时间：2023-05-30 08:55:37
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇机器人竞赛，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）21-0123-02
随着现代化科学技术的不断发展，机器人已经越来越多地融入到我们的日常生活中。机器人技术作为一项涉及了人工智能、机械工程、自动控制、传感技术等多领域的综合性学科，受到各行各业的关注。机器人竞赛由于其自身的综合性和竞争性已在国内外十分盛行，它给现代教育改革注入了新的能量[1]。我校工程训练中心创新班自2010年第一届“中科欧鹏杯”中国教育机器人大赛以来，连续4年参赛，并取得一等奖近20项、二等奖10余项的好成绩。本文分析了机器人竞赛对于教学改革的积极意义，提出以机器人竞赛为目的的实践创新教学体系，并得到良好的教学效果。
一、国内外赛事
目前，国际上的各类机器人竞赛大多自上世纪末兴起，历经近二十年的发展，已成为了综合性教育改革的新力量。近年来，国内的机器人竞赛也在迅速开展，旨在推动机器人技术发展，培养学生的综合创新能力，并取得了良好的效果。国内、国际上一些影响较大的机器人竞赛包括以下几项。
1.机器人足球竟赛。机器人足球竞赛需要由若干机器人组成队伍，通过机器人之间的互相通信、配合，协同进行比赛。目前，国际上最具影响力的两个机器人足球赛事组织为：FIRA国际机器人足球联合会和ROBOTCUP国际机器人足球世界杯赛。
2.机器人灭火竞赛。机器人灭火竞赛最早是由Jack Mendelssohn教授在1994年提出，该竞赛模拟机器人在一套四室一厅的房间内进行灭火，要求参赛的机器人在尽可能短的时间内熄灭房间中随机放置的蜡烛。目前，机器人灭火竞赛已成为全球最普及的智能机器人竞赛之一。
3.亚太大学生机器人大赛。“亚太大学生机器人大赛”始于2002年，由“亚洲太平洋地区广播电视联盟”（ABU）发起，每年举办一次，已成功举办13届。大赛主要面向包括中国、日本、韩国、新加坡、泰国和印度尼西亚等国家和地区的在校大学生，着力培养学生的科技创新能力。
4.“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛。“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛是教育部为提高我国大学生创新实践能力、团队协作精神，委托高等学校自动化专业教学指导委员会主办的机器人竞赛。大赛2006年首度举办，分为竞速赛与创意赛两类。
另外，国内还举办有中国机器人大赛、全国机器人大赛、“广茂达”杯中国智能机器人大赛等赛事，旨在为RoboCup公开赛、FIRA世界杯机器人大赛以及国际机器人灭火竞赛的中国赛区选拔优秀的队伍。
二、机器人竞赛促进学生能力培养
机器人技术是一项涉及人工智能、机械工程、自动控制、传感技术等多领域的综合性学科。智能技术的迅速发展，也为机器人竞赛提供了越来越完善的平台。学生通过参加机器人竞赛，能够提高学科综合能力，培养实践创新能力以及团队协作能力。
1.机器人竞赛与创新能力的培养。创新人才的培养是建设创新型国家的关键，本科教育则是培养创新型人才的重要阶段[2]。教育部《关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》中强调：要大力加强实践教学改革，推进高校实践教学模式的改革与创新，促进学生自主创新兴趣和能力的培养，激发大学生的兴趣和潜能，培养大学生的团队协作意识和创新精神。在我国传统本科教学体系中，通过教师授课是学生获取知识最普遍的渠道，与此同时，考试成绩也成为教师检验学生知识掌握情况的唯一方法。目前，随着社会对于人才要求的不断提高，实践能力受到了越来越多的重视，各高校广泛开设工程训练相关课程以提高学生的实践动手能力。然而，笔者在辅导我校工程训练中心“电工电子基础”课程时发现，学生在传统教学体系中缺少的并不仅仅是实践动手能力，更重要的是创新能力。
创新能力是指运用已掌握的知识和理论，在科学、技术及各类实践活动中，不断提出具有社会价值、经济价值的新思想、新方法和新发明的能力[3]。机器人竞赛为大学生创新能力的培养提供了一个很好的平台：①首先，在机器人竞赛中，一般仅给定比赛目标和规则，学生需要从底层算法、硬件设备、机器人外观等逐个设计和调试。在这个从无到有的过程中，每一阶段都要求学生提出自己的解决方案，很好地培养了学生的创新思维能力;②机器人竞赛内容极具趣味性和可观赏性，大大增强了学生的学习兴趣和学习主动性。相对于传统的以教师为主的教学模式而言，以竞赛促进教学的模式更加以学生为主导，也更容易培养学生的创新思维;③采用竞赛形式，具有一定竞技性，一般要求各参赛队从策略、技巧和时间三个方面进行比赛，这就要求学生在备赛过程中不拘于传统思维的束缚，勇于创新。
2.机器人竞赛与综合能力的培养。机器人竞赛一般由学生自由组队参加，并根据自身兴趣爱好、专业方向等选择参赛题目，每个参赛题目往往涉及多个学科，需要学生能够灵活应用所学知识，并与其他专业同学协作、沟通共同完成。在此过程中，不仅大大提高了学生的创新能力，同时提高了其他综合能力[4-6]：①学生在确定题目后首先需要通过书籍、文献、网络等多种方式收集相关资料，并结合所学知识进行分析，形成初步方案。这个阶段提升了学生对于信息的获取能力以及综合分析能力;②在机器人制作过程中，学生需要亲自动手操作，将自己的想法付诸实践，并在实际操作中不断发现问题并解决问题。在这个阶段中提升了学生的动手实践能力;③机器人的制作大多涉及多个学科，需要学生通过团队的沟通、合作，最终达到目标，这大大增强了学生的团队沟通、协作能力;④在机器人竞赛中，除了制作机器人对于学生的考验，还会遇到一些其他问题。如在正式比赛时参赛机器人常会由于场地、灯光等问题出现误差，这就需要学生根据现场进行快速的调试，这锻炼了学生的逻辑思维及临场应变能力;另外，有的比赛项目需要向评审老师讲解参赛机器人的原理、创新点等，这也锻炼了学生的语言表达能力。
三、机器人技术实践创新教学体系
机器人实践创新教学体系是以机器人竞赛为目标而开展的一系列教学活动，主要分为三个部分，如图1所示。
第一阶段主要进行基础课程的学习。我校工程训练中心自2011年起开设机器人技术选修课程，课程面向全校学生，共16课时，主要包括机器人演示实验、机器人技术基础知识。通过机器人技术选修课程的学习，学生可以了解到机器人技术的基本概念，并掌握一些基础知识，达到机器人技术的入门水平。最后，通过学生自身意愿和教师的筛选，进入第二阶段的学习。
第二阶段主要在我校工程训练中心下设的创新班进行学习。西安科技大学创新班成立于2004年，为开放性实验室，采用模拟公司制度进行自主化管理，师徒培训制进行学习。通过学生之间的“师徒”式学习，让每个学生以自己可以理解的方式传授给“徒弟”，在互相沟通、交流中不断提高。通过这一阶段的学习，学生能够基本掌握机器人技术，并且可以独立承担机器人制作中的特定环节。
第三阶段为实战训练。在学生基本掌握机器人技术后，通过一些竞赛形式的项目让学生熟悉整个比赛流程，提前了解比赛中可能出现的问题，发现自身相对薄弱的环节并加强学习。
通过以上实践教学体系的学习，学生已经能够很好地掌握机器人技术，并熟悉机器人竞赛流程。最后，由教师挑选的优秀队伍参加正式的机器人竞赛。我校自2010年第一届“中科欧鹏杯”中国机器人大赛以来，连续4年参赛，并取得一等奖近20项、二等奖10余项的好成绩。实践教学证明，机器人技术实践创新教学体系有着良好的教学效果。
随着现代化教学理念的不断更新，各类学科竞赛不断开展，机器人竞赛已经成为教学改革的新力量。本文首先列举了国内外规模较大的机器人竞赛，分析了机器人竞赛对于现代教学改革的推进作用。随着机器人竞赛活动的开展，激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生创新实践能力、团队协作能力以及其他综合能力。最后，本文提出了以机器人竞赛为目的的实践创新教学体系，该教学体系收到了良好的教学效果。
参考文献：
[1]张国民，张剑平.我国基础教育中机器人教育的现状与对策研究[J].现代教育技术，2008，18（5）：92-94.
[2]李金昌，林家莲.实践教学与学科竞赛相结合，促进创新人才培养[J].实验技术与管理，2011，28（11）：1-3.
[3]徐宏英，李毅，赵鹏举.基于机器人竞赛的创新人才培养与实践[J].教育教学论坛，2012，（32）：245-246.
[4]于金霞，张英琦.基于机器人竞赛的大学生创新素质教育[J].计算机教育，2010，（19）：58-60.
关键词：水中机器人比赛；电源模块；升压电路；USB口充电
中图分类号：O442 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）31-0149-02
中国水中机器人大赛是由中国自动化学会机器人竞赛工作委员会和科技部高技术发展研究中心主办，由北京大学智能控制实验室牵头的一项面对全国高校的智能机器人竞赛。比赛以仿生机器鱼在水池之中进行水中顶球、竞速追逐等对抗形式展开。水球比赛除了涉及到机器人足球所涉及到的各种技术之外，还涉及到水动力分析、水中通讯、图像处理、抗干扰技术等多方面的内容，是一个综合性的项目。
目前竞赛用仿生机器鱼大多采用电机进行驱动，依靠电池作为动力源，因此电源管理方案的改良对仿生机器鱼的发展有着重要的意义。目前竞赛用仿生机器鱼采用3节镍氢电池串联供电，体积大且储能效率低。本文就竞赛用仿生机器鱼现有的电源模块进行改良，提出了一种基于锂电池供电的升压电源模块，同时采用USB2.0接口进行充电，并有成型的产品实验，取得了明显的改进效果。
一、电池的选择
目前民用多采用的可重复使用的电池性能比较如表1所示。
表1 常见可重复使用电池性能表
从表1可以看出，常见的四种电池的能量密度中，锂电池密度最大，使用寿命也较长，且没有记忆效应，是一种综合性能较优的选择对象。锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，锂电池大致可以分为锂金属电池和锂电子电池。市面上常见的可以反复充电使用的为锂离子电池，其电池正极多采用锂铁磷酸盐，负极多采用石墨。在放电时，锂离子从负极脱插，嵌入正极，充电时从正极脱嵌，插入负极。常见的正极材料如表2所示。
表2 常见正极材料
负极材料大致可以分为三大类，第一类为碳负极材料，如人工石墨等，目前已经实际应用的锂离子电池的负极材料多为碳负极材料。第二类为纳米级负极材料，如纳米氧化物材料，目前该类产品多处于试用阶段，采用该技术可以大幅度提高锂电池的充放电电量和次数。第三类为实验性材料，例如锡基负极材料、合金类负极材料和含锂过渡金属氮化物负极材料等，该类材料都没有商业化产品。由于电池需要驱动3~4台舵机工作，同时还要给控制芯片和通信模块供电，一般要求仿生机器鱼续航能力在2~3小时，故考虑电池的容量不少于2000mAh。在实际工程当中，常见的18650锂电池是可以基本满足上述要求的，该类型锂电池是直径为18mm，长度为65mm的圆柱形锂电池，其容量一般在1200mAh~2600mAh之间，充满电电压4.2V，平台电压3.7V，最大放电电流一般可以达到2A。
二、升压电路模块设计
锂电池的输出电压为3.7~4.2V，可以满足控制芯片和通信模块（CC2430）工作电压要求，而舵机的工作电压为5V，因此要设计一个升压模块来提升锂电池的输出电压，满足舵机的供电要求。为了提高升压模块的工作可靠性，本文采用了基于MP1542升压模块的升压电路。MP1542是一款电流模式升压转换模块，其内部有一个2A、0.18Ω内置转换器可以提供高效快速的响应。MP1542可以工作在1.3MHz或者700KHz两个频率下，可以在简单滤波和低噪音的环境下工作，软启动可以是低电流浪涌。通过外部支持电路编程实现2.5V输入，5V-12V，500mA输出。MP1542支持欠压锁定、限流和热过载保护等功能，可以有效地在负载输出过大时对电路进行保护。MP1542常见的支持电路（3V升8V）如图1所示。
图1 MP1542常见支持电路
输出电压值可以通过R1和R2的比值来进行调节，其中R2的阻值固定为10kΩ具体的公式如式1所示： Vout=■VFB（式1）
其中VFB=1.2V
根据MP1542工作原理，如果我们需要5V的输出电压，则R1的阻值约为30kΩ。
三、充电电路设计
根据锂电池性质，其允许的充电电流是0.1~1.5备电池容量之间，常规的充电电流是0.5倍电池容量，充满电大约2~3个小时。最高充电终止电压为4.2V，不能过冲，通常是恒流充电至4.2V后转入恒压充电，当恒压充电电流降至100mA以内后停止充电。我们选取的电池容量为2600mAh，根据锂电子的工作特性，将充电额定电流定为不超过2A，充电电压为5V。考虑到充电电源适配器的问题，目前市面上比较成熟的电源适配器多采用USB口，例如给各类平板电脑充电的充电器，为节省设计成本，充电电池采用了USB2.0接口的充电接口，同时该接口也可以预留作为读写数据接口。为保障电池的工作安全性，本文采用了目前市面上常用的设计方案，采用CN3068的500毫安USB 接口兼容的锂电池充电集成电路作为充电模块。CN3068是专门为一节锂电池而设计的线性充电器电路，利用芯片内部的功率晶体管对电池进行恒流和恒压充电。充电电流可以用外部电阻编程设定，最大持续充电电流可达500mA，不需要另加阻流二极管和电流检测电阻。CN3068包含两个漏极开路输出的状态指示输出端，充电结束指示输出端STAT1和充电状态指示端STAT2。芯片内部的功率管理电路在芯片的结温超过115℃时自动降低充电电流，这个功能可以使用户最大限度地利用芯片的功率处理能力，不用担心芯片过热而损坏芯片或者外部元器件。这样，用户在设计充电电流时，可以不用考虑最坏情况，而只是根据典型情况进行设计就可以了，因为在最坏情况下，CN3068会自动减小充电电流。CN3068的典型应用电路如图2所示。
图2 CN3068典型应用电路
CN3068的工作原理如下：当输入电压大于电源低电压检测阈值和电池端电压时，CN3068开始对电池充电，STAT2管脚输出低电平，表示充电正在进行。如果电池电压Kelvin检测输入端（FB）的电压低于3V，充电器用小电流对电池进行预充电。当电池电压Kelvin检测输入端（FB）的电压超过3V时，充电器采用恒流模式对电池充电，充电电流由IR管脚和GND之间的电阻RIR.确定。当电池电压Kelvin检测输入端（FB）的电压接近电池端调制电压时，充电电流逐渐减小，CN3068进入恒压充电模式。当充电电流减小到充电结束阈值时，充电周期结束，STAT2端输出高阻态，STAT1端输出低电平，表示充电周期结束，充电结束阈值是恒流充电电流的10%。如果要开始新的充电周期，只要将输入电压断电，然后再上电就可以了。当电池电压Kelvin检测输入端（FB）的电压降到再充电阈值以下时，自动开始新的充电周期。芯片内部的高精度的电压基准源、误差放大器和电阻分压网络确保电池端调制电压的误差在±1%以内，满足了电池的要求。当输入电压掉电或者输入电压低于电池电压时，充电器进入低功耗的睡眠模式，电池端消耗的电流小于3uA，从而增加了待机时间。CN3068充电过程示意图如图3所示。
图3 CN3068充电过程示意图
本文采用了基于一节3.6V锂电池供电、USB2.0充电接口和3V升5V的电源管理模块，同时竞赛用仿生机器鱼采用CC2430作为通信和控制模块，对原有的竞赛用仿生机器鱼在电路上提出了改进。整体电路板尺寸为22mm×30mm，满足鱼体的尺寸设计要求，实物如图4所示。
图4 鱼体主板电路成品图
在实际下水中，可以持续游动1小时左右，较理论估算值低。充电分别用了输出DC5V 500mA和DC5V 1000mA和DC5V 2A三个型号的电源适配器进行充电，充电过程中，无异常情况发生，说明充电模块有较好的工程实用性。不足之处是在USB2.0充电接口的密封问题，本文采用硅胶USB帽进行密封，但由于机器鱼在游动过程中，特别是在对抗过程中可能会使得硅胶帽浸水，从而可能造成充电口的短路。下一步打算在接口密封和利用USB口实现对通信控制模块的读写功能设计。
参考文献：
[1]李冬梅，孙振辉，万齐欣，刘国栋，熊志华.锂离子电池的关键材料及其发展[J].江西科学，2008，（04）.
2014 年7 月26~28 日，“金山杯” 第9 届全国青少年教育机器人奥林匹克竞赛暨第26 届ROBO-ONE 国际机器人竞赛和第3 届国际青少年教育机器人奥林匹克竞赛全国选拔赛，在华东师范大学附属枫泾中学举行。国家教育部教育装备工作领导小组副组长韩呼生， 国际机器人ROBO-ONE 中国委员会主任马巍等参加活动。
竞赛中，来自全国25 个省市（港澳地区）共1800 余名机器人竞赛运动员，分小学组、初中组、高中组三个组别，分别参加了双足机器人技能赛、机器人轨迹赛、双足机器人舞蹈赛、机器人球类比赛等11 个项目的竞赛。本届竞赛获奖选手将入选中国代表队参加国际机器人竞赛。
本次竞赛是上海市首次举办的全国性大规模的国际青少年教育机器人奥林匹克竞赛全国选拔赛。相比往届竞赛， 本次竞赛活动规模最大、赛事规格最高、参赛人数最多、竞赛项目最齐全， 竞赛人数从去年的800 人猛增至今年的1800 人。
历时两天的比赛为我国青少年机器人教育提供了展示的舞台， 有利于普及机器人教育，拓展青少年的科技视野。
（董少校陈少国）
关键词：教育机器人；创新能力提升
中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）02-0109-02
教育机器人是专门用以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力的机器人成品、套装或散件。近年来，机器人之所以像计算机一样走入校园，在众多中小学学校得以推广和普及，不仅是因为它适应中小学教育领域新课程的需求，深受青少年的喜爱，更重要的是它对学生科学素养的培养和提高起到了积极的作用。下面，笔者以参加第十四届全国中小学信息技术创新与实践活动（简称NOC活动）中的“网络机器人野外生存”赛项为切入点和大家分享创新学习的经验。
学习经验
1.创设问题情境，激发学习兴趣
亚里士多德曾说：“思维是从惊讶和问题开始的。”学生的创新想法往往来自对某个问题的好奇心，而这一切又来自问题情境的创设。例如，在第十四届NOC活动的“网络机器人野外生存”赛项的比赛中，机器人被赋予的任务为：野外科考队在古丝路腹地发现了一处保存完好的远古文明遗迹，而遥感卫星云图显示将有暴雨来临，为了能对丝路古文明生态展开进一步研究，科考机器人须在最短时间内协同完成遗迹内蓄排水设施水闸开启、疏通河道、净化水源中的1～2项工作，并进行抢救性标本采集。基于这样有趣而神秘的虚拟野外生存网络环境，笔者要通过编程实现机器人自主运动并完成各项挑战任务。换个角度来看，这是在考核对机器人结构设计和编程语言知识的掌握与应用能力，旨在培养我们应对复杂环境所具备的快速判断能力和理性的冒险精神，提高其野外生存技巧与综合应对能力。
2.分析目标导向，引发创新思维
面对机器人的野外生存挑战任务，P者需要首先对目标问题进行分析，如搭建什么样的机器人能够完成开启水闸、清理河道、投放净化剂等任务；其次需对一些具体环节进行梳理，如机器人起始基地确定在哪个位置，水闸开关转盘的默认角度是否会发生变化，河道内堵塞物的位置是否也会发生变化，如何能实现携带最多数量的净化剂等。
（1）搭建机器人
为了完成净化水源的任务，需要给机器人安装一个车厢以便装载净化剂，车厢和控制器之间须通过可断开模块连接，在到达目的地后方可断开车厢和控制器之间的连接，把净化剂投入到水源之中。在调试的过程中，为了解决机器人走在高低不平的路上时车厢里的净化剂可能会掉落这一问题，有的选手把车厢侧板加高，有的选手给车厢加上了盖板，还有的加上了栅栏等，大家通过各种尝试最终找到了合适的解决方法。
要完成河道清理，则需要在机器人的前部用三个伺服电机和安装块组装一个可折叠的结构。这样机器人到达需要清理的河道时，就可以利用这个类似于推土机前部的结构把河道中的堵塞物推走。
为了能开启水闸，还要利用四个伺服电机和安装块组装一个可折叠的钳形结构。这样机器人在水闸前就可以利用这个结构通过旋转的方式，把水闸打开。
（2）调试机器人
建立在理论上的设计程序，还需要实践检验。在调试中，笔者发现机器人在运行中会不断地抖动，这又是为什么呢？在对算法进行反思和探索后，最终得出结论“左距离-右距离=0”这种情况出现得很少，因此机器人需要不断地调整方向，就出现了抖动的现象。那么，如何进一步优化算法，消除抖动呢？在此基础上，笔者积极拓展思维，完成新的求解方法，并归纳总结。
同时，一些选手在完成任务时往往也会有很多想法，如靠中线右边走怎样设计，靠中线左边走怎样设计，一个个新问题的出现，大家通过不断否定自己的方法，深化对需求的理解，最终跳出惯性思维，养成了对算法做不断优化的思维方法，促进了自身创新思维的形成。另外，在线仿真平台能够把抽象的内容以机器人载体展现出来，学习的效果显而易见，并得到及时的反馈，从而让更多的选手在这个载体上充分体现自己的创造技能。
3.探究具体环节，提升创新能力
爱因斯坦曾经说：“提出一个问题比解决一个问题更重要。”世界上许多发明创造都从疑问开始，质疑是开启创新之门的钥匙。例如，在利用指南针传感器指示方向时，因为0度角和360度角是重合的，在这一点上机器人容易出现意外情况，有时会左右摇摆，有时会原地打转。那为什么会这样呢？这就需要不断的尝试。笔者利用自己学过的数学知识改进程序的算法，利用伺服电机把指南针旋转180度或安装两个指南针来实现，当然也可以用其他方案来解决。选手们设计出的解决方案也是千奇百怪，尽管有的失败了，但他们交流着，争论着，大胆质疑，积极探索，碰撞出了思维的火花，创新了思维模式，大大地提升了创新能力。
心得与启发
第一，“一分耕耘，一分收获”，要培养自己持之以恒的毅力和坚持不懈的精神。遇到困难不要退缩，要有越挫越勇的襟怀和良好的意志品质。
第二，正所谓“学然后知不足”。教育机器人内容涉及面广、问题情境设置生动有趣，这能有效地拓展视野，丰富知识，也可进一步激发你主动学习的热情和强烈的求知欲望。
钟柏昌
编者按：对我们大多数人来说，“机器人教育”这个词并不陌生。十多年前国内就开始了将机器人引入教育的探索与实践。但机器人教育发展到现在，已变成了学校里仅有少数学生参与的竞赛性活动，“人”之间的竞赛也逐渐演变为“机器”间的竞赛，这背离了利用机器人培养所有学生动手能力与创新精神的初衷。如何实现机器人教育的价值回归？近年来，随着人们认识的深化以及机器人本身的发展，普及机器人教育的呼声渐高，而普及路上可能遇到的种种问题，也让人担忧。为此，我们特地约了一组文章，从不同的视角分析机器人教育普及之路是否行得通。
关于这一话题我刊会持续关注，也期望您投稿参与讨论。
首先应该看到，义务教育阶段的机器人教育已经在不少地方开始进入课堂，以班级为单位开课（即普及教育导向，不同于竞赛导向），且是在信息技术课程的框架内由信息技术教师负责实施，取得了不错的成绩。2013年上半年在北京景山学校举办的全国中小学机器人教学展示活动受到大家欢迎也是例证之一。
有教师认为，机器人教育会增加成本，无法发挥学生的创造性（如模块封装后的“傻瓜化”操作）等，这确实是一个问题。但是，这种结论是从机器人竞赛中所观察得到的，很多人都看到了变了味儿的机器人竞赛，已经在某种意义上演变成经费的比拼，“机器性能决定成绩”，昂贵的、高性能的、傻瓜化的机器人得到了“有钱人”的青睐。而事实上，目前大部分面向全体学生开课的机器人设备与面向小部分学生竞赛的机器人设备有很大差别，无论是成本还是设计功能都不可相提并论。目前市面上有多个品牌的低成本机器人产品，也有很多一线教师自主开发的简易机器人方案。这些产品、设备和方案，才是使机器人教育从变味儿的竞赛走向本真的教育的重要保障。换言之，开展机器人普及教育也是修正机器人竞赛误区的重要举措。
更重要的是，是否开展机器人普及教育，不是首先看条件是否完全成熟，而是看其对学生和社会的发展是否有价值。无论研究者还是实践者，很多人都认同机器人教育是培养学生创新实践能力的重要途径，进而将其视作信息技术教育的重要生长点之一。这才是问题的关键。何况现在不少学校已经具备开展机器人教育的基本条件。改革才有发展，所谓发展必须经历不成熟到成熟的渐进过程。初生之物，其形必丑，因丑而弃，非明智之举。课改之初，将信息技术列入综合实践活动，即是如此，置课程价值于不顾，而纠结于所谓的“成熟条件”。
还有教师认为，开展机器人教育会引起更大的地区和学校差异。确实，如果采用选修课的方式，必然有条件的地方开课，没有条件的地方就开不了，但是，这种差异已经客观存在，将来也将依旧存在。任何一件事情的开始都不可能全盘推进，否则就是吃大锅饭，没有示范何来效仿？难道我们现在还要去追究那些先行者的“政治责任”吗？改革开放三十多年，我们信息技术教育者是否也要解放思想？
当然，在中小学普及机器人教育，现阶段可能无法用必修课的形式开展（如果用超前一点的眼光来看，必修也将成为一种选择），但是一定要鼓励有条件的地方积极尝试，新的规划文件（标准或纲要）应该为各地学校开展机器人普及教育提供政策空间。
（作者单位：南京师范大学教育科学学院）
【关键词】高中课程基地;机器人课程体系;实验室;人才培养
【中图分类号】G637 【文献标识码】A 【文章编号】1005-6009（2015）22-0062-02
【作者简介】王泰山，江苏省句容高级中学（江苏句容，212400）校长，江苏省特级教师。
机器人是20世纪人类最伟大的成就之一。随着机器人技术的迅速发展和普及，国内很多人对它产生了兴趣，特别是很多青少年也积极投身到各类机器人的实践活动中，2000年以来各类机器人竞赛在大中小学如火如荼地开展、机器人教学在普通高中和中小学逐步普及。教育部2003年颁布的高中信息技术课程标准中，把“人工智能初步”和“简易机器人制作”设为技术领域的选修模块。我们发现随着教学机器人的迅猛发展和其性价比的大幅度提高，将智能机器人的基础知识和技能训练引入普通高中课程的必要性和可行性已渐趋明朗。
我校于2012年成功申报了“江苏省机器人创新教育课程基地”建设项目，该项目是以全面提高学生综合素质和实践能力为目标，以转变课程内容的实施方式为重点。在建设过程中，提炼出“多元、合作、益智、创新”的核心理念，完成了系列实验室的建设与配置，创设了融合多学科知识的机器人课程体系，开发丰富而有特色的课程资源，创新人才培养的模式初步形成。
一、打造多层次系列化的机器人实验室
机器人包括硬件系统与软件系统，基于机器人的教学也就包括这两部分的内容。机器人硬件造型是躯壳，涉及机械、电子、运动学、动力学、控制理论、传感检测等，在高中阶段，与物理学科关系紧密。机器人软件部分，与信息技术学科中的“算法与程序设计”关系紧密，程序是机器人的灵魂。同时算法中的建模用到相当多的数学知识，因此教学内容又向数学学科延伸，“算法与程序设计”还是高中信息奥林匹克竞赛的基本内容，机器人是程序设计学习的最好载体。系列实验室以“技术课标实验室”为基础，以机电实验室为硬件支持，以虚拟机器人实验室为补充，以竞赛探究实验室为深入，以研究性实验室为拓展。
二、创设融合多学科知识的机器人课程体系
基地着眼于学生的实践与创新能力的培养，以通用技术与信息技术学科课程为基础，融合物理、数学等学科相关内容，依托多层次、多样化的机器人实验室系统与网络平台，构建了3个课程模块，常规教学、研究性学习、竞赛，结合信息技术学科选修《算法与程序设计》，面向全体高一学生开设虚拟机器人课程，以信息学奥赛等兴趣小组为提升，以研究性学习为补充。依托通用技术选修《简易机器人制作》，融合物理学科的相关内容，面向高二年级开设开源机器人课程，以VEX、灭火等机器人项目竞赛以及科技创新大赛相关的其他竞赛为提升。高三年级，以研究性学习等形式，依托研究性学习实验室，开设课程，让有兴趣的学生了解机器人最新发展以及大学的相关专业情况，同时与高校联系，开通与高校的绿色通道，为学生未来的专业选择做前期铺垫。（见文末表格）
三、营造浓厚的文化氛围，通过多种活动的开展来培养创新人才
1.营造机器人基地文化氛围。
目前主要通过电子小报活动、班级黑板报、橱窗等多种形式营造浓厚的机器人科技教育文化氛围。随着基地建设的深入，学校艺华楼3、4层开辟成机器人教学、活动、展示场所，利用展厅展出本校学生、高校学生作品以及目前比较尖端的机器人展品，播放本校机器人教学与各种活动以及最新的机器人发展动态音像，让来访者能身临其境地体验机器人的魅力。
2.开展各种科技社团活动。
成立科技创新社团，开展丰富的社团活动，着力培养一批对科技创新有兴趣的人。目前，我们正把当前兴起的创客文化中的相关元素融入到社团活动中，准备打造我校的“创客”，形成本地区以我校为中心的“创客社区”，进而在更大范围推动我市的科技教育发展。
3.积极参加、举办各级各类机器人活动与竞赛。
以每年一度的校“科技文化艺术节”为契机，开展校内机器人竞赛，以展示学生、教师的作品为主要目的，竞赛中进行评比，设置相应奖项，更好地激发师生对科技的兴趣，远离低级趣味的诱惑，营造以追求科学技术为时尚的校园氛围。
竞赛是机器人教育的一个重要组成部分，是机器人教育成果的一种展示形式、实现手段和教育的延续。智能机器人竞赛参赛过程对学生有着广泛深远影响，对培养学生的合作精神、进行挫折教育等方面的作用尤为突出。
4.多管齐下，增强辐射效应。
（1）开设各级别的公开课、观摩课。通过开设公开课、观摩课来展示机器人教学探索的成果，介绍相关经验，引领地区的机器人教育。
（2）以项目、课题研究带动区域发展。目前我校的国家级课题“普通高中机器人教育校本课程开发与实践研究”已经立项，成员涵盖了多个学校，可以带领区域骨干一起进行机器人教学的探索，为区域机器人教学提供示范与支持。
（3）充分利用课程网站共享资源。利用网络同步介绍基地建设、课程开设情况以及教学过程与经验，扩大基地对周边的影响，推广机器人课程的开设，为创新人才的培养提供新的思路。
目前机器人竞赛活动已深入到全国的中小学，而竞赛活动能够真正参与到其中的学生所占比例较少，因此越来越多的科学教师在思考，如何把机器人教学带入课堂，让更多的学生感受机器人的魅力。
机器人教学走进课堂的问题
目前机器人活动走入课堂存在的主要问题有：
（一）持续性保障
开设机器人课程要有一定数量的机器人和计算机及相应的场地，因此需要一定的启动性投入。启动之后涉及到的持续性的保障有两点：一是后续机器人的管理与维护难度高、损耗大，维持机器人活动需要后续的配件和场地的更新、补充等资金投入；二是对辅导教师要求高，现有辅导教师人数严重不足。
（二）缺乏相应的课程体系与教材
虽然国内有些省份在信息技术课程中含有部分关于机器人的内容，但都是基于某个厂家的机器人产品设计的，不适合本地的特色与现有设备。另外，对于机器人教学所应包括的基本知识架构和教学方法也非常匮乏。机器人教学要持续性发展，就要在知识体系和评估训练方面形成体系。
（三）教学与竞赛尺度把握错位
目前中小学开展机器人活动，基本上是以竞赛作为检验教学效果的标尺。如想机器人教育能长期有效地发展，就不能把比赛作为唯一的课程目标，否则会使机器人教学走入“为竞赛而教学”的误区，势必导致该项活动缺乏生命力。
（四）教师和学生家长的不理解、不支持
在“分数才是硬道理”的思想下，很多教师和家长对于学生参加机器人活动选择了反对，理由都是影响学习，对升学没有帮助。这使得科技教师要面对很多尴尬与不理解。
机器人教学走进课堂的几项措施
要解决以上机器人活动发展的瓶颈问题，使机器人教学进入课堂，我认为可以从以下几个方面进行思考：
（一）结合实际编写校本教程
将机器人活动纳入校本课程管理，为机器人正式进入课堂积累经验。经过几年的积累与沉淀，我校目前编写有教材《程序设计与智能机器人》，该教材以LEGO NXT机器人为硬件平台，以ROBOTC为软件平台；宗旨是利用机器人平台让学生体会程序结构与应用，初尝人工智能的乐趣。该课程共17个课时。
自主编写教材的目的在于：一是符合本地学生（至少是本校学生）的认知水平和能力等实际情况；二是可基于现有器材设计，具有可操作性；三是能不断地进行实践和修改，并在此基础上形成知识体系和架构，具有一定的推广性。
（二）精选机器人平台，辅以仿真软件
选用的机器人平台要符合教学使用，要有良好的扩展性，要具备耐用、易维护和启发性思维好的特点，尽量保障一次性投资长期反复使用。在资金与设备不足的情况下，辅以仿真软件。仿真软件的好处在于投资成本相对低廉，维护简单，可用于大规模的课堂教学。我校的机器人工作室除配备10多套LEGO机器人用于教学外，同时采用LEGO辅助设计软件Ldraw和MLAD用于课堂教学，解决器材不足的问题。
（三）机器人技术与学科的整合
机器人作为现代教育技术的前沿产品，其教学内容涵盖了很多学科的知识，因此有效地将机器人与相关学科进行整合，能让学生在所熟知的学科中感受科技的进步带来的不同体验。例如：
·程序设计——让机器人走方形，能很好地让学生深刻理解循环结构的性质与特点；
·物理实验课——让学生用机器人设计一个简单的单摆实验装置并收集数据；
·数学课——追及和相遇知识一直是学生比较难以理解的抽象问题，教师可以用机器人进行演示，让学生对该类问题有形象的认识；
·音乐课——可设计一个舞蹈机器人，让它跟着音乐的节奏舞动。
以上只是一些在我校科学实践中的例子，大家还可以找出更多的结合点。这些整合不仅可以活跃课堂，也让机器人技术的学习和展示过程更形象具体。
（四）机器人活动多元化，实现多赢局面
我校每年开展3项活动：研究性学习、电脑作品制作活动以及青少年科技创新大赛。从活动主题来看，三者的核心都是探究、体验、创新，都注重科学及研究价值。因此机器人活动完全可以整合3项活动作为同一件事统筹开展。
整合思想通过研究性学习把机器人活动向纵深发展，形成课题研究成果，可在不影响正常教学的前提下，不需对学校日常的教育教学活动作大的改变，结合日常培训活动中进行。通过青少年科技创新大赛，将机器人活动引导向科技创新方向发展，充分调动学生的创造性思维。以上述活动为基础，面向机器人竞赛，将竞赛作为机器人教学活动的成果展现平台，在学习和创作中有效应用和整合。
（五）辅导教师队伍的整合，多元化的教学方式
机器人教学是多学科的结合，因此辅导教师队伍应当是由相关专业的老师组成，既可解决辅导教师知识面单一问题，又可丰富机器人活动的项目。我校的辅导教师由2名信息技术教师和1名物理教师组成，这种组合解决了机器人教学中涉及的程序设计与机械及电子电路等学科问题。
面对层次和知识面不同的学生，在机器人活动中应采取多元化的教学方式。以任务驱动及小组合作学习方式进行教学，由组长带领本组的同学进行项目研究；辅导教师定期组织组员进行讨论解疑。这样以点带面的方式，也可以激励更多的学生来担任辅导员的角色。
（六）开放科学工作室，共享资源
柳州市的青少年科学工作室已有50多个，这些工作室中有的在学校，有的在社区。因此，可以充分发挥科学工作室的作用，空余时间向社会开放，让更多青少年能够接触和了解机器人，实现以点到面的辐射作用。将机器人教育和活动推向社会，扩大影响。
在学校开展机器人活动所形成的教材和教学方法可以在社区工作室开放中推而广之，而社区开展活动的时间可以很好地弥补学校寒暑假期的空档，让真正爱好机器人的学生在全年的每个时段都有机会参加机器人活动。
关键词 机器人教育 机器人 师范生 合理建议
中图分类号：G642 文献标识码：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
信息时代，大家都非常讲究“创新”这个词，教育也不例外，所以作为创新教育新途径的机器人教育，引起了大家高度的关注。在《基础教育信息技术课程标准》2012版中，指出在小学阶段有“机器人入门”这一拓展模块，在初中则是更深一层次的“机器人设计与制作”模块。而且全国各地的中小学机器人竞赛也正如火如荼地进行。但是大家发现机器人教育的师资情况令人担忧，主要指导工作还都是由信息技术老师来承担。本文主要是谈谈笔者目前接触到的机器人、见习、实习期间所见的中小学机器人教育现状以及对机器人教育的一些看法。
1 我所接触的机器人
在校期间，我接触了一类由公司出售的机器人套装。在接触这类机器人期间，发现了以下几个问题：（1）价格昂贵。一个套机没有一万也要几千。而且零部件损坏后也只能找该厂家购买，价格也不便宜。（2）功能单一，开放程度低。纵观中国机器人市场，我们会发现目前中国机器人的品牌十分复杂，没有统一的规范性，这样就会导致不同公司制造的机器人或者说机器人零件互相不能够兼容，开放程度低。（3）多数产品只能适用于比赛，学习及生活方面的功能少。目前中国机器人的一些竞赛还都是由机器人商家和部分高校或者机构联合举办的，这就导致了“你必须买我家产品，才能够参加比赛”的不好现象。
除此之外，值得欣喜的是我还有机会接触到了Arduino机器人，它是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，最重要的是它是一种开源的硬件。开源就意味着任何人都可以获取相关的所有技术资料。通过资料查询以及自己浅显的理解，Arduino机器人有以下几个优点：
（1）物美价廉。在中国机器人教育之所以没有普及，除了师资力量之外，资金也是其中一个原因。像上面提到的公司出售的非开源的套机，如果中小学要购买这类机器人满足于教学，没有几十万是不现实的。但是Arduino机器人价格低廉，而且出售Arduino厂家非常多，我们在淘宝上都可以买得到，非常方便，而且用户也可以自己动手制作硬件。
（2）资源丰富，容易学习。由于是开源的，我们可以获取任何Arduino的技术细节，而且在网络上会有很多学习的资料。最重要的是Arduino很容易上手，他开发的目的是针对于非单片机专业的用户，软件环境可以是图形化的，所以连小学生都可以玩Arduino。这样的话，比起之前的非开源机器人更加适合学生去学习，尤其是中小学。此外，教师的压力也会减小。
（3）生动有趣。对于中小学来说，教学的趣味性非常重要。而Arduino通过零部件的变化、代码的变化，就能够做出不一样的效果，而不是只能学习厂家提供的几种功能模块。学生在学习过程中，是能够随着自己的思维和想法去创造的。
以上主要是硬件和软件相互结合的实体机器人。我还接触了虚拟机器人（主要接触了3D萝卜圈这个软件），主要有四个功能：①建立虚拟仿真场景；②组装虚拟机器人；③编写机器人程序；④在仿真环境下调试运行机器人。这个软件趣味性非常高，首先界面非常美观，适合中小学生，而且仿真度很高，不仅能够组装机器人实现其功能，而且学生可以自己搭建场景，这无疑增加了趣味性也培养学生空间想象能力以及创造力。
2 我所看到的机器人教育
在校期间，我们每一个学期都会去中小学见习。在此期间我也注意到了中小学机器人教学的一些现象，加上很多专家学者的调查，总结出以下几点：（1）发展不均衡。从整体来看，中国机器人教育发展相当不均衡，只有少部分的学校拥有机器人实验室，以及可以给学生提供机器人进行试验。（2）关注机器人竞赛多于关注机器人教育。其实很多人还没有意识到机器人教育是能够使学生全面发展、创新发展，推进素质教育的。因而不够重视平时的教育，关注更多的是机器人竞赛。很多人把机器人比赛看成了机器人教育，这样问题就大了。有一部分家长让自己孩子来参加机器人活动就是为了考试能加分，一旦没有加分政策，家长也就失去了参加活动的动力。而且很多学校为了获得优异成绩，弄虚作假，由教师担任主要的设计和制作工作，教师完成模型开发制作以后再将使用方法教给学生，学生拿到比赛现场去操作。这其实就失去了机器人教育的意义。（3）师资力量不足。机器人是一个覆盖面非常广的领域，涉及很多学科的专业知识。然而要能够从事机器人教育的教师必须有较高的计算机、人工智能、物理等方面的基础，有着较强的动手能力和创新能力。
3 我的想法和建议
（1）技术方面：如果是真正想让学生学习机器人，培养他们创新思维以及动手能力。那我们就必须从技术来说起，开源的技术才是我们今后的方向。所以不妨尝试Arduino机器人，中小学可以和高校进行对接，在很多大学也会研究这一块，而且技术上会更加成熟。这可以解决中小学机器人教育上技术的不足，也可以使高校研究的机器人应用到教育中。
（2）教育方面：首先最现实的问题就是资金，所以可以用Arduino机器人进行教育，这样就能够节省一大笔资金。而且虚拟机器人也是一个不错的选择，两者可以相互结合起来学习。这两种方式相对于公司的套机来说，它更加开放、有拓展性，而且教师的学习空间也会比较大。
（3）师资方面：这是亟待解决的问题，让师范生在校学习比让其到了工作岗位再去学习更加重要。作为即将成为信息技术教师的我，作为可能成为机器人指导师的我，我更希望我的大学能够提供一些相关的支持。①开设相关的课程。我们专业有开设关于机器人教育的选修课程。但是这还不够，应该把这门课设为必修，而且增加课时数，让我们师范生能够从理论到实践全方位地去学习机器人教育，这样才有可能将这些知识与技术传授给以后的学生。②组织大学生进行竞赛。现在很多竞赛是都基于厂家的竞赛，所以很难达到真正技术上的交流和切磋。所以，高校内部自己可以组织竞赛，或者几个高校联合举办比赛。这样能够促进学习，而且能够相互交流。③走进中小学。作为师范生，我们所学习的技术是要应用到教学去的，所以我们必须要走进中小学，去思考中小学机器人教育的需要。这样就会有一个良性的循环，做到不让技术和教育脱轨，而且这也让我们有了机器人教育的实地体验。
这是从一位在校师范生的需求角度来讲的。那如何对在职的教师进行培训呢，也有三点：①设置学时数。目前很多在职教师并不是非常了解机器人教育，所以应该设置相应的学时数，让教师可以进行学习。②成立学习小组。在职教师本身工作便很繁忙，如果只是一个人学习，可能进步不是很大。但是如果可以成立学习小组的话，不仅能够一起学习，还能够相互探讨、交流技术上的、教育上的问题，而且也能够相互督促。③和高校对接。大学是一个资源极其丰富的地方，接收的信息、资源、技术都是前沿的。所以中小学不妨和高校对接，这样能够学习到更多的知识与技术。
参考文献
[1] 张建平.机器人教育：现状、问题与推进策略.2006.
[2] 曾祥潘.基于开源硬件Arduino的小学机器人微型课程内容设计.2012.
【关键词】IDC ROBOCON 2010；机器人教育；创新教育；课堂教育；机器人比赛
【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097（2011）03―0140―05
一 引言
随着机器人技术的发展，在不久的将来机器人将全面融入人类生活。刚刚落幕的上海世博会，突出的科技亮点之一便是机器人技术的应用，从工业到农业、从家庭服务业到教育娱乐业，涵盖人类生活的各个领域，充分展现了机器人技术将深入人类日常生活。
高等教育是培养创新人才，提高全社会素质的需要，更是促进经济发展的重要途径。随着我国整体经济的快速、健康和可持续发展，对高等教育提出了更高的要求；对于素质教育，其中一个重要任务就是培养学生的创新精神和创新能力，而机器人教育是培养学生创新能力的有效途径[1][2]。我国机器人教育的普及还很落后，机器人教育目前大多集中在机器人专业等领域，系统地将机器人教育与学生的素质教育有机地结合起来的教学活动远未形成体系，对它们之间整合的研究和实践还十分欠缺[3][4]。
实践是创新的基础，没有实践就不可能创新，作为最好的实践平台――机器人比赛是机器人教育的重要手段，是对传统教育缺陷的弥补，可以锻炼学生多方面能力，激励学生科研兴趣，同时机器人竞赛也是创新素质培养的重要平台；机器人竞赛为大学生创新能力的培养提供基础条件，并将带来竞争性学习机会，能够有效弥补传统教育缺陷，锻炼学生多方面能力[5]。机器人竞赛给科技素质教育带来了新的活力，将成为青少年创新素质培养的重要平台[6][7][8]。
本文通过IDC ROBOCON比赛（以下简称IDC比赛）的介绍，强调了机器人比赛在培养学生创新意识、创新能力中的作用，提出了机器人教育的有效途径，即通过课堂教育与机器人比赛相结合的方式进行系统化教育。
二 IDC ROBOCON比赛介绍
1 IDC ROBOCON比赛的发展背景
为了推动机器人技术的发展，培养学生创新能力，在全世界范围内相继出现了一系列的机器人竞赛。国际机器人比赛主要有：机器人足球竞赛，包括RoboCup和FIRA，机器人灭火竞赛，机器人综合竞赛，包括国际机器人奥林匹克竞赛和FLL世锦赛（FIRST LEGO LEAGUE）[9]。IDC比赛就是其中比较具有特色且历史悠久的一项国际大赛，它又称大学生机器人设计国际交流赛，是日本NHK Robocon的三大赛事之一，英文缩写为International Design Contest，最早是由日本东京工业大学和美国麻省理工大学发起的创意设计课程交流赛。从1990年至今，已在日本、美国、英国、德国、韩国、泰国、巴西等7个国家成功举办过20届。IDC比赛每年举办一届，每届都设立不同的主题和规则，且主题贴近生活，从人们的日常生活中发现问题，以比赛的形式激发学生解决问题的能力。
2 IDC ROBOCON比赛的特色
IDC比赛的特色在于，它的比赛小组不是以国家或大学为单位，而是以混血队的形式比赛。所谓混血队，是指由各国参赛选手抽签后，临时混搭组成小组，确保每个比赛小组成员都是来自不同学校和国家的选手。在比赛过程中，参赛选手在排除语言和异国文化障碍的同时又必须注重团队间的合作与交流，充分发挥想象力及团队力量设计并制作出符合比赛主题的机器人。从而激发了学生科技的潜能同时提高了学生国际交流和解决问题的能力，充分给参赛选手提供了一个提高技术以及展现自己才能的平台。
3 IDC ROBOCON 2010在世博园
在海外经历了20年的历程，此次借上海世博会的契机，IDC比赛首次在中国登陆，并由上海交通大学工程训练中心举办第21届IDC ROBOCON机器人大赛，决赛在世博园公共参与馆举行。参加的选手由来自日本（工业大学、电机大学）、美国（麻省理工大学）、韩国（首尔大学）、巴西（圣保罗大学）、法国、新加坡、泰国及中国（上海交通大学、清华大学）8个国家，89名参赛选手和各国带队老师组成。图1为参赛选手合影。此次比赛了受到了上海交通大学，中国自动化学会机器人竞赛工作委员会等组织的高度重视，上海外语频道ICS做了实时报道。
整个比赛为期两周时间，8月5日-8月15日为机器人的设计和制作过程，16，17日参赛选手游览世博园中机器人相关场馆。18日在世博园内进行最后对决赛，全程对外开放，吸引了广大地学生朋友们及社会人士的关注。
正式比赛开始，选手们通过半天的时间交流进行“头脑风暴”。所谓“头脑风暴”，就是根据比赛主题、利用有限的材料，通过不断地交流达成共识，共同设计出完成比赛任务的机器人方案。在此过程中，不仅考验了选手们专业知识的实际运用能力，更考验了异国文化间的交流及团队协作能力。每届的比赛都设有新的主题和比赛任务，本次大赛是以“Better city，clean river”为主题，迎合世博和谐城市的主旋律。
比赛场地是模拟浦江两岸的世博园（如图2所示），左右两边的绿色区域，代表浦江两岸的浦东浦西，中间凹陷10公分的蓝色区域代表黄浦江，连结浦东和浦西的桥梁代表卢浦大桥。蓝色区域内散放着一些乒乓球和高尔夫球是模拟“黄浦江”上可能出现的生活垃圾。
比赛分成淘汰赛和总决赛，淘汰赛在上海交通大学工程训练中心举行，13个比赛队伍由抽签分为4组进行循环赛，排名靠前比赛队伍进入8强进行淘汰赛，最终选出4支队伍赴上海世博园公众馆进行最后的决赛（如图3所示），每参赛队规定设计出两个机器人并肩作战，分别占据浦东和浦西各一块，从规定的两个区域出发（一块在陆地上，另一块在大桥上）。可以以铲、捞等各种方式捡起黄浦江中的乒乓球和高尔夫球，最后以已捡到的球的种类和数量来决定胜负。
三 IDC ROBOCON比赛的意义
机器人比赛涉及多学科多领域的前沿技术，参加机器人比赛等实践创新训练是沟通传统教学方法和培养创新型人才的桥梁，通过机器人比赛促进学生对机器人技术的兴趣，调动学生的积极主动性。
实践表明，机器人比赛是素质教育、创新教育与前沿研究相结合的一条可行途径。与传统知识传授和技能培养为目标的教学方式不同，机器人比赛具有较强的实践性、探索性和综合性的特点[10]。通过开展机器人比赛，有利于促进教学与科研的结合，有利于及时了解当前机器人技术发展现状，有利于接触前沿技术，促进学生综合素质的提高，促进创新能力与专业素质的提高。
学生们在研讨争论中，逐渐提高了语言表达能力，在策略方案分析中，锻炼了思考、分析问题和解决问题的能力；在具体设计和安装调试中，综合运用各门课程知识，提高了工程设计和工程实施的安装能力[1]。
通过对IDC ROBOCON 2010比赛的总结，我们可以发现，本次比赛具有如下意义：
1 激发学生的创新思维能力，培养学生严谨的科学态度
在比赛过程中，从机器人构想到设计，学生们可以利用主办方所提供的有限材料进行自由大胆的构想，运用新技术和新思维为设计的机器人注入新的血液。充分激发科技创新能力，与此同时，也必须具有严谨的科学态度，尊重自然规律及科学定律。使设计出来的机器人不仅外观上独特新颖，更能在功能上解决实际问题。
2 培养学生的动手实践能力和综合运用能力
从精心的构思到制作出一台机器人需要各种专业知识的融会贯通。IDC比赛特别注重的是要激发学生运用所学知识的相关性解决问题的能力，提升学生动手实践能力的潜力。
3 加强了国际交流与团体协作
IDC比赛的侧重点不是个人能力的发挥，而是要通过协作与沟通发挥集体的力量。通过比赛，给学生们提供了一个展示与较量的大平台；一个交流与协作的大平台；一个提高创新思维和实践运用能力的大平台。
同时通过举办IDC大赛，与各国学生和老师的交流，我们深刻的感受到，中国式教育下的学生存在着一些问题，主要体现为以下几点：
（1）在面对不同国籍肤色的合作伙伴，在沟通交流上缺乏主动性和积极性
由于各小组成员是由不同学校和国家的学生组成，并且在为期两周的时间内，学生们吃住行都安排在一起，朝夕相处，所以语言上的沟通交流是成功完成此次比赛任务的第一步。在比赛过程中所反映的问题是，虽然中国学生具备较强的语言能力和专业知识，但是在这个国际小团体中，与其他国家的学生相比，进入状态所需时间较长。如何使学生们在充分地展示自我的同时又懂得积极地去学习和了解对方的文化、思维习惯正是IDC大赛举办的目的之一。注重语言教育的同时，多给学生们创造跨国文化的交流机会，加强学生对异国文化知识的运用和体验，培养学生跨文化交际的能力，是非常有必要的。
（2）学生的理论知识与实际运用能力存在距离
IDC ROBOCON是一项实践性较强的比赛，它让学生们利用有限的材料，如电机、气阀、遥控器等材料，经过搓洗、车削、磨工等加工程序，结合比赛主题，设计并制作出能够完成大赛指定任务的机器人。在比赛中表现出的问题是：学生们在机器人设计方案上奇思妙想，新颖独特，但缺少实际的制作及解决问题的可行性分析。导致多组选手在原先设计好的图纸上反复的返工，浪费了宝贵的比赛时间。由此可见，现在的教学方式主要还是以分科分类，授业讲课的形式来教书育人，缺少让学生们联系所学的知识进行创造性的综合运用能力。
四 机器人教育的重要性
机器人教育是指以机器人为主要教学内容或教学工具而开展的教与学活动, 这些活动是在具体实践的过程中逐步完成的[11]。机器人教育是满足创新教育任务和目标的好教材，好课题，好方法；是创新教育和教育改革的切入点[12]。
创新教育是以培养人的创新精神和创新能力为基本价值取向的教育，也是现在高校素质教育的核心，而通过机器人教育这种形式可使我们的创新教育找到一个好的切入点，开展机器人教育是高校培养满足社会发展的实用性人才的迫切需要。机器人教育进入工科高校是必要的，也是可行的，作为崭新的教学载体，符合建构主义提倡的教育理念，能够使学生在探索中学习，在活动中发现，在问题中创造地构建知识；能够培养学生分析问题、解决问题的能力；能够调动学生学习兴趣和主动性、培养其动手能力和创新思维能力，可以促进工程思维方式的培养。
机器人教育主要通过课程教育与机器人比赛等方式，培养学生的合作意识，提高学生的创新能力，达到素质教育的要求，满足经济快速发展下的创新人才的需求，从而推进机器人产业发展，促进社会经济进一步快速增长。而经济快速发展又对人才需求提出了更高的要求，人才需求则要求教育进一步改革，从而必须进行创新教育与机器人教育。
五 机器人教育方法探讨
作为培养学生创新能力的重要途径，寻找到合适的机器人教育方法是非常重要的。本节主要提出从课堂教育以及机器人竞赛两方面进行机器人教育的实施，其中课堂教育包括理论教学与实验教学，具体关系如图4所示。
1 机器人课堂教育
由于机器人技术集成了机械、电子、计算机、人工智能、通信技术等多种学科，知识涵盖面广，所以必须进行系统的教学，使学生具备一定的理论基础及实践能力，才能真正理解与掌握机器人技术。
学校最基本的教育方式是课堂教学，同时课堂教学也是素质教育的主阵地，因此合理的课堂教学是机器人教育的基础。但传统课堂教学存在一些不足，例如忽视了学生是课堂主体，教学方法单一，枯燥，容易使学生失去学习兴趣，不利于学生对教学难点的掌握；同时传统课堂教学也存在着一定的局限性：主要是不能充分地适应学生的个别差异，照顾每个学生的兴趣、爱好和特长；同时又难以充分照顾优、差生的学习和发展。
为了更好的在课堂教学中进行机器人教育，根据机器人技术的特点，必须改进以往的教学方式，在原有基础理论课程教学的基础上，有针对性的开设不同专业领域的课程，供学生自由选取，使得学生能够根据自己的兴趣爱好对机器人技术的相关领域进行进一步的深入探讨。在一个庞大的机器人开发工程中，需要整个团队通力合作才能完成机器人的设计，很难凭个人能力完成，主要因为机器人技术知识点分散，个人很难有足够的精力掌握全部的机器人知识，因此在学生了解了机器人技术的概貌后，应该有针对性地让学生掌握机器人某一领域的技术。
同时课程设计及毕业设计可以有效的提升及巩固学生的能力，因此必须重视该环节的教学。在课程设计及毕业设计中，可以根据创新教育的任务和要求，结合机器人教育自身的优势和特点，以学生为主体，在教师的引导下按照学生自身的特点，进行个性化教育，突出培养学生的创新精神，创新能力和创业意识。在设计课题的方案制定到方案实施，整个过程由学生独立完成，从而激发学生的学习兴趣和求知欲望，使学生的学习从被动向主动转化，培养学生的自学能力和选择知识的能力，同时理论联系实践，提高学生学习的深度和广度，培养学生的创造精神、实践能力以及独立分析问题和解决问题的能力。
课堂教育包括理论教学和实验教学，而实验教学，需要对机器人实体进行教学，因此机器人教具的开发成为进行机器人实验教育的基础。没有机器人相关实体，将很难培养学生的动手能力，很多知识只能停留在课堂教学的理论水平，无法达到机器人教育的创新能力的培养。上海交通大学工程训练中心在机器人实验教学方面主要是通过金工实习、本科生研究计划项目（PRP项目）、探究拓展课程的设计，让学生有机会接触到实际的实践项目，同时工程训练中心还建设了创新工坊，供学生实践操作。
另外机器人生产商是机器人教育的一个隐性推动者，部分机器人课程的顺利实施也得益于机器人生产商。在教具开发中，也可以采取与机器人开发商合作，通过加强校企合作，构建机器人产学研平台也是进行机器人教育的重要途径。
2 机器人比赛
举办机器人比赛，是最好的实践平台，让学生在学好基础理论知识和基本技能的基础上，尽快地参与科学研究、创新活动和社会实践活动，通过实践活动获得实际经验，增强解决实践问题的能力，提高学生的自信心和适应各种环境的能力。
日本的机器人教育水平和机器人文化普及水平是世界上最高的国家之一，之所以在机器人教育方面取得了如此大的成功，得益于每所大学都有高水平的机器人研究会，并且每年定期举行机器人大赛；并且大赛得到日本政府、企业界和教育主管部门的重视和支持。通过举办大赛，加速日本机器人文化的普及，调动了社会各方面的力量，开发了大量的机器人产品，增强了社会应用机器人技术的积极性。同时为日本的创新教育提供了好教材，好课题，并培养了大批创新人才和机器人研究和应用人才。
学生对机器人比赛兴趣高涨，参与意识强烈，学生通过参与机器人方案的选择，机器人的设计和制作，完成了从理论到实践的过渡，使得学生的课程设计、毕业设计等落到实处。机器人比赛与教学性课程设计、毕业设计最大不同之处在于，它不仅具有工程背景而且需要实践来检验，来不得半点含糊；在运行调试中，项目内容不断地通过修改完善，潜移默化地培养了追求完美，凡事讲究的工作作风；整个过程还教会了学生如何团结协作、善于听取意见和处理人际关系。因此，通过机器人比赛可以全方位地培养学生的创新意识与创新能力，同时可以使学生的身心教育向着更加健康的方向发展。当然机器人比赛绝对不能只局限于竞赛，应该和当前的基础教育课程相结合，这样才能使机器人教育得以持续地开展和普及。当前机器人比赛也存在很多问题，比如很多由于商业因素对比赛的干扰，使得竞赛活动的教育目的不够突出，竞赛内容固定缺乏创造性、科技含量不高，学生的创新能力得不到发挥；由于水平参差不齐，有些参赛者急功近利，靠厂家提供的技术人员直接帮助进行比赛。其主要原因是，由于制作开发机器人需要大量经费，有些经济条件较差的学校为了顺利开展机器人教育，从而太过注重竞赛结果，导致偏离了机器人竞赛的初衷。
因此在实施过程中，学校应该尽可能地让学生参与高水平的机器人比赛活动，如国际级及全国级的机器人比赛，同时为了让更多的学生能够参与机器人比赛，学校也可以自己组织相关竞赛活动。上海交通大学工程训练中心在完成日常教学任务的前提下，经常组织机器人相关的比赛，供学生参与，如前面介绍的IDC比赛，还有与其他社会企事业单位合作举办的比赛，如“Pro-face杯”人机界面―PLC控制系统编程竞赛等，获得了学生的好评，取得了很好的教学效果。
六 总结
上海交通大学通过申办IDC比赛，促进了学生对机器人技术的兴趣，调动了学生对实践活动的积极主动性，激发了学生的创新思维能力，培养了学生严谨的科学态度、动手实践能力和综合运用能力，提高了国际交流与团体协作能力。随着素质教育的不断深入，作为创新教育与教育改革的切入点，机器人教育已大步走上教育舞台。本文在介绍IDC ROBOCON 2010的基础上，阐述了机器人教育在当今素质教育中的重要性，并探讨了课堂教学与机器人比赛相结合的方式是进行机器人教育的有效途径。
参考文献
[1] 万佑红,蒋国平.机器人教育与大学生创新能力培养的探索[J].电气电子教学学报,2005,27(4): 6-8.
[2] 张樵.关于机器人教育与学生自主创新能力培养的思考[J].科技信息(学术研究),2007, (28):45.
[3] 顾子龙,刘娟.我国机器人教育中存在的问题及解决策略[J].实验教学与仪器,2009,26(4): 50-51.
[4] 张国民,张剑平.我国基础教育中机器人教育的现状与对策研究[J].现代教育技术,2008,18(5): 92-94.
[5] 张云洲,吴成东,崔建江,丛德宏.基于机器人竞赛的大学生创新素质培养与实践[J].电气电子教学学报,2007,29(1): 116-119.
[6] Billy Matheson, A culture of creativity: design education and the creative industries[J].The Journal of Management Development, 25(1), 2006: 55-64.
[7] Holly K. Osburn, Michael D. Mumford. Creativity and Planning: Training Interventions to Develop Creative Problem-Solving Skills[J]. Creativity Research Journal, 2006, 18(2): 173-190.
[8] 彭绍东.机器人教育[J].电化教育研究,2002, (6) :3 -7.
[9] 孙媛媛,何花.浅谈国际机器人竞赛[J].上海教育科研,2005, (2): 52-54.
[10] 朱海荣,堵俊,刘峰,桑学海.机器人比赛和学生创新能力的培养[J].中国教育技术装备,2010,(3):21-23.
[11] 彭绍东.论机器人教育[J].电化教育研究,2002, (6) : 3-7.
[12] 李春华,崔世钢,郑桐,郝立果.发展机器人教育培养综合型创新人才的研究与实践[J].天津工程师范学院学报,2005,15(4): 61-63.
IDC ROBOCON and Discussion for Robot-based Education
FANG Bo CAO Qi-xin
(Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)
关键词：虚拟机器人；校本课程
中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）13/14-0161-03
机器人是信息技术发展的前沿领域，是一门具有高度综合渗透性、前瞻未来性、创新实践性的学科，蕴涵着极其丰富的教育资源。随着虚拟技术的不断完善，虚拟机器人技术逐渐出现在教育教学中，特别是在校本课程的开发中发挥了独特的优势与魅力。下面，笔者就谈谈虚拟机器人技术的校本课程开发。
初识虚拟机器人
目前，按价格从高到底能找到的机器人有高端实体机器人、低成本实体机器人和虚拟机器人三种。高端实体机器人的价格相对偏高，低成本实体机器人目前还处于发展初期，各种硬件和软件都不太成熟。因此，为了更好地普及机器人教育，同时减少学校的支出，我们最终选择了具有实用价值的机器人教育载体――虚拟机器人。虚拟机器人教学不需要机器人硬件，只是在计算机上设计、搭建、制作机器人编程，所以它降低了学生学习机器人的成本，使其能有更多机会学习机器人，受益于机器人教育。
虚拟机器人教育走进基础教育的形式
目前，虚拟机器人教育进入中小学的主要形式是竞赛活动。学生能通过竞赛培养综合能力。纵观各地中小学机器人教育的方式，大致可以分为如下几种：
一是通过学校、少年宫、少科站等单位吸收机器人爱好者，组成虚拟机器人小组，代表地区参加各类竞赛活动。这种形式是虚拟机器人进入中小学教育视野最多也最有效的方法。
二是把虚拟机器人技术学习放入综合实践活动课中普及。
三是把虚拟机器人作为信息技术课的内容之一写入中小学信息技术教育课程，这种形式正在形成期，教材的编写、课程的常规性开设正在起步。
四是虚拟机器人教育作为研究性课程的形式进入中小学，这种形式的推广会更有利于培养学生的创新能力。
扎实有效地开展学习虚拟机器人校本课程
虚拟机器人教学是一门新兴的课程，它的主要任务是培养学生对机器人的兴趣，使他们了解和掌握机器人的基本知识和技能，了解技术的发展及其应用对人类生活和科学的深刻影响。虚拟机器人课程属于综合实践活动课范畴，如何组织和开展好课堂教学，需要把握以下几点。
1.培养学生的主体性
在编程调试的过程中，让每位学生都参与编程和调试活动，重视学生的主体参与、自我探究、自我发现，注重对学生学习经验的培养，注重学生体验、感悟和实践的过程，注重学生个性的健康发展，以及创新精神、实践能力、探索能力、研究性学习能力的培养。
2.发挥教师的主导性
在机器人课堂教学活动中，由于课程本身的难度大、灵活性高，所以教师的主导作用是非常重要的。如何把复杂的问题讲得通俗易懂，把理论指导变成程序设计，最后引导学生把自己的所得通过实践展示出来，这需要教师做充分的课前准备和大量的实践尝试。
3.培养团队精神，注重小组合作
在机器人课程的学习过程中，学生的动手能力、编程能力等个体差异比较大，所以在教学中既要兼顾学习好的学生，让其能更深入地开展学习，又要带动学习有困难的学生。一般可以将学生分成若干个小组，组建相对固定的学习团队来开展学习和研究。
4.使用灵活多样的教学方法
在课堂教学中应根据不同的教学内容和需要，灵活选用讲授、项目引导、直观演示、小组讨论等多种方法，避免让学生在某种固定模式下产生学习疲劳。
5.完善课堂评价方式，让学生体验成功的乐趣
在课堂教学过程中，要多方位、多角度地看待每一位学生的学习，少注重结果，多注重学生自主学习、自主探究的过程。教师对学生的每一点进步、每一点成功都及时给予表扬和鼓励，随时让他们在学习的过程中感受着成功的喜悦。这种愉悦的心情也会更加促使他们自主、自愿地投入到学习、探究中。
6.借力IRobotQ3D，打造校本课程
自从接触了IRobotQ3D软件以后，校本课程开发之梦逐渐成为现实。IRobotQ3D软件不仅能提供非常丰富、逼真的场景，还能提供更多的机器人组件，更能基于网络的互动模式进行设计。作为教师，不仅可以通过IRobotQ3D软件让学生感受各种机器人组件，使其有更丰富的体验，还可以自己设置场景，让学生以个人或小组为单位完成个性化的练习、比赛任务，这样，学生就有了更大的发挥、创造空间和平台。同时，虚拟机器人的校本课程开发还可以延伸到学生的家庭及假期生活，无论学生在哪个地方，只要能上网，他就能登录服务器，参与到活动中来。
虚拟机器人技术在中小学教育中产生的影响
虚拟机器人是进行信息技术教育的有效载体，机器人教育旨在培养学生的创新精神和综合实践能力。随着我国基础教育信息化的发展，机器人教育正越来越被人们所关注。近几年，许多中小学都开始利用机器人教育来促进信息技术教育，培养学生的动手能力。机器人逐渐成为青少年能力、素质培养的智能平台。
1.促进教育方式的变革
在机器人教育中，课堂以学生为中心，教师作为指导者提供学习材料和建议。学生必须自己去学习知识，构建知识体系，提出解决方案，从而有效培养了动手能力、创新思维能力。
2.有效激发学习兴趣、动机
“寓教于乐”是我们教育追求的目标，也是教育游戏成为当前研究热点的一个原因，所以学习兴趣是学生学习成功的重要因素。机器人教育可以通过比赛的形式，来激发学生学习机器人的兴趣，使其得到周围环境的认可和赞赏，进而激发他们的斗志和拼博精神。
3.扩大知识面，转换思维方式，培养空间思维能力与大局意识
在对机器人的学习过程中，学生通过对搭建机器人过程中的实际问题的解决，可以学到模拟电路、力学等方面知识，这不但促进了物理学科、计算机学科等教学，还扩大、加深了学生的科学知识；通过为机器人编写程序，学生不但学到了计算机编程语言、算法等显性知识，还学到了科学而高效的思维方式，逻辑判断思维、系统思维等隐性知识。借助虚拟机器人完成梦想的过程，必将经历提出问题、分析问题、解决问题的过程，而这个过程中，学生会不断地反思自己的工作，一次次提升自己观察、思考问题的角度和高度。机器人的搭建不仅是对学生空间思维能力的训练，更是对学生的大局观和综合分析问题能力的训练。
4.培养学生的团队协作能力
机器人教育大多以小组形式开始，机器人的学习、竞赛实际上是一个团体学习的过程。它需要学习者团结协作，包容小组其他成员的缺点和不足，能够与他人进行有效的沟通与交流。学习者在实践锻炼中提高自己的团队协作能力，这种方式比普通的教育方式、方法更加有效。
5.培养学生的创新能力
创新已经成为社会进步的原动力，而虚拟机器人技术具有科技含量高、创新性强的特点。在虚拟机器人校本课程开发的过程中，学生可以根据自己的想法，随意动手完成机器人的拼装工作。在学生将自己心中的机器人变为现实的过程中，教师应鼓励学生勇于探索，应使用与众不同的方法、思路，全力支持W生有创意的想法或做法，这样能锻炼学生的创新能力，培养和激发他们的创新精神，提高他们的综合素质。
6.培养学生的应变能力
由于虚拟机器人的运行会受场景、时间等因素的影响，所以制作机器人时要考虑很多因素。例如，在虚拟机器人（足球、灭火灯）的制作环节，竞赛要求选手根据实际情况，不断搭建、编程、调试，完成规定的竞赛项目，具备应变能力和处理突发事件的能力，这就要求教师在平时训练中要注重培养学生的应变能力。
7.培养学生严谨的学习习惯与逻辑思维能力
从机器人的搭建，到让机器人完成既定任务，是一个漫长的过程。要让设计的机器人完成任务，程序必不可少，而设计者的想法与策略是否合理，机器人的行动就是最好的检验。在程序的编写过程中，即使是最微小的语法错误，也会影响到机器人的正常运转，所以完成程序的编写及调试的过程，是对学生逻辑思维能力及严谨的学习习惯进行训练的最佳机会。经过编程洗礼的学生，在学习及日后的工作、生活中必将拥有更严谨的学习思维习惯。
虚拟机器人教育发展未来展望
【关键词】机器人；循线；算法；传感器
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）02-101-02
随着科学技术的发展和传感器技术的日益进步，车辆通过视觉系统实现自动导航驾驶已经不是梦想。目前，部分车辆已经具有了自动跟随前车行驶和自动泊车的功能。“机器人游中国”竞赛旨在将车辆自动控制技术以比赛的形式推向的大学生群体。目的是引导大学生研究、设计并制作具有优秀硬件与软件系统的移动机器人，逐步提高机器人的能力与智能。竞赛项目要求机器人在规定时间内，游历尽量多的景点，获得尽量多的得分，并在假期结束前回到出发地，整个过程正如一个机器人在中国旅游，故名机器人游中国。
一、对游中国比赛规则的解读
（一）竞赛级别类型
“机器人游中国”比赛中以机器人重量级别分为轻量级和重量器两种，以机器人的外观类型又分为Ⅰ型机器人、Ⅱ型机器人和Ⅲ型机器人，因此，该类比赛一共有6个小项如表所示
（二）机器人类型
Ⅰ型机器人：外观与尺寸无具体限制，能适应旅游场地即可。通常为四轮式。
Ⅱ型机器人：外观像一个人站在汽车上检阅巡游，肩膀转动轴心到地面的高度为机器人前后最大轴距的2倍；有可以分别独立运动的左右手臂；有可以独立运动的头。
Ⅲ型机器人：外观，像一个人穿着旱冰鞋，鞋上的轮子数量不限，双腿（除腿根）双足之间不得连接，腿根高大于肩高的2/3；有可以分别独立运动的左右手臂，有可以独立运动的头。
（三）场地、路线和环境
比赛场地为一块7mXlom的地毯，小车可沿24mm宽的白色引导线到达各个景点，在途中会设有各种路障、减速带、桥梁以及高山来模拟真实的路况。这就更要求机器人有适应各种路况场地的能力和相应的应对措施。
二、应对策略
比赛要求在规定的时间内，机器人尽可能多地完成旅游线路上规定的景点，完成后返回出发点。这是对移动机器人个体性能的完美考验，不仅要求有良好的硬件系统和软件系统，还要求具备一定的系统规划与优化能力。有的机器人可能在规定的时间内完不成全部的旅游任务，那么，它就要尽可能多地到达一些景点，并衡量线路规划的得失。因为到达远的景点得分高，近的景点得分低，在规定时间内返回出发点又会加分。所以，整个线路的设计考验参赛者的智慧。
1.系统规划与优化能力：在预定的假期时间内游历尽量多的景点，完成计划中的旅游活动，并回到出发地点。是一种最优规划活动；有一定的系统规划与优化能力。
2.应变能力：有些可移动景点与路障的摆放数量与位置，在机器人放进出发区后，随机确定。这在一定程度上可控制竞赛的难度，并使旅游路线有一定的不确定性。未来，路线图也可以在赛前临时公布。
3.视力：考验机器人辨别形状和色彩的能力，引导机器人视觉能力的提高。
4.爬坡能力：对于Ⅱ型和Ⅲ型机器人难度更大。
5.跨越门槛的能力：这对三类机器人都是重大考验。
6.快速性与稳定性。机器人在的整个旅游过程中，始终要在快速性与稳定性中间求得平衡，否则，难以取得好的成绩。
三、游中国机器人系统结构及特点
“机器人游中国”项目关键在于机器人的循线行驶能力。要想提高循线质量，很大程度上取决于传感器视觉效果的好坏，这就要求传感器具备过滤自然光、环境温度等外界干扰的能力。机器人采用8个激光一字排开作为视觉传感器，通过激光传感器反馈的数据，判断小车中线偏移引导线的程度，控制电机差速运行，保持小车稳定循线。前瞻安装于机器人正前方和正后方都，以便机器人可以双向行进，这样的设计免去了180度的转弯，大大的减少了时间。由于机器人行进过程中速度相当快，而景点只有碰撞才能得分，为了让机器人碰撞景点前，提前减速，可以很大程度上减小机器人的损坏。机器人利用光电开关，让机器人在景点前20cm时减速，保证了长直线的速度，也保护了机器人硬件。为了让机器人能够精确转弯，利用电子罗盘精确转向，尤其在个别多岔道路口时的道路选择上，可以提高转向的精确度。在软件上，利用数字PID算法实现智能循迹，能够较好地解决小车行进过程中抖动、加速慢、转弯不稳定问题。同时配合编码器测速，使得电机转速摆脱电源电压限制，保证小幅度电压变化不影响小车速度，增强了程序稳定性。
关键词：机器人教学；探究；情感和态度
中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1671-7503（2014）01/03-0125-02
机器人的教育普及化使得机器人教学进课堂已经成为一种可能，如果说以参加竞赛为目的的培养模式是为了给机器人技术输送后继人才，那么，普及型的课堂教学是素质教育发展的必然，也是学校实现教育公平和提高全体中学生信息素养的必由之路。实践中，笔者注重了学生心理变化的观察和调节，较好地发挥了他们的学习主动性，培养了学习自信心。
一、在教师指导下组建学习小组，体验自主感与协作性
机器人教学的设备比较昂贵，难以实现一人一台，通过组成三到五人的学习小组，就能解决设备不够的困难，也能有利于成员间的合作探究。小组的组建要体现成员间的互补原则，同一小组中尽量有不同智力水平和特点的学生存在，可以相互提醒和帮助。一般来说，每组必须有一个操作电脑的高手，有一个能负责机器人编程的高手，还需要有能组织小组活动、协调能力比较强的小组长。小组之间的水平要大体相当，有利集体竞赛的公平开展。小组确立后，学生从教师那儿领取机器人，开始编程、下载和调试。
二、联系生活和生产需要，感知机器人的神奇性
笔者通过多媒体播放机器人工作的相关片段，包括海底探险、空间探秘、交通管理、娱乐服务、工业制造等方方面面的画面，让学生了解机器人的神奇本领，由此引出课题，并讨论什么是机器人，使学生了解机器人的本质，激发学习的热情。通过图片播放，让学生观察机器人大脑的基本构造及机器人工作环节的基本结构，并让学生了解马达的基本知识。
三、根据学生特点调适难度，经历挑战后的欣喜
机器人这三个字，对一般中学生来说，他们开始的感觉就是一个字——“神”，神奇加神秘，还有深不可测。在让学生感知机器人的神秘的同时，要化解他们对课程的畏难情绪，从一开始就给学生一个良好的心理体验，从而爱上这门科。
教学中，笔者放弃了繁琐的程序讲解，而是通过图片化编程语言进行教学，给学生一个直观的图示，有效提高程序设计的效率。一般而言，开始时学生还不会探究，这时教师要以提问和讲解为主，由教师的示范来带给学生一种神奇感。但几个回合后，教师就要适当放手了，把设计的自还给学生，这样他们才能真正锻炼能力而获得成就感。
四、注重探究能力的培养，合作中达到成员精神共赢
在进行“机器人前进”这块内容教学时，笔者重点突出了对学生探究能力的培养。因为学生在操作时发现，虽然每个组编的程序和设置的速度一样，方向是前进，但有的机器人在前行中会左右不断变换方向。这就引起了他们的探究兴趣。于是笔者让他们去检查组与组之间所提供的设计是否有区别？组内的两个马达是否有区别？当学生发现是马达的问题时，又继续引导道：怎样让两个马达的速度一致呢？”让学生进行小组讨论。之后有学生认为：把机器人中快的马达的速度调试得慢一些。有的则认为，应该是慢的调快，因为100已经是马达速度的最大值了。最后，有的小组把马达速度设成100和70，有的小组则调成80和55，经过尝试，都达到了按教师要求前行的目的。实践证明，学生在这样的课上不仅培养了能力、丰富了知识，还学会了合作，享受到了实践的乐趣。学生在课堂上不仅获得了知识与技能，还通过亲身体验培养了与他人合作的意识，有效地提高了学生的逻辑思维和判断能力，形象直观地体味了编程的乐趣。
五、进行组间竞赛，激发集体荣誉感和好胜心
与以往学习中学生以个人为单位被教师评价和检测不同，机器人竞赛的优势是以小组为单位，让学生在合作中分享集体智慧创造的乐趣，所以，更有利于学生团队意识的培养。引入竞争机制，正符合中学生好动、爱动，富于挑战精神的特点。例如：让学生比赛“让机器人发光”这一程序的设计，到比赛时，教室内氛围异常紧张，大家屏住呼吸，生怕影响了机器人的前行。成绩出来后，获前几名的小组互相击掌祝贺，暂时落后的小组则互相继续探讨，表示下次一定要改进方案，直到胜出为止。
综上所述，机器人教学进入中学课堂，应该变换原来机器人区县竞赛辅导那种高、难、深的辅导模式，以生动、简易和一定的探究性引领学生的学习热情。从整个完成的教学效果看，这一教学尝试改变了平时课堂的一贯模式，充分体现了学生的主体性和创新精神，鼓励学生自己去探究、去尝试。笔者以为，从新课程三维目标的角度看，机器人教学在中学阶段应该适度淡化知识与能力、过程与方法两块目标，而着重借这两块目标的达成实现学生学习情感、态度与价值观的升华，全面提升他们的学习兴趣。后者作为机器人课堂教学的隐性目标，需要我们通过显性化的教学设计与观察，通过教师敏锐的感官去捕捉，通过机智的话语和眼神去引导，通
过积极的肯定和真诚的赏识去强化。
参考文献：
