創新思維能力;②機器人競賽內容極具趣味性和可觀賞性，大大增強了學生的學習興趣和學習主動性。相對于傳統的以教師為主的教學模式而言，以競賽促進教學的模式更加以學生為主導，也更容易培養學生的創新思維;③采用競賽形式，具有一定競技性，一般要求各參賽隊從策略、技巧和時間三個方面進行比賽，這就要求學生在備賽過程中不拘于傳統思維的束縛，勇于創新。
2.機器人競賽與綜合能力的培養。機器人競賽一般由學生自由組隊參加，并根據自身興趣愛好、專業方向等選擇參賽題目，每個參賽題目往往涉及多個學科，需要學生能夠靈活應用所學知識，并與其他專業同學協作、溝通共同完成。在此過程中，不僅大大提高了學生的創新能力，同時提高了其他綜合能力[4-6]：①學生在確定題目后首先需要通過書籍、文獻、網絡等多種方式收集相關資料，并結合所學知識進行分析，形成初步方案。這個階段提升了學生對于信息的獲取能力以及綜合分析能力;②在機器人制作過程中，學生需要親自動手操作，將自己的想法付諸實踐，并在實際操作中不斷發現問題并解決問題。在這個階段中提升了學生的動手實踐能力;③機器人的制作大多涉及多個學科，需要學生通過團隊的溝通、合作，最終達到目標，這大大增強了學生的團隊溝通、協作能力;④在機器人競賽中，除了制作機器人對于學生的考驗，還會遇到一些其他問題。如在正式比賽時參賽機器人常會由于場地、燈光等問題出現誤差，這就需要學生根據現場進行快速的調試，這鍛煉了學生的邏輯思維及臨場應變能力;另外，有的比賽項目需要向評審老師講解參賽機器人的原理、創新點等，這也鍛煉了學生的語言表達能力。
三、機器人技術實踐創新教學體系
機器人實踐創新教學體系是以機器人競賽為目標而開展的一系列教學活動，主要分為三個部分，如圖1所示。
第一階段主要進行基礎課程的學習。我校工程訓練中心自2011年起開設機器人技術選修課程，課程面向全校學生，共16課時，主要包括機器人演示實驗、機器人技術基礎知識。通過機器人技術選修課程的學習，學生可以了解到機器人技術的基本概念，并掌握一些基礎知識，達到機器人技術的入門水平。最后，通過學生自身意愿和教師的篩選，進入第二階段的學習。
第二階段主要在我校工程訓練中心下設的創新班進行學習。西安科技大學創新班成立于2004年，為開放性實驗室，采用模擬公司制度進行自主化管理，師徒培訓制進行學習。通過學生之間的“師徒”式學習，讓每個學生以自己可以理解的方式傳授給“徒弟”，在互相溝通、交流中不斷提高。通過這一階段的學習，學生能夠基本掌握機器人技術，并且可以獨立承擔機器人制作中的特定環節。
第三階段為實戰訓練。在學生基本掌握機器人技術后，通過一些競賽形式的項目讓學生熟悉整個比賽流程，提前了解比賽中可能出現的問題，發現自身相對薄弱的環節并加強學習。
通過以上實踐教學體系的學習，學生已經能夠很好地掌握機器人技術，并熟悉機器人競賽流程。最后，由教師挑選的優秀隊伍參加正式的機器人競賽。我校自2010年第一屆“中科歐鵬杯”中國機器人大賽以來，連續4年參賽，并取得一等獎近20項、二等獎10余項的好成績。實踐教學證明，機器人技術實踐創新教學體系有著良好的教學效果。
隨著現代化教學理念的不斷更新，各類學科競賽不斷開展，機器人競賽已經成為教學改革的新力量。本文首先列舉了國內外規模較大的機器人競賽，分析了機器人競賽對于現代教學改革的推進作用。隨著機器人競賽活動的開展，激發學生濃厚的學習興趣，培養學生創新實踐能力、團隊協作能力以及其他綜合能力。最后，本文提出了以機器人競賽為目的的實踐創新教學體系，該教學體系收到了良好的教學效果。
參考文獻：
[1]張國民，張劍平.我國基礎教育中機器人教育的現狀與對策研究[J].現代教育技術，2008，18（5）：92-94.
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關鍵詞：水中機器人比賽；電源模塊；升壓電路；USB口充電
中圖分類號：O442 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）31-0149-02
中國水中機器人大賽是由中國自動化學會機器人競賽工作委員會和科技部高技術發展研究中心主辦，由北京大學智能控制實驗室牽頭的一項面對全國高校的智能機器人競賽。比賽以仿生機器魚在水池之中進行水中頂球、競速追逐等對抗形式展開。水球比賽除了涉及到機器人足球所涉及到的各種技術之外，還涉及到水動力分析、水中通訊、圖像處理、抗干擾技術等多方面的內容，是一個綜合性的項目。
目前競賽用仿生機器魚大多采用電機進行驅動，依靠電池作為動力源，因此電源管理方案的改良對仿生機器魚的發展有著重要的意義。目前競賽用仿生機器魚采用3節鎳氫電池串聯供電，體積大且儲能效率低。本文就競賽用仿生機器魚現有的電源模塊進行改良，提出了一種基于鋰電池供電的升壓電源模塊，同時采用USB2.0接口進行充電，并有成型的產品實驗，取得了明顯的改進效果。
一、電池的選擇
目前民用多采用的可重復使用的電池性能比較如表1所示。
表1 常見可重復使用電池性能表
從表1可以看出，常見的四種電池的能量密度中，鋰電池密度最大，使用壽命也較長，且沒有記憶效應，是一種綜合性能較優的選擇對象。鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池，鋰電池大致可以分為鋰金屬電池和鋰電子電池。市面上常見的可以反復充電使用的為鋰離子電池，其電池正極多采用鋰鐵磷酸鹽，負極多采用石墨。在放電時，鋰離子從負極脫插，嵌入正極，充電時從正極脫嵌，插入負極。常見的正極材料如表2所示。
表2 常見正極材料
負極材料大致可以分為三大類，第一類為碳負極材料，如人工石墨等，目前已經實際應用的鋰離子電池的負極材料多為碳負極材料。第二類為納米級負極材料，如納米氧化物材料，目前該類產品多處于試用階段，采用該技術可以大幅度提高鋰電池的充放電電量和次數。第三類為實驗性材料，例如錫基負極材料、合金類負極材料和含鋰過渡金屬氮化物負極材料等，該類材料都沒有商業化產品。由于電池需要驅動3~4臺舵機工作，同時還要給控制芯片和通信模塊供電，一般要求仿生機器魚續航能力在2~3小時，故考慮電池的容量不少于2000mAh。在實際工程當中，常見的18650鋰電池是可以基本滿足上述要求的，該類型鋰電池是直徑為18mm，長度為65mm的圓柱形鋰電池，其容量一般在1200mAh~2600mAh之間，充滿電電壓4.2V，平臺電壓3.7V，最大放電電流一般可以達到2A。
二、升壓電路模塊設計
鋰電池的輸出電壓為3.7~4.2V，可以滿足控制芯片和通信模塊（CC2430）工作電壓要求，而舵機的工作電壓為5V，因此要設計一個升壓模塊來提升鋰電池的輸出電壓，滿足舵機的供電要求。為了提高升壓模塊的工作可靠性，本文采用了基于MP1542升壓模塊的升壓電路。MP1542是一款電流模式升壓轉換模塊，其內部有一個2A、0.18Ω內置轉換器可以提供高效快速的響應。MP1542可以工作在1.3MHz或者700KHz兩個頻率下，可以在簡單濾波和低噪音的環境下工作，軟啟動可以是低電流浪涌。通過外部支持電路編程實現2.5V輸入，5V-12V，500mA輸出。MP1542支持欠壓鎖定、限流和熱過載保護等功能，可以有效地在負載輸出過大時對電路進行保護。MP1542常見的支持電路（3V升8V）如圖1所示。
圖1 MP1542常見支持電路
輸出電壓值可以通過R1和R2的比值來進行調節，其中R2的阻值固定為10kΩ具體的公式如式1所示： Vout=■VFB（式1）
其中VFB=1.2V
根據MP1542工作原理，如果我們需要5V的輸出電壓，則R1的阻值約為30kΩ。
三、充電電路設計
根據鋰電池性質，其允許的充電電流是0.1~1.5備電池容量之間，常規的充電電流是0.5倍電池容量，充滿電大約2~3個小時。最高充電終止電壓為4.2V，不能過沖，通常是恒流充電至4.2V后轉入恒壓充電，當恒壓充電電流降至100mA以內后停止充電。我們選取的電池容量為2600mAh，根據鋰電子的工作特性，將充電額定電流定為不超過2A，充電電壓為5V。考慮到充電電源適配器的問題，目前市面上比較成熟的電源適配器多采用USB口，例如給各類平板電腦充電的充電器，為節省設計成本，充電電池采用了USB2.0接口的充電接口，同時該接口也可以預留作為讀寫數據接口。為保障電池的工作安全性，本文采用了目前市面上常用的設計方案，采用CN3068的500毫安USB 接口兼容的鋰電池充電集成電路作為充電模塊。CN3068是專門為一節鋰電池而設計的線性充電器電路，利用芯片內部的功率晶體管對電池進行恒流和恒壓充電。充電電流可以用外部電阻編程設定，最大持續充電電流可達500mA，不需要另加阻流二極管和電流檢測電阻。CN3068包含兩個漏極開路輸出的狀態指示輸出端，充電結束指示輸出端STAT1和充電狀態指示端STAT2。芯片內部的功率管理電路在芯片的結溫超過115℃時自動降低充電電流，這個功能可以使用戶最大限度地利用芯片的功率處理能力，不用擔心芯片過熱而損壞芯片或者外部元器件。這樣，用戶在設計充電電流時，可以不用考慮最壞情況，而只是根據典型情況進行設計就可以了，因為在最壞情況下，CN3068會自動減小充電電流。CN3068的典型應用電路如圖2所示。
圖2 CN3068典型應用電路
CN3068的工作原理如下：當輸入電壓大于電源低電壓檢測閾值和電池端電壓時，CN3068開始對電池充電，STAT2管腳輸出低電平，表示充電正在進行。如果電池電壓Kelvin檢測輸入端（FB）的電壓低于3V，充電器用小電流對電池進行預充電。當電池電壓Kelvin檢測輸入端（FB）的電壓超過3V時，充電器采用恒流模式對電池充電，充電電流由IR管腳和GND之間的電阻RIR.確定。當電池電壓Kelvin檢測輸入端（FB）的電壓接近電池端調制電壓時，充電電流逐漸減小，CN3068進入恒壓充電模式。當充電電流減小到充電結束閾值時，充電周期結束，STAT2端輸出高阻態，STAT1端輸出低電平，表示充電周期結束，充電結束閾值是恒流充電電流的10%。如果要開始新的充電周期，只要將輸入電壓斷電，然后再上電就可以了。當電池電壓Kelvin檢測輸入端（FB）的電壓降到再充電閾值以下時，自動開始新的充電周期。芯片內部的高精度的電壓基準源、誤差放大器和電阻分壓網絡確保電池端調制電壓的誤差在±1%以內，滿足了電池的要求。當輸入電壓掉電或者輸入電壓低于電池電壓時，充電器進入低功耗的睡眠模式，電池端消耗的電流小于3uA，從而增加了待機時間。CN3068充電過程示意圖如圖3所示。
圖3 CN3068充電過程示意圖
本文采用了基于一節3.6V鋰電池供電、USB2.0充電接口和3V升5V的電源管理模塊，同時競賽用仿生機器魚采用CC2430作為通信和控制模塊，對原有的競賽用仿生機器魚在電路上提出了改進。整體電路板尺寸為22mm×30mm，滿足魚體的尺寸設計要求，實物如圖4所示。
圖4 魚體主板電路成品圖
在實際下水中，可以持續游動1小時左右，較理論估算值低。充電分別用了輸出DC5V 500mA和DC5V 1000mA和DC5V 2A三個型號的電源適配器進行充電，充電過程中，無異常情況發生，說明充電模塊有較好的工程實用性。不足之處是在USB2.0充電接口的密封問題，本文采用硅膠USB帽進行密封，但由于機器魚在游動過程中，特別是在對抗過程中可能會使得硅膠帽浸水，從而可能造成充電口的短路。下一步打算在接口密封和利用USB口實現對通信控制模塊的讀寫功能設計。
參考文獻：
[1]李冬梅，孫振輝，萬齊欣，劉國棟，熊志華.鋰離子電池的關鍵材料及其發展[J].江西科學，2008，（04）.
2014 年7 月26~28 日，“金山杯” 第9 屆全國青少年教育機器人奧林匹克競賽暨第26 屆ROBO-ONE 國際機器人競賽和第3 屆國際青少年教育機器人奧林匹克競賽全國選拔賽，在華東師范大學附屬楓涇中學舉行。國家教育部教育裝備工作領導小組副組長韓呼生， 國際機器人ROBO-ONE 中國委員會主任馬巍等參加活動。
競賽中，來自全國25 個省市（港澳地區）共1800 余名機器人競賽運動員，分小學組、初中組、高中組三個組別，分別參加了雙足機器人技能賽、機器人軌跡賽、雙足機器人舞蹈賽、機器人球類比賽等11 個項目的競賽。本屆競賽獲獎選手將入選中國代表隊參加國際機器人競賽。
本次競賽是上海市首次舉辦的全國性大規模的國際青少年教育機器人奧林匹克競賽全國選拔賽。相比往屆競賽， 本次競賽活動規模最大、賽事規格最高、參賽人數最多、競賽項目最齊全， 競賽人數從去年的800 人猛增至今年的1800 人。
歷時兩天的比賽為我國青少年機器人教育提供了展示的舞臺， 有利于普及機器人教育，拓展青少年的科技視野。
（董少校陳少國）
關鍵詞：教育機器人；創新能力提升
中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）02-0109-02
教育機器人是專門用以激發學生學習興趣、培養學生綜合能力的機器人成品、套裝或散件。近年來，機器人之所以像計算機一樣走入校園，在眾多中小學學校得以推廣和普及，不僅是因為它適應中小學教育領域新課程的需求，深受青少年的喜愛，更重要的是它對學生科學素養的培養和提高起到了積極的作用。下面，筆者以參加第十四屆全國中小學信息技術創新與實踐活動（簡稱NOC活動）中的“網絡機器人野外生存”賽項為切入點和大家分享創新學習的經驗。
學習經驗
1.創設問題情境，激發學習興趣
亞里士多德曾說：“思維是從驚訝和問題開始的。”學生的創新想法往往來自對某個問題的好奇心，而這一切又來自問題情境的創設。例如，在第十四屆NOC活動的“網絡機器人野外生存”賽項的比賽中，機器人被賦予的任務為：野外科考隊在古絲路腹地發現了一處保存完好的遠古文明遺跡，而遙感衛星云圖顯示將有暴雨來臨，為了能對絲路古文明生態展開進一步研究，科考機器人須在最短時間內協同完成遺跡內蓄排水設施水閘開啟、疏通河道、凈化水源中的1～2項工作，并進行搶救性標本采集。基于這樣有趣而神秘的虛擬野外生存網絡環境，筆者要通過編程實現機器人自主運動并完成各項挑戰任務。換個角度來看，這是在考核對機器人結構設計和編程語言知識的掌握與應用能力，旨在培養我們應對復雜環境所具備的快速判斷能力和理性的冒險精神，提高其野外生存技巧與綜合應對能力。
2.分析目標導向，引發創新思維
面對機器人的野外生存挑戰任務，P者需要首先對目標問題進行分析，如搭建什么樣的機器人能夠完成開啟水閘、清理河道、投放凈化劑等任務；其次需對一些具體環節進行梳理，如機器人起始基地確定在哪個位置，水閘開關轉盤的默認角度是否會發生變化，河道內堵塞物的位置是否也會發生變化，如何能實現攜帶最多數量的凈化劑等。
（1）搭建機器人
為了完成凈化水源的任務，需要給機器人安裝一個車廂以便裝載凈化劑，車廂和控制器之間須通過可斷開模塊連接，在到達目的地后方可斷開車廂和控制器之間的連接，把凈化劑投入到水源之中。在調試的過程中，為了解決機器人走在高低不平的路上時車廂里的凈化劑可能會掉落這一問題，有的選手把車廂側板加高，有的選手給車廂加上了蓋板，還有的加上了柵欄等，大家通過各種嘗試最終找到了合適的解決方法。
要完成河道清理，則需要在機器人的前部用三個伺服電機和安裝塊組裝一個可折疊的結構。這樣機器人到達需要清理的河道時，就可以利用這個類似于推土機前部的結構把河道中的堵塞物推走。
為了能開啟水閘，還要利用四個伺服電機和安裝塊組裝一個可折疊的鉗形結構。這樣機器人在水閘前就可以利用這個結構通過旋轉的方式，把水閘打開。
（2）調試機器人
建立在理論上的設計程序，還需要實踐檢驗。在調試中，筆者發現機器人在運行中會不斷地抖動，這又是為什么呢？在對算法進行反思和探索后，最終得出結論“左距離-右距離=0”這種情況出現得很少，因此機器人需要不斷地調整方向，就出現了抖動的現象。那么，如何進一步優化算法，消除抖動呢？在此基礎上，筆者積極拓展思維，完成新的求解方法，并歸納總結。
同時，一些選手在完成任務時往往也會有很多想法，如靠中線右邊走怎樣設計，靠中線左邊走怎樣設計，一個個新問題的出現，大家通過不斷否定自己的方法，深化對需求的理解，最終跳出慣性思維，養成了對算法做不斷優化的思維方法，促進了自身創新思維的形成。另外，在線仿真平臺能夠把抽象的內容以機器人載體展現出來，學習的效果顯而易見，并得到及時的反饋，從而讓更多的選手在這個載體上充分體現自己的創造技能。
3.探究具體環節，提升創新能力
愛因斯坦曾經說：“提出一個問題比解決一個問題更重要。”世界上許多發明創造都從疑問開始，質疑是開啟創新之門的鑰匙。例如，在利用指南針傳感器指示方向時，因為0度角和360度角是重合的，在這一點上機器人容易出現意外情況，有時會左右搖擺，有時會原地打轉。那為什么會這樣呢？這就需要不斷的嘗試。筆者利用自己學過的數學知識改進程序的算法，利用伺服電機把指南針旋轉180度或安裝兩個指南針來實現，當然也可以用其他方案來解決。選手們設計出的解決方案也是千奇百怪，盡管有的失敗了，但他們交流著，爭論著，大膽質疑，積極探索，碰撞出了思維的火花，創新了思維模式，大大地提升了創新能力。
心得與啟發
第一，“一分耕耘，一分收獲”，要培養自己持之以恒的毅力和堅持不懈的精神。遇到困難不要退縮，要有越挫越勇的襟懷和良好的意志品質。
第二，正所謂“學然后知不足”。教育機器人內容涉及面廣、問題情境設置生動有趣，這能有效地拓展視野，豐富知識，也可進一步激發你主動學習的熱情和強烈的求知欲望。
鐘柏昌
編者按：對我們大多數人來說，“機器人教育”這個詞并不陌生。十多年前國內就開始了將機器人引入教育的探索與實踐。但機器人教育發展到現在，已變成了學校里僅有少數學生參與的競賽性活動，“人”之間的競賽也逐漸演變為“機器”間的競賽，這背離了利用機器人培養所有學生動手能力與創新精神的初衷。如何實現機器人教育的價值回歸？近年來，隨著人們認識的深化以及機器人本身的發展，普及機器人教育的呼聲漸高，而普及路上可能遇到的種種問題，也讓人擔憂。為此，我們特地約了一組文章，從不同的視角分析機器人教育普及之路是否行得通。
關于這一話題我刊會持續關注，也期望您投稿參與討論。
首先應該看到，義務教育階段的機器人教育已經在不少地方開始進入課堂，以班級為單位開課（即普及教育導向，不同于競賽導向），且是在信息技術課程的框架內由信息技術教師負責實施，取得了不錯的成績。2013年上半年在北京景山學校舉辦的全國中小學機器人教學展示活動受到大家歡迎也是例證之一。
有教師認為，機器人教育會增加成本，無法發揮學生的創造性（如模塊封裝后的“傻瓜化”操作）等，這確實是一個問題。但是，這種結論是從機器人競賽中所觀察得到的，很多人都看到了變了味兒的機器人競賽，已經在某種意義上演變成經費的比拼，“機器性能決定成績”，昂貴的、高性能的、傻瓜化的機器人得到了“有錢人”的青睞。而事實上，目前大部分面向全體學生開課的機器人設備與面向小部分學生競賽的機器人設備有很大差別，無論是成本還是設計功能都不可相提并論。目前市面上有多個品牌的低成本機器人產品，也有很多一線教師自主開發的簡易機器人方案。這些產品、設備和方案，才是使機器人教育從變味兒的競賽走向本真的教育的重要保障。換言之，開展機器人普及教育也是修正機器人競賽誤區的重要舉措。
更重要的是，是否開展機器人普及教育，不是首先看條件是否完全成熟，而是看其對學生和社會的發展是否有價值。無論研究者還是實踐者，很多人都認同機器人教育是培養學生創新實踐能力的重要途徑，進而將其視作信息技術教育的重要生長點之一。這才是問題的關鍵。何況現在不少學校已經具備開展機器人教育的基本條件。改革才有發展，所謂發展必須經歷不成熟到成熟的漸進過程。初生之物，其形必丑，因丑而棄，非明智之舉。課改之初，將信息技術列入綜合實踐活動，即是如此，置課程價值于不顧，而糾結于所謂的“成熟條件”。
還有教師認為，開展機器人教育會引起更大的地區和學校差異。確實，如果采用選修課的方式，必然有條件的地方開課，沒有條件的地方就開不了，但是，這種差異已經客觀存在，將來也將依舊存在。任何一件事情的開始都不可能全盤推進，否則就是吃大鍋飯，沒有示范何來效仿？難道我們現在還要去追究那些先行者的“政治責任”嗎？改革開放三十多年，我們信息技術教育者是否也要解放思想？
當然，在中小學普及機器人教育，現階段可能無法用必修課的形式開展（如果用超前一點的眼光來看，必修也將成為一種選擇），但是一定要鼓勵有條件的地方積極嘗試，新的規劃文件（標準或綱要）應該為各地學校開展機器人普及教育提供政策空間。
（作者單位：南京師范大學教育科學學院）
【關鍵詞】高中課程基地;機器人課程體系;實驗室;人才培養
【中圖分類號】G637 【文獻標識碼】A 【文章編號】1005-6009（2015）22-0062-02
【作者簡介】王泰山，江蘇省句容高級中學（江蘇句容，212400）校長，江蘇省特級教師。
機器人是20世紀人類最偉大的成就之一。隨著機器人技術的迅速發展和普及，國內很多人對它產生了興趣，特別是很多青少年也積極投身到各類機器人的實踐活動中，2000年以來各類機器人競賽在大中小學如火如荼地開展、機器人教學在普通高中和中小學逐步普及。教育部2003年頒布的高中信息技術課程標準中，把“人工智能初步”和“簡易機器人制作”設為技術領域的選修模塊。我們發現隨著教學機器人的迅猛發展和其性價比的大幅度提高，將智能機器人的基礎知識和技能訓練引入普通高中課程的必要性和可行性已漸趨明朗。
我校于2012年成功申報了“江蘇省機器人創新教育課程基地”建設項目，該項目是以全面提高學生綜合素質和實踐能力為目標，以轉變課程內容的實施方式為重點。在建設過程中，提煉出“多元、合作、益智、創新”的核心理念，完成了系列實驗室的建設與配置，創設了融合多學科知識的機器人課程體系，開發豐富而有特色的課程資源，創新人才培養的模式初步形成。
一、打造多層次系列化的機器人實驗室
機器人包括硬件系統與軟件系統，基于機器人的教學也就包括這兩部分的內容。機器人硬件造型是軀殼，涉及機械、電子、運動學、動力學、控制理論、傳感檢測等，在高中階段，與物理學科關系緊密。機器人軟件部分，與信息技術學科中的“算法與程序設計”關系緊密，程序是機器人的靈魂。同時算法中的建模用到相當多的數學知識，因此教學內容又向數學學科延伸，“算法與程序設計”還是高中信息奧林匹克競賽的基本內容，機器人是程序設計學習的最好載體。系列實驗室以“技術課標實驗室”為基礎，以機電實驗室為硬件支持，以虛擬機器人實驗室為補充，以競賽探究實驗室為深入，以研究性實驗室為拓展。
二、創設融合多學科知識的機器人課程體系
基地著眼于學生的實踐與創新能力的培養，以通用技術與信息技術學科課程為基礎，融合物理、數學等學科相關內容，依托多層次、多樣化的機器人實驗室系統與網絡平臺，構建了3個課程模塊，常規教學、研究性學習、競賽，結合信息技術學科選修《算法與程序設計》，面向全體高一學生開設虛擬機器人課程，以信息學奧賽等興趣小組為提升，以研究性學習為補充。依托通用技術選修《簡易機器人制作》，融合物理學科的相關內容，面向高二年級開設開源機器人課程，以VEX、滅火等機器人項目競賽以及科技創新大賽相關的其他競賽為提升。高三年級，以研究性學習等形式，依托研究性學習實驗室，開設課程，讓有興趣的學生了解機器人最新發展以及大學的相關專業情況，同時與高校聯系，開通與高校的綠色通道，為學生未來的專業選擇做前期鋪墊。（見文末表格）
三、營造濃厚的文化氛圍，通過多種活動的開展來培養創新人才
1.營造機器人基地文化氛圍。
目前主要通過電子小報活動、班級黑板報、櫥窗等多種形式營造濃厚的機器人科技教育文化氛圍。隨著基地建設的深入，學校藝華樓3、4層開辟成機器人教學、活動、展示場所，利用展廳展出本校學生、高校學生作品以及目前比較尖端的機器人展品，播放本校機器人教學與各種活動以及最新的機器人發展動態音像，讓來訪者能身臨其境地體驗機器人的魅力。
2.開展各種科技社團活動。
成立科技創新社團，開展豐富的社團活動，著力培養一批對科技創新有興趣的人。目前，我們正把當前興起的創客文化中的相關元素融入到社團活動中，準備打造我校的“創客”，形成本地區以我校為中心的“創客社區”，進而在更大范圍推動我市的科技教育發展。
3.積極參加、舉辦各級各類機器人活動與競賽。
以每年一度的校“科技文化藝術節”為契機，開展校內機器人競賽，以展示學生、教師的作品為主要目的，競賽中進行評比，設置相應獎項，更好地激發師生對科技的興趣，遠離低級趣味的誘惑，營造以追求科學技術為時尚的校園氛圍。
競賽是機器人教育的一個重要組成部分，是機器人教育成果的一種展示形式、實現手段和教育的延續。智能機器人競賽參賽過程對學生有著廣泛深遠影響，對培養學生的合作精神、進行挫折教育等方面的作用尤為突出。
4.多管齊下，增強輻射效應。
（1）開設各級別的公開課、觀摩課。通過開設公開課、觀摩課來展示機器人教學探索的成果，介紹相關經驗，引領地區的機器人教育。
（2）以項目、課題研究帶動區域發展。目前我校的國家級課題“普通高中機器人教育校本課程開發與實踐研究”已經立項，成員涵蓋了多個學校，可以帶領區域骨干一起進行機器人教學的探索，為區域機器人教學提供示范與支持。
（3）充分利用課程網站共享資源。利用網絡同步介紹基地建設、課程開設情況以及教學過程與經驗，擴大基地對周邊的影響，推廣機器人課程的開設，為創新人才的培養提供新的思路。
目前機器人競賽活動已深入到全國的中小學，而競賽活動能夠真正參與到其中的學生所占比例較少，因此越來越多的科學教師在思考，如何把機器人教學帶入課堂，讓更多的學生感受機器人的魅力。
機器人教學走進課堂的問題
目前機器人活動走入課堂存在的主要問題有：
（一）持續性保障
開設機器人課程要有一定數量的機器人和計算機及相應的場地，因此需要一定的啟動性投入。啟動之后涉及到的持續性的保障有兩點：一是后續機器人的管理與維護難度高、損耗大，維持機器人活動需要后續的配件和場地的更新、補充等資金投入；二是對輔導教師要求高，現有輔導教師人數嚴重不足。
（二）缺乏相應的課程體系與教材
雖然國內有些省份在信息技術課程中含有部分關于機器人的內容，但都是基于某個廠家的機器人產品設計的，不適合本地的特色與現有設備。另外，對于機器人教學所應包括的基本知識架構和教學方法也非常匱乏。機器人教學要持續性發展，就要在知識體系和評估訓練方面形成體系。
（三）教學與競賽尺度把握錯位
目前中小學開展機器人活動，基本上是以競賽作為檢驗教學效果的標尺。如想機器人教育能長期有效地發展，就不能把比賽作為唯一的課程目標，否則會使機器人教學走入“為競賽而教學”的誤區，勢必導致該項活動缺乏生命力。
（四）教師和學生家長的不理解、不支持
在“分數才是硬道理”的思想下，很多教師和家長對于學生參加機器人活動選擇了反對，理由都是影響學習，對升學沒有幫助。這使得科技教師要面對很多尷尬與不理解。
機器人教學走進課堂的幾項措施
要解決以上機器人活動發展的瓶頸問題，使機器人教學進入課堂，我認為可以從以下幾個方面進行思考：
（一）結合實際編寫校本教程
將機器人活動納入校本課程管理，為機器人正式進入課堂積累經驗。經過幾年的積累與沉淀，我校目前編寫有教材《程序設計與智能機器人》，該教材以LEGO NXT機器人為硬件平臺，以ROBOTC為軟件平臺；宗旨是利用機器人平臺讓學生體會程序結構與應用，初嘗人工智能的樂趣。該課程共17個課時。
自主編寫教材的目的在于：一是符合本地學生（至少是本校學生）的認知水平和能力等實際情況；二是可基于現有器材設計，具有可操作性；三是能不斷地進行實踐和修改，并在此基礎上形成知識體系和架構，具有一定的推廣性。
（二）精選機器人平臺，輔以仿真軟件
選用的機器人平臺要符合教學使用，要有良好的擴展性，要具備耐用、易維護和啟發性思維好的特點，盡量保障一次性投資長期反復使用。在資金與設備不足的情況下，輔以仿真軟件。仿真軟件的好處在于投資成本相對低廉，維護簡單，可用于大規模的課堂教學。我校的機器人工作室除配備10多套LEGO機器人用于教學外，同時采用LEGO輔助設計軟件Ldraw和MLAD用于課堂教學，解決器材不足的問題。
（三）機器人技術與學科的整合
機器人作為現代教育技術的前沿產品，其教學內容涵蓋了很多學科的知識，因此有效地將機器人與相關學科進行整合，能讓學生在所熟知的學科中感受科技的進步帶來的不同體驗。例如：
·程序設計——讓機器人走方形，能很好地讓學生深刻理解循環結構的性質與特點；
·物理實驗課——讓學生用機器人設計一個簡單的單擺實驗裝置并收集數據；
·數學課——追及和相遇知識一直是學生比較難以理解的抽象問題，教師可以用機器人進行演示，讓學生對該類問題有形象的認識；
·音樂課——可設計一個舞蹈機器人，讓它跟著音樂的節奏舞動。
以上只是一些在我校科學實踐中的例子，大家還可以找出更多的結合點。這些整合不僅可以活躍課堂，也讓機器人技術的學習和展示過程更形象具體。
（四）機器人活動多元化，實現多贏局面
我校每年開展3項活動：研究性學習、電腦作品制作活動以及青少年科技創新大賽。從活動主題來看，三者的核心都是探究、體驗、創新，都注重科學及研究價值。因此機器人活動完全可以整合3項活動作為同一件事統籌開展。
整合思想通過研究性學習把機器人活動向縱深發展，形成課題研究成果，可在不影響正常教學的前提下，不需對學校日常的教育教學活動作大的改變，結合日常培訓活動中進行。通過青少年科技創新大賽，將機器人活動引導向科技創新方向發展，充分調動學生的創造性思維。以上述活動為基礎，面向機器人競賽，將競賽作為機器人教學活動的成果展現平臺，在學習和創作中有效應用和整合。
（五）輔導教師隊伍的整合，多元化的教學方式
機器人教學是多學科的結合，因此輔導教師隊伍應當是由相關專業的老師組成，既可解決輔導教師知識面單一問題，又可豐富機器人活動的項目。我校的輔導教師由2名信息技術教師和1名物理教師組成，這種組合解決了機器人教學中涉及的程序設計與機械及電子電路等學科問題。
面對層次和知識面不同的學生，在機器人活動中應采取多元化的教學方式。以任務驅動及小組合作學習方式進行教學，由組長帶領本組的同學進行項目研究；輔導教師定期組織組員進行討論解疑。這樣以點帶面的方式，也可以激勵更多的學生來擔任輔導員的角色。
（六）開放科學工作室，共享資源
柳州市的青少年科學工作室已有50多個，這些工作室中有的在學校，有的在社區。因此，可以充分發揮科學工作室的作用，空余時間向社會開放，讓更多青少年能夠接觸和了解機器人，實現以點到面的輻射作用。將機器人教育和活動推向社會，擴大影響。
在學校開展機器人活動所形成的教材和教學方法可以在社區工作室開放中推而廣之，而社區開展活動的時間可以很好地彌補學校寒暑假期的空檔，讓真正愛好機器人的學生在全年的每個時段都有機會參加機器人活動。
關鍵詞 機器人教育 機器人 師范生 合理建議
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
Some Ideas on Robot Education
——Ideas of Normal Students in School to Robot Education
XUE Mengru， LI Yao， FU Qiaoling， RUAN Ying
（Wenzhou University， Wenzhou， Zhejiang 325035）
Abstract In this era of innovation， robotics education has been a high degree of attention. But by technology， financing， teacher influence， so that the robot education struggling. Robotics education is not equivalent Robotics Competition， which aims to develop students' creative thinking and practical ability. This article talks about the status of robot education and puts forward reasonable suggestions from the perspective of normal students in the school.
Key words robot education； robot； normal students； reasonable suggestions
信息時代，大家都非常講究“創新”這個詞，教育也不例外，所以作為創新教育新途徑的機器人教育，引起了大家高度的關注。在《基礎教育信息技術課程標準》2012版中，指出在小學階段有“機器人入門”這一拓展模塊，在初中則是更深一層次的“機器人設計與制作”模塊。而且全國各地的中小學機器人競賽也正如火如荼地進行。但是大家發現機器人教育的師資情況令人擔憂，主要指導工作還都是由信息技術老師來承擔。本文主要是談談筆者目前接觸到的機器人、見習、實習期間所見的中小學機器人教育現狀以及對機器人教育的一些看法。
1 我所接觸的機器人
在校期間，我接觸了一類由公司出售的機器人套裝。在接觸這類機器人期間，發現了以下幾個問題：（1）價格昂貴。一個套機沒有一萬也要幾千。而且零部件損壞后也只能找該廠家購買，價格也不便宜。（2）功能單一，開放程度低。縱觀中國機器人市場，我們會發現目前中國機器人的品牌十分復雜，沒有統一的規范性，這樣就會導致不同公司制造的機器人或者說機器人零件互相不能夠兼容，開放程度低。（3）多數產品只能適用于比賽，學習及生活方面的功能少。目前中國機器人的一些競賽還都是由機器人商家和部分高校或者機構聯合舉辦的，這就導致了“你必須買我家產品，才能夠參加比賽”的不好現象。
除此之外，值得欣喜的是我還有機會接觸到了Arduino機器人，它是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，最重要的是它是一種開源的硬件。開源就意味著任何人都可以獲取相關的所有技術資料。通過資料查詢以及自己淺顯的理解，Arduino機器人有以下幾個優點：
（1）物美價廉。在中國機器人教育之所以沒有普及，除了師資力量之外，資金也是其中一個原因。像上面提到的公司出售的非開源的套機，如果中小學要購買這類機器人滿足于教學，沒有幾十萬是不現實的。但是Arduino機器人價格低廉，而且出售Arduino廠家非常多，我們在淘寶上都可以買得到，非常方便，而且用戶也可以自己動手制作硬件。
（2）資源豐富，容易學習。由于是開源的，我們可以獲取任何Arduino的技術細節，而且在網絡上會有很多學習的資料。最重要的是Arduino很容易上手，他開發的目的是針對于非單片機專業的用戶，軟件環境可以是圖形化的，所以連小學生都可以玩Arduino。這樣的話，比起之前的非開源機器人更加適合學生去學習，尤其是中小學。此外，教師的壓力也會減小。
（3）生動有趣。對于中小學來說，教學的趣味性非常重要。而Arduino通過零部件的變化、代碼的變化，就能夠做出不一樣的效果，而不是只能學習廠家提供的幾種功能模塊。學生在學習過程中，是能夠隨著自己的思維和想法去創造的。
以上主要是硬件和軟件相互結合的實體機器人。我還接觸了虛擬機器人（主要接觸了3D蘿卜圈這個軟件），主要有四個功能：①建立虛擬仿真場景；②組裝虛擬機器人；③編寫機器人程序；④在仿真環境下調試運行機器人。這個軟件趣味性非常高，首先界面非常美觀，適合中小學生，而且仿真度很高，不僅能夠組裝機器人實現其功能，而且學生可以自己搭建場景，這無疑增加了趣味性也培養學生空間想象能力以及創造力。
2 我所看到的機器人教育
在校期間，我們每一個學期都會去中小學見習。在此期間我也注意到了中小學機器人教學的一些現象，加上很多專家學者的調查，總結出以下幾點：（1）發展不均衡。從整體來看，中國機器人教育發展相當不均衡，只有少部分的學校擁有機器人實驗室，以及可以給學生提供機器人進行試驗。（2）關注機器人競賽多于關注機器人教育。其實很多人還沒有意識到機器人教育是能夠使學生全面發展、創新發展，推進素質教育的。因而不夠重視平時的教育，關注更多的是機器人競賽。很多人把機器人比賽看成了機器人教育，這樣問題就大了。有一部分家長讓自己孩子來參加機器人活動就是為了考試能加分，一旦沒有加分政策，家長也就失去了參加活動的動力。而且很多學校為了獲得優異成績，弄虛作假，由教師擔任主要的設計和制作工作，教師完成模型開發制作以后再將使用方法教給學生，學生拿到比賽現場去操作。這其實就失去了機器人教育的意義。（3）師資力量不足。機器人是一個覆蓋面非常廣的領域，涉及很多學科的專業知識。然而要能夠從事機器人教育的教師必須有較高的計算機、人工智能、物理等方面的基礎，有著較強的動手能力和創新能力。
3 我的想法和建議
（1）技術方面：如果是真正想讓學生學習機器人，培養他們創新思維以及動手能力。那我們就必須從技術來說起，開源的技術才是我們今后的方向。所以不妨嘗試Arduino機器人，中小學可以和高校進行對接，在很多大學也會研究這一塊，而且技術上會更加成熟。這可以解決中小學機器人教育上技術的不足，也可以使高校研究的機器人應用到教育中。
（2）教育方面：首先最現實的問題就是資金，所以可以用Arduino機器人進行教育，這樣就能夠節省一大筆資金。而且虛擬機器人也是一個不錯的選擇，兩者可以相互結合起來學習。這兩種方式相對于公司的套機來說，它更加開放、有拓展性，而且教師的學習空間也會比較大。
（3）師資方面：這是亟待解決的問題，讓師范生在校學習比讓其到了工作崗位再去學習更加重要。作為即將成為信息技術教師的我，作為可能成為機器人指導師的我，我更希望我的大學能夠提供一些相關的支持。①開設相關的課程。我們專業有開設關于機器人教育的選修課程。但是這還不夠，應該把這門課設為必修，而且增加課時數，讓我們師范生能夠從理論到實踐全方位地去學習機器人教育，這樣才有可能將這些知識與技術傳授給以后的學生。②組織大學生進行競賽。現在很多競賽是都基于廠家的競賽，所以很難達到真正技術上的交流和切磋。所以，高校內部自己可以組織競賽，或者幾個高校聯合舉辦比賽。這樣能夠促進學習，而且能夠相互交流。③走進中小學。作為師范生，我們所學習的技術是要應用到教學去的，所以我們必須要走進中小學，去思考中小學機器人教育的需要。這樣就會有一個良性的循環，做到不讓技術和教育脫軌，而且這也讓我們有了機器人教育的實地體驗。
這是從一位在校師范生的需求角度來講的。那如何對在職的教師進行培訓呢，也有三點：①設置學時數。目前很多在職教師并不是非常了解機器人教育，所以應該設置相應的學時數，讓教師可以進行學習。②成立學習小組。在職教師本身工作便很繁忙，如果只是一個人學習，可能進步不是很大。但是如果可以成立學習小組的話，不僅能夠一起學習，還能夠相互探討、交流技術上的、教育上的問題，而且也能夠相互督促。③和高校對接。大學是一個資源極其豐富的地方，接收的信息、資源、技術都是前沿的。所以中小學不妨和高校對接，這樣能夠學習到更多的知識與技術。
參考文獻
[1] 張建平.機器人教育：現狀、問題與推進策略.2006.
[2] 曾祥潘.基于開源硬件Arduino的小學機器人微型課程內容設計.2012.
【關鍵詞】IDC ROBOCON 2010；機器人教育；創新教育；課堂教育；機器人比賽
【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009―8097（2011）03―0140―05
一 引言
隨著機器人技術的發展，在不久的將來機器人將全面融入人類生活。剛剛落幕的上海世博會，突出的科技亮點之一便是機器人技術的應用，從工業到農業、從家庭服務業到教育娛樂業，涵蓋人類生活的各個領域，充分展現了機器人技術將深入人類日常生活。
高等教育是培養創新人才，提高全社會素質的需要，更是促進經濟發展的重要途徑。隨著我國整體經濟的快速、健康和可持續發展，對高等教育提出了更高的要求；對于素質教育，其中一個重要任務就是培養學生的創新精神和創新能力，而機器人教育是培養學生創新能力的有效途徑[1][2]。我國機器人教育的普及還很落后，機器人教育目前大多集中在機器人專業等領域，系統地將機器人教育與學生的素質教育有機地結合起來的教學活動遠未形成體系，對它們之間整合的研究和實踐還十分欠缺[3][4]。
實踐是創新的基礎，沒有實踐就不可能創新，作為最好的實踐平臺――機器人比賽是機器人教育的重要手段，是對傳統教育缺陷的彌補，可以鍛煉學生多方面能力，激勵學生科研興趣，同時機器人競賽也是創新素質培養的重要平臺；機器人競賽為大學生創新能力的培養提供基礎條件，并將帶來競爭性學習機會，能夠有效彌補傳統教育缺陷，鍛煉學生多方面能力[5]。機器人競賽給科技素質教育帶來了新的活力，將成為青少年創新素質培養的重要平臺[6][7][8]。
本文通過IDC ROBOCON比賽（以下簡稱IDC比賽）的介紹，強調了機器人比賽在培養學生創新意識、創新能力中的作用，提出了機器人教育的有效途徑，即通過課堂教育與機器人比賽相結合的方式進行系統化教育。
二 IDC ROBOCON比賽介紹
1 IDC ROBOCON比賽的發展背景
為了推動機器人技術的發展，培養學生創新能力，在全世界范圍內相繼出現了一系列的機器人競賽。國際機器人比賽主要有：機器人足球競賽，包括RoboCup和FIRA，機器人滅火競賽，機器人綜合競賽，包括國際機器人奧林匹克競賽和FLL世錦賽（FIRST LEGO LEAGUE）[9]。IDC比賽就是其中比較具有特色且歷史悠久的一項國際大賽，它又稱大學生機器人設計國際交流賽，是日本NHK Robocon的三大賽事之一，英文縮寫為International Design Contest，最早是由日本東京工業大學和美國麻省理工大學發起的創意設計課程交流賽。從1990年至今，已在日本、美國、英國、德國、韓國、泰國、巴西等7個國家成功舉辦過20屆。IDC比賽每年舉辦一屆，每屆都設立不同的主題和規則，且主題貼近生活，從人們的日常生活中發現問題，以比賽的形式激發學生解決問題的能力。
2 IDC ROBOCON比賽的特色
IDC比賽的特色在于，它的比賽小組不是以國家或大學為單位，而是以混血隊的形式比賽。所謂混血隊，是指由各國參賽選手抽簽后，臨時混搭組成小組，確保每個比賽小組成員都是來自不同學校和國家的選手。在比賽過程中，參賽選手在排除語言和異國文化障礙的同時又必須注重團隊間的合作與交流，充分發揮想象力及團隊力量設計并制作出符合比賽主題的機器人。從而激發了學生科技的潛能同時提高了學生國際交流和解決問題的能力，充分給參賽選手提供了一個提高技術以及展現自己才能的平臺。
3 IDC ROBOCON 2010在世博園
在海外經歷了20年的歷程，此次借上海世博會的契機，IDC比賽首次在中國登陸，并由上海交通大學工程訓練中心舉辦第21屆IDC ROBOCON機器人大賽，決賽在世博園公共參與館舉行。參加的選手由來自日本（工業大學、電機大學）、美國（麻省理工大學）、韓國（首爾大學）、巴西（圣保羅大學）、法國、新加坡、泰國及中國（上海交通大學、清華大學）8個國家，89名參賽選手和各國帶隊老師組成。圖1為參賽選手合影。此次比賽了受到了上海交通大學，中國自動化學會機器人競賽工作委員會等組織的高度重視，上海外語頻道ICS做了實時報道。
整個比賽為期兩周時間，8月5日-8月15日為機器人的設計和制作過程，16，17日參賽選手游覽世博園中機器人相關場館。18日在世博園內進行最后對決賽，全程對外開放，吸引了廣大地學生朋友們及社會人士的關注。
正式比賽開始，選手們通過半天的時間交流進行“頭腦風暴”。所謂“頭腦風暴”，就是根據比賽主題、利用有限的材料，通過不斷地交流達成共識，共同設計出完成比賽任務的機器人方案。在此過程中，不僅考驗了選手們專業知識的實際運用能力，更考驗了異國文化間的交流及團隊協作能力。每屆的比賽都設有新的主題和比賽任務，本次大賽是以“Better city，clean river”為主題，迎合世博和諧城市的主旋律。
比賽場地是模擬浦江兩岸的世博園（如圖2所示），左右兩邊的綠色區域，代表浦江兩岸的浦東浦西，中間凹陷10公分的藍色區域代表黃浦江，連結浦東和浦西的橋梁代表盧浦大橋。藍色區域內散放著一些乒乓球和高爾夫球是模擬“黃浦江”上可能出現的生活垃圾。
比賽分成淘汰賽和總決賽，淘汰賽在上海交通大學工程訓練中心舉行，13個比賽隊伍由抽簽分為4組進行循環賽，排名靠前比賽隊伍進入8強進行淘汰賽，最終選出4支隊伍赴上海世博園公眾館進行最后的決賽（如圖3所示），每參賽隊規定設計出兩個機器人并肩作戰，分別占據浦東和浦西各一塊，從規定的兩個區域出發（一塊在陸地上，另一塊在大橋上）。可以以鏟、撈等各種方式撿起黃浦江中的乒乓球和高爾夫球，最后以已撿到的球的種類和數量來決定勝負。
三 IDC ROBOCON比賽的意義
機器人比賽涉及多學科多領域的前沿技術，參加機器人比賽等實踐創新訓練是溝通傳統教學方法和培養創新型人才的橋梁，通過機器人比賽促進學生對機器人技術的興趣，調動學生的積極主動性。
實踐表明，機器人比賽是素質教育、創新教育與前沿研究相結合的一條可行途徑。與傳統知識傳授和技能培養為目標的教學方式不同，機器人比賽具有較強的實踐性、探索性和綜合性的特點[10]。通過開展機器人比賽，有利于促進教學與科研的結合，有利于及時了解當前機器人技術發展現狀，有利于接觸前沿技術，促進學生綜合素質的提高，促進創新能力與專業素質的提高。
學生們在研討爭論中，逐漸提高了語言表達能力，在策略方案分析中，鍛煉了思考、分析問題和解決問題的能力；在具體設計和安裝調試中，綜合運用各門課程知識，提高了工程設計和工程實施的安裝能力[1]。
通過對IDC ROBOCON 2010比賽的總結，我們可以發現，本次比賽具有如下意義：
1 激發學生的創新思維能力，培養學生嚴謹的科學態度
在比賽過程中，從機器人構想到設計，學生們可以利用主辦方所提供的有限材料進行自由大膽的構想，運用新技術和新思維為設計的機器人注入新的血液。充分激發科技創新能力，與此同時，也必須具有嚴謹的科學態度，尊重自然規律及科學定律。使設計出來的機器人不僅外觀上獨特新穎，更能在功能上解決實際問題。
2 培養學生的動手實踐能力和綜合運用能力
從精心的構思到制作出一臺機器人需要各種專業知識的融會貫通。IDC比賽特別注重的是要激發學生運用所學知識的相關性解決問題的能力，提升學生動手實踐能力的潛力。
3 加強了國際交流與團體協作
IDC比賽的側重點不是個人能力的發揮，而是要通過協作與溝通發揮集體的力量。通過比賽，給學生們提供了一個展示與較量的大平臺；一個交流與協作的大平臺；一個提高創新思維和實踐運用能力的大平臺。
同時通過舉辦IDC大賽，與各國學生和老師的交流，我們深刻的感受到，中國式教育下的學生存在著一些問題，主要體現為以下幾點：
（1）在面對不同國籍膚色的合作伙伴，在溝通交流上缺乏主動性和積極性
由于各小組成員是由不同學校和國家的學生組成，并且在為期兩周的時間內，學生們吃住行都安排在一起，朝夕相處，所以語言上的溝通交流是成功完成此次比賽任務的第一步。在比賽過程中所反映的問題是，雖然中國學生具備較強的語言能力和專業知識，但是在這個國際小團體中，與其他國家的學生相比，進入狀態所需時間較長。如何使學生們在充分地展示自我的同時又懂得積極地去學習和了解對方的文化、思維習慣正是IDC大賽舉辦的目的之一。注重語言教育的同時，多給學生們創造跨國文化的交流機會，加強學生對異國文化知識的運用和體驗，培養學生跨文化交際的能力，是非常有必要的。
（2）學生的理論知識與實際運用能力存在距離
IDC ROBOCON是一項實踐性較強的比賽，它讓學生們利用有限的材料，如電機、氣閥、遙控器等材料，經過搓洗、車削、磨工等加工程序，結合比賽主題，設計并制作出能夠完成大賽指定任務的機器人。在比賽中表現出的問題是：學生們在機器人設計方案上奇思妙想，新穎獨特，但缺少實際的制作及解決問題的可行性分析。導致多組選手在原先設計好的圖紙上反復的返工，浪費了寶貴的比賽時間。由此可見，現在的教學方式主要還是以分科分類，授業講課的形式來教書育人，缺少讓學生們聯系所學的知識進行創造性的綜合運用能力。
四 機器人教育的重要性
機器人教育是指以機器人為主要教學內容或教學工具而開展的教與學活動, 這些活動是在具體實踐的過程中逐步完成的[11]。機器人教育是滿足創新教育任務和目標的好教材，好課題，好方法；是創新教育和教育改革的切入點[12]。
創新教育是以培養人的創新精神和創新能力為基本價值取向的教育，也是現在高校素質教育的核心，而通過機器人教育這種形式可使我們的創新教育找到一個好的切入點，開展機器人教育是高校培養滿足社會發展的實用性人才的迫切需要。機器人教育進入工科高校是必要的，也是可行的，作為嶄新的教學載體，符合建構主義提倡的教育理念，能夠使學生在探索中學習，在活動中發現，在問題中創造地構建知識；能夠培養學生分析問題、解決問題的能力；能夠調動學生學習興趣和主動性、培養其動手能力和創新思維能力，可以促進工程思維方式的培養。
機器人教育主要通過課程教育與機器人比賽等方式，培養學生的合作意識，提高學生的創新能力，達到素質教育的要求，滿足經濟快速發展下的創新人才的需求，從而推進機器人產業發展，促進社會經濟進一步快速增長。而經濟快速發展又對人才需求提出了更高的要求，人才需求則要求教育進一步改革，從而必須進行創新教育與機器人教育。
五 機器人教育方法探討
作為培養學生創新能力的重要途徑，尋找到合適的機器人教育方法是非常重要的。本節主要提出從課堂教育以及機器人競賽兩方面進行機器人教育的實施，其中課堂教育包括理論教學與實驗教學，具體關系如圖4所示。
1 機器人課堂教育
由于機器人技術集成了機械、電子、計算機、人工智能、通信技術等多種學科，知識涵蓋面廣，所以必須進行系統的教學，使學生具備一定的理論基礎及實踐能力，才能真正理解與掌握機器人技術。
學校最基本的教育方式是課堂教學，同時課堂教學也是素質教育的主陣地，因此合理的課堂教學是機器人教育的基礎。但傳統課堂教學存在一些不足，例如忽視了學生是課堂主體，教學方法單一，枯燥，容易使學生失去學習興趣，不利于學生對教學難點的掌握；同時傳統課堂教學也存在著一定的局限性：主要是不能充分地適應學生的個別差異，照顧每個學生的興趣、愛好和特長；同時又難以充分照顧優、差生的學習和發展。
為了更好的在課堂教學中進行機器人教育，根據機器人技術的特點，必須改進以往的教學方式，在原有基礎理論課程教學的基礎上，有針對性的開設不同專業領域的課程，供學生自由選取，使得學生能夠根據自己的興趣愛好對機器人技術的相關領域進行進一步的深入探討。在一個龐大的機器人開發工程中，需要整個團隊通力合作才能完成機器人的設計，很難憑個人能力完成，主要因為機器人技術知識點分散，個人很難有足夠的精力掌握全部的機器人知識，因此在學生了解了機器人技術的概貌后，應該有針對性地讓學生掌握機器人某一領域的技術。
同時課程設計及畢業設計可以有效的提升及鞏固學生的能力，因此必須重視該環節的教學。在課程設計及畢業設計中，可以根據創新教育的任務和要求，結合機器人教育自身的優勢和特點，以學生為主體，在教師的引導下按照學生自身的特點，進行個性化教育，突出培養學生的創新精神，創新能力和創業意識。在設計課題的方案制定到方案實施，整個過程由學生獨立完成，從而激發學生的學習興趣和求知欲望，使學生的學習從被動向主動轉化，培養學生的自學能力和選擇知識的能力，同時理論聯系實踐，提高學生學習的深度和廣度，培養學生的創造精神、實踐能力以及獨立分析問題和解決問題的能力。
課堂教育包括理論教學和實驗教學，而實驗教學，需要對機器人實體進行教學，因此機器人教具的開發成為進行機器人實驗教育的基礎。沒有機器人相關實體，將很難培養學生的動手能力，很多知識只能停留在課堂教學的理論水平，無法達到機器人教育的創新能力的培養。上海交通大學工程訓練中心在機器人實驗教學方面主要是通過金工實習、本科生研究計劃項目（PRP項目）、探究拓展課程的設計，讓學生有機會接觸到實際的實踐項目，同時工程訓練中心還建設了創新工坊，供學生實踐操作。
另外機器人生產商是機器人教育的一個隱性推動者，部分機器人課程的順利實施也得益于機器人生產商。在教具開發中，也可以采取與機器人開發商合作，通過加強校企合作，構建機器人產學研平臺也是進行機器人教育的重要途徑。
2 機器人比賽
舉辦機器人比賽，是最好的實踐平臺，讓學生在學好基礎理論知識和基本技能的基礎上，盡快地參與科學研究、創新活動和社會實踐活動，通過實踐活動獲得實際經驗，增強解決實踐問題的能力，提高學生的自信心和適應各種環境的能力。
日本的機器人教育水平和機器人文化普及水平是世界上最高的國家之一，之所以在機器人教育方面取得了如此大的成功，得益于每所大學都有高水平的機器人研究會，并且每年定期舉行機器人大賽；并且大賽得到日本政府、企業界和教育主管部門的重視和支持。通過舉辦大賽，加速日本機器人文化的普及，調動了社會各方面的力量，開發了大量的機器人產品，增強了社會應用機器人技術的積極性。同時為日本的創新教育提供了好教材，好課題，并培養了大批創新人才和機器人研究和應用人才。
學生對機器人比賽興趣高漲，參與意識強烈，學生通過參與機器人方案的選擇，機器人的設計和制作，完成了從理論到實踐的過渡，使得學生的課程設計、畢業設計等落到實處。機器人比賽與教學性課程設計、畢業設計最大不同之處在于，它不僅具有工程背景而且需要實踐來檢驗，來不得半點含糊；在運行調試中，項目內容不斷地通過修改完善，潛移默化地培養了追求完美，凡事講究的工作作風；整個過程還教會了學生如何團結協作、善于聽取意見和處理人際關系。因此，通過機器人比賽可以全方位地培養學生的創新意識與創新能力，同時可以使學生的身心教育向著更加健康的方向發展。當然機器人比賽絕對不能只局限于競賽，應該和當前的基礎教育課程相結合，這樣才能使機器人教育得以持續地開展和普及。當前機器人比賽也存在很多問題，比如很多由于商業因素對比賽的干擾，使得競賽活動的教育目的不夠突出，競賽內容固定缺乏創造性、科技含量不高，學生的創新能力得不到發揮；由于水平參差不齊，有些參賽者急功近利，靠廠家提供的技術人員直接幫助進行比賽。其主要原因是，由于制作開發機器人需要大量經費，有些經濟條件較差的學校為了順利開展機器人教育，從而太過注重競賽結果，導致偏離了機器人競賽的初衷。
因此在實施過程中，學校應該盡可能地讓學生參與高水平的機器人比賽活動，如國際級及全國級的機器人比賽，同時為了讓更多的學生能夠參與機器人比賽，學校也可以自己組織相關競賽活動。上海交通大學工程訓練中心在完成日常教學任務的前提下，經常組織機器人相關的比賽，供學生參與，如前面介紹的IDC比賽，還有與其他社會企事業單位合作舉辦的比賽，如“Pro-face杯”人機界面―PLC控制系統編程競賽等，獲得了學生的好評，取得了很好的教學效果。
六 總結
上海交通大學通過申辦IDC比賽，促進了學生對機器人技術的興趣，調動了學生對實踐活動的積極主動性，激發了學生的創新思維能力，培養了學生嚴謹的科學態度、動手實踐能力和綜合運用能力，提高了國際交流與團體協作能力。隨著素質教育的不斷深入，作為創新教育與教育改革的切入點，機器人教育已大步走上教育舞臺。本文在介紹IDC ROBOCON 2010的基礎上，闡述了機器人教育在當今素質教育中的重要性，并探討了課堂教學與機器人比賽相結合的方式是進行機器人教育的有效途徑。
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IDC ROBOCON and Discussion for Robot-based Education
FANG Bo CAO Qi-xin
(Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)
關鍵詞：虛擬機器人；校本課程
中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）13/14-0161-03
機器人是信息技術發展的前沿領域，是一門具有高度綜合滲透性、前瞻未來性、創新實踐性的學科，蘊涵著極其豐富的教育資源。隨著虛擬技術的不斷完善，虛擬機器人技術逐漸出現在教育教學中，特別是在校本課程的開發中發揮了獨特的優勢與魅力。下面，筆者就談談虛擬機器人技術的校本課程開發。
初識虛擬機器人
目前，按價格從高到底能找到的機器人有高端實體機器人、低成本實體機器人和虛擬機器人三種。高端實體機器人的價格相對偏高，低成本實體機器人目前還處于發展初期，各種硬件和軟件都不太成熟。因此，為了更好地普及機器人教育，同時減少學校的支出，我們最終選擇了具有實用價值的機器人教育載體――虛擬機器人。虛擬機器人教學不需要機器人硬件，只是在計算機上設計、搭建、制作機器人編程，所以它降低了學生學習機器人的成本，使其能有更多機會學習機器人，受益于機器人教育。
虛擬機器人教育走進基礎教育的形式
目前，虛擬機器人教育進入中小學的主要形式是競賽活動。學生能通過競賽培養綜合能力。縱觀各地中小學機器人教育的方式，大致可以分為如下幾種：
一是通過學校、少年宮、少科站等單位吸收機器人愛好者，組成虛擬機器人小組，代表地區參加各類競賽活動。這種形式是虛擬機器人進入中小學教育視野最多也最有效的方法。
二是把虛擬機器人技術學習放入綜合實踐活動課中普及。
三是把虛擬機器人作為信息技術課的內容之一寫入中小學信息技術教育課程，這種形式正在形成期，教材的編寫、課程的常規性開設正在起步。
四是虛擬機器人教育作為研究性課程的形式進入中小學，這種形式的推廣會更有利于培養學生的創新能力。
扎實有效地開展學習虛擬機器人校本課程
虛擬機器人教學是一門新興的課程，它的主要任務是培養學生對機器人的興趣，使他們了解和掌握機器人的基本知識和技能，了解技術的發展及其應用對人類生活和科學的深刻影響。虛擬機器人課程屬于綜合實踐活動課范疇，如何組織和開展好課堂教學，需要把握以下幾點。
1.培養學生的主體性
在編程調試的過程中，讓每位學生都參與編程和調試活動，重視學生的主體參與、自我探究、自我發現，注重對學生學習經驗的培養，注重學生體驗、感悟和實踐的過程，注重學生個性的健康發展，以及創新精神、實踐能力、探索能力、研究性學習能力的培養。
2.發揮教師的主導性
在機器人課堂教學活動中，由于課程本身的難度大、靈活性高，所以教師的主導作用是非常重要的。如何把復雜的問題講得通俗易懂，把理論指導變成程序設計，最后引導學生把自己的所得通過實踐展示出來，這需要教師做充分的課前準備和大量的實踐嘗試。
3.培養團隊精神，注重小組合作
在機器人課程的學習過程中，學生的動手能力、編程能力等個體差異比較大，所以在教學中既要兼顧學習好的學生，讓其能更深入地開展學習，又要帶動學習有困難的學生。一般可以將學生分成若干個小組，組建相對固定的學習團隊來開展學習和研究。
4.使用靈活多樣的教學方法
在課堂教學中應根據不同的教學內容和需要，靈活選用講授、項目引導、直觀演示、小組討論等多種方法，避免讓學生在某種固定模式下產生學習疲勞。
5.完善課堂評價方式，讓學生體驗成功的樂趣
在課堂教學過程中，要多方位、多角度地看待每一位學生的學習，少注重結果，多注重學生自主學習、自主探究的過程。教師對學生的每一點進步、每一點成功都及時給予表揚和鼓勵，隨時讓他們在學習的過程中感受著成功的喜悅。這種愉悅的心情也會更加促使他們自主、自愿地投入到學習、探究中。
6.借力IRobotQ3D，打造校本課程
自從接觸了IRobotQ3D軟件以后，校本課程開發之夢逐漸成為現實。IRobotQ3D軟件不僅能提供非常豐富、逼真的場景，還能提供更多的機器人組件，更能基于網絡的互動模式進行設計。作為教師，不僅可以通過IRobotQ3D軟件讓學生感受各種機器人組件，使其有更豐富的體驗，還可以自己設置場景，讓學生以個人或小組為單位完成個性化的練習、比賽任務，這樣，學生就有了更大的發揮、創造空間和平臺。同時，虛擬機器人的校本課程開發還可以延伸到學生的家庭及假期生活，無論學生在哪個地方，只要能上網，他就能登錄服務器，參與到活動中來。
虛擬機器人技術在中小學教育中產生的影響
虛擬機器人是進行信息技術教育的有效載體，機器人教育旨在培養學生的創新精神和綜合實踐能力。隨著我國基礎教育信息化的發展，機器人教育正越來越被人們所關注。近幾年，許多中小學都開始利用機器人教育來促進信息技術教育，培養學生的動手能力。機器人逐漸成為青少年能力、素質培養的智能平臺。
1.促進教育方式的變革
在機器人教育中，課堂以學生為中心，教師作為指導者提供學習材料和建議。學生必須自己去學習知識，構建知識體系，提出解決方案，從而有效培養了動手能力、創新思維能力。
2.有效激發學習興趣、動機
“寓教于樂”是我們教育追求的目標，也是教育游戲成為當前研究熱點的一個原因，所以學習興趣是學生學習成功的重要因素。機器人教育可以通過比賽的形式，來激發學生學習機器人的興趣，使其得到周圍環境的認可和贊賞，進而激發他們的斗志和拼博精神。
3.擴大知識面，轉換思維方式，培養空間思維能力與大局意識
在對機器人的學習過程中，學生通過對搭建機器人過程中的實際問題的解決，可以學到模擬電路、力學等方面知識，這不但促進了物理學科、計算機學科等教學，還擴大、加深了學生的科學知識；通過為機器人編寫程序，學生不但學到了計算機編程語言、算法等顯性知識，還學到了科學而高效的思維方式，邏輯判斷思維、系統思維等隱性知識。借助虛擬機器人完成夢想的過程，必將經歷提出問題、分析問題、解決問題的過程，而這個過程中，學生會不斷地反思自己的工作，一次次提升自己觀察、思考問題的角度和高度。機器人的搭建不僅是對學生空間思維能力的訓練，更是對學生的大局觀和綜合分析問題能力的訓練。
4.培養學生的團隊協作能力
機器人教育大多以小組形式開始，機器人的學習、競賽實際上是一個團體學習的過程。它需要學習者團結協作，包容小組其他成員的缺點和不足，能夠與他人進行有效的溝通與交流。學習者在實踐鍛煉中提高自己的團隊協作能力，這種方式比普通的教育方式、方法更加有效。
5.培養學生的創新能力
創新已經成為社會進步的原動力，而虛擬機器人技術具有科技含量高、創新性強的特點。在虛擬機器人校本課程開發的過程中，學生可以根據自己的想法，隨意動手完成機器人的拼裝工作。在學生將自己心中的機器人變為現實的過程中，教師應鼓勵學生勇于探索，應使用與眾不同的方法、思路，全力支持W生有創意的想法或做法，這樣能鍛煉學生的創新能力，培養和激發他們的創新精神，提高他們的綜合素質。
6.培養學生的應變能力
由于虛擬機器人的運行會受場景、時間等因素的影響，所以制作機器人時要考慮很多因素。例如，在虛擬機器人（足球、滅火燈）的制作環節，競賽要求選手根據實際情況，不斷搭建、編程、調試，完成規定的競賽項目，具備應變能力和處理突發事件的能力，這就要求教師在平時訓練中要注重培養學生的應變能力。
7.培養學生嚴謹的學習習慣與邏輯思維能力
從機器人的搭建，到讓機器人完成既定任務，是一個漫長的過程。要讓設計的機器人完成任務，程序必不可少，而設計者的想法與策略是否合理，機器人的行動就是最好的檢驗。在程序的編寫過程中，即使是最微小的語法錯誤，也會影響到機器人的正常運轉，所以完成程序的編寫及調試的過程，是對學生邏輯思維能力及嚴謹的學習習慣進行訓練的最佳機會。經過編程洗禮的學生，在學習及日后的工作、生活中必將擁有更嚴謹的學習思維習慣。
虛擬機器人教育發展未來展望
【關鍵詞】機器人；循線；算法；傳感器
中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-0278（2013）02-101-02
隨著科學技術的發展和傳感器技術的日益進步，車輛通過視覺系統實現自動導航駕駛已經不是夢想。目前，部分車輛已經具有了自動跟隨前車行駛和自動泊車的功能。“機器人游中國”競賽旨在將車輛自動控制技術以比賽的形式推向的大學生群體。目的是引導大學生研究、設計并制作具有優秀硬件與軟件系統的移動機器人，逐步提高機器人的能力與智能。競賽項目要求機器人在規定時間內，游歷盡量多的景點，獲得盡量多的得分，并在假期結束前回到出發地，整個過程正如一個機器人在中國旅游，故名機器人游中國。
一、對游中國比賽規則的解讀
（一）競賽級別類型
“機器人游中國”比賽中以機器人重量級別分為輕量級和重量器兩種，以機器人的外觀類型又分為Ⅰ型機器人、Ⅱ型機器人和Ⅲ型機器人，因此，該類比賽一共有6個小項如表所示
（二）機器人類型
Ⅰ型機器人：外觀與尺寸無具體限制，能適應旅游場地即可。通常為四輪式。
Ⅱ型機器人：外觀像一個人站在汽車上檢閱巡游，肩膀轉動軸心到地面的高度為機器人前后最大軸距的2倍；有可以分別獨立運動的左右手臂；有可以獨立運動的頭。
Ⅲ型機器人：外觀，像一個人穿著旱冰鞋，鞋上的輪子數量不限，雙腿（除腿根）雙足之間不得連接，腿根高大于肩高的2/3；有可以分別獨立運動的左右手臂，有可以獨立運動的頭。
（三）場地、路線和環境
比賽場地為一塊7mXlom的地毯，小車可沿24mm寬的白色引導線到達各個景點，在途中會設有各種路障、減速帶、橋梁以及高山來模擬真實的路況。這就更要求機器人有適應各種路況場地的能力和相應的應對措施。
二、應對策略
比賽要求在規定的時間內，機器人盡可能多地完成旅游線路上規定的景點，完成后返回出發點。這是對移動機器人個體性能的完美考驗，不僅要求有良好的硬件系統和軟件系統，還要求具備一定的系統規劃與優化能力。有的機器人可能在規定的時間內完不成全部的旅游任務，那么，它就要盡可能多地到達一些景點，并衡量線路規劃的得失。因為到達遠的景點得分高，近的景點得分低，在規定時間內返回出發點又會加分。所以，整個線路的設計考驗參賽者的智慧。
1.系統規劃與優化能力：在預定的假期時間內游歷盡量多的景點，完成計劃中的旅游活動，并回到出發地點。是一種最優規劃活動；有一定的系統規劃與優化能力。
2.應變能力：有些可移動景點與路障的擺放數量與位置，在機器人放進出發區后，隨機確定。這在一定程度上可控制競賽的難度，并使旅游路線有一定的不確定性。未來，路線圖也可以在賽前臨時公布。
3.視力：考驗機器人辨別形狀和色彩的能力，引導機器人視覺能力的提高。
4.爬坡能力：對于Ⅱ型和Ⅲ型機器人難度更大。
5.跨越門檻的能力：這對三類機器人都是重大考驗。
6.快速性與穩定性。機器人在的整個旅游過程中，始終要在快速性與穩定性中間求得平衡，否則，難以取得好的成績。
三、游中國機器人系統結構及特點
“機器人游中國”項目關鍵在于機器人的循線行駛能力。要想提高循線質量，很大程度上取決于傳感器視覺效果的好壞，這就要求傳感器具備過濾自然光、環境溫度等外界干擾的能力。機器人采用8個激光一字排開作為視覺傳感器，通過激光傳感器反饋的數據，判斷小車中線偏移引導線的程度，控制電機差速運行，保持小車穩定循線。前瞻安裝于機器人正前方和正后方都，以便機器人可以雙向行進，這樣的設計免去了180度的轉彎，大大的減少了時間。由于機器人行進過程中速度相當快，而景點只有碰撞才能得分，為了讓機器人碰撞景點前，提前減速，可以很大程度上減小機器人的損壞。機器人利用光電開關，讓機器人在景點前20cm時減速，保證了長直線的速度，也保護了機器人硬件。為了讓機器人能夠精確轉彎，利用電子羅盤精確轉向，尤其在個別多岔道路口時的道路選擇上，可以提高轉向的精確度。在軟件上，利用數字PID算法實現智能循跡，能夠較好地解決小車行進過程中抖動、加速慢、轉彎不穩定問題。同時配合編碼器測速，使得電機轉速擺脫電源電壓限制，保證小幅度電壓變化不影響小車速度，增強了程序穩定性。
關鍵詞：機器人教學；探究；情感和態度
中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號：1671-7503（2014）01/03-0125-02
機器人的教育普及化使得機器人教學進課堂已經成為一種可能，如果說以參加競賽為目的的培養模式是為了給機器人技術輸送后繼人才，那么，普及型的課堂教學是素質教育發展的必然，也是學校實現教育公平和提高全體中學生信息素養的必由之路。實踐中，筆者注重了學生心理變化的觀察和調節，較好地發揮了他們的學習主動性，培養了學習自信心。
一、在教師指導下組建學習小組，體驗自主感與協作性
機器人教學的設備比較昂貴，難以實現一人一臺，通過組成三到五人的學習小組，就能解決設備不夠的困難，也能有利于成員間的合作探究。小組的組建要體現成員間的互補原則，同一小組中盡量有不同智力水平和特點的學生存在，可以相互提醒和幫助。一般來說，每組必須有一個操作電腦的高手，有一個能負責機器人編程的高手，還需要有能組織小組活動、協調能力比較強的小組長。小組之間的水平要大體相當，有利集體競賽的公平開展。小組確立后，學生從教師那兒領取機器人，開始編程、下載和調試。
二、聯系生活和生產需要，感知機器人的神奇性
筆者通過多媒體播放機器人工作的相關片段，包括海底探險、空間探秘、交通管理、娛樂服務、工業制造等方方面面的畫面，讓學生了解機器人的神奇本領，由此引出課題，并討論什么是機器人，使學生了解機器人的本質，激發學習的熱情。通過圖片播放，讓學生觀察機器人大腦的基本構造及機器人工作環節的基本結構，并讓學生了解馬達的基本知識。
三、根據學生特點調適難度，經歷挑戰后的欣喜
機器人這三個字，對一般中學生來說，他們開始的感覺就是一個字——“神”，神奇加神秘，還有深不可測。在讓學生感知機器人的神秘的同時，要化解他們對課程的畏難情緒，從一開始就給學生一個良好的心理體驗，從而愛上這門科。
教學中，筆者放棄了繁瑣的程序講解，而是通過圖片化編程語言進行教學，給學生一個直觀的圖示，有效提高程序設計的效率。一般而言，開始時學生還不會探究，這時教師要以提問和講解為主，由教師的示范來帶給學生一種神奇感。但幾個回合后，教師就要適當放手了，把設計的自還給學生，這樣他們才能真正鍛煉能力而獲得成就感。
四、注重探究能力的培養，合作中達到成員精神共贏
在進行“機器人前進”這塊內容教學時，筆者重點突出了對學生探究能力的培養。因為學生在操作時發現，雖然每個組編的程序和設置的速度一樣，方向是前進，但有的機器人在前行中會左右不斷變換方向。這就引起了他們的探究興趣。于是筆者讓他們去檢查組與組之間所提供的設計是否有區別？組內的兩個馬達是否有區別？當學生發現是馬達的問題時，又繼續引導道：怎樣讓兩個馬達的速度一致呢？”讓學生進行小組討論。之后有學生認為：把機器人中快的馬達的速度調試得慢一些。有的則認為，應該是慢的調快，因為100已經是馬達速度的最大值了。最后，有的小組把馬達速度設成100和70，有的小組則調成80和55，經過嘗試，都達到了按教師要求前行的目的。實踐證明，學生在這樣的課上不僅培養了能力、豐富了知識，還學會了合作，享受到了實踐的樂趣。學生在課堂上不僅獲得了知識與技能，還通過親身體驗培養了與他人合作的意識，有效地提高了學生的邏輯思維和判斷能力，形象直觀地體味了編程的樂趣。
五、進行組間競賽，激發集體榮譽感和好勝心
與以往學習中學生以個人為單位被教師評價和檢測不同，機器人競賽的優勢是以小組為單位，讓學生在合作中分享集體智慧創造的樂趣，所以，更有利于學生團隊意識的培養。引入競爭機制，正符合中學生好動、愛動，富于挑戰精神的特點。例如：讓學生比賽“讓機器人發光”這一程序的設計，到比賽時，教室內氛圍異常緊張，大家屏住呼吸，生怕影響了機器人的前行。成績出來后，獲前幾名的小組互相擊掌祝賀，暫時落后的小組則互相繼續探討，表示下次一定要改進方案，直到勝出為止。
綜上所述，機器人教學進入中學課堂，應該變換原來機器人區縣競賽輔導那種高、難、深的輔導模式，以生動、簡易和一定的探究性引領學生的學習熱情。從整個完成的教學效果看，這一教學嘗試改變了平時課堂的一貫模式，充分體現了學生的主體性和創新精神，鼓勵學生自己去探究、去嘗試。筆者以為，從新課程三維目標的角度看，機器人教學在中學階段應該適度淡化知識與能力、過程與方法兩塊目標，而著重借這兩塊目標的達成實現學生學習情感、態度與價值觀的升華，全面提升他們的學習興趣。后者作為機器人課堂教學的隱性目標，需要我們通過顯性化的教學設計與觀察，通過教師敏銳的感官去捕捉，通過機智的話語和眼神去引導，通
過積極的肯定和真誠的賞識去強化。
參考文獻：
